Grundzüge der Strahlenschutztechnik, Softcover reprint of the original 1st ed. 1960 für Bauingenieure, Verfahrenstechniker, Gesundheitsingenieure, Physiker

Radiation shielding has been for many years - too many years - the province of physicists and mathematicians. This is not to say that these have been the only ones confronted with shielding problems. Nuclear engineers encounter them daily. But physicists needed to shield first their accelerators and later their reactors, and they, with mathematicians, have developed the methods. And for too long engineers have relied on advice from these original shielders in their own design problems. The difficulty has been largely one of communication. Physicists, from FERMI and ZINN, who performed the first reactor shield research, to those currently so engaged, have written reports which were in the Physicists' language, and which did not extrapolate from their special data to the general problems. Later, texts on shielding were written by physicists - GOLDSTEIN, and PRICE, HORTON and SPINNEY - which told of the knowledge at hand. The engineer ROCKWELL edited the contributions of many people, most of whom were physi­ cists, in another text, but even this engineered approach attempted little more than to record experience from the submarine program.

1. Einführung.- 1.1 Die Aufgaben der Strahlenschutztechnik.- 1.2 Die Probleme der Strahlenschutztechnik.- Literatur.- 2. Atomphysikalische Grundlagen.- 2.1 Atomare und nukleare Struktur.- 2.11 Bausteine des Atoms.- 2.12 Stabilität der Atomkerne.- 2.13 Massendefekt und Bindungsenergie.- 2.14 Kernanregung.- 2.2 Radioaktivität.- 2.21 Zerfallsarten und -schemata.- 2.22 Aktivität.- 2.23 Zerfallsgesetz.- 2.24 Zerfallsreihen.- 2.3 Wechselwirkungen.- 2.31 Wirkungsquerschnitt.- 2.32 Intensität des Strahlungsfeldes.- 2.33 Mittlere freie Weglänge und Relaxationslänge.- 2.34 Schmales und breites Strahlenbündel.- 2.4 Kernspaltung.- 2.41 Spaltstoffe.- 2.42 Spaltprodukte.- 2.43 Energiefreisetzung bei der Spaltung.- 2.44 Kernkettenreaktion.- 2.5 Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie.- 2.51 ?-Partikel.- 2.52 ?-Partikel und künstlich beschleunigte Elektronen.- 2.6 Wechselwirkung von Photonen mit Materie.- 2.61 Klassifizierung der Wechselwirkungen.- 2.62 Photoelektrischer Effekt.- 2.63 Compton-Streuung.- 2.64 Paarbildung.- 2.65 Gesamtwirkungsquerschnitt.- 2.66 Energieabsorption.- 2.7 Wechselwirkungen von Neutronen mit Materie.- 2.71 Klassifizierung der Wechselwirkungen.- 2.72 Elastische Streuung.- 2.73 Inelastische Streuung.- 2.74 Neutroneneinfang.- 2.75 Neutronen-Wirkungsquerschnitte.- Literatur.- 3. Strahlennachweisgeräte.- 3.1 Strahlendetektoren auf der Grundlage der Gasionisation.- 3.2 Szintillationszähler.- 3.3 Photographische Emulsionen.- Literatur.- 4. Strahlenbiologische Grundlagen.- 4.1 Biologische Strahlenwirkung.- 4.11 Physikalisch-chemische Grundvorgänge.- 4.12 Strahlenpathologie.- 4.13 Spezifische Ionisation.- 4.14 Systematik der Strahlenschäden.- 4.15 Zeitfaktor.- 4.16 Kritisches Organ.- 4.17 Genetische Wirkungen.- 4.2 Einheiten der Strahlendosis.- 4.21 Ionendosis.- 4.22 Energiedosis.- 4.23 Relative biologische Wirksamkeit.- 4.24 Das „rem“.- 4.3 Natürliche und außerberufliche zivilisatorische Strahlenbelastung.- 4.4 Höchstzulässige Strahlenbelastung.- 4.41 Äußere Einstrahlung.- 4.42 Intrakorporale Strahler.- 4.43 Biozyklen.- Literatur.- 5. Gamma- und Neutronen-Strahlenquellen.- 5.1 Radioaktive Isotope.- 5.11 Einordnung von ?-, ?-, ?-Strahlern nach der relativen Radiotoxidität.- 5.12 Einordnung von ?-Strahlern nach Energie und Halbwertzeit.- 5.13 Neutronenquellen.- 5.2 Reaktorkern.- 5.21 Prompte Neutronen.- 5.22 Verzögerte Neutronen.- 5.23 Prompte ?-Strahlen.- 5.24 Spaltprodukt-?-Strahlen.- 5.3 Reaktorkonstruktion und -abschirmung.- 5.31 Einfang-?-Strahlen.- 5.32 Aktivierungs-?-Strahlen.- 5.33 Inelastische Streuungs-?-Strahlen.- 5.34 Photoneutronen.- 5.4 Reaktor-Kühlsystem.- 5.41 Primäres Kühlmittel.- 5.411 Gas.- 5.412 Wasser.- 5.413 Flüssigmetall.- 5.42 Kühlwasserverunreinigungen.- 5.421 Allgemeines.- 5.422 Nebenkreislauf-Wasserreinigung.- 5.423 Aktivierung von Verunreinigungen im primären Kühlmittel....- 5.43 Kreislauf von Homogenreaktoren.- 5.5 Partikelbeschleuniger.- 5.51 Kommerzielle Elektronenbeschleuniger.- 5.52 Hochenergie-Beschleuniger.- Literatur.- 6. Geometrie der Strahlenquellen.- 6.1 Punkt- Quelle.- 6.11 Punkt- Quelle mit konzentrischer Abschirmung.- 6.12 Punkt-Quelle mit ebener Abschirmung.- 6.2 Linien- Quelle.- 6.3 Ebene Quellen.- 6.31 Unendlich ausgedehnte ebene Quelle.- 6.32 Kreisscheiben- Quelle.- 6.4 Kegelstumpf-Quelle.- 6.5 Platten- Quelle.- 6.6 Kugel- Quelle.- 6.61 Kugel-Quelle ohne Abschirmung.- 6.62 Kugel-Quelle mit konzentrischer Abschirmung.- Literatur.- 7. Experimentiereinrichtungen für Reaktorstrahlung-Abschirmungsmessungen.- 7.1 Einführung.- 7.2 Lid-Becken Abschirmungseinrichtungen.- 7.21 ORNL-Lid Tank Shielding Facility.- 7.22 BNL-Lid Tank Shielding Facility.- 7.3 Wasserbecken-Reaktoren.- 7.31 ORNL-Bulk Shielding Facility.- 7.32 Wasserbecken-Reaktor mit großem Fenster.- 7.4 Einrichtungen für Luftstreuungsmessungen.- 7.41 Luftstreuungs-Meßturm.- 7.42 Flugzeug-Abschirmungs-Experimentierreaktor.- Literatur.- 8. Berechnung der Schwächung von Gamma-Strahlen.- 8.1 Gesamtschwächung von Photonenstrahlung und Zuwachsfaktor.- 8.2 Die Boltzmannsche Transport-Gleichung.- 8.3 Methode der sukzessiven Streuungen.- 8.4 Momentenmethode.- 8.5 Monte Carlo-Methode.- 8.6 Behandlung homogener Mischungen.- 8.7 Behandlung schichtförmiger Abschirmungen.- 8.8 Streu-Probleme.- Literatur.- 9. Berechnung der Schwächung von Neutronen-Strahlung.- 9.1 Vergleich zwischen Gamma-Strahlen- und Neutronenschwächung.- 9.2 Gruppen-Diffusionsmethode.- 9.3 Monte Carlo-Methode.- 9.4 Effektiver Neutronenausscheid-Wirkungsquerschnitt.- Literatur.- 10. Wärmeerzeugung durch Strahlung.- 10.1 Wärmeerzeugung durch primäre ?-Strahlung.- 10.2 Wärmeerzeugung durch Neutronen-induzierte ?-Strahlen.- 10.3 Wärmeerzeugung durch elastisch gestreute Neutronen.- 10.4 Temperaturverteilung.- 10.5 Wärmespannungen.- Literatur.- 11. Thermische Abschirmung von Kernreaktoren.- 11.1 Allgemeines.- 11.11 Funktion der thermischen Abschirmung.- 11.12 Strahlenschädigung des Druckbehälter-Werkstoffes.- 11.2 Werkstoffe.- 11.21 Eisen.- 11.22 Boral.- 11.23 Blei-Cadmium.- 11.24 Borierter Graphit.- Literatur.- 12. Biologische Abschirmung von Kernreaktoren.- 12.1 Allgemeine Erläuterung.- 12.11 Abschirmung des Reaktorkernes.- 12.12 Abschirmung des Reaktor-Kühlsystems.- 12.13 Abschirmungsmaterialien.- 12.14 Unregelmäßigkeiten in der Abschirmung.- 12.141 Durchgang von Neutronen durch Öffnungen.- 12.142 Durchströmen von Neutronen.- 12.143 Durchgang von ?-Strahlung.- 12.15 Prüfung der Strahlenabschirmungsanlage.- 12.2 Beton.- 12.21 Betonzusammensetzung.- 12.211 Zement und Wasser.- 12.212 Zuschlagstoffe.- 12.213 Borzusätze.- 12.214 Wirtschaftliche Gesichtspunkte.- 12.22 Bauausführung von Abschirmungen aus Beton.- 12.221 Allgemeines.- 12.222 Übliches Betonierverfahren.- 12.223 Puddel-Verfahren.- 12.224 Auspreßverfahren.- 12.23 Thermische Aspekte bei der Bemessung von Beton-Strahlenabschirmungen.- 12.231 Einfluß hoher Temperaturen auf die mechanischen Eigenschaften von Beton.- 12.232 Einfluß hoher Temperaturen auf die Strahlenabschirmungseigenschaften von Beton.- 12.233 Wärmespannungen.- 12.24 Verschiedenartige Reaktor-Abschirmungskonstruktionen.- 12.241 Einrüstung großer Deckenkonstruktionen.- 12.242 Verwendung des Intrusion-Prepakt-Verfahrens.- 12.243 Betonieren eines Reaktorbeckens.- 12.244 Doppelwand-Abschirmung eines schnellen Reaktors.- 12.245 Spannbeton-Reaktorbehälter.- 12.3 Metall, Wasser, Polyäthylen.- 12.31 Blei.- 12.32 Eisen.- 12.33 Wasser.- 12.34 Polyäthylen.- 12.35 Konstruktion zusammengesetzter Strahlenabschirmungsanlagen...- 12.36 Optimalisierung.- 12.361 Optimale Materialverteilung in der primären Abschirmung.- 12.362 Gesichtspunkte für die optimale Anordnung des Reaktorsystems.- 12.37 Abschirmung von Schiffsantrieb-Reaktorsystemen.- 12.38 Abschirmung von Flugzeugantrieb-Reaktorsystemen.- Literatur.- 13. Entwurf von Radioisotopen-Laboratorien.- 13.1 Laboratorien mit geringen Abschirmungserfordernissen.- 13.11 Allgemeine Planungsgrundsätze.- 13.111 Anordnung der Räume.- 13.112 Ventilation.- 13.113 Oberflächen.- 13.114 Abfallbeseitigung.- 13.12 Laboratoriumseinrichtungen.- 13.121 Isotopentresore.- 13.122 Abzüge.- 13.123 Handschuhkästen.- 13.124 Metall-„Ziegel“-Abschirmungen, Junior-Zelle.- 13.125 Greifwerkzeuge.- 13.2 Entwurfsdetails von heißen Zellen.- 13.21 Allgemeines.- 13.211 Nicht abgedeckte Zellen.- 13.212 Überschlägige Bestimmung indirekter Streustrahlung.- 13.213 Vollkommen geschlossene Zellen.- 13.22 Strahlenabschirmung.- 13.221 Abschwächung harter ?-Strahlung durch Blei, Eisen, Beton und Ziegel.- 13.222 Strahlenabschirmungen aus Gußeisen und Blei.- 13.223 Strahlenabschirmungen aus Stahlblechkästen mit losem Füllmaterial.- 13.224 Strahlenabschirmungen aus Betonblöcken.- 13.225 Strahlenabschirmungen aus monolithischem Beton.- 13.23 Oberflächen.- 13.231 Auskleidung der inneren Oberfläche heißer Zellen.- 13.232 Dekontaminierungsmethoden.- 13.24 Türen und Durchgabeöffnungen.- 13.25 Fernbedienung.- 13.251 Fernbediente Geräte und Maschinen.- 13.252 Manipulatoren.- 13.26 Beobachtungseinrichtungen.- 13.261 Wasserbecken.- 13.262 Flüssigkeitsfenster.- 13.263 Glasfenster.- 13.264 Periskope und Spiegelsysteme.- 13.27 Ventilation.- 13.3 Beschreibung einiger heißer Zellen.- 13.31 Kleine heiße Zelle aus monolithischem Beton.- 13.311 Betrieb der Zelle.- 13.312 Strahlenabschirmung.- 13.313 Ausbildung der inneren Zellenoberfläche.- 13.314 Material- und Personalzugangsöffnungen.- 13.315 Manipulatoren.- 13.316 Beobachtungseinrichtungen.- 13.317 Installation.- 13.32 Kleine heiße Zelle aus Betonblöcken.- 13.321 Strahlenabschirmung.- 13.322 Tür, Fenster, Manipulator.- 13.33 Heiße Zelle für den Multi-kilocurie-Bereich.- 13.331 Allgemeine Beschreibung.- 13.332 Manipulatoren.- 13.333 Fenster.- 13.334 Kosten.- 13.34 Heiße Zelle für Plutonium-Metallurgie.- 13.4 Reaktor- und Radioisotopen-Laboratorien.- 13.41 Integrierte, räumlich getrennte Anordnung.- 13.42 Heiße Zelle über Reaktorbecken.- Literatur.- 14. Entwurf von Trennanlagen.- 14.1 Allgemeines.- 14.2 Radiochemische Trennanlagen.- 14.21 Anlagen für fernbediente Instandhaltung.- 14.22 Anlagen für direkte Instandhaltung.- 14.23 Durchführung von Instandsetzungsarbeiten in Strahlungsfeldern.- 14.3 Pyrometallurgische Trenn- und Refabrikationsanlagen.- 14.31 Rechteckige Anordnung.- 14.32 Ringförmige Anordnung.- Literatur.- 15. Entwurf technischer u. medizinischer Gamma-Bestrahlungsanlagen.- 15.1 Industrielle Gamma-Bestrahlungsanlagen.- 15.11 Kobalt-60-Speicher- und Bestrahlungsanlage.- 15.12 Kobalt-60-Nahrungsmittel-Bestrahlungsanlage.- 15.13 Spaltprodukt-Kartoffelbestrahlungsanlage.- 15.2 Defektoskopische und therapeutische Gammastrahlenanlagen.- 15.21 Allgemeine Entwurfsgesichtspunkte.- 15.22 Anlage für Gammastrahlen-Defektoskopie.- 15.23 Anlagen für Gammastrahlen-Therapie.- 15.231 Kobaltkanone mit starr gerichtetem Nutzstrahlenbündel.- 15.232 Kobaltkanone mit um 360° rotierendem Nutzstrahlenbündel.- Literatur.- 16. Abschirmung von Teilchenbeschleunigern.- 16.1 Allgemeines.- 16.11 Konstruktionsprinzipe von Teilchenbeschleunigern.- 16.12 Allgemeine Erläuterung des Abschirmungsproblems.- 16.2 Abschwächung von Betatronstrahlung durch Beton.- 16.3 Abschirmung eines Elektronen-Synchrotrons.- 16.4 Abschirmung eines Elektronen-Linearbeschleunigers.- 16.5 Abschirmung von Synchrozyklotronen.- 16.51 Unterirdisch gelegenes 450 MeV-Synchrozyklotron.- 16.52 600 MeV-Synchrozyklotron des CERN.- 16.6 Abschirmung von A. G.-Protonsynchrotronen.- 16.61 Block-Abschirmung.- 16.62 Brückenartige Abschirmungskonstruktion.- Literatur.- 17. Beseitigung radioaktiver Abfallstoffe aus Kernforschung undKernenergie-Industrie.- 17.1 Abfallbeseitigung und Standortwahl für Anlagen der Kernenergie-Industrie.- 17.2 Beseitigung flüssiger und fester Abfälle von geringer bis mittlerer Aktivitätsstufe.- 17.21 Reinigung schwach radioaktiver Abwässer.- 17.22 Reinigung und Unterbringung der radioaktiven Abfälle eines Kernkraf twerkes.- 17.23 Einleiten schwach radioaktiver Abwässer in Küstengewässer.- 17.24 Einleiten von Abwässern mittlerer Aktivitätsstufe in den Boden.- 17.25 Vergraben fester radioaktiver Abfälle.- 17.26 Versenken radioaktiver Abfälle ins Meer.- 17.3 Hochgradig radioaktive Abfallflüssigkeiten aus dem radiochemischen Trennprozeß.- 17.31 Spaltstoffelernent-Zusammensetzung.- 17.32 Lösungsextraktion.- 17.33 Charakteristiken hochaktiver Abfallflüssigkeiten.- 17.34 Übersicht über Behandlung und Unterbringung hochaktiver Abfälle.- 17.4 Behälterspeicherung hochaktiver Abfallflüssigkeiten.- 17.41 Wärmeentwicklung.- 17.42 Behälter mit Dampfkondensationssystem.- 17.43 Behälter mit innerem Kühlsystem.- 17.5 Fixierung von Spaltprodukten in fester Form.- 17.51 Überführung der Abfallflüssigkeit in eine konzentrierte Salzschmelze.- 17.52 Suspensionsbett-Kalzinierung.- 17.53 Fixierung durch Ton.- 17.54 Einschmelzen in Glas.- 17.6 Permanente Unterbringung hochgradig radioaktiver Abfallflüssigkeiten.- 17.61 Terrestrische Unterbringung.- 17.611 Speicherung in Kavernen in Salz-Lagerstätten.- 17.612 Einleiten in tiefgelegene durchlässige Sedimente.- 17.62 Maritime Unterbringung.- 17.621 Versenken in dicke stabile Schlammablagerungen.- 17.622 Versenken in Tiefseegräben.- Literatur.- 18. Reaktor-Schadensfälle und ihre Konsequenzen.- 18.1 Radioaktivität im Reaktorkern.- 18.2 Freisetzung von Spaltprodukten.- 18.3 Gefahren für die Umwelt.- 18.4 Wahrscheinlichkeit des Eintretens katastrophaler Schadensfälle.- 18.5 Eingetretene Reaktor-Schadensfälle.- 18.51 Schadensfall in Chalk River.- 18.52 Schadensfall in Windscale Works.- 18.6 Gefahren mobiler Kernkraft-Antriebsysteme.- Literatur.- 19. Sicherheitseinschluß von Reaktorsystemen.- 19.1 Semi-dichter Einschluß von Forschungsreaktoren.- 19.11 Reaktor-Umschließungshallen mit semi-dichter Außenhaut.- 19.12 Luft-Durchsickerung aus einem semi-dichten Gebäude.- 19.2 Gasdichter Einschluß von Forschungsreaktoren.- 19.21 Stahlschalen.- 19.22 Betonschalen.- 19.3 Postulierte Schadensfälle an Leistungsreaktorsystemen.- 19.31 Allgemeines.- 19.32 Durchgehen des Reaktors.- 19.33 Freisetzung des Kühlmittels bei wassergekühlten Reaktorsystemen.- 19.34 Freisetzung des Kühlmittels bei Flüssigmetall-gekühlten Reaktorsystemen.- 19.35 Chemisches Reagieren von Reaktorkern-Metall mit Luft.- 19.36 Chemisches Reagieren von Reaktorkern-Metall mit Wasser.- 19.4 Entwurf und Ausführung gasdichter und druckfester Containerschalen.- 19.41 Allgemeine Entwurfsgrundsätze.- 19.411 Vollständiger oder teilweiser Einschluß von Kernkraftsystemen.- 19.412 Größe, Gestalt und Material der Containerschale.- 19.413 Fundamente.- 19.414 Elastische Zwischeneinspannung eingebetteter Containerschalen.- 19.415 Sprinkler, Ventilation, Wärmeisolierung.- 19.416 Druckreduziersystem.- 19.42 Durchdringungen und Luftschleusen.- 19.421 Rohr- und Kabeldurchführungen.- 19.422 Luken.- 19.423 Luftschleusen.- 19.43 Druckwelleneffekte und Explosionsabschirmung.- 19.431 Formänderungsenergie-Absorptionspotential des Reaktor-Druckbehälters.- 19.432 Druckwellen außerhalb des Reaktorbehälters und ihre Abschwächung.- 19.433 Panzerung der Containerschale.- 19.434 Spezifische Festhaltungen.- 19.44 Radioaktive „Belastung“ und Dichtigkeitsprüfung.- 19.441 Radioaktive Belastung.- 19.442 Pneumatische Dichtigkeitsprüfung.- 19.45 Beispiele ausgeführter Containerschalen.- 19.451 Sphärischer Container mit getrennter Stützung von Innenkonstruktion und Schale.- 19.452 Sphärischer Container mit gemeinsamer Stützung von Innenkontruktien und Schale.- 19.453 Eingebetteter sphärischer Container mit zusätzlicher äquatorialer Stützung der Schale.- 19.454 Eingebetteter vertikaler zylindrischer Container.- 19.455 Horizontale zylindrische Containergruppe.- 19.456 Druckfeste Stahlbeton-Kammer mit gasdichter Stahlblechauskleidung.- 19.46 Der Einschluß der Radioaktivität bei mit natürlichem Uran arbeitenden, graphitmoderierten, CO2-gekühlten Kernkraftsystemen.- 19.47 Kollisionssicherer Einschluß von Schiffsantrieb-Reaktorsystemen.- 19 5 Einschluß von Reaktorsystemen in Felskammern.- 19.51 Sicherheitstechnische Aspekte.- 19.52 Ventilations-Kammersystem.- Literatur.- Anhang: Code der Berichtsliteratur.