AT295893B

AT295893B - Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung von Materialien aller Art bzw. zur Überwachung von technisch-chemischen oder biologischen Vorgängen

Info

Publication number: AT295893B
Application number: AT790169A
Authority: AT
Inventors: Michael J Dr Higatsberger; Roland Dr Mitsche; Karl Dr Rumpold; Franz Dr Viehboeck
Original assignee: Oesterr Studien Atomenergie
Priority date: 1968-05-27
Filing date: 1968-05-27
Publication date: 1972-01-25

Description

Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung von Materialien aller Art bzw. zur Überwachung von technisch-chemischen oder biologischen Vorgängen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung von Materialien aller Art bzw. zur überwachung von technisch-chemischen oder biologischen Vorgängen, bei dem das Material bzw. die an den Vorgängen beteiligten Medien einer Neutronenbestrahlung ausgesetzt und die sich dabei ergebende Gammastrahlung gemessen und ausgewertet wird und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Material bzw. die an den Vorgängen beteiligten Medien mit langsamen, mittelschnellen oder schnellen Neutronen beschossen werden, wobei der Neutronenstrahl intermittierend auf die Probe aufgebracht wird, und aus den in den Pausen emittierten Gamma-Quanten entsprechende Rückschlüsse auf das Material bzw. Vorgänge gezogen werden.

Langsame Neutronen haben einen Energiebereich von
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Die Erfindung kann zur Bestimmung der Anteile von Kohlenstoff, Sauerstoff, Mangan, Silicium, Phosphor, S, Cr, W, Co, AI, Pb, Sp, Ti und sonstiger Begleitelemente bei Stahlherstellungsverfahren, insbesondere Blasverfahren, verwendet werden. Ein anderes Anwendungsgebiet ist z. B. die Bestimmung von Eisen im Blut, Natrium in Fingernägeln, Jod in Schilddrüsen, Fluor in Zähnen u. dgl.

An Hand der Zeichnungen können das Verfahren und entsprechende Einrichtungen einfach erklärt werden. Die Zeichnungen sind schematisch gehalten und bringen nur diesbezügliche Ausführungsbeispiele. Die Erfindung ist auf diese Beispiele nicht beschränkt.

Fig. 1 zeigt die Anwendung der Erfindung beim Stahlblasverfahren, Fig. 2 zeigt schematisch den Vorgang beim Auftreffen des Neutronenstrahles auf der Badoberfläche, Fig. 3 zeigt den Schnitt durch eine Sauerstoffblaslanze. Die Fig. 4 und 5 zeigen Abänderungen zur Fig. 1, Fig. 6 dient zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens. Die Fig. 7 und 8 zeigen verschiedene Gammaspektren.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist mit-l-ein Konverter bezeichnet, --2-- ist die Schmelze. Vom Neutronen-Generator --3-- wird ein Ionenstrahl --4-- intermittierend auf ein Target--5--geschossen, das sich im Innern des Konverters--l--befindet, u. zw. oberhalb der Schmelze--2--. Durch den Beschuss werden vom Target--5--Neutronen emittiert, die auf die Oberfläche des Bades--2--auftreffen, wie bei--7--angedeutet. Im allgemeinen wird die Eindringtiefe dort etwa 10 cm sein.

Durch diesen intermittierenden Beschuss treten dann prompt Gammastrahlen aus, wie bei --8-- angedeutet. Ein Bündel solcher Gammastrahlen (siehe die Linien - -9--) gelangt dann durch das Fenster --10-- zu einem Gammastrahlen-Detektor --11--, der auf einer Abstützung --12-- angeordnet ist. Mit--13--ist das Drehlager des Konverters bezeichnet.

Fig. 2 lässt in vergrössertem Massstab die Verhältnisse beim intermittierenden Auftreffen der

Neutronen nochmals erkennen. Die Neutronen treffen auf den Atomkern-14--, wodurch prompte Gammastrahlen emittiert werden. In konstruktiver Hinsicht wird der Ionenstrahl --4-- durch die Lanze --15-- geführt, die z. B. Sauerstoff von einem Gebläse bei-16-auf die Oberfläche des Bades-2--presst. Führt man den Ionenstrahl innerhalb der Sauerstofflanze so ergibt sich eine gedrängte Anordnung, was konstruktiv und betriebsmässig vorteilhaft ist.

Will man die Sauerstofflanze zum Zuführen der Neutronen verwenden, so setzt man in die Sauerstofflanze ein Vakuumrohr ein, an dessen einem Ende sich ein Ionengenerator und am andern Ende ein Target befindet. Die Erzeugung bzw. Aufrechterhaltung des Vakuums in diesem Rohr kann beispielsweise auch mit Hilfe von Adsorptionsmitteln, wie Zeolithe u. dgl., erfolgen, die durch den flüssigen Sauerstoff, der auf die Oberfläche des Bades geblasen wird, gekühlt werden. Die Erzeugung der Neutronen mit der gewünschten Energie erfolgt beispielsweise dadurch, dass man einen Deuterium-Ionenstrahl auf ein am unteren Ende des Vakuumrohres befindliches Deuterium-oder Tritiumtarget mit einer Energie von einigen 100 keV aufschiesst, wobei Neutronen mit einer Energie um 2 MeV bzw. mit 14 MeV entstehen, die gegebenenfalls mit bekannten Moderatoren verringert werden kann.

Aus Fig. 3 ist eine diesbezügliche Anordnung in ihren konstruktiven Grundzügen zu ersehen. Dabei
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festgehalten werden. Mit--5--ist wieder das Target bezeichnet, das Neutronen emittiert. Durch Einstellen der mit --33-- bezeichneten Entfernung hat man es in der Hand, die vom Target-5emittierten Neutronen mehr oder weniger zu moderieren. Die Moderierung hängt von der Wegstrecke der Neutronen durch das Wasser ab (Entfernung-33--).

Fig. 4 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel. Dieselben Elemente sind mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Unterschiedlich ist jetzt, dass vom Neutronen-Generator-3-, der hier auch den Moderator --6-- umfasst, Neutronen innerhalb des Öffnungswinkels der Linien - -17-- intermittierend auf die Oberfläche des Bades --2-- geschossen werden. Wieder erfolgt die Emission prompter und verzögerter Gammastrahlen, die durch das Fenster --10-- zum Gamma-Detektor--11--gelangen. Die Sauerstofflanze --15-- ist davon in üblicher Weise getrennt angeordnet.

Man kann im Rahmen dieser Konstruktion konventionelle Konverter mit bereits eingebauten Lanzen verwenden ; es ist nur notwendig, dass der Neutronen-Generator und der Gamma-Detektor dazugebaut werden, wobei, wenn erforderlich, für den Durchtritt der verschiedenen
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18-fourKonverters --1-- keinerlei Gefahren bestehen. Die beiden genannten Fenster-10 und 18-können auch in der Wand des Konverters --1-- vorgesehen sein, die beim Kippen nach oben geführt wird. Der Raumwinkel zwischen den beiden Fenstern ist dann kleiner als 180 .

Fig. 5 zeigt eine weitere derartige Konstruktion, bei welcher der intermittierend arbeitende Neutronen-Generator --3-- und der Gamma-Detektor --11-- auf einer Seite des Konverters - l- liegen, u. zw. in Nähe des Drehlagers-13--. Der Vorteil dieser Bauart liegt darin, dass die Strahlungswege äusserst kurz sind. Dies bringt eine Erhöhung des Wirkungsgrades mit sich. Dies insbesondere dann, wenn das Target--5-in der Wand des Konverters --1-- vorgesehen ist, wie angedeutet. Selbstverständlich muss der Einbau des Targets so durchgeführt sein, dass an dieser Stelle dem Druck der Schmelze -2-- auch bei abgenutzter feuerfester Auskleidung standgehalten wird.

Es sei darauf hingewiesen, dass eine gleichzeitige oder intermittierende Anwendung auf verschiedene Volumenselemente der zu untersuchenden Substanz erfindungsgemäss möglich ist. Es können so vorhandene Unterschiede in der Zusammensetzung und der Veränderung dieser Verhältnisse im Laufe des Prozesses bzw. der Behandlungszeit ermittelt werden. Zum Beispiel kann so der Erfolg einer Diffusionsglühung überprüft werden. Die Ausnutzung des Volumenseffektes kann z. B. bei der Kontrolle einer Steintränkung durchgeführt werden, d. h. es kann festgestellt werden, ob ein bestimmter Stein ganz oder nur teilweise getränkt wurde. Auch eine diesbezügliche Kontrolle bei Imprägnierungen ist möglich.

An Hand der Fig. 6 kann das erfindungsgemässe Verfahren grundsätzlich wie folgt erklärt werden : Bei --7-- treffen Neutronen intermittierend auf die Probe bzw. die Schmelze --2-- auf. Es werden dann, wie bei --8-- angedeutet, prompte und verzögerte Gamma-Quanten emittiert. Vorzugsweise werden die Neutronen mit bestimmter monoenergetischer Energie auf die Probe-2-

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Claims

<Desc/Clms Page number 4> -2-- entspricht.überwachung von technisch-chemischen oder biologischen Vorgängen bei dem das Material bzw. die an den Vorgängen beteiligten Medien einer Neutronenbestrahlung ausgesetzt und die sich dabei ergebende EMI4.1 Material bzw. die an den Vorgängen beteiligten Medien mit langsamen, mittelschnellen oder schnellen Neutronen beschossen werden, wobei der Neutronenstrahl intermittierend auf die Probe aufgebracht wird, und aus den in den Pausen emittierten Gamma-Quanten entsprechende Rückschlüsse auf das Material bzw. Vorgänge gezogen werden. EMI4.2 intermittierend in diskreten Energien zur Ausgabe gelangt, die den Resonanzniveaus des Atomkernes (des Probenanteiles) entsprechen, was eine starke Abhebung des besonderen Probenanteiles gegenüber andern Anteilen zur Folge hat.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens bei der Stahlherstellung nach dem EMI4.3 Sauerstofflanze (15) ein verschiebliches Vakuumrohr (31) angeordnet ist, das an einem Ende einen Ionengenerator (3) und am andern Ende mit einem Target (51) verbunden ist, dem gegebenenfalls ein Moderator zugeordnet ist. EMI4.4 (15) wassergekühlt und ein Rohr (31) zur Führung des intermittierend aufzubringenden lonenstrahles im Kühlwasser beweglich (Pfeil 32) und feststellbar vorgesehen ist, so dass durch entsprechendes Einstellen der Entfernung (33) eine jeweils passende Moderierung der Neutronen (zufolge des Weges der Neutronen durch das Kühlwasser) einstellbar ist (Fig. 3).

Druckschriften, die das Patentamt zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik in Betracht gezogen hat : OE-PS 248 157