AT354776B - Verfahren zum nachweis von einschluessen einer kristallographisch verschiedenen phase in einer probe durch durchstrahlung mit neutronen - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweise des Anteils einer bestimmten kristallographischen Phase in einer kristallinen Probe mittels Durchstrahlung der Probe mit Neutronen und Messung der Intensität des durchtretenden Neutronenstrahles, wobei für die Wellenlänge der Neutronen ein Wert gewählt wird, der grösser ist als jener, welcher der bzw. den Bragg-Kanten der übrigen in der Probe vorhandenen kristallographischen Phase bzw. Phasen entspricht. 



   Eine in letzter Zeit immer weitere Verbreitung und Anwendung findende Methode der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung ist die Methode der Neutronenradiographie. Im Gegensatz zu den bisher benutzten Methoden der Radiographie, bei denen die Probe mit Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen durchstrahlt wird und die durchtretende Strahlung meist mit einem photographischen Film registriert wird, verwendet man bei der Neutronenradiographie zur Durchstrahlung Neutronenstrahlen. Die Registrierung der durchtretenden Strahlung erfolgt auch hier meist mit einem photographischen Film, jedoch müssen, da der photographische Film für Neutronen nahezu völlig unempfindlich ist, sogenannte Konverter verwendet werden, um die Neutronenstrahlung in eine Strahlung, für die der Film empfindlich ist, umzuwandeln.

   Die Neutronenradiographie stellt eine ausgezeichnete Erweiterung der konventionellen Radiographie dar. Dies liegt darin begründet, dass der Wirkungsquerschnitt für Neutronen in unstetiger Weise von Element zu Element, ja sogar von Isotop zu Isotop desselben Elements variiert. Dadurch ist es möglich, im Periodensystem unmittelbar benachbarte Elemente zu unterscheiden. Auch ist diese Methode zum Nachweise bestimmter Isotope geeignet, was hauptsächlich in der Nuklearindustrie Anwendung findet. Der totale Wirkungsquerschnitt einer Substanz für Neutronen setzt sich aus zwei Anteilen zusammen, dem Absorptionsquerschnitt und dem Streuquerschnitt. Es ist nun an sich bekannt, dass der Wirkungsquerschnitt einer Substanz an der sogenannten Bragg-Kante oft um mehr als eine Grössenordnung nach höheren Neutronenwellenlängen und damit nach niedrigeren Neutronenenergien hin abnimmt.

   Dies ist dadurch zu erklären, dass Neutronen mit einer Wellenlänge, die grösser ist als die doppelte Gitterkonstante der durchstrahlten Substanz, nicht mehr kohärent elastisch gebeugt werden können, da sie die Bragg-Bedingung nicht erfüllen. 



   Dies wird bereits zum Nachweise von Einschlüssen von Fremdsubstanz in Stahl in der Weise verwendet, dass die zu untersuchende Stahlprobe mit Neutronen einer Wellenlänge durchstrahlt wird, die grösser ist, als der Bragg-Kante des Stahles entspricht. Dadurch können weitaus dickere Stahlstücke durchstrahlt werden, als mit Neutronen kürzerer Wellenlänge. Dies ermöglicht, in solchen Untersuchungsobjekten Einschlüsse von Fremdsubstanzen nachzuweisen. Die Aufgabe hingegen, die mit dem erfindungsgemässen Verfahren gelöst werden soll, besteht darin, Einschlüsse einer andern kristallographischen Phase zerstörungsfrei durch Neutronenradiographie nachzuweisen, ohne dass diese Einschlüsse wie in dem bisher bekannten Verfahren eine andere Zusammensetzung haben müssen. 



   Es tritt ja in vielen Materialien das Phänomen auf, dass bei gleichen thermodynamischen Bedingungen verschiedene kristallographische Phasen miteinander koexistieren können. Hiebei befindet sich häufig eine Phase in einem unterkühlten metastabilen Zustand oder es wird eine Phase durch geringe Beigaben von Verunreinigungen oder Legierungszusätzen stabilisiert. Nun besitzen verschiedene kristallographische Phasen auch verschiedene physikalische und mechanische Eigenschaften, so dass es für die Beurteilung der Güte eines Werkstückes notwendig ist, seine Zusammensetzung aus den verschiedenen thermodynamischen Phasen zu kennen. Ein bekanntes Beispiel für ein solches Gefüge aus zwei Phasen ist das Austenit-Martensit-Gefüge in Stahl.

   Das erfindungsgemässe Verfahren der eingangs genannten Art beruht nun darauf, dass die verschiedenen kristallographischen Phasen derselben Substanz verschiedene Kristallgitter und damit verschiedene Gitterkonstanten besitzen. Daraus resultiert eine verschiedene Lage der Bragg-Kanten. Durchstrahlt man also eine Probe mit einem Neutronenstrahl von Wellenlängen, die zwischen den beiden Bragg-Kanten liegen, so findet in den beiden Phasen eine unterschiedliche Schwächung des Neutronenstrahles statt,   u. zw.   werden die Neutronen in der Phase, deren Bragg-Kante bei grösserer Neutronenwellenlänge liegt, stärker geschwächt.

   Registriert man nun die Intensität des durchtretenden Neutronenstrahles, so kann man auf die prozentuellen Anteile der verschiedenen Phasen   rückschliessen.   Wird zur Registrierung des durchtretenden Neutronenstrahles ein Verfahren verwendet, durch das man ein Bild erhält, so bekommt man unmittelbar ein Abbild der Verteilung im Inneren der Probe. Eine Erweiterung und Verbesserung der Genauigkeit dieses Verfahrens liegt darin, die Probe während der Untersuchung zu drehen oder zu schwenken. Durch Durchstrahlung in verschiedenen Richtungen kann man unmittelbar ein Abbild der räumlichen Verteilung der Phasen im Inneren der Probe 

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 erhalten.

   Für die Anwendung dieses Verfahrens ist es nicht unbedingt notwendig, dass die Wellenlänge aller durchtretenden Neutronen zwischen den beiden Bragg-Kanten liegt, sondern es reicht aus, dass wenigstens ein Teil der Neutronen eine Wellenlänge besitzt, die kleiner ist als der der Bragg-Kante der nachzuweisenden Phase entsprechende Wert. Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass es damit auf einfache Weise möglich ist, Einschlüsse einer andern kristallographischen Phase in einer Probe nachzuweisen. 



     PATENTANSPRÜCHE   : 
1. Verfahren zum Nachweise des Anteils einer bestimmten kristallographischen Phase in einer kristallinen Probe mittels Durchstrahlung der Probe mit Neutronen und Messung der Intensität des durchtretenden Neutronenstrahles, wobei für die Wellenlänge der Neutronen ein Wert gewählt wird, der grösser ist als jener, welcher der bzw. den Bragg-Kanten der übrigen in der Probe vorhandenen kristallographischen Phase bzw. Phasen entspricht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass wenigstens ein Teil der Neutronen eine Wellenlänge besitzt, die kleiner ist als der der Bragg-Kante der nachzuweisenden Phase entsprechende Wert.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Probe während der Durchstrahlung gedreht oder geschwenkt wird.