DE1489186A1 - Neutronenbestrahlungseinrichtung - Google Patents

Description

• Netitronenbestrahlungseinrichtung

  Die Erfindung betrifft eine Einrichtung von Materialien mit

  Nr#utroner, die irsbesondere zur Derionstration und #x,is#3er-

  #-,chz#Ftlichen Unter#mcleung von Neutronenerscheinurg-n uni

  zi)r ne#vinr-ing von Isotopen durch bleutrcnpnbpschiif3 geeignet

  ist. Die Einrichtung ist besonders nützlich für Schulzwecke.

  Neutronen können beiSDi(--lS#Vei--9C, -iuq ebner Quelle gewonnen

  werden. die aus einer Lp,.ji.eriing iron Plti--)nivri ur.-1 Ber-,r!14-um

  ,oder 3us einem Gemisch voyi Americiumoxyd. iind Brryllium

  besteht. Beispielsweise kann als Legierung Pu Be 13 verwerdet

  lijerdpn. Das Gemisch kann 311-- 0-10 Gewichtsprozent Beryllium

  ! Celvichtsprozent Americium als Oxyd Am-0, be#.tehen. Die

  Neutronerquelle. bresteht 7,3. aus-. -inem schn,-.len Zylind.er d#a-f-

  !4,-rte"- ",-I rn--Irtal.

  -:zt, .#if-lchi-r tr ei-n ?us Fdelst:,3b!. Pir-

  Gimin(iflL-iclif-r des Edelstahl-

  gehäuses sind ganz oder teilweise magnetisierbar. Die

  zylindrische Neutronenquelle kann so mittels eines Stabes

  mit magnetischer Spitze leicht aus einem Topf oder einem

  Rohr herausgeholt werder.

  Die Neutrorlenquelle enittiert schnelle Neutronen, die

  mittels Durchgang durch Polyäthylen ode-- Wa#;ser in thermische

  rie.utron-n verwandelt ##iE-r-den Wenr. sclin-I.l(- Neutrorer

  können dic tliermischen Neutronen durch

  einen c)'clii-rm oder Mantel Baus Cadmium. ausgefiltert we-(9.E:n.

  Zur Ppst-A#luna kommen verschiedene --)-(.ffe in Betracht. D,--.#zu

  g-I-ZI-r(-n M-inein, Indium-, Gold, Selen, Silber und

  Vanadium. Metallfolien oder Pulver der Oxyde worden mit

  Neutronen beschossen. Der Neutronenbeschuß der Folien oder

  Pulver dieser Sto£fe erzeugt Isotope, die durch das Auftreten

  von Radioaktivität und Ionisation sich bemerkbar machen und

  mit Hilfe von Geigerzählern und dgl. festgestellt und ge-

  messen werden können.

  Die bekannten Einrichtungen dieser Art enthil-#er einen im

  a11jempinen zv3in(irischen Beh#ilter aus einen Neutronen

  bremsenden oder absorb-iprenden Stoff, z.#3. Paraffir. Das

  Paraffin besitzt eine axi,-#Je Aiisnphmiing und vom Erde

  dte##-r P,1.-rehmung qelien ein oder mekircre r,-idi",le Stutzen

  aus. Eine Neutronerqueile wird gewöhr.3ich bis zum inneren

  End(-, der Stutzen in. die Ausrehmiing gprteclrt und in Jen Stutzen

  befindliche Stoffe werden bombardiert. Nach dem Neutronenbeschuß kann die Radioaktivität der Stoffe an verschiedenen Stellen der Stutzen gemessen werden.
• I Diese bekannte Einrichtung hat nur begrenzte Vorteile beim Studium der Neutronenerscheinungen. Die Untersuchung der Neutronenreaktionen ist auf diejenigen Beziehungen zwischen dem beschossenen Material und der Neutronenquelle beschränkt, die mit Hil£e der Stutzen und der axialen Ausnehmung hergestellt werden können.
• Ziel der Erfindung ist die Überwindung des erwähnten Nachteils. Die erfindungsgemäße Einrichtung soll nicht nur die Untersuchung der Neutroneneinflüsse auf Festkörper, sondern auch auf Flüssigkeiten und im biologischen Bereich ermöglichen. Auch soll es damit möglich sein, größere Mengen von Igotopen zu gewinnen, Die er£indungsgemäße Einrichtung zur Neutronenbestrahlung verschiedener Stoffe mit einem Behälter, in dem sich ein Neutronen absorbierendes bzw. bremsendes Material befindet, welches einen lern umschließt, in den die zu bestrahlenden Objekte aüswechselbar eingebracht werden können, ist dadurch gekennzeichnet, daß der lern herausnehmbar ist. Vorzugsweise befindet sich in dem Block oder Behälter mit Neutronen absorbierenden bzw. bremsendem Material ein Topf, worin ein oder mehrere herausnehmbare F'Ull-körper aus Neutronen bremsendem Material angeordnet sind. Die Füllkörper haben an der gleichen Stelle Hohlräume, in welche Neutronenquellen bzw. zu beschießende Stoffe eingesetzt werden können. Vorzugsweise ist ein mittlerer Hohlraum vorgesehen, der von mehreren auf den Umfang verteilten Hohl-rä,4men umgeben ist. Die Neutronenquelle oder Neutronenquellen und die zu beschießenden Stoffe können. vertauschbar in dem Mittelhohlraum und den Umfangshohlräumen untergebracht sein, so daß die Effekte von Neutronen, die vom beschossenen Material divergieren oder zu ihm konvergieren, beobachtet werden können. Durch Unterbringiing der Neutronenquellen in den Umfangshohlräumen und des Materials in der Mitte können Neutronen au£ das Material konzentriert werden. Die konvergierenden Neutronen gehen durch die Bremssubstanz zwischen der Neutronenquelle und dem Material, wodurch die von den Neutronenquellen emittierten schnellen Neutronen in thermische Neutronen umgewandelt werden. So können die Wirkungen der Konzentratiön thermischer Neutronen auf das bestrahlte Material beobachtet werden. Eine derartige Beobachtung ist mit divergierenden Neutronen nicht empfehlenswert, weil die maximale Konzentration der thermischen Neutronen in diesem Falle an einer Stelle auftritt, deren Abstand von der Neutronenquelle klein gegen die linearen Abmessungen derselben ist. Befinden sich z.B. drei Neutronenquellen aus Pu Be 13 mit je 2 Curie in dem mittleren Hohlraum, so beträgt der gemessene thermische Neutronen-4 2 £luß in jedem Umfangshohlraum 3,4 x 10 n/sec/cm . Befin'-den sich dagegen die drei Neutronenquellen in drei Um£angshohlräumen, so beträgt der gemessene thermische 4 Neutronenfluß im mittleren Hohlraum 7,1 x 10 n/sec/cm Nach einer Ausgestaltung der Erfindung können ein oder mehrere Füllkörper aus dem Topf herausgenommen und stattdessen ein Behälter mit einer Flüssigkeit, z.B. Wasser oder einer Lösung in den Topf eingebracht werden. Die Flüssigkeit kann von Neutronen aus Quellen in oder unter der Flüssigkeit bestrahlt und die Strahlungswirkungen beobachtet werden. So können größere Flüssigkeitsmengen bestrahlt werden. Beispielsweise lassen sich drei Liter einer Flüssigkeit gleichzeitig in dem Topf bestrahlen. Ferner können mehrere Füllkörper herausgenommen und stattdessen lebende Wesen wie Tiere, P£lanzen oder Samen in dem entstehenden Luftraum bestrahlt werden. Wenn vorzugsweise Bestrahlung mit schnellen Neutronen gewünscht wird, kann ein Schirm zur Absorbierung von langsamen Neutronen in den Topf eingebracht werden.
• Bei Bestrahlung einer gesättigten Lösung von Jodkallum mit Neutronen in der erfindungsgemäßen Einrichtung wurde gefunden, daß merkliche Mengen von Jodisotopen erzeugt wurden. .Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Hierin sind Fig. 1 ein Längsschnitt der erfindungsgemäßen Einrichtung; Fig. 2 eine Draufsicht derselben mit weggebrochenen Teilen und Fig. 3a bis 3g schematische Darstellungen verschiedener Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung.
• Das dargestellte Gerät besitzt einen allgemein zylindrischen Beh!Ilter 11, z.B. aus Metall wie Aluminium oder Edelstahl, worin sich ein allgemein zylindrischer Topf 13 befindet. Ein zylindrisches Rohr 14 setzt sich vom Boden 16 des Topfes in Axialrichtung nach unten fort. Der Topf 13 und das Rohr 14 sind in eine Masse 15 aus Neutronen absorbierendem bzw. bremsendem Material, z.B. Para££in, eingebettet. Das Rohr 14 hat ein Loch in seinem Boden 18, an das eine Abflußleitung 20 angeschlossen ist. Die Abflußleitung geht durch die Masse 15 und den Boden 17 des Behälters und endet in einem Absperrhahn 22.
• Der Behälter 11 besitzt einen kreisFörmigen Boden 17, an den eine zylindrische Wand 19 von innen angeschweißt ist. Am Boden 17 sind Rollenlager 23 schwenkbar befestigt und tragen Laufrollen 21, welche den Transport des Behälters 11 erleichtern. Unmittelbar unterhalb des Topfes 13 weist die Wand 19 des Behälters 11 vorzugsweise gleichmäßig um den Umfang verteilte Öffnungen auf, von denen eine sichtbar ist. jede dieser Öffnungen £ührt zu einem radialen Stutzen 25. Der Stutzen 25 ist in die Masse 15 eingebettet und stöit an seinem inneren Ende an das Rohr 14.
• An der Oberseite ist eine ring£örmige Lippe 27 von innen an die Wand 19 angeschweißt. Eine sektorförmige Platte 29 ist an der Lippe 27 angeschraubt und trägt ein Scharnier 31, an das ein Deckel 33 angelenkt ist. Der Deckel 33 besitzt eine Lippe 35, welche den oberen Rand der Wand 19 dicht überlappt. Ferner besitzt der Behälter 11 einen inneren ringförmigen Deckel 37, der die Oberfläche der Masse 15 bedeckt. Dieser Deckel ist an Winkel 39 angeschraubt, welche an die Innenfläche der Wand 19 und die Außenfläche der Wand 41 des Topfes 13 angeschweißt sind.
• Der Topf 13 besteht ebenfalls aus Metall, z.B. Aluminium oder Edelstahl. Seine Bodenplatte 16 ist von innen mit der zylindrischen Wand 41 verschweißt. In der Mitte weist der Boden 16 ein Loch auf, in welches das Rohr 14 hineinragt. Das Rohr 14 ist von außen an den Boden 16 angeschweißt. Der Topf l'3 steht auf Beinen 43, die von einer Grundplatte 45 ausgehen, welche in der Mitte der Bodenplatte 17 des* Behälters 11 angeordnet ist. Bevor das Rohr 14 in den Boden 16 eingepaßt und angeschweißt wird, wird die Abflußleitung 20 in den Boden 18 des Rohres 14 eingesetzt und von innen angeschweißt. Das untere Ende 47 der Leitung 20 ist mit Gewinde versehen. Es geht durch ein Loch im Boden 17 und wird mit einem dichten Paßstück 46 festgelegt. Der liahn 22 wird auf das äußere Ende der Leitung 20 aufgeschraubt und ebenfalls mittels eines dichten Paßstückes 48 festgelegt.
• jeder Stutzen 25 besteht aus einem einseitig verschlossenen Rohr aus Metall,*z.B. Aluminium, mit einem Flansch 51 am äußeren Ende. Der Flansch 51 ist mit einem Verschlußstück 53 verschraubt, das z.B. aus Edelstahl besteht. In jedem Stutzen befindet sich eine ausziehbare Schublade 55, die aus einer Halbrundschale 57 besteht. Letztere ist zylindrisch gestaltet und hat ein Abschlußblech 59 am inneren Er-de und eine ange-

  61

  schweißte AbschlußscheibiVam äußeren Ende. Von innen ist/eine

  Scheibe 63, z.B. aus Plexiglas, an die Scheibe 61 angeklebt. Die zu beschießende Folie wird zwischen-Weiteren Scheiben aus Plexiglas festgehalten, die !ähnlich wie die Scheibe 63 in die Schublade 59 eingesetzt werden können. Die Scheibe 61 kann im Betrieb am Flansch 51 angeschraubt werden.
• Beim Zusammenbau des Gerätes werden zunächst der Innendeckel 37 und der Außendeckel 33 mit dem Sektor 29 entfernt. Der Topf 13 und die Leitung 20 werden au£ den Boden 17 des Behälters 11 aufgesetzt', wobei das mit Gewinde versehene Ende 47 der Leitung 20 durch das Loch im Boden 17 nach außen ragt. Dann werden die Armaturen 46 und 48 angebracht und der Hahn 22 aufgeschraubt. Nun werden die Stutzen 25 eingesetzt und an den Abschlußplatten 53 befestigt. jetzt kann flüssiges Paraffin in den Behälter eingegossen werden,um die Masse 15 zu bilden. Dann werden die Deckel 37, 29 und 33 wieder befestigt.
• Erfindungsgemäß befinden sich im Topf 13 herausnehmbare Fl311körper 71 und 73. Die beirlen gezeigten Füllkörper sn21en nur als Beispiel dienen. Die Nill'kt;rn(-r br-tehen ati#3 Pinem Nputronen Material, beispielsweise Polyäthylen, Polystyrol oder Plexiglas. Die Füllkörper 71 und 73 haben an gleichen Stellen angebrache Hohlräume, darunter einen mittleren Hohlraum, der gleiche Abmessungen wie das Rohr 14 hat, urd zu diesem mittleren Hohlraum periphere Hohlräume.
• In den HohlrU-umen können Neutronenquellen und zu bestrahlendes Material untergebracht -rerden. Das zu bestrahlende Material wird in einen Becher 75 eincTeqeben, der beispielsweis- -Aus Pol.yUt:liyien, Polystyrol oder Plexi.'gI..is besteht.
• Fr trtlut an !"ei.rem oberen Pand ein Innengewinde und h>ngt an einem Stab 77 aus dem gleichen Material, der ein Gewinde ir seinem untfren Ende besitzt und am oberen Fnde einen Handgriff 79 aufweist. Der Becher 75 kann vom Stab 77 abgeschraubt werden, voraufhin das Material eingegeben und der Becher wieder angebracht wird. Der Becher 75 kann auch aus einem Stoff mit kleinem Absorptionsquerschnitt für Neutronen bestehen, wozu z.B. Zirkon, Edelstahl oder Aluminium gehören. Die Neutronenquelle oder die Neutronenquellen 81 können in die Hohlräume eingebracht und aus ihnen entfernt werden, indem ein Stab 83 aus einem Stoff wie Polyäthylen, Polystyrol oder Plexiglas, der an seinem unteren Ende eine versenkte magnetische Schraube trägt, in den Topf eingeführt wird. Die magnetische Schraube legtsich dabei gegen den magnetisierbaren Teil an der Stirnplatte der Neutronenquell e.
• In Fig. 1 ist die Neutronenquelle 81 in Mittellage au£ einem kleinen Füllkörper 85 gezeigt. Dieser besteht aus einem Bremsmaterial und erstreckt sich in das Rohr 14. Die Becher mit dem zu bestrahlenden Material befinden sich rings um die Neutronen(Tuelle auf Füllkörpern 87 innerhalb des Füllkörpers 71. Die Neutronenquelle 81 und die Becher 75 können vertauscht werden oder es können mehrere Neutronenquellen 81 in einem der Hohlräume untergebracht werden.
• .Die Neutronenquellen 81 lind die Becher 75 können auch ebenro wie die Füllkörper 71 und 73 herausgenommgr werden, woraufhin Neutronenquellen in das Rohr 14 eingebracht werden können, um Bestrahlungen in den Seitenstutzen 25 durchzuführen. Nach dem Einbrinaen der NeutronenTielle in das Rohr 14 werden In diesem Falle die FUllkörper 71 und 73 wieder eingesetzt und die Hohlräume mit Stäben aus Neutronenbremsmaterial ausgefüllt.
• Ferner können'ein oder beide Füllkörper 71 lind 73 ganz weggelassen und stattdessen Flüssigkeiten oder erhebliche Mengen anderer Stoffe bestrahlt werden. Im allgemeinen wird man einen Füllkörper 73 herausnehmen und die Flüssigkeit unmittelbar auf den Füllkörper 71 oder in einen auf dem Füllkörper 71.befindlichen Behälter a4---ßen. Befindet sich die Flüssigkeit in dem vom Füllkörper 71 umschlossenen Raum, so können Neutronenquellen in den Hohlräumen des Füllkörpers 71 in unmittelbarer Berührling mit der Flüssigkeit angebracht werden.
• Fig. 3a - 3g zeigen einige Anwendungsmöglichkeiter. des erFirldungsgAmUßen Gerätes. Venn gemäß Fig. 3#3 und 3b die Füllkörpgr 71 und 73 eingesetzt sind, können am Umfang verteilte Proben in den Bechern 75 mit Neutronen w25; riner zentralen Neutronenquelle 81 bestrahlt werden, oder ein zentral angeordnetes Material kann von auf dem Umfeng verteilten Neutronenquellen 81 bestrahlt werden. Bei der Anordnung-nach Fig. 3a können drei verschiedene Proben gleichzeitig befzträtt werden. Genäß Fig. 3c kt5nnf>n --tuch Proben in den Stutzen 25 brestrahlt werden, oder durch EinFithrling von Inst-r;imentfm in lip Stutzen 29 kann die Intensität einer Neutronenquelle bestimmt werden. Ein Cadmiumschirm 91 kann voraesehen sein, l#ienn thermische Neutronen absorbiert und nur schnelle Neutronen verwendet werden sollen.
• In Fig. 3d - 3f ist der obere Füllkörper 73 durch einen Flüssigkeitsbehälter 93 ersetzt. Die FlUssigkeit 93 kann durch auf dem Umfang verteilte Neutronenquellen 81 unter-, halb von ihr (Fig. 3d) oder in der Flüssigkeit (Fig. 3e) oder von einer zentralen Quelle 81 in der Flüssigkeit (Fig. 3£) oder außerhalb derselben bestrahlt werden. So können große Flüssigkeitsmengen behandelt und beoba(-htet werden.
• In Fig. 3g ist eine Anwendung auf biologische Untersuchungen mit schnellen Neutronen gezeigt. In diesem Fall befinden sich die Lebewesen,201 in einem 'Behälter203, der mit Cadmium 205 ausgekleidet ist, um langsame Neutronen zu un t erdrück en .
• Selbstverständlich sind noch zah ireiche andere Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Gerä tes denkbar.

Claims (2)

1. P a t e n t a n 9 p r U c h e 1. Linrichtung zur Neutronenbestrahlung zwecks Untersuchung von Neutronenerscheinungen bzw. Lrzeugung von Isotopen, bestehend aus einem Behälter, in dem sich ein Neutronen absorbierendes bzw. bremsendes Hateri-,1 befindet, das einen Kern umgibt, worin die zu bestrahlenden Stoffe und die Neutronenquellen auswechzelbar untergebracht werden können@ dadurch gekennzeich- net, daß der Kern (71, 73) herausnehmbar ist.
2. 2. Einrichtung nach !,nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lern eine Mehrzahl von Hohlräumen au£veist, in die Neutronenquellen (81) und zu bestrahlende Objekte (75) auswechselbar und aust:tuschbar eingesetzt werden können. 3. Linrichtung nach %nspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ilohlraum zentral angeordnet und die Ubrigen llohlräume symmetribch um den zentralen Hohlraum verteilt sind. 4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dan der Kern aus mühreren herausnehmbaren PUllkörpern (71, 73) bestehtu von denen mindestens einer HohlrIgume aur Unterbringung der Neutronenquellen und der zu bestrahlenden Objekte auiveist. 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden %nspruche, dadurch geke=zeichne'#." daß der BehM1ter (11) zylindrisch ist und einen axial ango-vzeneten zylindrischen Top£ (13) umschließt, worin der Kern mit axial amgeorxlneten zylindrischen Hohlräumen -z-itenebracht ist. 6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden AnsprUche, insbesondere zur Erzeugung von Isotopen durch Neutronenbeschuß, dadurch gekennzeichnet, daß ein grOßerer Teil (73) des Kerns zwecks Unterbringung einer größeren Menge zu bestrahlender Uemente herausnehnbar ist und daß in ;#nschluß an den herausnehmbaren Teil ein oder mehrere Hohlräume zur Unterbringung einer oder mehrerer Neutronenquellen vorgesehen ist. 7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden %nsprUche, dadurch gekeruizeichnet, daß der Behälter (11) einen allgemein zylindrischen Mantel (15) aus Neutronen absorbiei-endembzw. bremsendem Material enthält, der zum Schutz vor den im lern untergebrachten Neutronenquellen dient. EiftriCät=g haCh Anspruch 1 v dadurch geke=zeichnete daß nach, vOlliger oder teilweiner Entlernung des Kerns ein M*Iraum (203) Erei ist. in dessen Nachbarschaft sic% BohfflvÄ*e wir Unterbringung einer oder mehrerer betiaden. Finrichtw4 nach Anspruch 89 dadurch gekennzeichnet, daß der l»io Raum (203) mit einem langsame Neutronen abfflbi«4mden Material (205) ausgekleidet ist.