Vorrichtung zum tllessen der Intensität einer Strahlung langsamer Neutronen mittels Ionisationskammer. Zur Erzeugung von Neutronen benutzte man früher radioaktive Substanzen, z. B. Radium, die mit Beryllium gemischt waren. Später zeigte sich, dass man Neutronen auch durch Atomkernumwandlung mit Hilfe von schnellen Ionen in gleich grosser, unter Um ständen sogar stärkerer Intensität bequem erzeugen kann.
Ein Nachteil dieses Verfah rens ist, dass .bei ihm die Neutroneninten sität in nicht :genau kontrollierbarer Weise sohwankt. Diese .Schwankungen sind auf Schwanken des Ionenstromes, Inhomogeni- täten der beschossenen. Schicht usw. zurrück- zuführen.. Es ist daher notwendig, bei dem Atomkernumwandlungsverfahren die Inten sität dauernd zu messen.
Dies geschieht bis her dadurch, dass man die Neutronen einzeln zählt, indem man die Wirkung eines einzel nen Neutrons registriert. Dieses Auszählen der Neutronen ist wegen der statistischen Schwankungen langwierig und verlangt ein gegen elektrische (Störungen gutgeschütztes Gerät.
Es ist deshalb vorgeschlagen worden, die Intensität einer 'Strahlung langsamer Neutronen mittels Ionisationskammern durch die Grösse des Ionisationsstromes zu messen und die Ionisationskammer für den Nach- -weis der nicht oder nur sehr wenig ionisieren den Neutronen dadurch geeignet zu machen, dass man von einer bekannten Zwischenreak tion Gebrauch macht,
bei der ionisierende Teilchen durch hie langsamen Neutronen er zeugt werden. Man kann dazu beispielsweise die bekannte Reaktion
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benutzen. Ein anderes Beispiel für eine solche Zwischenreaktion, die sich für den vorliegenden Zweck eignet, ist
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In dem. in. der Natur vorkommenden TLithium beträgt der Gehalt an Lis nur etwa 8 %.
In dem in der Natur vorkommenden Bor be trägt der Gehalt an Bnur etwa 20 % . Die Hauptmasse dieser Elemente besteht also aus dem nicht in obiger Weise reagierenden Li7 bezw. B11.
Man braucht dabei nicht immer eine Zwi schenreaktion zu wählen, bei der unter dem Einfluss langsamer Neutronen schwere stark ionisierende Teilchen emittiert werden. Ob wohl letztere Zwischenreaktionen im allge meinen die grösste Empfindlichkeit liefern, kann es unter Umständen doch von Vorteil sein, Zwischenreaktionen zu wählen, bei denen unter dem Einfluss langsamer Neutro nen Elektronen oder Gammastrahlen emit tiert werden und diese den zu messenden Ionisationsstrom in der Kammer liefern.
Die verschiedenen, unter dem Einfluss langsamer Neutronen schwere Teilchen, Elektronen oder Gammastrahlen emittierenden Zwischenreak tionen sprechen auf langsame Neutronen ver schiedener Geschwindigkeit verschieden stark an. Um also Neutronen eines bestimmten Ge schwindigkeitsbereiches bevorzugt bei der Messung zu berücksichtigen, ist es zweek- mässig, diejenige Zwischenreaktion zu wäh len, die auf Neutronen des gewünschten Ge- sehwindigkeit3bereiches besonders stark an spricht.
Für Neutronen eines bestimmten Ge- schwindigkeitsbereiches kann eine Elektro nen oder Gammastrahlen emittierende Zwi schenreaktion unter Umständen empfind licher sein als eine schwere Teilchen emit tierende Reaktion.
Die durch Neutronen bedingte Emission von Elektronen oder Gammastrahlen braucht nun nicht unmittelbar nach dem Auftreffen der Neutronen zu erfolgen, sie kann viel mehr auch erst eine Zeitlang nach dem Auf treffen des Neutrons erfolgen. Bei Benutzung dieser sogenannten radioaktiven Reaktionen muss man mit der Intensitätsmessung so lange warten, bis sicn das radioaktive Gleichgewicht genügend genau eingestellt hat.
Auch bei den Elektronen oder Gamma strahlen emittierenden Zwischenreaktionen besteht das mit den Neutronen reagierende Element vielfach nicht aus einer einzigen Isotopensorte, sondern aus einem Gemisch von mehreren Isotopensorten. Dabei reagie ren die verschiedenen Isotopen verschieden stark mit den Neutronen und sprechen auch auf Neutronen verschiedener Geschwindig keit ganz verschieden stark an.
Diejenige Isotopensorte, die mit den Neutronen am stärksten reagiert, oder die mit Neutronen eines bestimmten Gaschwin-digkeitsbereiches besonders stark reagiert, sei im folgenden als die wirksame Isotopensorte bezeichnet.
Eine wesentliche Vergrösserung der Emp findlichkeit der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Messung der Intensität der Strahlung langsamer Neutronen durch die Grösse des Tonisationsstromes in einer Ionisationskam- mer, deren Elektroden mit einer Schicht ver sehen sind, die ein Element enthält, das unter dem Einfluss langsamer Neutronen eine andere Strahlung als Neutronen emittiert, wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das emittierende Element die Isotopensorte,
die mit Neutronen besonders stark reagiert, gegenüber der natürlichen Isotopenvert@eilung angereichert enthält. Bei gegebener Neu- tronenstrahlungsintensität ist nämlich die Zahl der austretenden ionisierenden Teilchen und damit die Ionisation in der Kammer um so grösser,
je grösser der Gehalt der unter dem Einfluss der langsamen Neutronen eine andere Strahlung als Neutronen emittieren den 'Schicht an der bei dieser Reaktion be- sonders wirksamen Isotopensorte ist. Für die Wirkungsweise der Vorrichtung nach der Erfindung ist es ohne Bedeutung, ob neben der von der emittierenden ,Schicht unter dem Einfluss der auftreffenden langsamen Neu tronen ausgesandten wirksamen Strahlung,
die keine Neutronenstrahlung ist, sondern beispielsweise aus geladenen Teilchen oder Gammastrahlen besteht, auch noch Neutro nen zur Aussendung gelangen oder nicht.
Die von der auf den Elektroden ange brachten Schicht unter dem Einfluss lang samer Neutronen ausgesandte Strahlung ist entweder eine Strahlung geladener Teilchen, insbesondere von schweren Teilchen oder Elektronen, oder eine Gammastrahlung. Die Schicht kann beispielsweise an Libezw. an B 1.- , gegenüber der natürlichen Isotopenver- teilung angereichert sein. Es können auch Verbindungen oder Mischungen dieser Iso tope verwendet werden.
Falls die auf den Elektroden anzubrin gende Substanz an dieser nicht haftet, wie beispielsweise amorphes Bor, empfiehlt es sich, die Elektroden mit einer dünnen Schicht, beispielsweise mit Papier, zu beklei den, oder die wirksame Substanz mittels eines Bindemittels aufzutragen.
Bei .der Verwendung von durch Luft oder Feuchtigkeit angreifbaren Substanzen, beispielsweise Lithium, empfiehlt es sich, entweder die Schicht durch einen, die schweren Teilchen nicht nennenswert absor bierenden Überzug gegen den Angriff zu schützen oder eine von den angreifenden Gasen oder Dämpfen befreite, beispielsweise mit Edelgas gefüllte Ionisationskammer zu benutzen.
Die langsamen Neutronen lösen aus der Lithium- oder Borschicht schwere Teilchen aus, die in dem Gas der Ionis.ationska-mmer Ionen erzeugen. Aus der Grösse des so er zeugten Ionenstromes kann auf die Inten sität der einfallenden Strahlung langsamer Neutronen geschlossen werden.
Da nur eine verhältnismässig dünne Reaktionsschicht, bei- spielsweise Bor- oder Lithiumschicht, wirk sam ist, wird nur ein kleiner Bruchteil der durchgehenden Neutronen schwere Teilchen auslösen. Um bei gegebener Neutronenstrah- lung möglichst starke Ionisierungen zu er zeugen, ist es vorteilhaft, mehrere Schichten hintereinander anzuordnen. Analoges gilt für Elektronen oder Gammastrahlung emit tierende Schichten.
In der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel der Vorrichtung nach der Erfindung mit einer um B 1 angereicherten Borrea-k- tion6schicht in zum Teil schematischer Dar stellung wiedergegeben.
In einem Behätler 1, der zum ;Schutz geigen Röntgenstrahlen und Gammastrahlen aus -der Neutronenduelle aus Eisen oder Blei besteht und beispielsweise zylindrisch sein kann, befinden sich mehrere Zylinder 2 aus Aluminium, die von Bernsteinisolatoren 4 getragen sind.
Die Zylinder sind mit Papier ä bedeckt, auf welchem das an B'5 angerei cherte Bor aufgetragen ist. Das, Bor kann wegen seiner schlechten elektrischen Leit fähigkeit auch noch mit einem Drahtnetz be deckt sein. Dadurch wird gleichzeitig eine gute elektrische Feldverteilung erreicht.
Im mittleren Teil des Gefässes ist die Elektro- meterröhre 6 zusammen mit einem hochohmi- gen Ableitungswiderstand 7 untergebracht. Die Elektrometemröhre und der Ableitungs- widerstand sind zum Schutz gegen elek trische Störungen von einem ,geerdeten Ab schirmzylinder 5 aus Metall umgeben. Die Zylinder werden auf einem Potential von einigen hundert Volt gegeneinander gehal ten.
Die Leitungen zur Zuführung der er forderlichen !Spannungen werden in dem Rohr 8 untergebracht. Um eine räumlich möglichst kleine Anordnung zu erhalten, wählt man die Elektrodenabstände zweck mässig von der Grössenordnung der Reich weite der Teilchen im Füllgas der Ioni- sationskammer. Eine weitere Verringerung der Elektrodenabstände ist durch Verkleine rung der Alphateilchenreichweite möglich,
das heisst durch Füllung der Ionisation6kam- mer mit schweren Gasen oder mit Gasen von erhöhtem Druck.
Die Wirkunbmsweise des Do@simeters ist folgende: Das Gerät wird in die Nähe :der zu mes senden Neutronenquelle gestellt. Die Neu tronen. durchdringen praktisch ohne Absorp- tion. den äussern Behälter (S.(-,hutzmantel) des Dosimeters und treffen auf die mit Bor be deckten Aluminiumzylinder auf.
Dort findet dann die oben erwähnte Reaktion statt, und e: entstehen Alphateilchen, die das Gas (bei spieleweise Luft von Atmosphärendruck) in der IonisationskAnmer ionisieren. Die dabei auftretenden Ionen werden gesammelt und beispielsweise dem Gitter der Elektrometer röhre 6 zugeführt.
Ausserhalb des Behälters 1 befinden sich Galvanometer, Anodenbat- terie und Heizbatterie. An dem Galva.no- rneter kann die i\Teutronenintens.ität unmittel bar aus der Grösse des Galvanometeraus- schla.ges abgelesen werden.
Das Neutronen dosimeter kann in einfacher Weise mit Hilfe einer bekannten Neutronenquelle geeicht werden. Dabei ist zu beachten, dass ,der Ab stand des Dosimeters von der Neutronen quelle der gleiche ist wie bei der Messung.
Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung gemäss der Erfindung besteht darin, dass es bei entsprechender Wahl der Isotopensorte für die Zwischenreaktion gelingt, die Emp findlichkeit für langsame Neutronen eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches be sonders gross zu machen.
Wählt man näm lich als Reaktionssehieht ein Element oder dessen Verbindungen, bei dem die Isotopen sorte, die auf Neutronen eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches besonders stark anspricht, gegenüber der natürlichen Isoto- penverteilung angereichert ist, so wird die Ionisa.tionskammer zur Messung der Inten sität der langsamen Neutronen dieses Ge- schwindigkeitsbereiches besonders geeignet sein.
Device for measuring the intensity of radiation from slow neutrons by means of an ionization chamber. In the past, radioactive substances were used to generate neutrons, e.g. B. Radium mixed with beryllium. Later it turned out that neutrons can also be conveniently generated by atomic nucleus conversion with the help of fast ions with equally large, and in some cases even greater, intensity.
A disadvantage of this method is that the neutron intensity fluctuates in a way that cannot be precisely controlled. These fluctuations are due to fluctuations in the ion current, inhomogeneities of the bombarded. Return layer, etc. .. It is therefore necessary to continuously measure the intensity in the atomic nucleus conversion process.
So far, this has been done by counting the neutrons individually by registering the effect of a single neutron. This counting of the neutrons is tedious because of the statistical fluctuations and requires a device that is well protected against electrical interference.
It has therefore been proposed to measure the intensity of a 'radiation of slow neutrons by means of ionization chambers by the size of the ionization current and to make the ionization chamber suitable for the detection of the non-ionizing or only very little ionizing neutrons by knowing from a known Makes use of the intermediate reaction,
in which ionizing particles are produced by slow neutrons. For example, one can use the known reaction
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to use. Another example of such an intermediate reaction which is suitable for the present purpose is
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By doing. in naturally occurring lithium, the Lis content is only about 8%.
In the naturally occurring boron, the B content is only about 20%. The main mass of these elements therefore consists of the Li7 or Li7 which does not react in the above way. B11.
It is not always necessary to choose an intermediate reaction in which heavy, strongly ionizing particles are emitted under the influence of slow neutrons. Although the latter intermediate reactions generally provide the greatest sensitivity, it may be advantageous to choose intermediate reactions in which electrons or gamma rays are emitted under the influence of slow neutrons and these deliver the ionization current to be measured in the chamber.
The various intermediate reactions that emit heavy particles, electrons or gamma rays under the influence of slow neutrons respond differently to slow neutrons of different speeds. In order to take neutrons of a certain speed range into account in the measurement, it is advisable to choose the intermediate reaction that responds particularly strongly to neutrons of the desired speed range.
For neutrons of a certain speed range, an intermediate reaction that emits electrons or gamma rays can under certain circumstances be more sensitive than a reaction that emits heavy particles.
The emission of electrons or gamma rays caused by neutrons does not have to take place immediately after the neutrons strike, it can also take place a long time after the neutron strike. When using these so-called radioactive reactions one has to wait with the intensity measurement until the radioactive equilibrium has been set with sufficient accuracy.
In the case of intermediate reactions that emit electrons or gamma rays, the element that reacts with the neutrons often does not consist of a single type of isotope, but of a mixture of several types of isotopes. The different isotopes react with the neutrons to different degrees and respond to neutrons of different speeds to different degrees.
The type of isotope which reacts most strongly with neutrons or which reacts particularly strongly with neutrons of a certain gas speed range is referred to below as the effective type of isotope.
A substantial increase in the sensitivity of the proposed device for measuring the intensity of the radiation of slow neutrons by the size of the tonization current in an ionization chamber, the electrodes of which are provided with a layer that contains one element that, under the influence of slow neutrons, another Radiation emitted as neutrons is achieved according to the invention in that the emitting element has the isotopic species,
which reacts particularly strongly with neutrons, contains enriched compared to the natural isotope distribution. For a given neutron radiation intensity, the number of exiting ionizing particles and thus the ionization in the chamber is all the greater,
the greater the content of radiation other than neutrons emitted under the influence of the slow neutrons in the layer of the isotopic species that is particularly effective in this reaction. For the mode of operation of the device according to the invention, it is irrelevant whether, in addition to the effective radiation emitted by the emitting layer under the influence of the slow neutrons,
which is not neutron radiation, but consists, for example, of charged particles or gamma rays, and neutrons to be emitted or not.
The radiation emitted by the layer applied to the electrodes under the influence of slow neutrons is either radiation from charged particles, in particular from heavy particles or electrons, or gamma radiation. The shift can for example at Libezw. be enriched in B 1.- compared to the natural isotope distribution. Compounds or mixtures of these iso tope can also be used.
If the substance to be attached to the electrodes does not adhere to them, such as amorphous boron, for example, it is advisable to cover the electrodes with a thin layer, for example with paper, or to apply the active substance by means of a binder.
When using substances that can be attacked by air or moisture, for example lithium, it is advisable either to protect the layer from attack by a coating that does not significantly absorb the heavy particles or to remove one from the attacking gases or vapors, for example with To use noble gas filled ionization chamber.
The slow neutrons release heavy particles from the lithium or boron layer, which generate ions in the gas of the ionization chamber. The intensity of the incident radiation from slow neutrons can be deduced from the size of the ion current generated in this way.
Since only a relatively thin reaction layer, for example a boron or lithium layer, is effective, only a small fraction of the neutrons passing through will trigger heavy particles. In order to generate the strongest possible ionizations with a given neutron radiation, it is advantageous to arrange several layers one behind the other. The same applies to layers emitting electrons or gamma radiation.
In the drawing, an exemplary embodiment of the device according to the invention with a boron reaction layer enriched by B 1 is shown in a partially schematic representation.
In a container 1, which consists of X-rays and gamma rays for protection, the neutron duel is made of iron or lead and can be cylindrical, for example, there are several cylinders 2 made of aluminum, which are supported by amber insulators 4.
The cylinders are covered with paper on which the boron enriched in B'5 is applied. Because of its poor electrical conductivity, boron can also be covered with a wire mesh. In this way, a good electrical field distribution is achieved at the same time.
The electrometer tube 6 is accommodated in the middle part of the vessel together with a high-ohmic discharge resistor 7. The electrometer tube and the discharge resistance are surrounded by a grounded shielding cylinder 5 made of metal to protect against electrical interference. The cylinders are held against each other at a potential of a few hundred volts.
The lines for supplying the necessary voltages are housed in the tube 8. In order to obtain the smallest possible spatial arrangement, the electrode spacing is expediently chosen to be of the order of magnitude of the range of the particles in the filling gas of the ionization chamber. A further reduction in the distance between the electrodes is possible by reducing the range of the alpha particles.
That means by filling the ionization chamber with heavy gases or with gases of increased pressure.
The Do @ simeter works as follows: The device is placed near the neutron source to be measured. The neutrons. penetrate practically without absorption. the outer container (p. (-, jacket) of the dosimeter and meet the aluminum cylinder covered with boron.
The above-mentioned reaction then takes place there, and alpha particles are formed which ionize the gas (for example air at atmospheric pressure) in the ionization cell. The ions that occur are collected and fed to the grid of the electrometer tube 6, for example.
Outside the container 1 there are galvanometer, anode battery and heating battery. The neutron intensity can be read off directly from the magnitude of the galvanometer deflection on the galvanometer.
The neutron dosimeter can be calibrated in a simple manner with the aid of a known neutron source. It should be noted that the distance between the dosimeter and the neutron source is the same as during the measurement.
Another advantage of the device according to the invention is that, with an appropriate selection of the type of isotope for the intermediate reaction, it is possible to make the sensitivity for slow neutrons of a certain speed range particularly high.
If one chooses an element or its compounds for the reaction, in which the isotope species, which respond particularly strongly to neutrons of a certain speed range, is enriched compared to the natural isotope distribution, then the ionization chamber is used to measure the intensity of the slow ones Neutrons of this speed range are particularly suitable.