DE951391C

DE951391C - Gammastrahlen absorbierende Glaeser

Info

Publication number: DE951391C
Application number: DEC10822A
Authority: DE
Inventors: William Houston Armistead
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1954-03-01
Filing date: 1955-02-27
Publication date: 1956-10-25
Also published as: US2856303A; GB764575A; NL195178A; NL84348C; FR1119646A; BE536082A

Description

AUSGEGEBEN AM 25. OKTOBER 1956

INTERNAT. KLASSE C 03 C — —

C 10822 IVc j32b

ist als Erfinder genannt worden

Diese Erfindung bezieht sich auf Gläser, die Gammastrahlen zu absorbieren vermögen und sich zur Herstellung von Fenstern eignen, welche in Betonschutzmauern zum Beobachten ferngesteuerter Behandlungen radioaktiver Substanzen angeordnet sind. Insbesondere bezieht sie sich auf neue, durchsichtige Gläser mit einer Dichte sowie Absorptionsfähigkeit, die der des schweren Betons vergleichbar ist. Dieser Beton unterscheidet sich von dem gewöhnlichen Beton dadurch, daß er Zuschläge aus Baryt (Bariumsulfat) oder Eisenerz enthält und eine Dichte von etwa 3,2 besitzt, gegenüber einer Dichte von etwa 2,5 des gewöhnlichen Betons.

Bisher bestanden solche Schutzwände aus gewöhnlichem Beton und waren mit einem Beobachtungsfenster versehen, das gewöhnlich aus einer Strahlen absorbierenden transparenten Glaszelle von entsprechender Dicke bestand. Diese Glaszelle enthielt eine 78%ige wäßrige Zinkbromidlösung und bestand aus dem üblichen Bariumsilikatglas mit einer Dichte von etwa 2,7 und enthielt CeO₂, um ein übermäßiges Dunkelwerden des Glases durch die Gammastrahlung mit entsprechender Verringerung seiner Durchsichtigkeit zu verhindern. Die Möglichkeit eines plötzlichen Fehlens der Zinkbromidlösung in dem Fenster durch zufälligen Bruch des Glases stellt eine sehr ernste

Gefahr dar, wobei der Beobachter, wenn auch nur für den Bruchteil einer Sekunde, der schädlichen Wirkung dieser Strahlen ausgesetzt sein würde. Außerdem neigt die Zinkbromidlösung, wenn die Gammastrahlung eine bestimmte kritische Grenze überschreitet, zur Zersetzung unter Bildung sichtbehindernder Gasblasen. Zwecks Vermeidung derartiger Schwierigkeiten kann das Beobachtungsfenster ganz aus CeO₂-haltigem Glas bestehen.

ίο In dem Maße, wie die Intensität und/oder die Strahlungsmenge zunimmt, ist es erforderlich, die Schutzwand zwecks Schaffung des notwendigen Schutzes entsprechend stärker zu machen. Um einen derartigen Schutz zu erhalten, ohne die Schutzwand übermäßig zu verstärken, kann diese aus schwerem Beton hergestellt werden, in welchem Falle es ebenso wünschenswert ist, ein Glas zu verwenden, das eine Dichte und eine Absorption für Gammastrahlen, die der des schweren Betons vergleichbar ist, besitzt, und das vorteilhafterweise bis zu einer Dicke von 1,50 m und mehr durchsichtig ist. Leider ist bisher kein Glas bekannt, das diesen Anforderungen genügt. Die üblichen Silikatgläser mit hoher Dichte, die PbO oder PbO und BaO, welche Oxyde die Gammastrahlen ganz besonders absorbieren sowie genügend CeO₂ enthalten, um ein nachteiliges Dunkelwerden sowie eine Verringerung der Durchsichtigkeit zu verhindern, sollten ein besonders gut geeignetes Glasmaterial für Fenster dieser Art darstellen. Jedoch ist die färbende Wirkung des Ce O₂ in Glas bei diesen Gläsern besonders stark, und auch die Durchlässigkeit für Wellenlängen von maximaler sichtbarer Helligkeit, etwa 5500 Ängströmeinheiten, durch solche CeO₂-haltige Gläser mit einer Dicke von 0,9 m oder mehr ist zu gering, um eine zufriedenstellende Durchsicht zuzulassen. Jede wesentliche Verringerung des CeO₂-Gehaltes zur Herabsetzung der färbenden Wirkung führt zu einem vermehrten Dunkelwerden des Glases durch die Gammastrahlung.

Es wurde nun gefunden, daß Glas mit so hoher Dichte für den genannten Zweck zufriedenstellend verwendet werden kann, wenn es 17 bis 25 % Alkalimetalloxyde enthält, wobei mindestens 10% aus K₂O bestehen.

Erfindungsgemäß besteht das zur Absorption von Gammastrahlen geeignete Glas im wesentlichen aus SiO₂, Alkalimetalloxyd, zweiwertigem Metalloxyd und CeO₂ mit einem Gehalt von 35 bis 50% SiO₂; mindestens 10 °/₀K₂O, ο bis 15% Na₂O und 0 bis 3% Li₂O, wobei die Alkahmetalloxydgesamtmenge 17 bis 25 % beträgt; 15 bis 45 % PbO, ο bis 25 % BaO, ο bis 5% CdO, ο bis ΐο°/_σ SrO, ο bis 5% ZnO, ο bis 10% CaO und 0 bis 5 % MgO, wobei die Gesamtmenge dieser zweiwertigen Metalloxyde 25 bis 45 % und die Gesamtmenge PbO oder PbO und BaO mindestens 25% beträgt sowie 0,8 bis 1,8% CeO₂. Das Glas ist im wesentlichen frei von Didymiumoxyd. In einer Dicke von 1,50 m und mehr ist es im wesentlichen durchsichtig und besitzt eine Dichte von ζ,ο. bis 4. Das neue Glas enthält vorzugsweise 17 bis 25 % K₂ O. Wie jedoch bekannt ist, besitzen die anderen Alkalimetalloxyde, die gewöhnlich bei der Glasherstellung verwendet werden, nämlich Na₂O und Li₂O, ein größeres Fließvermögen als K₂O und dienen, wenn sie an Stelle des K₂O verwendet werden, dazu, die Schmelzbarkeit des Glases zu verbessern und dessen Erweichungspunkt herabzusetzen. (Unter Erweichungspunkt wird die Temperatur verstanden, bei welcher die Viskosität eines Glases io⁷·⁶ Poises beträgt.) Das Glas kann daher auch als wesentlichen Bestandteil bis zu 15% Na₂O und/oder bis zu 3% Li₂O enthalten, vorausgesetzt, daß der gesamte Alkalimetalloxydgehalt 25% nicht übersteigt. In diesem Falle kann der K₂O-Gehalt bis hinunter zu 10% betragen, solange der Gesamtalkalimetallgehalt mindestens 17% beträgt.

Das neue Glas enthält vorteilhafterweise 25 bis 45% PbO. Auch BaO vermittelt dem Glas eine wesentliche Absorption für Gammastrahlen. Es kann in dem neuen Glas in Mengen bis zu 25 °/₀ als wesentlicher Bestandteil enthalten sein und zum Teil das PbO darin ersetzen, in welchem Falle das PbO bis hinunter zu 15 % betragen kann, vorausgesetzt, daß die Gesamtmenge dieser zweiwertigen Metalloxyde mindestens 25% und nicht mehr als 45% beträgt.

Außerdem kann das Glas bis zu 5% CdO, bis zu 10% SrO, bis zu 5 % ZnO, bis zu 10% CaO und/oder bis zu 5% MgO enthalten, vorausgesetzt, daß die Gesamtmenge aller zweiwertigen Metalloxyde 45% nicht überschreitet, wobei die. Mindestmenge des Pb O oder des PbO und BaO bei 25% liegt. Während die Anwesenheit von CdO, SrO, ZnO, CaO und/oder MgO in Mengen, die die angegebenen Werte nicht übersteigen, im Glas zwar nicht schadet, besitzen diese Oxyde andererseits auch keine nützliche Wirkung. Sobald diese Oxyde jedoch in übermäßigen Mengen vorhanden sind, üben sie eine nachteilige Wirkung auf die Farbe oder Durchlässigkeit des Glases und auf dessen Dichte aus. Die Anwesenheit von bis zu 5% Al₂O₃ oder bis zu 10% B2O3 ^zur Verbesserung der chemischen und physikalischen Haltbarkeit oder Schmelzbarkeit kann erwünscht sein.

Vorzugsweise besteht das Glas im wesentlichen aus 35 bis 50% SiO₂,12 bis 16% K₂O, 4 bis 8% Na₂O, wobei die Gesamtmenge des K₂O und Na₂O 18 bis 22°/„ beträgt, weiterhin aus 30 bis 40% PbO, 1,1 bis 1,5% CeO₂, das im wesentlichen frei von Didymiumoxyd ist, sowie bis zu 2% Al₂O₃.

Änderungen in den Mengenverhältnissen der Bestandteile der neuen Gläser sollten sich innerhalb der oben beschriebenen Grenzen bewegen, und zwar aus folgenden Gründen: Bei einem Überschuß an SiO₂ oder einem Mangel an PbO oder PbO und BaO ist die Dichte des Glases und seine Gammastrahlenabsorption zu gering. Die Dichte des Glases ist ebenfalls zu gering, wenn der Gesamtinhalt an zweiwertigem Metalloxyd zu niedrig ist. Andererseits erfolgt bei einem Mangel an SiO₂ oder einem Überschuß an PbO, BaO oder PbO und BaO eine nach- iao teilige Vertiefung der Farbe infolge des CeO₂.

Eine solche Farbvertiefung des Glases ist auch auf den Mangel an K₂O oder auf einen Überschuß an CeO₂ zurückzuführen. Bei ungenügendem CeO₂-Gehalt wird das Glas durch die Gammastrahlung dunkel und verliert seine Durchsichtigkeit. Die

Anwesenheit von Didymiumoxyd in dem CeO₃ sollte vermieden werden, da die Färbewirkung des Didymiumoxyds die Durchsichtigkeit des Glases weiter herabsetzt und es für den vorliegenden Zweck ungeeignet macht.

Eine nachteilige, geringe chemische Haltbarkeit oder geringe Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe durch Luftfeuchtigkeit und andere Mittel, mit denen das Glas in Berührung kommen kann, wird durch einen Überschuß an K₂O, Na₂O oder B₂O₃ verursacht, während bei einem Überschuß an Li₂O der Schmelzpunkt des Glases nachteilig ansteigt und bei einem Überschuß an Al₂O₃ dessen Viskosität in einem unerwünschten Maße zunimmt.

Folgende als Beispiel' aufgeführte Zusammensetzungen, die ansatzmäßig in Gewichtsprozent auf Oxydbasis. errechnet sind, stellen Gläser dar, die in den Rahmen dieser Erfindung fallen.

I	2	3	4	5	6	• 7
44,4	44,5	39,7	44,2	39,5	39,5	39-4
13,8	14,8	20,0	19,7	13,8	19.7	24,7
6,o	4,o	—	—	6,0	—	—
—	1,0	—	—	—	— ■	—
32,5	32,6	20,O	32,4	39,4	39,5	32,6
—	—	20,0	—	—	—	—
i,3	1,1	i,3	1.7	i,3	i,3	1.3
2,0	2,0	—	2,0	—	—	2,0
3,27	3,27	3,39	3,24	3,52	3,50	3,26

SiO₂

K₂O

Na₂O

Li₂O

PbO

BaO

CeO₂*

Al₂O₃

B₂O₃

Dichte

* Im wesentlichen frei von Didymiumoxyd.

Wenn es auch nicht wünschenswert ist, daß das

Glas eine geringere Dichte hat als der mit diesem Glas verwendete Beton, so sind doch größere Dichten als die des Betons wegen des dadurch erhaltenen zusätzliehen Schutzes gegen Strahlung nicht nachteilig.

Claims

Patentansprüche:

i. Gammastrahlen absorbierende Gläser, die im wesentlichen aus SiO₂, Alkalimetalloxyd, zweiwertigem Metalloxyd sowie Ce O₂ bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 35 bis 5o°/₀ SiO₂; mindestens io°/₀ K₂O, ο bis 15% Na₂O und 0 bis 3°/₀ Li₂O, wobei die Gesamtmenge dieser Alkalimetalloxyde 17 bis 25°/₀ beträgt; 15 bis 45 °/₀ PbO, ο bis 25% BaO, 0 bis 5% CdO, 0 bis io°/₀ SrO, ο bis 5% ZnO, 0 bis 10% CaO und 0 bis 5°/₀ MgO, wobei die Gesamtmenge dieser zweiwertigen Metalloxyde 25 bis 45% und die Gesamtmenge Pb O oder PbO und Ba O mindestens 25% beträgt; und 0,8 bis 1,8% CeO₂ bestehen,

44,4 , 9,8 ^So

9,8
29.7

5,o

wobei die Gläser im wesentlichen frei von Didymiumoxyd sind, in einer Dicke von 1,50 m und mehr im wesentlichen durchsichtig sind und eine Dichte von 2,9 bis 4 besitzen.
2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich bis zu 5 % Al₂O₃ enthält.
3. Glas' nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich bis zu 10% B₂O₃ enthält.
4. Glas nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge~ kennzeichnet, daß es aus 35 bis 50% SiO₂, 12 bis i6°/₀ K₂O, 4 bis 8% Na₂O, wobei die Gesamtmenge K₂O und Na₂O 18 bis 22% beträgt, sowie 30 bis 40% PbO, 1,1 bis 1,5% CeO₂ und bis zu 2% Al₂O₃ besteht.
5. Glas nach. Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus etwa 44,4 °/₀ SiO₂, 13,8% K₂O, 6% Na₂O, 32,5% PbO, i,3°/o CeO₂ sowie 2°/o Al₂O₃ besteht und eine Dichte von etwa 3,3 besitzt.

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