Strahlenschutzbeton

[DG0MG]

Ich  schaue gerade diese Dokumentation über Bunker an:

• https://www.zdf.de/dokumentation/zdfinfo-doku/geheime-bunker-angst-vor-dem-atomkrieg-102.html

Da wird bei 19:30 min erwähnt dass der Bunker des "Warnamtes Bassum" (erbaut 1961) 3 Meter dicke Außenwände aus Strahlenschutzbeton hat. Dem Beton wäre zur Abschirmung gegen radioaktive Strahlung Baryt beigemischt. Baryt ist Schwerspat.
Wie ändert sich z.B. die Halbwertsdicke des Betons durch diesen Zusatz?

Wird das auch heute so gemacht oder gibt Besseres?

[NoLi]

Baryt-Beton hat eine höhere Dichte und damit bessere Abschirmwirkung gegenüber Normalbeton. Um die Änderung der Halbwertsdicke zu erfahren, muß man am besten in Tabellenwerken zur Abschirmung von Gammastrahlung nachschauen. Wird heute noch so angewendet.

Beste Abschirmmaterialien für Gammastrahlung sind Schwermetalle wie Uran oder Plutonium (Dichte jeweils ~ 19 g/cm³; zum Vergleich Blei = 11 g/cm³) oder Wolfram und Gold (auch ~ 19 g/cm³). ICH LIEBE ABSCHIRMSTEINE AUS GOLD... , leider nur sehr schwer ran zu kommen

Gruß
Norbert

[Zugpferd]

Baryt-Beton wird z.B. in Bunkern für Bestrahlungsgeräte oder Strahlenzentren verbaut. Auch Cyclotrone stehen häufig in Baryt-Beton Kellern.
Ich meine einer hatte letztens doch ein Programm Screenshot gemacht aus soeinem DOS Programm heraus, ich glaube, also wenn ich mich nicht täusche waren da Faktoren für Baryt mit angegeben...

[DG0MG]

Aha, wenn man explizit nach "Baryt-Beton" sucht, gibts auch erheblich mehr Ergebnisse, z.B.:

• https://www.pontax.de/zuschlaege-strahlenschutzbeton-ballastbeton/baryt-schwerspat.html
• https://www.baunetzwissen.de/glossar/b/barytbeton-3039957
• https://www.heidelbergcement.de/de/beton/strahlenschutzbeton

"Barytkörnungen werden als Betonzuschlag für die Herstellung schwerer Strahlenschutz-, Ballast und Schallschutzbetone eingesetzt. [..]
Ausschlaggebend für die Einhaltung des technischen Parameters "Dichte" ist die nach 56 Tagen Abbindezeit erzielbare Festbeton-Rohdichte. Diese beträgt bei ausschließlicher Verwendung von Barytzuschlag mit einer Kornrohdichte von 4,15 t/m³ maximal 3,4 t/m³"

[Zugpferd]

...Schwermetalle wie Uran oder Plutonium (Dichte jeweils ~ 19 g/cm³; zum Vergleich Blei = 11 g/cm³) oder Wolfram und Gold (auch ~ 19 g/cm³). ICH LIEBE ABSCHIRMSTEINE AUS GOLD...

Da ist der Uran Klotz wahrscheinlich günstiger...

Als unsere Strahlenschutzsachverständige in Rente gegangen ist habe ich von Ihr einen Zylinder bekommen aus reinem Wolfram und einen aus Modybdän. Sie hatte uns beide Zylinder in Strahlenschutzvorlesungen immer rumgegeben und ich war vom Wolfram total begeistert, die 19g/cm³ haben es in sich.
Jetzt präsentiere ich den Klotz immer... Und schön ist das ich mir die gleiche Größe hab aus Alu und Eisen machen lassen - das macht dann noch mehr Eindruck!

[DG0MG]

Hier hat jemand für seine "Prüfstrahler" einen Container aus Beton statt aus Blei gebaut:

• http://simon-heuer.ch/strahlenschutztresor.html

[NoLi]

• http://simon-heuer.ch/strahlenschutztresor.html

Die getroffene Aussage, "Nachforschungen haben ergeben, dass Beton, Eisen und Blei aufs Gewicht bezogen etwa gleich gut abschirmt.", stelle ich mal auf Grund der sehr unterschiedlichen Dichten und vor allem Praxiserfahrungen (wir machen in unseren Schulungen Praktika-Versuche zu diesem Thema) stark in Zweifel.

Die Idee mit dem Beton an sich ist gut, weil sie in unterschiedlicher Formgebungen einfach umzusetzen ist. Bei diesen hier gezeigten Strahlern mit den angegebenen Aktivitäten und Dosisleistungswerten hätten es aber ein paar fix und fertige Beton-Pflastersteine aus dem Baumarkt auch getan. Na gut, das muß halt jeder für sich entscheiden.
Zu bemerken sei, dass sich durch den Deckel in geschlossenem Zustand ein gewisser Anteil Radon-222 (wegen dem Autunit und den zwei weiteren Uranmineralien) ansammeln und die Folgeprodukte abwischbare Kontaminationen verursachen werden. Um dies zu verhindern, sollte sich das Radon frei ausbreiten und verflüchtigen können.

Gruß
Norbert

[DG0MG]

Die getroffene Aussage, "Nachforschungen haben ergeben, dass Beton, Eisen und Blei aufs Gewicht bezogen etwa gleich gut abschirmt.", stelle ich mal auf Grund der sehr unterschiedlichen Dichten und vor allem Praxiserfahrungen (wir machen in unseren Schulungen Praktika-Versuche zu diesem Thema) stark in Zweifel.

Naja, er bezieht das ja aufs Gewicht, insofern ist eine Abschirmung aus weniger dichtem Material natürlich auch dicker. Aber das lässt sich ja nachrechnen, ich bin gespannt was rauskommt:
Nehmen wir eine feste Fläche, von 100 mm x 100 mm, hinter der ein Strahler sitzt und gießen gleichgewichtige Quader von 1 kg. Die "Tiefe" l des Quaders (also die Dicke der Abschirmung) sinkt mit steigender Dichte.

• Beton (Baryt-Beton, s.o.) 3,4 g/cm³ ==> l = 29,4 mm
• Eisen [1] 7,874 g/cm³ ==> l = 12,7 mm
• Blei [2] 11,342 g/cm³ ==> l = 8,8 mm

Die Halbwertsschichtdicken bei 1 MeV nach [3]

• Beton 50 mm ==> Schwächungsfaktor bei 29,4 mm ==> 0,294
• Eisen 14,7 mm ==> Schwächungsfaktor bei 12,7 mm ==> 0,432
• Blei 8,7 mm ==> Schwächungsfaktor bei 8,8 mm ==> 0,505

Man sieht also deutlich: NoLi hat recht! 1 kg Blei schirmt erheblich besser ab, als 1 kg Beton - trotz dessen viel größerer Dicke.

Wahrscheinlich wird das Ergebnis erst anders, wenn man nicht das Gewicht, sondern den Preis des Materials zugrunde legt. Dann braucht man zwar ggü. Blei knapp doppel soviel Gewicht in Beton, aber bei vmtl. erheblich geringeren Kosten, um die gleiche Abschirmwirkung zu erzielen. Wobei aber Schwerbeton nach [4] etwa das 10fache ggü. Normalbeton kostet.

[1] https://de.wikipedia.org/wiki/Eisen
[2] https://de.wikipedia.org/wiki/Blei
[3] https://de.wikipedia.org/wiki/Halbwertsschicht#Halbwertsschichtdicke_f%C3%BCr_Gammastrahlung
[4] https://de.wikipedia.org/wiki/Schwerbeton#Verwendung

[NoLi]

Hier mal ein umfangreiches "Kurvenwerk" zur Beta- und Gammastrahlungsabschirmung, "Beiblatt 1 zu DIN 25425 Teil 2":

http://materialstandard.com/wp-content/uploads/2019/07/DIN-25425-2-1%EA%9E%891989-DE-%E1%B4%BE%E1%B4%BC%E1%B4%BC%E1%B4%AE%E1%B4%B8%E1%B4%B5%E1%B6%9C%E1%B4%BD.pdf

Gruß
Norbert

[miles_teg]

Hier mal als kleiner Einstand: In den letzten beiden Zyklotronneubauten in Sachsen (zu denen ich Zugang habe) wurde kein Barytbeton verbaut. Mit wurde gesagt das dies mehr Probleme bei der Entsorgung (Aktivierung) verursacht.

[DG0MG]

Und stattdessen?
Dickere Wände oder mehr Blei?

[pangeiger]

Moin,

Aktivierung durch Neutronenstrahlung?

[NoLi]

Wenn`s Kompakt-Zyklotrone "von der Stange" sind und u.a. in Kliniken zur PET-Erzeugung betrieben werden:  Protonen, Neutronen und Gammastrahlung >> 10 MeV .

So ab Photonenenergien von ca. 2 MeV an aufwärts treten sogenannte Kernwechselwirkungen auf, bei denen Photonen in Atomkerne eindringen und dabei Protonen oder Neutronen rausschlagen können, die wiederum ihrerseits das umgebende Material aktivieren. Je höher diese Photonenenergie, desto höher auch die Häufung dieser Kernwechselwirkungen.

Gruß
Norbert

[miles_teg]

Wenn`s Kompakt-Zyklotrone "von der Stange" sind und u.a. in Kliniken zur PET-Erzeugung betrieben werden:  Protonen, Neutronen und Gammastrahlung >> 10 MeV .

So ab Photonenenergien von ca. 2 MeV an aufwärts treten sogenannte Kernwechselwirkungen auf, bei denen Photonen in Atomkerne eindringen und dabei Protonen oder Neutronen rausschlagen können, die wiederum ihrerseits das umgebende Material aktivieren. Je höher diese Photonenenergie, desto höher auch die Häufung dieser Kernwechselwirkungen.

Gruß
Norbert

Um genau solche Zyklotrone handelt es sich ;-)

[NoLi]

Bei einer Bestrahlung von Beton mit aus dem Atomkern herausgeschlagenen Neutronen entsteht durch Aktivierung in relevanten Aktivitätsmengen Co-60 (Halbwertszeit 5,3 Jahre), Ba-133 (Halbwertszeit 10,55 Jahre) und Eu-152 (Halbwertszeit 13,5 Jahre). Um den Anteil von Ba-133 nicht noch weiter deutlich zu erhöhen und damit eine Entsorgung noch schwieriger zu machen, verwendet man daher bei Kompaktzyklotronen bevorzugt Normalbeton und kein Schwerbeton (Barytbeton).

Die Aktivität aller weiteren noch im Beton erzeugten Radionuklide liegt in der Summe bei < 10% der Gesamtaktivität und darf somit bei einer Entsorgung vernachlässigt werden.

Gruß
Norbert