DE1154653B

DE1154653B - Method of measuring high temperatures

Info

Publication number: DE1154653B
Application number: DEL27672A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Tasso Springer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-05-21
Filing date: 1957-05-21
Publication date: 1963-09-19

Description

Verfahren zur Messung hoher Temperaturen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung hoher Temperaturen, wie sie beispielsweise bei durch Hochstromentladungen zur Explosion gebrachten elektrischen Leitern auftreten.Methods of Measuring High Temperatures The invention relates to on a method for measuring high temperatures, as for example at by High-current discharges occur in electrical conductors that have exploded.

Es ist bekannt, daß der Absorptions-Wirkungsquerschnitt gewisser Materialien für Neutronen hohe und schmale Resonanzmaxima aufweist. Durch den Doppler-Effekt tritt bei Erwärmen des Materials eine Verbreiterung und Verflachung dieser Resonanzmaxima auf. Bei dem Meßverfahren nach der Erfindung wird die Verbreiterung der Resonanzkurve und/oder die damit verbundene Anhebung der Ausläufer der Resonanzkurve bei steigender Temperatur des Objekts zur Messung der Temperatur ausgenutzt. It is known that the absorption cross section of certain Materials for neutrons has high and narrow resonance maxima. Through the Doppler effect When the material is heated, these resonance maxima are broadened and flattened on. In the measuring method according to the invention, the broadening of the resonance curve and / or the associated increase in the tail of the resonance curve as it rises Temperature of the object used to measure the temperature.

Dementsprechend wird bei dem vorliegenden Verfahren zur Messung hoher Temperaturen ein Neutronenstrahl durch das zu messende Material hindurchgeleitet, das Spektrum der hindurchgehenden Neutronen gemessen und aus der Verbreiterung und/oder Verflachung der Resonanzkurven des Absorptionsquerschnittes auf Grund des Neutronen-Doppler-Effekts die Temperatur bestimmt.Accordingly, the present method of measurement becomes higher Temperatures a neutron beam passed through the material to be measured, the spectrum of neutrons passing through measured and from the broadening and / or Flattening of the resonance curves of the absorption cross-section due to the neutron Doppler effect determines the temperature.

Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Objekt, dessen Temperatur bestimmt werden soll, ein Material beigemengt wird, dessen Absorptionswirkungsquerschnitt für Neutronen mindestens ein hohes und schmales Resonanzmaximum aufweist. The method according to the invention is characterized in that a material is added to the object whose temperature is to be determined, its absorption cross-section for neutrons is at least a high and narrow one Has resonance maximum.

An Hand der Fig. 1 bis 3 sollen die physikalischen Vorgänge, auf denen die Erfindung beruht, erläutert werden. On the basis of FIGS. 1 to 3, the physical processes should be on which the invention is based, will be explained.

Das Diagramm der Fig. 1 zeigt das Spektrum von epithermischen Neutronen, die das kalte Objekt durchsetzt haben (Kurve 11). Das Maximum der Resonanzlinie des Objekts liege dabei im Energiebereich der epithermischen Neutronen. Die zugehörige Resonanzkurve, d. h. der Wirkungsquerschnitt als Funktion der Neutronenenergie, zeigt Kurve 12. The diagram of Fig. 1 shows the spectrum of epithermal neutrons, that have penetrated the cold object (curve 11). The maximum of the resonance line of the object lies in the energy range of epithermal neutrons. The associated Resonance curve, d. H. the cross section as a function of the neutron energy, shows curve 12.

Wird die Temperatur des zu durchdringenden Objekts erhöht, verbreitert sich die ursprüngliche Resonanzkurve 12. Das Spektrum der Neutronen nach dem Durchgang durch das Objekt hat nun die Form der Kurve 14, die durch die Dopplerverbreiterung veränderte Resonanzlinie die Form der Kurve 15.If the temperature of the object to be penetrated is increased, it is broadened the original resonance curve is 12. The spectrum of the neutrons after the passage through the object now has the shape of curve 14, which is caused by the Doppler broadening changed the resonance line the shape of curve 15.

Im Diagramm der Fig. 2 fällt das Maximum eines thermischen Neutronenspektrums (Kurve 16) in den Bereich des linken Ausläufers der Resonanzlinie (Kurve 12). Wird das Objekt erhitzt, so verflacht auf Grund der Dopplerverbreiterung die Resonanzlinie unter gleichzeitiger Anhebung des mit 13 markierten Ausläufers und geht in Kurve 15 über. Die Anhebung des Ausläufers ist gleichbedeutend mit einer Ver- größerung des Wirkungsquerschnittes für die Neutronen und damit einer Verringerung der Neutronentransmission. Das Spektrum hat nun die Form und Lage der Kurve 17. In the diagram of FIG. 2, the maximum of a thermal neutron spectrum falls (Curve 16) in the area of the left tail of the resonance line (curve 12). Will If the object heats up, the resonance line flattens out due to the Doppler broadening while at the same time raising the tail marked with 13 and going into the curve 15 over. Raising the foothills is tantamount to increasing enlargement of the cross-section for the neutrons and thus a reduction in neutron transmission. The spectrum now has the shape and position of curve 17.

Liegt, wie in Fig. 3 gezeichnet, das Maximum der Resonanzlinie des kalten Objekts (Kurve 12) im Bereich des Maximums des Spektrums (Kurve 16'), so bewirkt die mit der Erhöhung der Temperatur verbundene Dopplerverbreiterung und Verflachung der Resonanzkurve (Kurve 15) eine Erhöhung der Transmission, weil gleichzeitig der Wirkungsquerschnitt der Neutronen verkleinert wird. Das Spektrum hat nun die Lage und Form der Kurve 17'. Is, as shown in Fig. 3, the maximum of the resonance line of the cold object (curve 12) in the region of the maximum of the spectrum (curve 16 '), see above causes the Doppler broadening associated with the increase in temperature and Flattening of the resonance curve (curve 15) increases the transmission, because at the same time the cross-section of the neutrons is reduced. The spectrum now has the Position and shape of curve 17 '.

Erfindungsgemäß werden die soeben geschilderten Vorgänge zur Messung hoher Temperaturen ausgenutzt. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist in Fig. 4 skizziert. Aus einer Neutronenquelle 21 kommend, die vorteilhafterweise ein Reaktor ist, durchdringt ein Neutronenstrahl 22 das zu messende Objekt 23. Ein Neutronennachweisgerät 24, dessen Nullanzeige durch eine Abschirmung 25, zweckmäßig Paraffin, niedrig gehalten wird, zählt die pro Zeiteinheit einfallenden Neutronen. Aus der änderung der Einfallsrate kann auf die Temperatur geschlossen werden. According to the invention, the processes just described are used for measurement exploited at high temperatures. An advantageous embodiment is sketched in FIG. 4. Coming from a neutron source 21, which is advantageously a reactor, penetrates a neutron beam 22 the object to be measured 23. a neutron detection device 24, its zero display is kept low by a shield 25, expediently paraffin counts the neutrons incident per unit of time. From the change in the rate of incidence can be inferred from the temperature.

Wählt man die Bedingungen, wie sie durch Fig. 1 charakterisiert sind, d. h. das Objekt besteht aus einem Material mit einer hohen Einfangresonanz, deren Maximum in den epithermischen Energiebereich des Neutronenspektrums fällt, zweckmäßig Gold, Silber oder Indium, so ist die Zählausbeute, die in jedem Fall der Fläche unter dem Spektrum entspricht, um einen Betrag kleiner, der der schraffierten Fläche der Fig. 1 proportional ist, wenn das Objekt auf eine höhere Temperatur gebracht wird. Die Objektdicke wird hierbei zweckmäßig wesentlich größer als die Absorptionsweglänge im Resonanzmaximum gewählt. Wählt man, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Objektmaterial, zweckmäßig Cadmium, dessen Ausläufer der Resonanzkurve in den Bereich des Maximums des Spektrums fällt, so wird bei einer Temperaturerhöhung des Objekts die Zählausbeute ebenfalls kleiner, weil durch die Anhebung des Ausläufers der Resonanzkurve der Wirkungsquerschnitt vergrößert und damit die Transmission verkleinert wird. If one chooses the conditions, as they are characterized by Fig. 1, d. H. the object is made of a material with a high capture resonance, whose Maximum falls in the epithermal energy range of the neutron spectrum, expediently Gold, silver or indium, the counting yield is the area in each case below the spectrum corresponds to an amount smaller than that of the hatched area 1 is proportional to when the object is brought to a higher temperature will. The object thickness is expediently essential here greater chosen as the absorption path length at the resonance maximum. If one chooses, as in Fig. 2 shown, an object material, expediently cadmium, its tail of the resonance curve falls within the range of the maximum of the spectrum, so when the temperature increases of the object, the counting yield is also lower because the increase in the tail the resonance curve increases the cross-section and thus the transmission is reduced.

Einen inversen Effekt erzielt man, wenn man, wie in Fig. 3 dargestellt, das Maximum der Resonanzkurve mit dem Maximum des Neutronenspektrums zusammenlegt. Zweckmäßig erfolgt dies einmal durch die Wahl eines geeigneten Objektmaterials, dessen erstes Resonanzmaximum möglichst nahe der thermischen Neutronenenergie liegt und/oder durch Aufheizen der Neutronen mit dem Ziel, das Maximum des Spektrums nach höheren Energien in Richtung auf das Resonanzmaximum zu verschieben. Vorteilhafterweise nimmt man Cadmium als Objektmaterial und heizt den Neutronenstrahl auf 2000 bis 30000 C auf. Unter diesen Voraussetzungen fallen beide Maxima annähernd zusammen. Bei Temperaturerhöhung des Objekts sinkt der Scheitelwert des Resonanzmaximums, und es kommt eine Erhöhung der Transmission zustande. In diesem Fall wird die Zählt ausbeute also mit steigender Temperatur größer. An inverse effect is achieved if, as shown in Fig. 3, merges the maximum of the resonance curve with the maximum of the neutron spectrum. Appropriately, this is done once by choosing a suitable object material, whose first resonance maximum is as close as possible to the thermal neutron energy and / or by heating the neutrons with the aim of finding the maximum of the spectrum to shift higher energies towards the resonance maximum. Advantageously one takes cadmium as an object material and heats the neutron beam to 2000 bis 30000 C. Under these conditions, both maxima coincide approximately. When the temperature of the object increases, the peak value of the resonance maximum decreases, and there is an increase in transmission. In this case the count becomes So the higher the temperature, the higher the yield.

Es ist nicht erforderlich, daß das Objekt ausschließlich aus einem Material mit günstiger Lage eines ausgeprägten Resonanzmaximums besteht. Man kann dem Objektmaterial z. B. kleine Mengen eines Stoffes mit ausgeprägtem Resonanzmaximum beimischen, das günstig in bezug auf die Neutronenenergie liegt. It is not necessary that the object consist exclusively of one Material with a favorable position of a pronounced resonance maximum exists. One can the object material z. B. small amounts of a substance with a pronounced resonance maximum add, which is favorable in relation to the neutron energy.

Ferner ist es möglich, in das zu messende Objekt eine Sonde einzuführen, die aus einem Material mit geeignetem Resonanzmaximum besteht. Diese Sonde wird, wenn es sich nicht um Kurzzeitmessungen handelt, die Temperatur des Objekts annehmen, so daß die Änderung ihres Neutronenspektrums ein Maß für die Temperatur des gesamten Objektes ist. Ein Ausfühuungsbeispiel, bei dem die Temperatur eines Objektes mittels einer Sonde gemessen wird, zeigt Fig. 6.It is also possible to insert a probe into the object to be measured, which consists of a material with a suitable resonance maximum. This probe will if the measurements are not short-term, assume the temperature of the object, so that the change in their neutron spectrum is a measure of the temperature of the whole Object is. An exemplary embodiment in which the temperature of an object by means of is measured by a probe, FIG. 6 shows.

In das zu messende Objekt 31 ist die Sonde 32, die vorteilhafterweise aus einem Cadmiumblech besteht, eingelassen. Senkrecht zu ihr ist eine Bohrung33 angebracht. Durch diese können die Neutronen, die aus der Neutronenquelle 35 herauskommen, unmittelbar bis an die Sonde heranfliegen, die sie durchdringen und in das Neutronennachweisgerät 34 gelangen.In the object to be measured 31 is the probe 32, the advantageous consists of a cadmium sheet, let in. A hole 33 is perpendicular to it appropriate. Through this the neutrons that come out of the neutron source 35 can fly directly up to the probe, which they penetrate and into the neutron detection device 34 arrive.

Es ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung, die Energieerhöhung von Neutronen, die an einem heißen Objekt, beispielsweise einem Draht oder Hohlzylinder gestreut werden, zur Messung der Temperatur auszunutzen. Ein Ausführungsbeispiel soll an Hand der Fig. 5 erläutert werden. Aus einer Neutronenquelle 21, zweckmäßig einem Reaktorkern, trifft ein Strahl thermischer Neutronen 22 auf das zu messende Objekt 23. An diesem werden ein Teil der Neutronen elastisch gestreut. Sie ändern dabei ihre Richtung und ihre Energie. Letztere ist nach dem Stoß ein Maß für die Temperatur des Objektmaterials. Mit Hilfe eines energieabhängigen Neutronennachweisgerätes 24, vorteilhafterweise einem mit Cadmium und/oder Bor verkleideten Zählrohrkranz, wird die Zahl der Neutronen, deren Energie durch den Stoß an dem heißen Objekt größer als die Ausgangsenergie geworden ist, registriert und zur Bestimmung der Temperatur benutzt. Die Nullanzeige des Zählrohrkranzes wird durch eine Abschirmung 25, zweckmäßig aus Paraffin und Bor, niedrig gehalten. It is also the subject of the invention to increase the energy of Neutrons that stick to a hot object, such as a wire or hollow cylinder be scattered to use for measuring the temperature. An embodiment is to be explained with reference to FIG. From a neutron source 21, expedient a reactor core, a beam of thermal neutrons 22 hits that to be measured Object 23. Some of the neutrons are elastically scattered on this. They change thereby their direction and their energy. The latter is a measure of the impact after the impact Temperature of the object material. With the help of an energy-dependent neutron detection device 24, advantageously a counter tube ring clad with cadmium and / or boron, the number of neutrons whose energy is greater due to the impact on the hot object when the output energy has become registered and used to determine the temperature used. The zero display of the counter tube ring is expedient by means of a shield 25 made of paraffin and boron, kept low.

Claims

PATENT CLAIM: Method for measuring high temperatures in which a neutron beam slides through the material to be measured, the spectrum of the neutrons passing through and measured from the broadening and / or flattening of the resonance curves of the absorption cross-section due to the neutron Doppler effect the temperature is determined, characterized in that the object, its temperature is to be determined, a material is added whose absorption cross section has at least one high and narrow resonance maximum for neutrons.