<Desc/Clms Page number 1>
Vorrichtung zur Messung physikalischer Eigenschaften von Röntgenstrahlen, insbesondere y-Strahlen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung physikalischer Eigenschaften von Röntgenstrahlen, insbesondere y-Strahlen und deren Energien und ist dadurch gekennzeichnet, dass im Wege der Strahlung ein Kollimator, dahinter ein Halbleiterdetektor zum Auffangen eines Strahlenbündels und im Bereich der Rückstrahlung vom Halbleiterdetektor ein oder mehrere weitere Detektoren vorgesehen sind, und dass der Halbleiterdetektor und der oder die Detektoren für die Rückstrahlung in an sich bekannter Weise über eine Koinzidenzschaltung mit einer Messeinrichtung verbunden sind.
Das bevorzugte Anwendungsgebiet der erfindungsgemässen Vorrichtung liegt auf dem Gebiete der Messung von Brennstoffelementen bei Kernreaktoren. Es ist dabei in äusserst vorteilhafter Weise möglich, eine solche zerstörungsfreie Messung von Brennstoffelementen durchzuführen. Die Messung erstreckt sich dabei auf verschiedene Abbrandzuscände der Brennstoffelemente, wie auch auf verschiedene Abbrandvorgänge. Es können so beim zerstörungsfrei untersuchten Brennelement nicht nur Rückschlüsse auf den Abbrandzustand im Zeitpunkt der Messung, sondern auch Rückschlüsse auf den bisher abgelaufene Abbrandvorgang gezogen werden.
Bei Kernanlagen, die zur technischen Energiegewinnung benutzt werden, ist es aus wirtschaftlichen Gründen wünschenswert, den Abbrandzustand von Brennstoffelementen in verschiedenen Zeitphasen möglichst genau zu kennen. Eine derartige Kenntnis erlaubt eine optimale Programmierung der Brennstoffelemente im Reaktorkern und damit eine Erzielung von höheren Energieausbeuten. Überdies ist es im Zu- samenhang mit Kontrollmassnahmen geboten, eine messtechnische unabhängige Kontrollmöglichkeit der Angaben des Reaktorbetreibers zur Verfügung zu haben.
Bei Spaltprozessen in Kernbrennstoffen entstehen über hundert verschiedene radioaktive Isotope, die mehr oder weniger lange Halbwertzeiten und charakteristische y-Energien besitzen. Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens kann eine bestimmte Zahl von günstigen Spaltprodukten zur Beurteilung des Abbrandzustandes und der Abbrandgeschichte herangezogen werden. Es ist hiefür nur erforderlich, durch y-spektroskopische Methoden eine Auflösung der y -Energien der in Frage kommenden Spaltprodukte zu erreichen. Ist das gelungen, genügt ein Vergleich der relativen Intensitäten der gemessenen y-Linien, da ja aus der Spaltausbeute und der Betriebs-und Wartezeit des Reaktors die Intensität der einzelnen y-Linien vorausgesagt werden kann.
Umgekehrt gibt die Kenntnis der Intensitat der verschiedenen Spaltprodukte die Möglichkeit des Rückschlusses auf den Reaktorbetriebsfall.
Dieser kompliziertere Vorgang wird wohl nur vorwiegend für Kontrollzwecke Anwendung finden. Hingegen erlaubt die Messung einer einzigen Spaltproduktenlinie, wie etwa des langlebigen Cäsiums 137, die Feststellung, wieviel Gesamtneutronendosis und damit Abbrand das Brennstoffelement ausgesetzt worden war. Schon diese Information allein ist für die Programmierung des Brennstoffes von technisch-wirtschaftlich grosser Bedeutung. Bislang konnten ähnliche Informationen nur durch Zerstörung des Brennstoffelementes und radio-chemische Analyse gewonnen werden ; ein Verfahren, das wegen der äussersthohen
<Desc/Clms Page number 2>
Aktivitäten, die dabei auftreten, äusserst umständlich und auch kostspielig sowie ungenau ist. Prinzipiell ist die Erfindung auf feste, flüssige und auch gasförmige Substanzen anwendbar.
In den Zeichnungen sind erfindungsgemässe Vorrichtungen beispielsweise dargestellt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch den Aufbau der erfindungsgemässen Einrichtung für verschiedene physikalische Messungen. Fig. 3 veranschaulicht eine Anordnung zur Messung der energetischen Zusammensetzung der Strahlung. Die Fig. 4 und 5 lassen in einander zugeordneten Rissen den Halbleiterdetektor erkennen. Fig. 6 zeigt die verwendete elektrische Schaltung. In den Fig. 7 und 8 sind Diagramme dargestellt, an Hand derer die Wirkungsweise des Gegenstandes der Erfindung einfach erklärt werden kann.
Aus denFig. 1 und 2 ersieht man, dass die von einer Strahlungsquelle 14 kommende Strahlung vorerst zur Auswahl eines Strahlenbündels 2 durch einen Kollimator 1 hindurchgeht.
Die Strahlung 2 trifft dann auf einen Halbleiterdetektor 3. Durch diese auf den Halbleiterdetek- tor 3 auftreffendeStrahlung wird gemäss dem Comptoneffekt einTeilderEnergieanein Elektron weiter- gegeben, während der andere Teil der Energie in Form von Strahlung 4 reflektiert wird. Diese Rückstrahlung 4 gelangt dann zu einer Auffangeinrichtung 5 in Form eines Kristalles, vorzugsweise wird ein NaJ-Kristall verwendet. Wie man aus Fig. 1 ersieht, ist die Rückstrahlungsrichtung der reflektierten Strahlung 4 in bezug zur ankommenden Strahlung 2 etwa um 1800 verschwenkt, da bei diesem Winkel der rückgestrahlte Energiebetrag nahezu konstant bleibt.
Die in den Elementen 3 und 5 durch die Strahlungen erzeugten Impulse werden in einer Koinzidenzschaltung besonders zusammenwirken gelassen, so dass sich dann auf einer Messeinrichtung 7 das gesuchte Resultat ergibt.
Fig. 2 zeigt praktisch die gleichen Verhältnisse. Abweichend beträgt hier aber der Winkel zwischen der reflektierten Strahlung 4 und der Strahlung 2 etwa 900 ; diese Schaltung findet zur Messung der linearen Polarisation Verwendung. Dabei werden in erster Linie die Zählraten in Abhängigkeit von einer Rotation um die Achse der einfallenden Strahlung (z. B. y-Strahlung) gemessen.
In allen diesen Fällen wird jeweils durch die Verwendung des Halbleiterdetektors eine hohe Energie-
EMI2.1
der positiven Elektrode des Halbleiterdetektors 3 eingebracht wird.
Ebenfalls vergrössert zeigen die Fig. 4 und 5 den Halbleiterdetektor 3 im Schnitt. Der Detektor ist in einem Bronzegehäuse 8 vorgesehen, das ein Aluminiumfenster 9 aufweist, damit die Strahlung durchtreten kann. Das Gehäuse 8 ist dabei mit einem inerten Gas gefüllt, z. B. getrocknetem Stickstoff. Der Halbleiterdetektor 3 wird gekühlt, vorzugsweise durch einen Kupfersockel, der in flüssige Luft getaucht ist. Eine Kühlung durch äquivalente Mittel, z. B. unter Verwendung des Peltier-Effektes, ist ebenfalls denkbar. Die Kühlung hält den Störpegel dieses Detektors auf einem Mindestmass. Hinsicht-
EMI2.2
Bronze. Es wird dadurch jedwede Feuchtigkeitskondensation verhindert.
Fig. 6 stellt ein Beispiel für einen Verstärker dar, wie er unmittelbar an den Halbleiterdetektor anschliessend Verwendung finden kann. Die wesentliche Charakteristik dieses Verstärkers besteht in seinem niedrigen Rauschpegel.
DerVerstärkerhateineKlemme 40 mit+300V, eineKlemme 41 mit -25VundeineErdung 42.
Die Detektorvorspannung wird bei 43 zugeführt und an einen Belastungswiderstand 44. angelegt. Der Detektor wird an den Eingang 45 angeschlossen. Die Röhre 46 und der Transistor 47 bilden eine Kaskadeneingangsstufe. Die Transistoren 48 und 49 bilden eine Umkehrstufe. Ein Schalter 50 gewährleistet positive Ausgangsimpulse bei allen Detektortypen (positive oder negative Eingangsimpulse). Der kleine Kondensator 51 bewirkt eine kapazitive Gegenkopplung. 52, 53 und 54 kennzeichnen eine
EMI2.3
Impedanz 59 von lkOhm. 60 ist, so wie 61, eine Gegenkopplung. Bei 62 kann ein Queck- silberpulsator zu Testzwecken angeschlossen werden.
EMI2.4
anschaulicht ein Cobalt-60-Spektrum, wie es direkt von einem Halbleiter erhalten wird. Man sieht, dass die Photopeaks in einem verhältnismässig hohen Untergrund versteckt sind.
Im Gegensatz dazu lässt Fig. 8 eine Aufnahme erkennen, bei der eine Koinzidenzschaltung gemäss der Erfindung Verwendung findet.
Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsformen nicht beschränkt. Grundsätzlich liegt der Erfindungsgedanke in der Verwendung eines Halbleiterdetektors dort, wo eine hereinkommende Strahlung, insbesondere y-Strahlung, auf seine energetische Zusammensetzung analysiert werden soll. Dabei kann die Messung nicht nur auf dem Comptoneffekt, sondern auch auf dem Paarbildungseffekt fussen. Beim Spek-
<Desc/Clms Page number 3>
trometer wird die energetische Zusammensetzung ermittelt, beim Polarimeter primär die Polarisation des y-Strahles. Grundsätzlich kommen alle möglichen Winkel von einkommender und reflektierter Strahlung in Frage, wobei verschiedere Empfindlichkeiten Funktionen dieser Winkel sind.
Besonders wird noch darauf hingewiesen, dass die technische Anwendung hauptsächlich auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Abbrand- messung von Kernbrennstoffen gegeben ist. In diesem Fall liegt ein sehr kompliziertes Spektrum vor und die geeignete Cäsium 137-y-Linie kann gegenwärtig nur in diesem Spektrum gemessen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Messung der physikalischen Eigenschaften von Röntgenstrahlen, insbesondere y-Strahlen, dadurch gekennzeichnet, dass im Wege der Strahlung ein Kollimator (l), dahinter ein Halbleiterdetektor (3) zum Auffangen eines Strahlenbündels (2) und im Bereich der Rückstrahlung (4) vom Halbleiterdetektor (3) ein oder mehrere weitere Detektoren (5) vorgesehen sind, und dass der Halbleiterdetektor (3) und der oder die Detektoren für die Rückstrahlung in an sich bekannter Weise über eine Koinzidenzschaltung (6) mit einer Messeinrichtung (7) verbunden sind.