Grundzüge der Strahlenschutztechnik

Inhaltsverzeichnis

• 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.
• 3. Strahlennachweisgeräte.
• 3.1 Strahlendetektoren auf der Grundlage der Gasionisation.
• 3.2 Szintillationszähler.
• 3.3 Photographische Emulsionen.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Anhang: Code der Berichtsliteratur.