DE2845790A1 - Elektrisch nicht leitendes schutzschild fuer elektrische geraete, die ionisierende strahlung erzeugen - Google Patents
Elektrisch nicht leitendes schutzschild fuer elektrische geraete, die ionisierende strahlung erzeugenInfo
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Description
DIPL. ING. HEINZ BAROEHLE DIPL. CHEM. DR. PETER FURNISH
Aktenzeichen:
Anmelder: Lintott Engineering Ltd. Foundry Lane
Horsham, Sussex RH13 5PY Great Britain
München, 20. Oktober 1978
X/
Unser Zeichen: p 2781
Elektrisch nicht leitendes Schutzschild für elektrische Geräte, die ionisierende
Strahlung erzeugen
909817/0928
Kanzlei: Herrnstraße 15, München 2a
Die Erfindung betrifft ein elektrisch nicht leitendes Schutzschild,
insbesondere ein Strahlenschutzschild für Geräte, bei denen die Erzeugung von Strahlung mit hohen elektrischen Gradienten
einhergeht. Kommerzielle Ion-Strahlen-Geräte oder Elektronenstrahlen-Geräte, bei denen die Beschleunigerröhren hohe
Strahlungsniveaus erzeugen, gehören zu dieser Art.
Konventionelle Schutzschilder aus Bleiblech oder Beton, die in einem Abstand zur Strahlungsquelle aufgestellt werden, sind
oft sehr kostspielig in Material oder komplizierter Herstellung und machen die Geräte zuweilen auch extrem sperrig und schwer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein-Schutzschild herzustellen,
das nicht elektrisch leitfähig ist und deshalb auch in einem Gerät nahe an der Strahlungsquelle, wo die elektrische
Feldstärke hoch ist, angeordnet werden kann. Hierdurch können sowohl das Volumen des Geräts als auch die Menge an erforderlichem
Schutzmaterial in großem Umfang reduziert werden, ohne daß der Schutz verringert wird.
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Gegenstand der Erfindung ist daher ein elektrisch nicht leitendes Schutzschild für ein elektrisches Gerät, das ionisierende
Strahlung erzeugt; das Schutzschild enthält ein strahlungsabsorbierendes Metall und ist so gestaltet, daß es im
Bereich eines hohen elektrischen Gradienten in dem Gerät neben seinen Strahlungserzeugenden Komponenten liegt.
Auch wenn das Metall in einer isolierenden Matrix verwendet wird, liegt es vorzugsweise in Form einer elektrisch nicht
leitfähigen Verbindung, und die Erfindung umfaßt sowohl die Schutzschilder als auch das Gerät, das die Schutzschilder
enthält.
Die Schutzschilder können gesondert hergestellt und mit einer Ausstattung gebraucht werden, in der die strahlungserzeugenden
Komponenten durch andere Mittel eingeschlossen sind, wie z.B. durch die konventionelle Glasumhüllung; sie können aber
auch selbst eine evakuierbare abgeschlossene Anlage bilden.
Irgendein Strahlungsabsorbierendes Metall kann verwendet werden; jedoch steigt die absorbierende Kraft von Metallen schnell
mit der Atomzahl. Daher sind schwere Metalle erwünscht, vorzugsweise mit der Atomzahl 50 oder mehr (Zinn und-nachfolgende
Metalle) und günstiger mit der Atomzahl 7 4 ode'r mehr (Wolfram und nachfolgende Metalle).
Das Schutzschild ist zweckmäßigerweise in geformter oder gegossener
Form hergestellt, entweder durch Dispersion von strahlungsabsorbierendem Material in eine ieolierende und zu sammenfügende
Kunststoff-Matrix wie z.B. ein Epoxydharz, oder
durch Keramiktechniken, bei denen z.B. Bleioxyd enthaltende Keramik oder Glas verwendet wird.
909617/092·
Wahlweise kann das strahlungsabsorbierende Material eine
locker und leicht gebundene Füllung in einem aus Plastik, Glas oder anderem Material bestehenden Gehäuse sein. Die
exakte Methode des Einschließens des strahlungsabsorbierenden Materials ist unbedeutend, wenn es nur vorhanden
ist und das Schutzschild als Ganzes nicht leitet.
Wenn das Schutzschild geformt oder gegossen wird, sollte der Gehalt an strahlungsabsorbierendem Material innerhalb der
Grenzen der Bearbeitbarkeit, die selbst sowohl auf dem Keramik- als auch auf dem Kunststoffsektor bekannt sind, maximal
sein. Der Zustand der Zerteilung des Materials ist auch zum großen Teil eine Sache der Zweckdienlichkeit beim Formen
oder Gießen.
Blei ist das zweckmäßigste strahlungsabsorbierende Metall in Bezug auf Kosten und Wirksamkeit. Bleimonoxyd (Litharge)
ist eine besonders geeignete Form, in der es angewandt werden kann, angesichts hoher Dichte und schneller Verfügbarkeit
in zweckmäßiger Form, wie es für Farbpigmente verkauft wird. Alternativen sind aber auch Wolfram, besonders in Oxydform,
oder, wo eine maximale Absorbtionskraft bei minimalem Volumen erforderlich ist, Uran, zweckmäßigerweise als.abgereichertes
Uranoxyd.
Wenn eine Plastikmatrix verwendet wird, kann aus vielen Kunststoffen
mit geeigneten elektrischen Eigenschaften, wie durch spezifische Anwendung festgestellt und in sich bekannt in
elektrischen Geräten, ausgewählt werden. Akry^ioiyl^^1}
Polyvinylchlorid, ABS (Akrylnitril-Butadien-Styrol), Polyamide und Polytetrafluoräthylen sind alle geeignet. Sie können durch
Sinterung, Spritzgußverfahren, Pressen oder andere geeignete Maßnahmen geformt werden. Bevorzugt wird jedoch das in elektrischen
Geräten für Isolationszwecke gebrauchte Epoxydharz.
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Anhand von Zeichnungen werden spezielle Beispiele von Bauteilen erläutert:
Figuren 1 und 2 zeigen in einer End- bzw. Seitenansicht eine Hälfte einer Röntgenröhren-Abschirmung.
Fig. 3 zeigt in einem Längsschnitt eine Beschleunigerröhre.
Die Röntgenröhren-Abschirmung ist 50,5cm (19,9 inches) lang, hat einen Durchmesser von 39,2 cm (15,4 inches) und eine Dicke
von 1,59 cm (0,625 inches). Um ihr einen guten äußeren Oberflächenabschluß
zu geben, wird die Abschirmung in Formen hergestellt, die mit einer Melaminharzschicht für jede Abschirmung
ausgelegt sind. Die Abschirmung wird an den zusammentreffenden Kanten 1 und 2 maschinell bearbeitet, um eine genaue
Paßform mit dem Halbschirm-Gegenstück zu erreichen.
Nachfolgend wird die verwendete Mischung angegeben:
45 Gewichtsteile fein geteiltes Bleimonoxyd-(Litharge)-Farbpigment
6,75 Gewichtsteile Harz
2 Gewichtsteile Aminhärter
2 Gewichtsteile Aminhärter
Das Harz ist ein Material auf Grundlage von Bisphenol-A und
der Härter ein Polyamin; die Eigenschaften sind wie folgt:
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1. Eigenschaften des Harzes ι
Bezeichnung DOBECKOT 605 (Dr.Beck & Co) (Warenzeichen)
Material Lösungsmittelfreies modifiziertes Epoxydharz
Aussehen klare, leicht strohfarbene Flüssigkeit
Viskosität bei 20 C 1000 cP.
Entzündungspunkt 100°C
Epoxyd-Äquivalent 200 - 20
Spezifisches Gewicht bei 20 C 1,11
909817/0921
A-
2. Eigenschaften des Härters:·
Bezeichnung
HARDENER 762 BE2 (Dr.Beck & Co.)
Material
Polyamin
Aussehen
blaue Flüssigkeit
Viskosität bei 20 C 80 cP
Entzündungspunkt 100°C
Spezifisches Gewicht bei 20 C 0,97
3. Eigenschaften der Harz/Härter-Mischung als solche;
Viskosität bei 20 C 800 cP
Gebrauchsdauer bei 20 C bei 30°C bei 40°C
Gelbildung s zeit bei 100°C Härtung bei 120°C
30 Minuten. 20 Minuten-, 10 Minuten 3 Minuten
30-60 Minuten
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4. Elektrische Eigenschaften (gehärtetes Harz als solches)
Dielektrische Durchschlagfestigkeit 1000 Volt/0,025 ram
BSS 2783 Teil 2 1965 Methode 201 C
Volumenwiderstand 1 χ 10 Ohm-cm
BSS 2782 Teil 2 1965 Methode 202 A
1 4 Oberflächenwiderstand 8 χ 10 Ohm-cm
BSS 2782 Teil 2 1965 Methode 203 A Dielektrizitätskonstante 2,5
Dielektrischer Verlustwinkel (Tan.^) 0,010
Schwund % .0,5
Aus der Mischung auf Grundlage von Litharge hergestellte Schutzschilder haben ausgezeichnete elektrische Eigenschaf-
1 2 ten mit einem Volumenwiderstand von mehr als 10 Ohm-cm
und eine dielektrische Durchschlagfestigkeit von ungefähr 30 mV/0,025 mm. Ein 1 cm dickes Teststück des Materials reduziert
die Intensität von 150 kV Röntgenstrahlen bei kommerziellen
Röhren um einen Faktor von 600. Die SchutzSchilder sind somit leicht in der Lage, die Strahlungsnivieaus bis
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unter die erlaubten Maxima zu reduzieren, z.B. 0.25 Millirad/h
in den U.S.A.
Geeignete Mengen von anderen Metallmischungen zur Herstellung von Mischungen wie oben sind von ihrer Dichte her leicht zu
errechnen. Mengen, die anstatt der 45 Gewichtsteile Litharge verwendet werden können sind z.B.:
PbO2 - 44,2 Teile
PbF2 - 38,9 Teile
UO2 - 51,7 Teile
UN - 67,5 Teile
W0„ - 57,1 Teile
Ein Beispiel eines Schildes, das tatsächlich die vakuumeinschließende
Hülle der Strahlungsquelle ist, wird in Fig. 3 gezeigt. Es besteht aus einer Anzahl von Ringen'3 der oben beschriebenen
Mischung auf Grundlage von Litharge und ist zwischen den Metallelektroden und einer gestuften Beschleunigerröhre
eingelagert. Die Röhre weist eine Konstruktion auf, die in kommerziellen Ionen-Einlagerern oder Ionen-Spickungsgeräten
für Siliziumkristalle (Siliziumchips) verwendet wird und ist schematisch dargestellt, jedoch ohne elektrische Verbindungen
oder Einzelheiten der Endringe 4 und der Metallendflanschen 5,
mit denen die Röhre in das Vakuumsystem des Einlagerers oder Spickungsgeräts eingeführt wird. Die Elektroden 6 weisen eine
geflanschte, stumpfkegelige Form auf, wobei die kleineren inne-
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ΑΛ
ren Enden 7 gerollt sind und die Flanschen 8 die Oberfläche
des Schutzschilds für elektrische Verbindungen erreichen. Sie bestehen aus Aluminium,oder, für steilere elektrische Gradienten, aus Titan.
des Schutzschilds für elektrische Verbindungen erreichen. Sie bestehen aus Aluminium,oder, für steilere elektrische Gradienten, aus Titan.
Zusammenfassend wird ein Schutzschild für Geräte beschrieben, in denen die Herstellung von Strahlung mit hohen elektrischen
Gradienten assoziiert wird. Das Schutzschild enthält ein strahlungsabsorbierendes
Metall als solches oder als Mischung und
ist elektrisch nicht leitfähig, so daß es in der Zone mit hohem elektrischen Gradienten neben den Strahlungsherstellenden Komponenten des Gerätes eingelagert werden kann.
ist elektrisch nicht leitfähig, so daß es in der Zone mit hohem elektrischen Gradienten neben den Strahlungsherstellenden Komponenten des Gerätes eingelagert werden kann.
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Claims (6)
1. Elektrisch nicht leitendes Schutzschild für elektrische Geräte,
die ionisierende Strahlung erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzschild ein Strahlungsabsorbierendes
Metall besitzt und so gestaltet ist, daß es im Bereich eines hohen elektrischen Gradienten in dem Gerät neben dessen strahlungserzeugenden
Komponenten liegt.
2. Schutzschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine herausnehmbare Einfassung für die strahlungserzeugenden
Komponenten bildet.
3J Schutzschild nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß es aus einer Gußform oder anderweitig gestalteter Matrix aus Epoxydharz oder anderem Kunststoffmaterial
geformt ist, wobei die Matrix ein strahlungsabsorbierendes Metall in Teilchenform als solches oder als nicht leitende
Mischung enthält.
4. Schutzschild nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das strahlungsabsorbierende Metall Zinn oder ein Metall mit höherer Atomzahl ist.
5. Schutzschild nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das strahlungsabsorbierende Metall Wolfram oder ein Metall mit höherer Atomzahl ist.
6. Schutzschild nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das strahlungsabsorbierende Metall Blei als Litharge oder in anderer Form ist.
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Representative=s name: BARDEHLE, H., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN |
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