DIN 25420-1 Bb 2-2014 Construction of concrete hot cells - Part 1 Requirements for remotely operated cells Supplement 2 Shielding calculation《混凝土热室的建造 第1部分 遥控热室要求 补充件2 屏蔽计算》.pdf

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1、Dezember 2014 DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP)Preisgruppe 9DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 13.280; 27.120.01!%;uj“2248271www.din.deDDieses Beiblatt

2、enthlt Informationen zuDIN 25420-1, jedoch keine zustzlichgenormten Festlegungen.DIN 25420-1 Beiblatt 2Errichtung von Heien Zellen aus Beton Teil 1: Anforderungen an Zellen fr fernbedienten Betrieb;Beiblatt 2: AbschirmberechnungenConstruction of concrete hot cells Part 1: Requirements for remotely o

3、perated cells;Supplement 2: Shielding calculationConstruction de cellules chaudes en bton Partie 1: Exigences relatives aux cellules pour la tlopration;Supplment 2: Calculs de blindageAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 25420-1 Beiblatt 2:1992-12www.beuth.deGes

4、amtumfang 13 SeitenDIN 25420-1 Bbl 2:2014-12 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 1 Verweisungen 4 2 Allgemeines . 4 3 Schwchung von Gamma-Strahlung 4 4 Ermittlung der erforderlichen Dichte bzw. Dicke von Betonabschirmungen . 5 4.1 Schwchung von Gamma-Strahlung in Betonabschirmungen . 5 4.2 Beispiel fr die Er

5、mittlung der Betondichte 5 4.2.1 Aufgabenstellung 5 4.2.2 Lsung . 6 4.3 Beispiel fr die Ermittlung der Betonwanddicke . 6 4.3.1 Aufgabenstellung 6 4.3.2 Lsung . 6 5 Ermittlung der erforderlichen Dicke von Bleiabschirmungen in Wanddurchfhrungen von Parallelmanipulatoren nach DIN 25409-3 und DIN 25409

6、-4 . 7 5.1 Schwchung von Gamma-Strahlung bei Bleistopfen . 7 5.2 Berechnungsbeispiel . 7 5.2.1 Aufgabenstellung 7 5.2.2 Lsung . 7 Literaturhinweise . 13 DIN 25420-1 Bbl 2:2014-12 3 Vorwort Dieses Beiblatt wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-07-62 AA Strahlenschutzeinrichtungen“ im DIN-Normenausschuss

7、Materialprfung erstellt. Dieses Beiblatt gilt fr Rume, die mit einer Abschirmung aus Beton umschlossen sind und in denen mit radioaktiven Stoffen fernbedient umgegangen wird (Heien Zellen). Es kann sich hierbei um Anlagen fr Versuchszwecke (z. B. Entwicklung von Werkstoffen) handeln oder um solche m

8、it Produktions- oder Entsorgungscharakter (z. B. Behandlung hoch radioaktiver Abflle und anderer Strahlenquellen). Dieses Beiblatt soll in erster Linie Planern bei der Auslegung der Strahlenabschirmung eine Hilfe sein. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Pat

9、entrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 25420-1 Beiblatt 2: 1997-02 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) redaktionell berarbeitet; b) Verweisungen aktualisiert; c) Bi

10、lder berarbeitet. Frhere Ausgaben DIN 25420-1 Beiblatt 2: 1984-01, 1992-12, 1997-02 DIN 25420-1 Bbl 2:2014-12 4 1 Verweisungen DIN 25409-3, Fernbedienungsgerte zum Arbeiten hinter Schutzwnden Parallelmanipulatoren in Teleskopbauart Mae DIN 25409-4, Fernbedienungsgerte zum Arbeiten hinter Schutzwnden

11、 Parallelmanipulatoren in Teleskopbauart Anforderungen und Prfungen DIN 25413 (alle Teile), Klassifikation von Abschirmbetonen nach Elementanteilen DIN 25420-1:2014-12, Errichtung von Heien Zellen aus Beton Anforderungen an Heie Zellen fr fernbedienten Betrieb DIN EN 61331-1, Strahlenschutz in der m

12、edizinischen Rntgendiagnostik Teil 1: Bestimmung von Schwchungseigenschaften von Materialien 2 Allgemeines Nach DIN 25420-1 ist die Dicke der Bedienungswnde von Betonzellen auf 915 mm festgelegt. Die Schutzwirkung kann infolgedessen nur durch Vernderung der Dichte des verwendeten Betons den Erforder

13、nissen angepasst werden. Die Rck-, Seiten- und Zwischenwnde sowie die Decken und eventuell Bden werden im Allgemeinen aus Normalbeton (Kiesbeton) hergestellt (bezglich der zulssigen Ortsdosisleistungen siehe DIN 25420-1:2014-11, Tabelle 2). Die folgenden Berechnungen gelten fr 60Co-Punktstrahler mit

14、 einer mittleren Photonenenergie von 1,25 MeV. Sie sind auch auf Linien- oder Volumenquellen anwendbar; die Betondichten bzw. Wanddicken liegen in diesen Fllen auf der sicheren Seite. Bei Quellen mit stark ausgeprgtem Linien- oder Volumencharakter wird eine besondere Berechnung fr Linien- oder Volum

15、enquellen empfohlen. 3 Schwchung von Gamma-Strahlung Die Schwchung der Ortsdosisleistung einer Gamma-Strahlenquelle durch Abschirmung lsst sich angeben durch den Schwchungsfaktor F nach DIN EN 61331-1: HHF0= (1) Dabei bedeutet: 0HOrtsdosisleistung der Strahlenquelle ohne Abschirmung, in mSv/h (Photo

16、nen-quivalent-dosisleistung) HOrtsdosisleistung an derselben Stelle mit Abschirmung, in mSv/h (Photonen-quivalent-dosisleistung) Die Ortsdosisleistung 0Hkann messtechnisch oder rechnerisch ermittelt werden. Bei einer punktfrmigen -Strahlenquelle betrgt die Ortsdosisleistung: 2H0rAH=(2) DIN 25420-1 B

17、bl 2:2014-12 5 Dabei bedeutet: H Dosisleistungskonstante in GBqhmmSv2A Aktivitt der Strahlenquelle in GBq r Abstand der Strahlenquelle vom Aufpunkt in m (hier von der zugnglichen Oberflche) Bei 60Co betrgt GBqhmmSv351,02H= . Mit den Gleichungen (1) und (2) sowie dem obigen Wert fr H ergibt sich fr d

18、en Schwchungsfaktor: 2351,0 rHAF=(3) 4 Ermittlung der erforderlichen Dichte bzw. Dicke von Betonabschirmungen 4.1 Schwchung von Gamma-Strahlung in Betonabschirmungen ln Bild 1 ist der Schwchungsfaktor F von 915 mm dicken Wnden aus Normalbeton (Kiesbeton) sowie Schwerbetonen (Barytbeton, Eisenerzbeto

19、n und Eisenerz-Eisenbeton) in Abhngigkeit von realisierbaren Dichten aufgetragen. Bild 2 zeigt den Schwchungsfaktor F fr Kiesbetone mit drei verschiedenen Dichten in Abhngigkeit von der Wanddicke. ANMERKUNG 1 Eine Dichte von = 2,3 g/cm3ist ohne weiteres zu erreichen. Im Allgemeinen geht man von dies

20、em Wert aus. ANMERKUNG 2 Da bei den Berechnungen fr Bild 1 und Bild 2 Aufbaufaktoren fr eine Punktquelle im unendlich ausgedehnten Medium verwendet wurden, liegen die angegebenen Werte in der Praxis auf der sicheren Seite. Bei der zugrunde gelegten Energie von 1,25 MeV sind bei gleichen Dichten kein

21、e merklichen Unter- schiede zwischen den Schwchungsfaktoren von Barytbeton und Eisenerzbeton gegeben. Es ist jedoch zu beachten, dass bei niedrigeren Energien und gleicher Dichte Barytbeton erheblich grere Schwchungsfaktoren haben kann als Eisenerzbeton. Zusammensetzung der Betone siehe DIN 25413. B

22、ei geringeren Energien als 1,25 MeV sind die Schwchungsfaktoren grer und liegen daher auf der sicheren Seite. Bei hheren Energien mssen gesonderte Rechnungen durchgefhrt werden. Es ist blich, die Auslegungsaktivitt fr Heie Zellen auf 60Co zu beziehen sowie zulssige Aktivitten fr 60Co anzugeben, um u

23、nmittelbar Vergleichsmglichkeiten zu haben und weil Prfungen der Abschirmwirkung aus praktischen Grnden meist mit Gammastrahlen-Punktquallen aus 60Co durchgefhrt werden. 4.2 Beispiel fr die Ermittlung der Betondichte 4.2.1 Aufgabenstellung Es ist die erforderliche Dichte der 915 mm dicken Bedienungs

24、wand einer Heien Zelle zu ermitteln, in der eine Gammastrahlen-Punktquelle aus 60Co gehandhabt werden soll. Die zulssige quivalentdosisleistung sei angenommen zu: hmSv105hmSv5 3=HDIN 25420-1 Bbl 2:2014-12 6 Es betrage die Auslegungsaktivitt A = 37 103GBq; der geringste Abstand der Quelle im Normalbe

25、trieb von der zugnglichen Oberflche r = 1,4 m. 4.2.2 Lsung Nach Gleichung (3) ergibt sich fr den Schwchungsfaktor 623321033,14,11051037351,0351,0 =rHAFln Bild 1 liest man zu F = 1,33 106die erforderliche Dichte ab fr Baryt- oder Eisenerzbeton: 3g/cm 3,50 = 4.3 Beispiel fr die Ermittlung der Betonwan

26、ddicke 4.3.1 Aufgabenstellung Es ist die erforderliche Dicke der Rckwand aus Normalbeton (Kiesbeton) einer Heien Zelle zu ermitteln, in der eine Gammastrahlen-Punktqualle aus 60Co gehandhabt werden soll. An der betrachteten Auenflche der Rckwand seien 20 Sv/h zugelassen. Damit ist hmSv1020hSv20 3=HE

27、s betrage die Auslegungsaktivitt A = 37 103GBq; der geringste Abstand der Quelle im Normalbetrieb von der zugnglichen Oberflche r = 1,4 m; die Dichte des Kiesbetons = 2,3 g/cm3. 4.3.2 Lsung Nach Gleichung (3) ergibt sich fr den Schwchungsfaktor 523321025,27,110201037351,0351,0 =rHAFIn Bild 2 liest m

28、an fr F = 2,25 105und = 2,3 g/cm3die erforderliche Wanddicke ab zu: w = 1 220 mm Gewhlt: mm2501 = w DIN 25420-1 Bbl 2:2014-12 7 5 Ermittlung der erforderlichen Dicke von Bleiabschirmungen in Wanddurch-fhrungen von Parallelmanipulatoren nach DIN 25409-3 und DIN 25409-4 5.1 Schwchung von Gamma-Strahlu

29、ng bei Bleistopfen Die innerhalb der Wanddurchfhrung eines Parallelmanipulators fehlende Betonabschirmung wird vorteilhafterweise durch drei Bleistopfen ersetzt, die nach Bild 3 in den beiden Mndungen und in der Mitte der Durchfhrung anzuordnen sind. Die hoch ber Kopf angeordneten Wanddurchfhrungen

30、von Parallelmanipulatoren werden nur in Ausnahmefllen von Strahlung in Achsenrichtung getroffen, so dass der Operateur nur dann zustzlich einer Streustrahlung ausgesetzt wird. Daher kann man bei der Berechnung der Abschirmung fr Wanddurchfhrungen, fr die auch Gleichung (3) angewendet wird, von schei

31、nbar krzeren Bestrahlungszeiten ausgehen als bei der Berechnung der erforderlichen Dichte von Betonabschirmungen der Bedienungswnde, vor dem sich der Operateur aufhlt (siehe 4.2). Dementsprechend wird der Berechnung der Dicke der Bleiabschirmung eine geringere Bestrahlungszeit zugrunde gelegt. Diese

32、 ist abzuschtzen. Im Bild 4 ist der Schwchungsfaktor F der vorgeschlagenen Bleistopfen-Geometrie in Abhngigkeit der Schichtdicke wSdes Bleis fr Gammastrahlen-Punktquellen aus 60Co aufgetragen. Bezglich der Aufbaufaktoren sowie geringerer und hherer Energien siehe 4.1, Anmerkung 2. 5.2 Berechnungsbei

33、spiel 5.2.1 Aufgabenstellung Es ist die erforderliche Dicke der Bleiabschirmung in der Wanddurchfhrung eines Parallelmanipulators fr eine Heie Zelle zu ermitteln, in der eine Gammastrahlen- Punktquelle aus 60Co gehandhabt werden soll. Es betrage die Auslegungsaktivitt A = 37 103GBq; der geringste Ab

34、stand der Quelle von der zugnglichen Oberflche im Normalbetrieb r = 2,6 m; die zulssige Ortsdosisleistung am BleistopfenhmSv2,0 =H. 5.2.2 Lsung Nach Gleichung (3) ergibt sich fr den Schwchungsfaktor 3232106,96,22,01037351,0351,0 =rHAFIn Bild 4 liest man fr F = 9,6 103und = 10,9 g/cm3(PbSb4) die erfo

35、rderliche Gesamtdicke der Bleiabschirmung ab zu: ws= 173 mm DIN 25420-1 Bbl 2:2014-12 8 Gewhlt werden unter Bercksichtigung von Bild 3 drei Stopfen mit: mm175 45 85 45 = s=+w Legende 1 Kiesbeton (Normalbeton) 2 Barytbeton (Schwerbeton) 3 Eisenerz- Eisenbeton (Schwerbeton) 4 Eisenerzbeton (Schwerbeto

36、n) Bild 1 Schwchungsfaktor F von 915 mm dicken Betonwnden in Abhngigkeit von der Dichte fr Gammastrahlen-Punktquellen aus 60Co 1, 2 DIN 25420-1 Bbl 2:2014-12 9 Bild 2 Schwchungsfaktor F von Normalbetonarten mit den Dichten in g/cm3in Abhngigkeit von der Wanddicke w in mm fr Gammastrahlen-Punktquelle

37、n aus 60Co 1, 2 DIN 25420-1 Bbl 2:2014-12 10 Legende 1 Bleistopfen Bild 3 Beispielhafte Anordnung der Bleistopfen in der Wanddurchfhrung eines Parallelmanipulators nach DIN 25409-3 und DIN 25409-4 DIN 25420-1 Bbl 2:2014-12 11 Bild 4 Schwchungsfaktor F fr Blei ( = 11,34 g/cm3) und Blei-Antimon-Legier

38、ung (PbSb4, = 10,9 g/cm3) in der Wanddurchfhrung eines Parallelmanipulators in Abhngigkeit von der Schichtdicke wSfr Gammastrahlen-Punktquellen aus 60Co 1 DIN 25420-1 Bbl 2:2014-12 12 Wertetabelle fr Bild 4 wSF F Pb PbSb4 50 1,22 1011,09 101100 2,11 1021,63 102150 3,94 1032,66 103200 7,65 1044,52 10

39、4270 5,05 1062,47 106DIN 25420-1 Bbl 2:2014-12 13 Literaturhinweise DIN 6814-3, Begriffe und Benennungen in der radiologischen Technik; Dosisgren und Dosiseinheiten 1 R. Dorner and H.-G. Vogt, Schwchung der Photonenstrahlung von Radionukliden, Eggenstein-Leopoldshafen: Fachinformationszentrum Energi

40、e, Physik, Math. (Physik-Daten; 28,2). T. 2. Abschirm-material: Blei. -1986. - Getr. Zhlung: berwiegend graph. Darst. 2 R. Dorner and H.-G. Vogt, Schwchung der Photonenstrahlung von Radionukliden, Eggenstein-Leopoldshafen: Fachinformationszentrum Energie, Physik, Math. (Physik-Daten; 28,3). T. 3. Ab

41、schirm-material: Eisen. - 1986. - Getr. Zhlung: berwiegend graph. Darst. 3 R. Dorner and H.-G. Vogt, Schwchung der Photonenstrahlung von Radionukliden, Eggenstein-Leopoldshafen: Fachinformationszentrum Energie, Physik, Math. (Physik-Daten; 28,4). T. 4. Abschirm-material: Barytbeton. - 1986 - Getr. Z

42、hlung: berwiegend graph. Darst. 4 R. Dorner and H.-G. Vogt, Schwchung der Photonenstrahlung von Radionukliden, Eggenstein-Leopoldshafen: Fachinformationszentrum Energie, Physik, Math. (Physik-Daten; 28,5). T. 5. Abschirm-material: Normalbeton. - 1986. - Getr. Zhlung: berwiegend graph. Darst. 5 R. Dorner and H.-G. Vogt, Schwchung der Photonenstrahlung von Radionukliden, Eggenstein-Leopoldshafen: Fachinformationszentrum Energie, Physik, Math. (Physik-Daten; 28,6). T. 6. Abschirm-material: Wasser. - 1986. - Getr. Zhlung: berwiegend graph. Darst.