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Gerät zur Demonstration von Kernumwandlungsprozessen Die Erfindung
betrifft ein Gerät zur Demonstration von Kernumwandlungsprozessen mit einer von
einem Moderator umgebenen Neutronenquelle. Solche Geräte finden zur Vorführung einfacher
Kernumwandlungsprozesse bei der Ausbildung von Studierenden Verwendung. Sie müssen
so aufgebaut sein, daß sich die Studierenden ungefährdet lange Zeit in seiner Umgebung
aufhalten und experimentieren können, wobei nicht vorausgesetzt werden darf, daß
diese Personen die Strahlenschutzvorschriften kennen und beachten. Außerdem soll
das Gerät vorteilhaft so ausgebildet sein, daß sich Unbefugte der Neutronenquelle
nicht bis in einen strahlungsgefährdenden Bereich nähern können und daß der Betriebszustand,
bei dem die Neutronenquelle kurzzeitig aus ihrer Abschirmung herausgenommen wird,
wobei in der Umgebung des Gerätes eine höhere Strahlungsleistung auftritt, durch
gut sichtbare Warnzeichen angezeigt wird.
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Die Neutronenquelle kann hierbei in an sich bekannter Weise z. B.
aus Radium und Beryllium zusammengesetzt sein. Die Mischung aus einem Radiumsalz
und Berylliumpulver ist emanationsdicht in einer Metallhülse eingeschlossen. Dabei
lösen die vom Radium und seinen Zerfallsprodukten ausgesandten u.-Teilchen beim
Auftreffen auf Berylliumkerne eine Kernreaktion aus. Dieser Vorgang wird zur Neutronenerzeugung
benutzt. Allerdings haben die auftretenden Neutronen zunächst zu hohe Geschwindigkeiten,
um die zu demonstrierenden Kernumwandlungen herbeiführen zu können. Sie müssen daher
in einer bekannten Moderatormasse, z. B. Paraffin oder Wasser, abgebremst werden.
Bei derartigen Neutronenquellen stört neben der Neutronenstrahlung vor allem die
auftretende starke ;-Strahlung, die die im vorangegangenen erläuterten Sicherheitsmaßnahmen
erforderlich macht.
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Bei bekannten technischen oder laboratoriumsmäßigen Anlagen zur Durchführung
von Kernumwandlungsprozessen sind ähnliche Sicherheitsvorrichtungen erforderlich
und bereits getroffen worden, wobei jedoch zu beachten ist, daß es sich hierbei
um den Schutz eines qualifizierten und besonders geschulten Bedienungspersonals
handelt, während sich die Aufgabenstellung bei einem Demonstrationsgerät im wesentlichen
durch die Anpassung an relativ wenig geschulte Bedienungs- und Beobachtungspersonen
ergibt.
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Die Erfindung schafft ein Gerät, welches bei einfachster Handhabung
alle berechtigten Anforderungen des Strahlenschutzes erfüllt und die wirkungsvolle
Durchführung einer großen Zahl von Demonstrationsversuchen ermöglicht. Die Erfindung
besteht darin, daß Moderator und Neutronenquelle innerhalb eines teilweise aus durchsichtigem
Material gebildeten, einen vorgegebenen Minimalabstand gewährleistenden Schutzbehälters
angeordnet sind, wobei die Neutronenquelle mittels einer bei geschlossenem Behälter
zu betätigenden Einstellvorrichtung derart in zwei Endlagen verschiebbar ist, daß
sie in der einen Endlage im geometrischen Mittelpunkt eines Abschirmkörpers und
in der anderen Endlage im kleinsten Abstand von mindestens einer im Moderator angeordneten
Ausnehmung, die zur Aufnahme von Probesubstanzen dient, liegt.
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Der Schutzbehälter kann dabei in der verschiedensten Form und Größe
ausgebildet sein. Seine Gestaltung bestimmt sich durch die Forderung, je nach der
Stärke des Präparates einen vorgegebenen Mindestabstand nach allen Seiten zu sichern.
Man wählt seine Abmessungen unter Berücksichtigung der Bleiabschirmung und der Dicke
der Moderatormasse so, daß außerhalb des Schutzbehälters keine unzulässige Strahlungsleistung
auftritt. Da der Schutzbehälter durchsichtige Wandteile aus gewöhnlichem Glas oder
Drahtmaschengitter enthält, können die auflaufenden Umwandlungen ohne Schwierigkeiten
beobachtet werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Demonstrationsgerätes
kann derart aufgebaut sein, daß die Neutronenquelle in einem Bleizylinder liegt
und mit diesem in einer in die Moderatormasse eingebetteten Führung verschiebbar
ist, wobei der Bleizylinder in der Sicherungsstellung in eine entsprechende
Bohrung
des zylinderförmig ausgebildeten Abschirmkörpers eingeschoben ist. In der Arbeitsstellung
befindet sich der Bleizylinder wenigstens teilweise außerhalb dieser Bohrung.
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Es ist zweckmäßig, die Einstellvorrichtung als Seilzug auszubilden.
Es sind aber auch andere mechanische Betätigungsvorrichtungen sowie magnetische
oder elektromagnetische Vorrichtungen anwendbar.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist mit dem Bleizyylinder ein weiterer
Zylinder aus Moderatormasse verschiebbar. Auf diese Weise wird eine allseitige Umhüllung
des Präparates durch die Moderatormasse sichergestellt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Dicke der Moderatormasse so
bemessen, daß diese gleichzeitig als Neutronenabschirmung wirksam ist.
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Im Hinblick auf eine möglichst sinnfällige und gefahrlose Bedienung
ist es zweckmäßig, am Schutzbehälter Blockierungsmittel vorzusehen, welche sein
Öffnen verhindern, solange sich die Neutronenquelle in der Arbeitsstellung befindet.
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Dieser Zustand kann vorteilhaft durch ein äußerlich sichtbares Schauzeichen,
z. B. eine Warnlampe, angezeigt werden.
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Beim Demonstrationsgerät nach der Erfindung liegt die Neutronenquelle
bis zum eigentlichen Experiment in einer starken Abschirmung, so daß im Bereich
des Schutzbehälters nur eine relativ geringe Strahlungsleistung von etwa 30 m rem
je Woche herrscht. Nachdem die beim Versuch zu bestrahlende Substanz in entsprechende
Ausnehmungen der Moderatormasse eingelegt wurde, verschiebt man die Neutronenquelle
aus ihrer Abschirmung in den Bereich dieser Ausnehmung, d. h. in die Arbeitslage.
Während des Experimentierens erhöht sich also kurzzeitig die Strahlungsleistung
außerhalb des Schutzbehälters, so daß unmittelbar an dessen Wandflächen, d. h. an
den Stellen stärkster zugänglicher Strahlungsintensität, der zulässige Wert bereits
nach etwa 12 Stunden erreicht würde.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung schematisch dargestellt. In einem Schutzschrank 1 befindet sich auf einem
Halteboden 30 eine Moderatormasse 2, z. B. Paraffin in Zylinderform, in der Ausnehmungen
3 zur Aufnahme der Probesubstanz 4 vorgesehen sind. Diese Moderatormasse
kann bei größeren Quellstärken zusätzlich mit einem Wassermantel umgeben sein, wobei
das Wasser einen borhaltigen Zusatz zum Einfangen der restlichen, aus dem Moderator
austretenden langsamen Neutronen enthält. Eine Führungshülse 5, in der eine in der
Mitte eines Bleizylinders 6 befestigte Neutronenquelle 7 verschiebbar ist,
ragt in einen Bleiabschirmkörper 8 hinein. Oberhalb des Bleizylinders 6 befindet
sich ein weiterer Zylinder 31, welcher mit dem Bleizylinder 6 fest verbunden
ist und aus dem gleichen Material wie die umgebende Moderatormasse, z. B. aus Paraffin,
besteht. Selbstverständlich kann auch eine von der umgebenden Moderatormasse verschiedene
Substanz angewendet werden.
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Zur Verschiebung des Bleizylinders 6 zwischen der unteren Sicherungsstellung
S in die Arbeitsstellung A ist ein Seilzug 9 vorgesehen, welcher über eine
Umlenkrolle 10 an einem Drehhebel 11 angreift. Dieser Drehhebel
11 ist ebenso wie die Umlenkrolle 10 am Schutzkasten 1 befestigt.
Mit Hilfe eines Zahnrades 12, das mit dem Drehhebel starr verbunden ist, kann dieser
verschwenkt werden, wobei der Antrieb des Zahnrades 12 über eine an einer
Welle 13 befestigte Schnecke 14 durch ein Handrad 15 erfolgt.
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Die Oberseite des Schutzschrankes 1 ist als um ein Scharnier
16 schwenkbarer Klappdeckel 110 ausgebildet, der durch einen Sperriegel
17 gegen öffnen gesperrt wird. Der Winkelarm 171 des Sperriegels 17 greift
in der Verriegelungsstellung unter eine Nase 18
am Schutzschrank
1.
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Befindet sich der Drehhebel 11 in seiner einen Endlage, welche
der Arbeitsstellung A der Neutronenquelle entspricht, so liegt er gleichzeitig
gegen den Winkelarm 171 des Sperriegels 17 und sichert diesen gegen Verschieben,
so daß in dieser Stellung der Schutzschrank 1 abgesperrt bleibt.
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In dieser Arbeitsstellung A sind durch den Drehhebel 11 ferner
die beiden auf einem Isolierstück 19
angeordneten Kontaktfedern 20,21 in Berührung
gebracht worden, so daß über Zuleitungen 22, 23, 24
eine Warnlampe
25 an eine Stromquelle 26 angeschaltet wird. Ihr Aufleuchten zeigt
die erhöhte Strahlungsleistung an, welche verschwindet, nachdem der Bleizylinder
6 mit der Neutronenquelle 7 wieder innerhalb des Abschirmkörpers 8 liegt.
In diesem Fall wird die Blockierung des Sperriegels 17 gelöst und die Warnlampe
25 durch öffnen der Kontaktfedern 20,21 abgeschaltet.