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Neutronenmesskammer und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Neutronenmesskammer vom Typ der Spiralspaltkammer, bei der mit einem spaltbaren Material, vorzugsweise Th 232, belegte Folien gegeneinander isoliert in mehreren Windungen zu Spiralkörpern aufgewickelt sind. Ausserdem wird ein Verfahren zur Herstellung des in der Spiralspaltkammer benutzten Folienbandmaterials angegeben.
Spaltkammern sind Messgeräte zum Neutronennachweis und gehören in die Gruppe der gasgefüllten Ionisationskammern, die in ihrem Innenraum ein durch Neutronen spaltbares Material enthalten. Durch die zu messenden Neutronen werden im Spaltstoff infolge Kernspaltung Spaltbruchstücke erzeugt, die im Füllgas der Kammer als stark ionisierende Teilchen nachgewiesen werden können.
Es sind Spaltkammern in der Bauart der Parallelplattenkammern, der Zylinderkammern und der Spiralkammern bekannt. Diesen einzelnen Ausführungsformen ist es gemeinsam, dass die spaltbare Substanz auf Parallelplatten, auf konzentrischen Zylindern bzw. auf zu Spiralkörpern gewickelten Metallstreifen aufgebracht ist. Von diesen bekannten Spaltkammern weisen die sogenannten Spiralkammern eine besonders hohe Empfindlichkeit auf, weil die das spaltbare Material tragenden Metallstreifen besonders dicht gewickelt werden können, so dass eine hohe Spaltstoffkonzentration im Kammervolumen entsteht. Es sind bisher in der Praxis nur Experimentier-Ausführungen von mit U 235 belegten Spiralkammern bekanntgeworden.
Dies erscheint dadurch verständlich, dass das nach den bekannten Verfahren hergestellte Folienbandmaterial nicht gleichmässig mit Spaltstoff belegt war, oder dass die Spaltstoffauflage nicht fest genug auf dem Metallfoliengrundmaterial haftete.
Den wesentlichen Bestandteil der Spiralkammer bilden somit die mit Spaltstoff belegten Folien, und es sind bereits verschiedene Verfahren zu deren Herstellung bekannt, wobei jedoch bisher eine grosstechnische Fertigung mit genügend gleichmässiger Belegung nicht möglich war.
Zum Belegen eines Folienbandes mit Thorium hat man bereits die sogenannte Elektrokataphorese von Thoriumoxyd in Alkohol verwendet. Dieses Verfahren ist im Zusammenhang mit der Herstellung von Thoriumkathoden bekannt. Es liefert zwar Folienbänder mit einer relativ gleichmässigen Beschichtung, jedoch haftet der Belag unzureichend. Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird Thoriumnitrat mit Ammoniakgas zu Thoriumhydroxyd gefällt und anschliessend durch Glühen in Thoriumoxyd umgewandelt. Der nach diesem Verfahren hergestellte Folienüberzug ist zwar gut haftend, jedoch nicht hinreichend gleichmässig, und ausserdem an den grobkörnigen Stellen abreibbar. Schliesslich kann man die Thoriumspaltschicht auch als elektrolytischen Niederschlag aus-wässeriger Lösung auf Aluminiumfolienmaterial herstellen.
Dieses bekannte Verfahren ist aus verschiedenen elektrochemischen Gründen für die grosstechnische Herstellung von mit Spaltstoff belegten Folien ebenso unbrauchbar wie die bekannte Zementation des Thoriums auf Aluminium. Die beiden letztgenannten bekannten Verfahren besitzen daher bisher nur theoretische Bedeutung.
Bei den bekannten Spaltkammern wird als Spaltstoff überwiegend Uran 235 benutzt. Dieses Material lässt sich durch thermische Neutronen stark spalten und ist daher zum Nachweis einer Neutronenstrahlung gut geeignet. Mit einer derartigen Spiralkammer lassen sich ferner schnelle Neutronen nachweisen, da diese in bezug auf die Spaltung eines bestimmten Stoffes die gleiche Wirkung ausüben wie thermische Neutronen. Allerdings ist der Spaltquerschnitt gegenüber schnellen Neutronen viel kleiner als gegenüber ther-
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mischen. Dies hat zur Folge, dass bei einem Gemisch von thermischen und schnellen Neutronen eine Filterung bzw. eine Abschirmung vorgesehen werden muss, um schnelle Neutronen überhaupt messen zu können. Es ist deshalb sinnvoll, einen Spaltstoff zu wählen, dessen Spaltquerschnitt im thermischen Bereich Null ist.
Derartige Spaltstoffe sind beispielsweise Uran 238, Thorium 232 und Wismuth. Gegen die Verwendung von Uran 238 sprechen die in diesem Material eventuell vorhandenen Spuren von Uran 235.
Wismuth erscheint ungeeignet, weil es erst von Neutronen mit einer Energie über 25 MeV gespalten wird. Thorium 232 war bisher wegen des aufwendigen Herstellungsverfahrens der Belegung in der Praxis nicht angewendet worden.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Meutronenmesskammer vom Typ der Spiralspaltkammer zu schaffen, bei der die erforderlichen Spiralkörper in einfachster Weise durch Aufwickeln von Folienmaterial hergestellt wird, wobei zusätzliche Abstandsmittel der Folien, die eine genaue gegenseitige Abstandslage sichern, nicht benötigt werden. Ausserdem soll bei dem Folienmaterial ein gleichmässiger, dichter Spaltstoffbelag erreicht werden. Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, dass einFolienbandanseinenRändern aus elastischem Isolierstoff bestehende Randwülste von solcher Dicke aufweist, dass beim Aufwickeln die Isolation und der vorbestimmte gegenseitige Abstand gewährleistet sind.
Bei dieser Ausbildung kann man das Folienbandmaterial unmittelbar als Spiralkörper aufwickeln, und man erreicht durch die Randwülste sowohl einen definierten gegenseitigen Abstand als auch einen weitgehend luftdichten Abschluss des Innenvolumens zwischen den Spiralwindungen.
Zur Erzeugung der denAbstand desFolienbandes gewährleistenden isolierenden Randwülste kann es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zweckmässig sein, in einem Durchlaufverfahren aus zwei Pressdüsen zähflüssigen Epoxydharzkleber in Wulstform auf die Randzonen des Folienbandes aufzutragen. Damit die Randwülste auf dem Folienband gut haften, kann es vorteilhaft sein, das Folienband im Tauchverfahren mit einer oder mehreren Schichten eines das spaltbare Material enthaltenden brennbaren organischen Bindegemisches zu überziehen und anschliessend in einen Ofen zu leiten, in dem das Bindegemisch verbrannt und das spaltbare Material oxydiert wird. Dadurch ergibt sich eine rauhe, gut haftende Oberfläche, auf die dann die Randwülste aufgebracht werden können.
Das beschriebene Verfahren wird vorteilhaft mehrmalshintereinander ausgeführt, und das den Ofen verlassende Folienbandmaterial passiert dabei einen mechanischen Abstreifer, welcher Stellen fehlerhafter Belegung abkratzt, so dass die mehrfache Wiederholung der Behandlung schliesslich zu einer gleichmässigen Schichtdicke führt. Als Tauchmittel kann beispielsweise eine Lösung von Thoriumnitrat mit Alkohol-Azeton mit einem Zusatz von Zaponlack verwendet werden. Bei einer geeigneten Zusammensetzung enthielt das Gemisch Thoriumnitrat, Alkohol-Azeton und Zaporlack, wobei Thorium 232 in einem Anteil zwischen 1 und 10 Gew. -0/0 vorhanden war.
In den Zeichnungen sind ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung sowie eine Anlage zur Behandlung des Folienbandmaterials schematisch dargestellt ; es zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Spiralspaltkammer gemäss der Erfindung, Fig. 2 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Anlage zur Herstellung der Spaltstoffbelegung des Folienbandmaterials.
In Fig. l erkennt man zwei aus Folienbandmaterial aufgewickelte Spiralkörper 1, welche an einem Kunststoffrohr 2 befestigt sind. In diesem Kunststoffrohr 2 liegen elektrische Verbindungsleitungen 3,4, mit denen die Anschlüsse der parallelgeschalteten Spiralwindungen herausgeführt und mit äusseren Anschlussklemmen verbunden sind. Nach dem Einziehen der elektrischen Verbindungsleitun- gen 3,4 ist das Kunststoffrohr 2 mit einem Kunststoff ausgegossen worden. Der Aufbau der Spiralkörper 1 liegt in einem Kammergehäuse 5, welches mit einem Dichtungsring 6 gegenüber einem Gehäusedeckel 7 abgeschlossen ist. Zum Anziehen der Dichtung ist eine Überwurfkappe 8 vorgesehen, die mit ihrem Innengewinde in ein Aussengewinde des Kammergehäuses 5 eingreift.
Zur Einfüh- rung eines geeigneten Füllgases, z. B. Argon, ist ein Füllstutzen 9 angebracht. Die Abstandslage zwi- schen dem mit Spalistoff belegten Folienbandmaterial der Spiralkörper l wird durch die im Bereich der Randzone angebrachten Isolierstoffwülste ohne zusätzliche Abstandsmittel festgelegt.
Bei dem angegebenen Verfahren zur Herstellung des Folienbandmaterials wird der Folienträger in eine Lösung aus Thoriumnitrat in Alkohol-Azeton mit Zusatz von Zaponlack od. dgl. getaucht und beim anschliessenden Glühen zu Thoriumoxyd oxydiert, wobei der organische Zusatz abbrennt.
Das in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagene Verfahren soll an Hand derFig ?, 2 erläutert werden. Auf einer Vorratsrolle 10 ist eine Folie 11, z. B. 5 m Aluminiumband, aufgespult. Dieses Aluminiumband soll nach dem gewählten Beispiel 0, 1 mm dick und 30 mm breit sein. Die Folie 11 wird in an sich bekannter Weise durch die Einwirkung einer Säure angeätzt (dieser vorbereitend Arbeitsgang ist in den Zeichnungen nicht dargestellt) und über eine Führungsrolle 12 in einen Behälter 13 geleitet.
In diesem Behälter 13 läuft die angeätzte Folie 11 durch eine Thoriumnitratlösung
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(1-10%0igue Mischung von Thorium In Alkohol-Azeton-Zaponlack-Gemisch), wird über eine Umkehrrolle 14 geführt und anschliessend über eine weitere Führungsrolle 15 durch einen Glühofen 17 gezogen. Vor dieser weiteren Führungsrolle 15 ist eine Abstreifervorrichtung 16 vorgesehen, welche beispielsweise aus zwei Bürstenreihen bestehen kann und eine gleichmässige Belegung der Folie 11 sichert. Die Temperatur im Glühofen 17 soll etwa 5000C betragen. Nach Verlassen des Glühofens 17 passiert die Folie 11 eine weitere Abstreifervorrichtung 18, welche das nicht einwandfrei haftende Thoriumoxyd abstreift.
Die Folie 11 läuft anschliessend über eine weitere Umkehrrolle 19 zur wei- teren Vorratsrolle 20. Durch Umstecken der Rollen 10 und 20 kann das Verfahren mehrfach durchgeführt werden, u. zw. so oft, bis die erwünschte Belagstärke des Spaltstoffes erreicht ist. Dabei lassen sich
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nach der Art und dem Durchmesser des gewünschten Spiralkörpers zu wählen ist.
Die belegten und in passende Streifengeschnittenen Folienbänder müssen nun mit isolierenden Randwülsten versehen, aufgewickelt und elektrisch leitend verbunden werden. Die Aufbringung der Randwülste soll in einer bevorzugten Form des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens durch das Auftragen eines Epoxydharzklebers erfolgen, welcher in noch zähem Zustand durch zwei Düsen auf die Ränder des Folienbandmaterials gepresst wird. Für das beschriebene Beispiel wurde ein Harzfaden von zirka 1 mm Dicke verwendet, und dieser trocknete innerhalb von einigen Stunden zu einer elastischen, nicht klebrigen festen Masse, die es gestattete, die Bänder von Hand oder maschinell zu Spiralkörpern zu wickeln, ohne dass die Folienbänder zu steif oder brüchig waren.
Bei der vorzugsweise gewählten Bandbreite von 30 mm ergab sich eine ausreichende Festigkeit des Bandkörpers gegen Eindrücken und damit gegen elektrische Kurzschlüsse.
Nach dem Wickelnwerden die elektrischen Anschlüsse in an sich bekannter Weise angebracht und die Spiralkörper an ihren Enden verklebt, um ein Aufrollen zu verhindern. Die erfindungsgemässen Spiralkörper haben bei der im Beispiel angegebenen Belegung und den dort angeführten Abmessungen bei einem Durchmesser von 33 bis 36 mm eine Kapazität von zirka 450 pF.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Neutronenmesskammer vom Typ der Spiralspaltkammer, bei der mit einem spaltbaren Material, vorzugsweise Thorium 232, belegte Folien gegeneinander isoliert in mehreren Windungen zu Spiralspaltkörpern aufgewickelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass einFolienband an seinen Rändern aus elastischem Isolierstoff bestehende Randwülste von solcher Dicke aufweist, dass beim Aufwickeln die Isolation und der vorbestimmte gegenseitige Abstand gewährleistet sind.