The purpose of this work was to re-evaluate and improve important parts of the concept of the Munich Accelerator for Fission Fragments (MAFF) to the point, where the realization and authorization procedure can be started. MAFF is a reactor based next generation radioactive ion beam facility dedicated to the production of neutron-rich rare isotopes for science, medicine, and industry, with ion beam intensities about thousand times higher compared to present installations. In order to produce fission fragments in an ion source close to the reactor core and extract them out of the reactor environment it is necessary to move ion source and extraction optics on rail-bound trollies into the through going vacuum tube. After the extraction, the ions are mass-separated and transported to low and high energy experiments. Within the scope of this work all safety and user relevant aspects of MAFF have been studied with a clear emphasis on radiation safety and ion beam handling. The outcome of this studies influenced the re-design of the MAFF system. The ion optic design for the complete low energy beam transport system, from the ion source to the ion beam coolers, has been studied in detail. Special attention had to be paid to the challenges arising from the installation of the facility at a reactor environment, particularly for the design of the in-pile beam transport system. For the design of the mass separator, an in-depth study of a modified Mattauch-Herzog type layout and its unique features has been performed. For the slit system in the focal plane of the mass separator a new concept has been developed, where the slits are designed as electrostatic detectors, in order to change the mass ratio of the transmitted beams. This would lead to a higher flexibility in the combination of future high and low energy experiments. For the transport of low and high mass beams to the dedicated low and high energy beam coolers, located in the Reactor-Building East, a feasible layout has been developed, giving the possibility to switch the low and high mass beam between the two beam coolers, using electrostatic deflectors. With respect to radiation safety the spacial distribution and temporal evolution of radionuclides within the MAFF system has been studied. Thereby, special attention has been paid to evaluate the chances of uncontrolled radiation release from the system via multiple routes. A concept of operation accounting for these possibilities has been developed, in addition analyses and risk assessments of conceivable emergency scenarios have been performed. Emergencies are detected by a specially adapted early warning concept. For the time after an emergency has occurred suggestions for reasonable follow-up procedures are made. Finally, technical investigations of several key components crucial for a safe operation of MAFF have been undertaken. For the surface of the slit system a material was searched for and found, which reduces the sputter factor, and hence the release of previously implanted radionuclides, from the slit system into the vacuum chamber by a factor of thousand. Furthermore, the mechanical behavior and reliability of the two trollies and related systems were investigated at the example of the lens trolley. Also the mechanical properties of gadolinium have been investigated with the aim to verify the possibility of using gadolinium as a neutron absorber at MAFF. It is the outcome of this work, that it is possible to handle the additional safety challenges of a next generation radioactive ion beam facility, such as MAFF, if new safety features and special operational modes are applied.     «

The purpose of this work was to re-evaluate and improve important parts of the concept of the Munich Accelerator for Fission Fragments (MAFF) to the point, where the realization and authorization procedure can be started. MAFF is a reactor based next generation radioactive ion beam facility dedicated to the production of neutron-rich rare isotopes for science, medicine, and industry, with ion beam intensities about thousand times higher compared to present installations. In order to produce fiss...     »

Der Zweck dieser Arbeit war es, wichtige Teile des Konzeptes des Münchner Spaltfragmentbeschleunigers, MAFF (Munich Accelerator for Fission Fragments), im Hinblick auf die technische Realisierung und das anvisierte Genehmigungsverfahren zu verbessern und zu überarbeiten. Bei MAFF handelt es sich um eine an einem Kernreaktor stationierte Anlage zur Produktion neutronenreicher, radioaktiver Ionen für die Verwendung in Forschung, Medizin und Industrie. Als Einrichtung der nächsten Generation bietet MAFF ca. 1000-fach intensivere Ionenstrahlen als gegenwärtige Anlagen. Um die Spaltprodukte aus dem Reaktorbereich extrahieren zu können, werden bei MAFF Ionenquelle und Extraktionsoptik mit auf Schienen fahrenden Wagen in den durchgehenden Neutronenleiter eingebracht. Die extrahierten Ionen werden massensepariert und zu den Nieder- und Hochenergie-Experimenten transportiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden alle sicherheits- und anwenderrelevanten Aspekte unter dem Gesichtspunkt Strahlenschutz und Strahlhandhabung untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in die Überarbeitung des MAFF Konzeptes eingeflossen, dessen Aufbau in dieser Arbeit in einem überblick dargestellt wird. Das komplette ionenoptische System für die Niederenergie-Strahlführung, von der Ionenquelle bis zu den Strahlkühlern, wurde im Detail untersucht. Dabei mussten die Randbedingungen, die sich aus der Installation an einem Reaktor ergeben, besonders bei dem Design des Strahltransportes innerhalb des Reaktors berücksichtigt werden. Als Massenseparator wurde eine Modifikation des Mattauch-Herzog Massenseparators mit ihren besonderen Eigenschaften untersucht. Für das Schlitzsystem hinter dem Massenseparator wurde ein neues Konzept entwickelt, das die Konstruktion der Schlitze selbst als elektrostatische Deflektoren vorsieht und so die Möglichkeit bietet, das Massenverhältnis der transmittierten Strahlen zu verändern, was eine größere Flexibilität bei der Kombination zukünftiger Experimente ermöglicht. Für den anschließenden Transport der Ionenstrahlen leichter und schwerer Masse zu den dedizierten Nieder- und Hochenergie-Strahlkühlern im Reaktorgebäude Ost wurde eine mögliche Anordnung entwickelt, die auch eine Möglichkeit vorsieht die Ionenstrahlen leichter und schwerer Masse zwischen den Strahlkühlern umzuschalten. Zur besseren Beurteilung der Belastung durch -Strahlung wurde die räumliche Ausbreitung sowie die zeitliche Entwicklung der Radionuklide innerhalb des MAFF Systems untersucht. Dabei wurde besonderer Wert auf die Beurteilung der Wahrscheinlichkeiten für unkontrollierte Freisetzung von Strahlung über verschiedenste Wege gelegt, woraus ein Betriebskonzept, welches diese Möglichkeiten in Betracht zieht, entwickelt wurde. Zusätzlich wurden vorstellbare Notfallszenarien analysiert, die mittels eines speziell angepassten Frühwarnsystems detektiert werden. Darüber hinaus werden Vorschläge für zweckdienliche Folgemaßnahmen gemacht, die in der Zeit nach einem eventuellen Störfall einzuleiten sind. Des weiteren wurden technische Untersuchungen zahlreicher Schlüsselkomponenten durchgeführt, die für den sicheren Betrieb von MAFF unerlässlich sind. Um die Menge an Radionukliden, die vom Schlitzsystem durch Oberflächenabtrag freigesetzt werden, zu reduzieren, wurde eine experimentelle Suche nach einem Material erfolgreich abgeschlossen, das nur ein tausendstel der einfallenden Radionuklide wieder freisetzt. Darüber hinaus wurde das mechanische Verhalten und die Zuverlässigkeit der Wagen und zugehöriger Teilkomponenten am Beispiel des Linsenwagens untersucht. Eine Materialstudie der mechanischen Eigenschaften von Gadolinium wurde mit dem Ziel begonnen, die Möglichkeiten auszuloten, Gadolinium zur Neutronenabschirmung zu benutzen. Als Ergebnis dieser Arbeit kann festgestellt werden, dass die zusätzlichen sicherheitstechnischen Anforderungen, die sich für den Betrieb von MAFF ergeben, gemeistert werden können, wenn neue Methoden der Radioaktivitätshandhabung und Betriebsweise angewendet werden.     «

Der Zweck dieser Arbeit war es, wichtige Teile des Konzeptes des Münchner Spaltfragmentbeschleunigers, MAFF (Munich Accelerator for Fission Fragments), im Hinblick auf die technische Realisierung und das anvisierte Genehmigungsverfahren zu verbessern und zu überarbeiten. Bei MAFF handelt es sich um eine an einem Kernreaktor stationierte Anlage zur Produktion neutronenreicher, radioaktiver Ionen für die Verwendung in Forschung, Medizin und Industrie. Als Einrichtung der nächsten Generation biete...     »