DD239272A1 - Vorrichtung zur messung der wasserstoffkonzentration eines stoffes - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur nuklearen Messung der Wasserstoffkonzentration, insbesondere der Feuchtigkeit beliebiger Substanzen im Oberflaechenmessverfahren. Die Vorrichtung soll sich durch geringe Strahlenbelastung auszeichnen, soll kostenguenstig sein, ein geringes Geraetevolumen und eine geringe Geraetemasse besitzen. Nach dem Prinzip der wasserstoffabhaengigen Neutronenthermalisierung soll die Wasserstoffkonzentration mit einer hohen Messempfindlichkeit bei geringem Nulleffekt mit bekannten Moderatoreigenschaften bestimmt werden. Bei einer aus einer Neutronenquelle, einem Neutronendetektor, einem Moderator und Auswerteelementen bestehenden Vorrichtung, wobei Neutronendetektor nebeneinander angeordnet und in bekannter Weise voneinander abgeschirmt sind, ist erfindungsgemaess die Neutronenquelle nur partiell von dem Moderator, bestehend aus einem Material hohen Streuquerschnitts oder aus mehreren Streumaterialien in Kombination, umgeben und der Moderator in Richtung der Neutronenquelle teilweise von einem oder mehreren Neutronenabsorbern ueberzogen. Es handelt sich um eine leichte und konstruktiv kleine Messvorrichtung, die fuer mobile Messaufgaben und fuer industrielle Applikation verwendet werden kann.
Description
Hierzu 2 Seiten Zeichnungen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur nuklearen Messung der Wasserstoff konzentration, insbesondere der Feuchtigkeit beliebiger Substanzen, im Oberflächenmeßverfahren, die für mobile Meßaufgaben und für industrielle Applikationen verwendet werden kann.
Nach dem Prinzip der wasserstoffabhängigen Neutronenthermalisierung arbeitend, d.h. Neutronen unterliegen in wasserstoffhaltigen Medien einem intensiven Energieverlust, sind eine Reihe von Vorrichtungen (Sonden) bekannt, die im wesentlichen aus einer Isotopen-Neutronenquelle, einem Detektor für thermische Neutronen und einer Auswertungsvorrichtung bestehen. Neben Sonden, die unmittelbar im Meßmedium (Tauchsonden) eingesetzt werden, sind Oberflächensonden bekannt, die in Oberflächengeometrie die Wasserstoffkonzentration des Mediums bestimmen können. Für eine Erhöhung der Meßgenauigkeit der Oberflächensonden zeichnen sich die Vorrichtungen durch spezielle Reflektoren (Pawlik, I., Spinks, I., Can. Journal of Term 34;. 1957,503 und DE-AS 1155924) oder durch besondere Anordnung bekannter Reflektoren (DE-AS 1231927, DD-WP 201204) aus. Diese mit Reflektoren ausgestatteten Oberflächensonden haben den Nachteil, daß durch den Reflektor keine wesentliche Energieänderung der Neutronen erfolgt und der Schwerpunkt der Wolke thermischer Neutronen entfernt vom Empfänger liegt. Das wirkt sich nachteilig auf die Meßgenauigkeit bei niederem Feuchtigkeitsgehalt des Meßgutes aus. Andere Neutronensonden weisen keinen Reflektor auf und sind mit einem Moderator ausgestattet. Diese haben die Eigenschaft, die Energie der Neutronen der Neutronenquelle soweit zu vermindern, daß die Wechselwirkung mit dem Wassergehalt des Meßgutes groß ist, aber andererseits die Neutronen noch nicht thermalisiert sind. In der DE-PS Nr. 1145833 wird eine Anordnung zur Bestimmung der Wasserstoff konzentration beschrieben, bei der eine Quelle schneller Neutronen von einem Moderator, z.B. Paraffin allseitig umgeben ist. Zur Abschirmung eines Detektors von der unmittelbaren Einwirkung der im Moderator verlangsamten Neutronen befindet sich zwischen der vom Moderator umgebenen eiNeutronenquelle und dem Detektor ein Cadmiumblech. Die aus dem Moderator kommenden, langsamen Neutronen sollen absorbiert werden, ohne die aus dem Meßgut kommenden langsamen Neutronen wesentlich einzufangen.
Experimente mit dieser beschriebenen Vorrichtung zeigten, daß die Neutronen schon im Moderator auf niedrige Energie gebracht werden, diese aber nur teilweise entsprechend ihrer Energie im Cadmiumblech absorbiert und damit im Detektor mit erfaßt werden. Die Folge ist ein hoher Nulleffekt, der den statischen Fehler wesentlich erhöht.
Weiterhin ist eine Vorrichtung mit Oberflächenmeßverfahren bekannt, bei der die Neutronenquelle allseitig mit Eisen umhüllt ist. Auch mit dieser neuen Vorrichtung, die sehr groß und schwer ist, soll versucht werden, die Meßgenauigkeit zu erhöhen (Csom, G., Benedeck, S., Neutron reflection method, Isotopenpraxis 9,1973,284). Diese hohe Meßgenauigkeit durch die Moderatorwirkung wird jedoch angezweifelt.
Mit der Erfindung soll eine Vorrichtung zur Bestimmung der Wasserstoff konzentration in Stoffen im Oberflächenmeßverfahren geschaffen werden, die sich durch eine geringe Strahlenbelastung auszeichnet, kostengünstig ist, ein geringes Gerätevolumen und eine geringe Gerätemasse besitzt und dadurch einem weiteren Anwendungsbereich zur Verfügung stehen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der nach dem Prinzip der wasserstoffabhängigen Neutronenthermalisierung die Wasserstoffkonzentration mit einer hohen Meßempfindlichkeit, bei geringerem Nulleffekt mit bekannten Moderatoreigenschaften bestimmt werden kann.
Bei einer aus einer Neutronenquelle, einem Neutronendetektor, einem Moderator und Auswerteelementen bestehenden Vorrichtung, wobei Neutronenquelle und Neutronendetektor nebeneinander angeordnet und in bekannter Weise voneinander abgeschirmt sind, ist erfindungsgemäß die Neutronenquelle nur partiell von dem Moderator, bestehend aus einem Material
hohen Streuquerschnitts oder aus mehreren Streumaterialien in Kombination, umgeben und der Moderator in Richtung der Neutronenquelle teilweise von einem oder mehreren Neutronenabsorbern überzogen. Die partielle Ummantelung der Neutronenquelle durch den Moderator befindet sich stets auf der dem Neutronendetektor abgewandten Seite und kann soweit gehen, daß nur noch die Seiten der Neutronenquelle des unmittelbar gegenüberliegenden Detektors und die der Auflage auf die zu messende Substanz vom Monderatorfrei bleiben.
Der Moderator besteht vorwiegend aus stark wasserstoffhaltigen Materialien und kann in Richtung der Neutronenquelle mit einem allein oder mehreren Neutronenabsorbern in Kombination aus Bor, Silber, Indium, oder Cadmium überzogen sein. Durch die nicht vollständige Moderatorummantelung kann der Detektor näher an die Neutronenquelle herangelegt werden. Es erhöht sich damit die Meßempfindlichkeit. Die Quellstärke der Neutronenquelle kann bei ausreichender Empfindlichkeit gesenkt werden, wodurch die Strahlenbelastung der Umgebung der Vorrichtung geringer wird. Weiterhin ist durch die geringere Moderatormasse die Meßvorrichtung leichter und kann auch wesentlich kleiner konstruiert werden.
Die Erfindung soll an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1: Draufsicht einer Vorrichtung mit maximaler Moderatorummantelung Figur 2: Seitenansicht der Vorrichtung nach Figur 1
Figur 3: Draufsicht einer Vorrichtung mit partieller Moderatorummantelung auf der dem Detektor gegenüberliegenden Seite Figur 4: Seitenansicht der Vorrichtung nach Figur 3
Zur Bestimmung der Feuchtigkeit von monolitischen Betonkonstruktionen besteht die Vorrichtung aus einer 239Pu/Be-Neutronenquelle 2 und einem Lithiumglasszintillator als Neutronendetektor 4. Beide sind durch eine Gammastrahlungsabschirmung'5 aus Blei voneinander getrennt. Der Moderator besteht aus boriertem Polyäthylen. Auf Grund der sehr guten Handhabbarkeit dieser Meßvorrichtung können Feuchtigkeitsmessungen an schwer zugänglichen Betonkonstruktionen ausgeführt werden. Durch die erhöhte Meßgenauigkeit sind auch Messungen an Betonkonstruktionen mit dicken Stahlverblendungen möglich.
Zur Bestimmung der Feuchtigkeit von Betonzuschlagstoffen an Bunkern besteht die Vorrichtung aus einer241 Am/Be-Quelle 2 und einem BF3-Poportionalzählrohr als Neutronendetektor 4. Zwischen diesem befindet sich zur Verringerung des Einflusses der von der Neutronenquelle emittierten Gammastrahlung auf den Neutronendetektor eine Gammastrahlungsabschirmung 5 aus Eisen. Der Moderator 1 besteht aus einer Graphit 1 a- und einer Paraffinschicht 1 b und ist in Richtung der Neutronenquelle 2 mit einem Neutronenabsorber 6, der aus einer Kombination von Indium und Cadmium besteht, bedeckt. Durch die Bunkerwandung 7 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung (Sonde) vom Meßgut 3 getrennt. Der Einsatz dieser Neutronenoberflächensonde kann auch an dicken Behälterwänden erfolgen, ohne daß Strahlenfenster eingesetzt werden müssen. Auf Grund der hohen Meßgenauigkeit kann die Zuschlagstoff-Feuchte genauer erfaßt werden. Durch kleine Geometrie ergeben sich wenige Einschränkungen an den Meßort hinsichtlich Anbringbarkeit der Sonde, so daß die Wirksamkeit der Feuchtemessung im technologischen Prozeß verbessert werden kann.
Claims (6)
1. Vorrichtung zur nuklearen Messung der Wasserstoffkonzentration eines Stoffes nach dem Oberflächenmeßverfahren, bestehend aus einer Neutronenquelle, einem Neutronendetektor, einem Moderator und Auswerteelementen, wobei Neutronenquelle und Neutronendetektor nebeneinander angeordnet und in bekannter Weise voneinander abgeschirmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle (2) partiell von dem Moderator (1), bestehend aus einem Material hohen Streuquerschnitts oder aus mehreren Streumaterialien in Kombination (1 a, 1 b) umgeben ist und der Moderator (1) in Richtung der Neutronenquelle (2) teilweise von einem oder mehreren Neutronenabsorbern (6) überzogen ist.
2. Vorrichtung nach Hauptpunkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die partielle Ummantelung der Neutronenquelle (2) durch den Moderator (1) stets die dem Neutronendetektor (4) abgewandte Seite einschließt.
3. Vorrichtung nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Moderator (1) die Neutronenquelle (2) soweit ummantelt, daß nur noch die Seiten zum Detektor (4) und die der Auflage auf die zu messende Substanz (3) frei bleiben.
4. Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Moderator (1) vorwiegend aus stark wasserstoffhaltigen Materialien besteht.
5. Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Neutronenabsorber
(6) Bor, Silber, Indium oder Cadmium sind.
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