Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4225
Hanslik, Romuald
Sicherheitstechnische Analyse und Auslegungsaspekte von Abschirmungen gegen Teilchenstrahlung am Beispiel von Spallationsanlagen im Megawatt Bereich
155 S., 2006
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Abschirmungsproblematik von Teilchenstrahlungen,
die in Hochstrom-Protonenbeschleunigern, Spallationsneutronenquellen und sog.
ADS-Anlagen (Accelerator Driven Systems) erzeugt werden. ADS-Anlagen werden in Zukunft
als Systeme für die Transmutation des radioaktiven Abfalls aus Kernreaktoren und zur
Energieerzeugung große Bedeutung gewinnen.
In der Arbeit werden die physikalischen Faktoren, die sicherheitstechnischen Anforderungen,
und entsprechende strahlenschutzsichere Abschirmkonzepte dargestellt, ausführlich diskutiert
und neue Wege in der Abschirmungsauslegung aufgezeigt. Insbesondere wird im Vergleich
zur Abschirmung von Kernreaktoren die ganz andere sicherheitstechnische Problematik erläutert.
Ein Schwerpunkt dieser Arbeit ist die sicherheitstechnische Betrachtung der Beschleunigeranlagen
und der Blanket- und Targetstationen sowie von Instrumentenabschirmungen von Spalltionssystemen
bezüglich der von ihnen ausgehenden Strahlung. Dabei werden die sicherheitstechnischen
Abschirmanforderungen formuliert und diskutiert. Viele strahlenschutztechnische
Fragestellungen bei der Abschirmungsauslegung von Spallationssystemen können nur durch
Computersimulationsmethoden erfasst und analysiert werden. Die heute wichtigsten semiempirischen,
deterministischen und stochastischen Computersimulationsmethoden als Verfahren
zur Abschirmungskonzeption werden systematisch verglichen und in ihrer Anwendbarkeit
diskutiert.
Ein breiter Raum der Arbeit wird den Abschirmungsmaterialien und ihrer Abschirmwirkung
gegen verschiedene Strahlungsarten gewidmet. Dabei wird die Verwendung von Recyclingschrott
als preiswerte Alternative diskutiert.
Aufgrund der Analysen und gewonnenen Erkenntnisse werden für die Erstellung und Auslegung
der Beschleuniger- und Targetstationabschirmung generelle Ablaufschemata aufgestellt.
Nach diesen Ablaufschemata können strahlenschutzsichere Abschirmungskonzepte für zukünftige
ADS-Anlagen konzipiert und ingenieurtechnisch ausgearbeitet werden.
This paper discusses the shielding of particle radiation from high current accelerators, spallation
neutron sources and so called ADS-facilities (Accelerator Driven Systems). ADSfacilities
are expected to gain importance in the future for transmutation of long-lived isotopes
from fission reactors as well as for energy production.
In this paper physical properties of the radiation as well as safety relevant requirements and
corresponding shielding concepts will be discussed. New concepts for the layout and design
of such shielding will be presented. Focal point of this work will be the fundamental difference
between conventional fission reactor shielding and the safety relevant issues of shielding
from high-energy radiation.
Key point of this paper is the safety assessment of shielding issues of high current accelerators,
spallation targets and ADS-blanket systems as well as neutron scattering instruments at
spallation neutron sources. Safety relevant shielding requirements will be presented and discussed.
For the layout and design of the shielding for spallation sources computer base calculations
methods are used. A discussion and comparison of the most important methods like
semi-empirical, deterministic and stochastic codes will be presented.
Another key point within the presented paper is the discussion of shielding materials and their
shielding efficiency concerning different types of radiation. The use of recycling material, as a
cost efficient solution, will be discussed.
Based on the conducted analysis, flowcharts for a systematic layout and design of adequate
shielding for targets and accelerators have been developed and will be discussed in this paper.
By use of these flowcharts layout and engineering design of future ADS-facilities can be performed.
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