DE1564271A1

DE1564271A1 - Device for the separate registration of slow neutrons and gamma quanta with a scintillometer

Info

Publication number: DE1564271A1
Application number: DE19661564271
Authority: DE
Inventors: Trost Dr-Ing Habil Adolf
Original assignee: Laboratorium Prof Dr Rudolf Berthold GmbH and Co KG
Current assignee: Laboratorium Prof Dr Rudolf Berthold GmbH and Co KG
Priority date: 1966-07-30
Filing date: 1966-07-30
Publication date: 1970-01-08

Description

Einrichtung zum getrennten Registrieren von langsamen Neutronen und von Gammaquanten mit einem Szintillometer Ist in gemischten Stralilenfeldern eine getrennte Registrierung von Neutronen und Gammaquanten erforderlich, so können in bekannter Weise zwei voneinander unabhängige Sonden verwendet werden, von denen die eine nur auf Neutronen, die andere nur auf Gammaquanten anspricht; beispielsweise werden BF3- Proportionalzählrohre zum Registrieren langsamer Neutronen und Geiger-Zähler zur Registrierung von Gammaquanten nebeneinander angeordnet. Eine andere bekannte Möglichkeit besteht darin, einen 6LiJ-Szintillator zu verwenden, der durch seinen Gehalt an 6Li für langsame Neutronen und durch den Gehalt an Jod für Gammaquanten sehr empfindlich ist, und die Strahlenarten aufgrund der verschiedenen Höhen der ausgelösten Impulse zu unterscheiden. Vorteilhaft bei einer solchen Anordnung gegenüber einem System von BF3-Zählrohren und Geiger-Zählern sind insbesondere der geringere Aufwand, die höhere spezifische Strahlenempfindlichkeit sowie die geringere Anfälligkeit gegen Störimpulse, da ein Szintillometer viel grössere Impulse liefert als ein BF3-Zählrohr.Device for the separate registration of slow neutrons and of gamma quanta with a scintillometer Is one in mixed stralil fields separate registration of neutrons and gamma quanta is required, so in known way two independent probes are used, of which one only responds to neutrons, the other only to gamma quanta; for example BF3 proportional counter tubes for registering slow neutrons and Geiger counters arranged side by side for the registration of gamma quanta. Another well-known The option is to use a 6LiJ scintillator that is powered by its Content of 6Li for slow neutrons and due to the content of iodine for gamma quanta is very sensitive, and the types of rays due to the different heights of the to distinguish triggered impulses. Advantageous compared to such an arrangement a system of BF3 counter tubes and Geiger counters are particularly the lower ones Effort, the higher specific radiation sensitivity and the lower susceptibility against interference pulses, as a scintillometer delivers much larger pulses than a BF3 counter tube.

Leider sind jedoch 6Li-Jodid-Szintiliatoren gegen plötzliche Temperaturänderungen mechanisch empfindlich. Es können Sprünge entstehen, welche die Lichtausbeute etwas verändern und deshalb bei genauen Intensitätsmessungen stören. Deshalb können 6'Li. J-Szintillatoren nicht in allen Fällen angewandt werden, bei denen eine getrennte Registrierung von Neutronen und Gammaquanten erforderlich ist. Diese Schwierigkeit besteht nicht bei Szintillatoren aus 6Li-Glas, jedoch sind diese Szin tillatoren für Gamma<juanten wenig. empfindlich und werden deshalb bisher nur dann eingesetzt, wenn ausschliesslich langsame Neutronen nachgewiesen werden müssen.Unfortunately, however, 6Li-iodide scintillators are resistant to sudden changes in temperature mechanically sensitive. There may be cracks which reduce the light output somewhat and therefore interfere with precise intensity measurements. Therefore 6'Li. J-scintillators cannot be used in all cases requiring a separate Registration of neutrons and gamma quanta is required. This difficulty does not consist of 6Li glass in scintillators, but these are scintillators little for gamma students. sensitive and have therefore only been used so far if only slow neutrons have to be detected.

Die erwähnten Vorteile bei hoher mechanischer und thermischer Stabilität des Systems erhält man jedoch erfindungsgemäss durch die Kombination eines geeigneten neutronenempfindlichen Szintillators und eines gammaempfindlicllen Szintillators in einer optischen Einheit, wobei die Lichtblitze leider Szintillatoren auf denselben Fotovervielfacher. wirken. Als Neutronens zintillator kommen vorzugsweise 6Li-Glas, als Gammaszintillator NaJ oder KJ oder CsJ in Betracht, die alle sehr stabil sind und eine hohe spezifische Empfindlichkeit haben. Eine einfache Diskriminierung nach der Impulshöhe zwischen Neutronen und Gammaquanten ist bei diesen Kombinationen allerdings nicht möglich, da die Jodide im interessierenden Energiebereich je nach der Gammaenergie kleinere oder grössere Impulse liefern als 6Li-Glas für thermische Neutronen. Da jedoch die Impulse eines Szintillators eine für diesen charakteristische Abklingzeit haben, können in weiterer Ausbildungi der Erfindung in einfacher Weise die von verschiedenartigen Szintillatoren gelieferten Impulse unabhängig von ihrer Höhe aufgrund dieser verschiedenen Abklingzeiten unterschieden werden.The mentioned advantages with high mechanical and thermal stability of the system is obtained, however, according to the invention by the combination a suitable neutron-sensitive scintillator and a gamma-sensitive one Scintillators in an optical unit, the flashes of light unfortunately being scintillators on the same photomultiplier. works. The neutron scintillator is preferred 6Li glass, as a gamma scintillator NaJ or KJ or CsJ, all very are stable and have a high specific sensitivity. Simple discrimination according to the pulse height between neutrons and gamma quanta is in these combinations not possible, however, since the iodides are in the energy range of interest depending on of gamma energy deliver smaller or larger pulses than 6Li glass for thermal Neutrons. However, since the impulses of a scintillator are characteristic of this Have decay time can in a further embodiment of the invention in a simple manner the pulses delivered by various types of scintillators regardless of theirs Height can be distinguished based on these different cooldowns.

In Verbindung mit einem 6Li-Glas-Szintillator hesonders günstig ist die Verwendung von CsJ- oder KJ-Szintillatoren, da die Abklingzeit um eine Grössenordnung länger ist als bei 6Li-Glas.In connection with a 6Li glass scintillator it is particularly cheap the use of CsJ or KJ scintillators, since the decay time is an order of magnitude is longer than with 6Li glass.

Es ist an sich bekannt, die von demselben Szintillator kommenden, durch Neutronen und durch Gammaquanten ausgelösten Impulse aufgrund der etwas verschiedenen Abklingzeiten voneinander zu unterscheiden. Diese Diskriminierung ist jedoch wegen der relativ geringen Unterschiede der AbMingzeiten schwierig, nur mit hohem Aufwand und nicht in jedem Fall sicher durchzuführen. Demgegenüber kann man bei Verwendung zweier verschiedener Szintillatoren sehr grosse Unterschiede der Abklingzeiten vorgeben, die eine einfache und sichere Diskriminierung ermöglichen.It is known per se that those coming from the same scintillator, impulses triggered by neutrons and by gamma quanta due to the somewhat different To distinguish cooldowns from each other. However, this discrimination is because of the relatively small differences in the AbMing times difficult, only with great effort and not to be carried out safely in every case. In contrast, when using two different scintillators specify very large differences in the decay times, which enable simple and safe discrimination.

Eine solche einfache Diskriminierung erhält man durch Differenzieren der vom Vervielfacher des Szintillometers kommenden Impulse mit einer Zeitkonstanten von der Grössenordnung der kleineren Abklingzeit und durch den Vergleich der Impulsgrösse vor und nach dieser Differenzierung. Bei dieser Differenzierung werden nämlich die vom Szintillator mit der grösserenAbklingzeit bzw.Anstiegszeit kommenden Impulse viel. stärker verkleinert als die Impulse vom schnelleren Szintillator.Such simple discrimination is obtained by differentiating the pulses coming from the multiplier of the scintillometer with a time constant on the order of magnitude of the smaller decay time and by comparing the pulse size before and after this differentiation. With this differentiation, the impulses coming from the scintillator with the longer decay or rise time much. smaller than the pulses from the faster scintillator.

Da die maximale Impulshöhe nach dem Differenzieren mit einer kleinen Zeitkonstanten früher erreicht wird als beim Impuls vor der Differenzierung, wird vorzugsweise der Differenzierimpuls verzögert, geeignet verstärkt und der Vergleich mit dem Impuls vor der Differenzierung durch eine Differenz bildung durcllgefüllrt.Since the maximum pulse height after differentiating with a small Time constant is reached earlier than the pulse before the differentiation, will preferably the differentiating pulse is delayed, suitably amplified, and the comparison with the impulse before the differentiation is filled by a difference formation.

Die Verstär kung kann so eingestellt werden, dass bei allen vom schnellen Szintillator kommenden Impulsen das Vorzeichen des Differ enzimpluses kurzzeitig wechselt, währ end bei allen Impul sen vom langsamen Szintillator der Differenzimpuls die Null-Linie niclli. überschr eitet. Erhält man beispielsweise bei einer Kombination 6Li-Glas Illit GsJ vom langsamen CsJ-Szintillator rein negative Spannungsimpulse, so erhält man vom schnellen 6Li-Glas-Szintillator Impulse, die zunächst negativ, dann positiv und dann wieder negativ sind. Diskriminiert man dann mit einer positiven Ansprechschwelle, so erhält von nur Impulse vom 6Li-glas-Szintillator. Die Höhe der Anspr echschwelle ermöglicht ferner eine Trennung der Neutronenimpulse von Impuls en, die e i im6 6Li-Glas ciurclo Gammaquanten kleiner und mittlerer Energien ausgelöst wurden, Die von sehr energier ei chen Gammaquanten und von Höhenstrahlung ausgelösten Teildchen dagegen dur chdringen überwiegend nicht nur den vorzugsweise dünnen Glasszintillator, sondern auch ganz oder teilweise den Gammaszintillator und können deshalb ebenfalls bei passender Éinstellung der Verstär kung vor der Differenzbildung eliminiert werden: man erhält auf diese Weise eine gute Diskriminierung von langsamen Neutronen im Differ enzkanal, während in den beiden Kanälen kok der Differenzbildung Gamnoa- und Neutronenimpulse gemiensam auftueten. Meist ist die Zahl der Neutronenpulse sehr klein gegenüber der Zalol der Gammaimpulse. SIört jedoch der zusätzliche Beitrag der Neutronen zur Gammaanzeige, so können die Gammaimpulse allein durch eine Antikoinizidenzschaltung zwischen Minuend- oder Subtrahendimpulsen und den Differenzim pulsen erhalten werden. The gain can be adjusted to suit everyone from the fast Scintillator impulses coming the sign of the difference enzimpluses briefly changes, while the differential impulse changes with all impulses from the slow scintillator the zero line niclli. exceeded. For example, you get a combination 6Li-Glas Illit GsJ from the slow CsJ scintillator, purely negative voltage pulses, so one receives impulses from the fast 6Li glass scintillator which are initially negative, then positive and then negative again. One then discriminates with a positive one Response threshold, only receives impulses from the 6Li-glas scintillator. The height the threshold also enables the neutron pulses to be separated from the pulse en that triggered e i im6 6Li-Glas ciurclo gamma quanta of small and medium energies were triggered by very energetic gamma quanta and cosmic radiation Particles, on the other hand, predominantly not only penetrate the preferably thin glass scintillator, but also completely or partially the gamma scintillator and can therefore also if the gain is set appropriately, the following can be eliminated before the difference is calculated: in this way good discrimination against slow neutrons is obtained Differ enzkanal, while in the two channels cok the difference formation Gamnoa and neutron impulses appeared together. Mostly the number of neutron pulses very small compared to the zalol of the gamma pulses. However, you hear the additional contribution of the neutrons to the gamma display, the gamma impulses can only be achieved by an anticoinicide circuit between minuend or subtrahend pulses and the difference pulses can be obtained.

Figur 1 zeigt schematisch ein n Anor dnung sbeispiel mit den enstehenden Im puisfor -men. Der kombinierte Szintillator besteht aus einem neutr onenempfindlichen 6Li-Glas - Sz intillator 1 und einem gammaempfindlichen CsJ -Szintillator 2, die licht-und gasdicht in die Fassung 3 eingebaut sind. Diese Kombination ist aufgesetzt auf den Elektronenvervielfacher 4. Die elektrischen Stromstösse aus der Anode 5 5 W werden wie üblich über einen Wider stand 7 von der Grösse R1 geleitet. Zusammen mit der wirksamen Kapazität 6 ovn der Grösse C1 ergibt sich eine Zeitkonstante R1 C1, die an das gewünschte Auflösungsvermögen angepasst, aber vor zugsweise yiel grösser als die Anstiegszeit des schnellen Szintillators gemacht wird. Die an dieser Stelle I entstehende Form der Spannungsimpulse zeigt schematisch das Impulsbild I, die vom schnellen 6li-Glas-Szintillator kommenden Impulse sind dabei durch die ausgezogene Linie, die vom CsJ-Szintillatro gebildeten Impulse durch die gestrichelte Linie dargestellt. Die Impulse werden mit der kleinen Zeitkonstanten R2C2, gebildet durch den Kondensator 8 von der Grösse C2 und den Widerstand 9 von der Grösse R2, differenziert und durch die Verzögerungsleitung 10. mit dem Abschlusswiderstand 11 verzögert, dann im Verstärker 12 passend verstärkt.. Am Ausgang II dieses Verstärkers entsteht das Impulsbild Ii. Im Differenzkreis 13 wird die Differenz aus den beiden Impulsen I und II gebildet, die entstehende Impulsform III ergibt bei den von 6Li-Glas-Szintillator kommenden Impulsen eine positive Spitze, die über eine geeignet eingestellte Ansprechschwelle 14 am Ausgang 15 die Neutronenillal) pulse liefert. Werden Schliesslich dem Antikoinzidenzkreis 1 16 einerseits Gamma- und Neutronenimpulse nach Impulsbild I und andererseits die Neutronenimpulse vono Aüs gang 1 5 zugeführt, so erhält man am Ausgang. 17 ausschliesslich Gammaimpulse. Figure 1 shows schematically an arrangement example with the following In puisfor -men. The combined scintillator consists of a neutronsensitive 6Li-Glas-Sz intillator 1 and a gamma-sensitive CsJ -scintillator 2, the are built into the socket 3 in a light-tight and gas-tight manner. This combination is put on on the electron multiplier 4. The electric current surges from the anode 5 5 W are routed as usual via a counter stand 7 of size R1. Together with the effective capacitance 6 ovn of the size C1 a time constant R1 results C1, which is adapted to the desired resolution, but preferably yiel is made greater than the rise time of the fast scintillator. The one on this The shape of the voltage impulses arising at point I shows the impulse pattern schematically I, are the impulses coming from the fast 6li-glass scintillator The solid line shows the impulses formed by the CsJ scintillator shown by the dashed line. The pulses are with the small time constant R2C2, formed by the capacitor 8 of size C2 and the resistor 9 of of the size R2, differentiated and by the delay line 10. with the terminating resistor 11 delayed, then appropriately amplified in amplifier 12 .. At output II of this amplifier the impulse pattern Ii is created. In the difference circle 13 is the difference between the two Pulses I and II formed, the resulting pulse shape III results in the 6Li glass scintillator incoming impulses have a positive peak that is above a suitably set response threshold 14 delivers the neutron illal) pulse at output 15. Finally become the anticoincidence circle 1 16 on the one hand gamma and neutron pulses according to pulse pattern I and on the other hand the Neutron impulses from output 1 5 are supplied, so are obtained at the output. 17 exclusively Gamma pulses.

Claims

Patent claims Claim 1 means for separate registration of slow neutrons and of gamma quanta with a scintillometer and a Electronics for differentiating impulses according to their decay time, characterized in that that a neutronsensitive scintillator with a sensitive only for gamma quanta Scintillator in an optical unit with the photomultiplier of the scintillometer is assembled, and that the distinction between neutrons and gamma quanta due to the different decay times of the two scintillators.

Claim 2 Device according to Claim 1, characterized by the combination a 6Li glass neutron scintillator with a C sJ or KJ gamma scintillator.

Claim 3 device according to claims 1 and 2, characterized in that that a disk-shaped, preferably thin 6Li glass neutron scintillator lies between two disc-shaped CsJ or KJ gamma scintillators and with them as well as the photo multiplier forms an optical unit.

L e r s e i t e