DE1764117C - Neutronengenerator - Google Patents

Description

1 2

Die vorliegende Erfindung bezieht eich auf einen Üblichen Abmessungen (Aktivierungsanalysen, Neu-Neutronengenarator, der die Erzeugung von inten- ironenspektrometrie usw.), bei häufigeren Neusiven Neutronenflüssen, auf dem Niveau des zu be« tronenbestrahlungen, sind Neutronenflüsse von strahlenden Probekörpers, ermöglicht, und zwar in höchster Intensität am Niveau des zu bestrahlenden Fprm einer Bestrahlungsvorrichtung, bestehend aus 5 Probekörpers erforderlich bzw. erwünscht,
auf dem Umfang eines Zylinders angeordneten Aufgabe der Erfindung 1st es, eine Bestrahlungs-Korpuskularstrahlenquellen zur Erzeugung von vorrichtung in Form eines Neutronengenerators zu Korpuskularstrahlenbündeln, die nach innen auf schaffen, die gegenüber den bekannten Vorrichdie Zylinderachse zu gerichtet sind, und einer koaxial tungen eine Erhöhung des Neutronenflusses in dem zur Zylinderachse innerhalb des Zylinders angeord- io zu bestrahlenden Probekörper ermöglicht,
neten hohlzylindrischen odecliohlprismutisclnn Be- Weiterhin soll durch die Erfindung ein ständig schleunigungselektrade, die ' das» zu bestrahlende , evakuierbarer Neutronengenerator mit direkter BeVolumen einschließt und von dem sich unter ver- ' schleunigung im elektrostatischen Feld und mit mindertem Druck befindenden Strahlenerzeugungs- intensivem Neutronenfluß in dem zu bestrahlenden raum zwischen dom peripheren Zylinder und der 15 Probekörper geschaffen werden,
inneren Elektrode abtrennt. Eine derartige Be- Die Erfindung soll aber auch in einer abgeschmolstrahlungsvorrichtung ist aus der USA.-Patentschrift zenen Neutronenröhre, die intensive Neutronenflüsse Re. 26 081 bekannt. in dem zu bestrahlenden Probekörper erzeugen kann,

Bei Neutronengeneratoren mit Beschleunigung in verwirklicht werden.

einem zeitlich konstanten oder veränderlichen elek- 90 Schließlich soll mit der Erfindung ein ständig irischen Feld erhält man die Neutronen als ein Er- evakuierbarer Neutronengenerator mit Beschleunigebnis der Kernreaktion, die zwischen den in einem gung in einem Hochfrequenzfeld geschaffen werden, elektrischen Hochspannungsfeld beschleunigten und der ebenfalls einen intensiven Neutronenfluß in dem fokussierten Deuteronen, Tritonen oder einer Mi- zu bestrahlenden Probekörper erzeugt,
schung derselben und den mit Tritium, Deuterium 95 Diese Aufgabe wird mit einer Bestrahlungsvorrich- oder einer Mischung derselben, oder Beryllium be- tung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß legten Targets, stattfindet. Unter diesen ist zur Er- dadurch gelöst, daß die Korpuskularstrahlenquellen zeugung von Neutronen die am häufigsten verwen- Ionenquellen sind und die Beschleunigungselektrode dete Kernreaktion die Reaktion D—T, die zwischen mit einem Targetmaterial belegt ist, in dem die beDeuterium- und Tritiumkernen stattfindet und aus 30 schleunigten Ionen der Ionenstrahlenbündel Kemreakder Neutronen von 14 MeV und ,»-Teilchen hervor- tionen zur Erzeugung von Neutronen herbeiführen, gehen (,H* + ,H³ -* ₂He⁴ + _on>). Zwar ist durch die USA.-Patentschrift Re. 26 081,

Es sind Neutronengeneratoren von verschiedenen Orig. 3 173 006 bereits eine Bestrahlungsvorrichtung Konstruktionsarten, denen die Kernreaktionen zu- der eingangs genannten Art bekanntgeworden, gründe liegen, bekannt (z.B. Nucleonics 18, 12, 65 35 Diese bekannte Bestrahlungsvorrichtung dient jedoch bis 76, Jg. 1960; deutsche Patentschrift 1206 095; zur Elektronenbestrahlung und beruht insofern auf USA.-Patentschrift 3 185 849; britische Patentschrift anderen physikalischen Voraussetzungen, als be-981 297). In allen Fällen, mit Ausnahme der Neu- kenntlich die freie Weglänge der Elektronen in tronengeneratoren des Orbitrontyps, wird das ein- Materie äußerst gering ist, 50 daß nur die Oberfallende Ionenbündel in der Längsrichtung des Be- 40 flächenschichten der Substanz erreicht werden. Im schH'nigers auf ein rrhei'>■:?.*ömtiges, statisches oder Gegensatz hierzu wird mit der Erfindung im gesicn drehendes Target beschleunigt. Der von diesen samten Bestrahlungsraum eine hohe Neutronen-Neutronengeneratoren gelieferte Neutronenfluß — bestrahlungsdichte geschaffen,
in Neutronen pro cm² · s (n/cm² · s) ausgedrückt — Bei der Erfindung wird der zu bestrahlende Probeist am Niveau des zu bestrahlenden Probekörpers viel 45 körper unter atmosphärischem Druck, ins Innere geringer als die in n/cm²-s gegebene spezifische Neu- eines zylinderförmigen Targets gestellt, in dem die troncnausbeute des Targets, Wenn Targets mit grö- Ionen der Ionenstrahlenbündel, die von wenigstens ßeren Durchmessern verwendet werden, wird die Dif- einer ringförmigen Ionenquelle, die koaxial zum ferenz zwischen dem Neutronenfluß am Probekörper- Target ist und dieses umschließt, ausgesandt und in niveau auf der Targetachse und der spezifischen 50 radialer Richtung auf das innere zylinderförmige Neutronenausbeute des Targets geringer; es wächst Target beschleunigt werden und Kernreaktionen zur jedoch mit großer Schwierigkeit, intensive Inonen- Erzeugung von Neutronen herbeiführen. Im Bebündel mit großer öffnung und konstanter und hoher schleunigungsraum wird ein niederer Druck her-Dichte auf dem Target zu erhalten. gestellt. Der vom Target umschlossene Raum stellt

Im Falle der Neutronengeneratoren des Orbitron- 55 den Bestrahlungsraum dar und wird nicht luftleer

typs, wird das einfallende von einer zylinderförmigen gepumpt. Die dem evakuierten Beschleunigungsraum

Ionenquelle — Orbitronionenquclle (Rev. Sei. Instr. zugekehrte Oberfläche des zylinderförmigen Targets

35, 661, Jg. 1964; J. Appl. Phys. 34, 3505, Jg. enthält Tritium, Deuterium, Deuterium und Tritium,

1963) — emittierte Ioncnbündel in radialer Richtung Beryllium oder eine andere· Substanz, die, wenn sie

nach außen hin auf ein zylindcrförmiges Target be- 60 mit beschleunigten Ionen bombardiert wird, Neu-

schlcunigt, das koaxial zur Ionenquelle ist und diese tronen emittiert.

umschließt. In diesem Falle ist die Dichte des Neu- Die zu bestrahlende Probe, die sich im Inneren

troncnflusses kleiner als im vorhergehenden Fäll. des zylinderförmigen Targets befindet, wird auf diese

Dieser Ncutmncngeneratortyp (USA.-Patentschrift Art und Weise aus alien Richtungen mit Neutronen

3 309 522 sowie Nucl. Instr. and Meth. 34, 66, Jg. 65 bestrahlt, vor allem wird der Neutronenfluß in der

1965) ist nur bei Bestrahlungen in Immersionen zu bestrahlenden Probe viel größer und homogener

(Kernreaktoren, Flüssigkeiten usw.) zweckmäßig. Für als der Höchstfluß, den man mit den bekannten Neu-

dic Neutronenbestrahlung von Probekörpern von tronengeneratoren erzielen kann.

In ähnlicher Weise kann das einfallende lonenbündel auf ein luftdichtes, prismatisches, inneres Target beschleunigt werden, wobei sich der zu bestrahlende Probekörper im Inneren des prismatischen Targets, unter atmosphärischem Druck, befindet.

Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung und durch die dazugehörigen Abbildungen näher erklärt.

Fig, la und Ib stellen schematich zwei Varianten eines Neutronengenerators mit direkter, radialer Beschleunigung in einem elektrostatischen Feld unter ständigem Auspumpen und mit intensivem Neutronenfiuß dar;

F ig. 2 zeigt den schematischen Längsschnitt einer Neutronengeneratorröhre mit intensivem Neutronenfluß;

F i g. 3 gibt eine schematische Darstellung eines Längsschnittes durch einen Neutronengenerator mit Beschleunigung in einem Hochfrequenzfeld eines koaxialen Resonanzhohlraums.

F i g. 1 a zeigt schematisch einen Längsschnitt des Neutronengenerators mit radialer Beschleunigung und ständigem Auspumpen, das mit Hilfe eines entsprechenden Vakuumpumpensystems V gesichsrt wird. Das Pumpensystem ist an eine luftdichte, mit Isolationsscheiben 2 versehene Kammer 1 angeschlossen. An den Isolationsscheiben 2 sind die Beschleunigungselektroden 3 bis 6 befestigt, deren Anzahl von der Beschleunigungsspannung abhängt und die, um den Durchgang des Ionenbündels zu ermöglichen, mit ringförmigen Schlitzen versehen sind.

Die von einer oder mehreren ringförmigen, axial beabstandeten Ionenquellen S von bekannter Bauart wie: Duoplasmatron, Penning usw. ausgestrahlten Ionenbündel F werden im zeitlich konstanten oder veränderlichen elektrischen Feld, das zwischen den Beschleunigiingselektroden herrscht, beschleunigt und auf das innere, zylinderförmige Target 7, in dessen Innerem sich der zu bestrahlende Probekörper P ντΛζτ atmosphärischem Druck befindet, fokussiert.

In Fig. Iu ist teilweise der Querschnitt eiiies Neutronen^tnciators von anderer Bauart, der auch mit radialer Beschleunigung und unter ständigem Auspumpen funktioniert, dargestellt, wobei das ständige Auspumpen mit Hilfe eines entsprechenden Vakuumaggregats V gesichert wird, welches an einer luftdichten Kammer 1 angeschlossen ist, die — wie auch in F i g. 1 a — mit Isolationsscheiben versehen ist, auf welchen zylinderförmige Beschleunigungselektroden 3 bis 6 angebracht sind, deren Anzahl von dem Wert der Beschleunigungsspannung abhängt, und welche für den Durchgang des Ionenbündels mit Schlitzen versehen sind. Die Ionenbündel F, die von mehreren azimutal beabstandeten, an sich bekannten Ionenquellen S, wie: Duoplasmatron, Penning usw., die mit längs der Achse angebrachten Extraktionsschlitzen versehen sind, ausgestrahlt werden, werden inv zeitlich konstanten oder veränderlichen elektrischen Feld, zwischen den Beschlcunigungselektroden beschleunigt und auf ein inneres, zylinderförmiges Target 7, in dessen Innerem sich die zu bestrahlende Probe P unter atmosphärischem Druck befindet, fokussiert.

Die abgeschmolzene Neutronenröhre mit intensivem Neutronenfluß, die in F i g. 2 schematisch dargestellt ist, besteht aus einer Glashülle 8, einem umkehrbaren Getter 9, das Deuterium oder eine Öeuterium-Tritium-Mischung enthölt, einem Vakuummanometer 10 und einer ringförmigen Ionenquelle S. . Die aus der Ionenquelle ausgestrahlten Ionen

werden radial auf ein zylinderförmiges Target 7, das Tritium oder eine Mischung von Tritium-Deuterium enthält und auf einer zylinderförmigen, luftdichten Unterlage ruht, beschleunigt. Der zu bestrahlende Probekörper befindet sich im Inneren des Zylinders

ίο 11 unter atmosphärischem Druck.

In F i g. 3 ist schematisch ein Neutronengenerator mit einem koaxialen Resonanzhohlraum als Beschleunigungsröhre dargestellt. Die aus einer ringförmigen Ionenquelle S stammenden Ionen, werden

radial, in dem Hochfrequenzfeld eines k* . ¹^e-

sonanzhohlraums 12, gegen ein luftdichtes, inn. ' zylinderförmiges Target beschleunigt, in dessen Jn nerera sich der zu bestrahlende Probekörper unter atmosphärischem Druck befindet. Der Resonanz-

ao hohlraum wird ständig von entsprechenden Vakuumpumpen ausgepumpt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Bestrahlungsvorrichtung, bestehend aus auf dem Umfang eines Zylinders angeordneten Korpuskularstrahlenquellen zur Erzeugung von Korpuskularstrahlenbündeln, die nach innen auf die Zylinderachse zu gerichtet sind, und einer koaxial zur Zylinderachse innerhalb des Zy-

linders angeordneten hohlzylindrischen oder hohlprismatischen Beschleunigungselektrode, die das zu bestrahlende Volumen einschließt und von dem sich unter vermindertem Druck befindenden Strahlenerzeugungsraum zwischen dem peri-

* pheren Zylinder und der inneren Elektrode abtrennt, dadurch gekennzeichnet, daß die Korpuskularstrah!eni_;'jviis.n iuuenquellen (JS) sind und die Beschleunigungselektrode (1) mit einem Targetmate,IaI bciegt ist, In dem die be-

schleunigten Ionen der Ion?nstrahler'Mindel Kernreaktionen zur Erzeugung von Neucnter herbeiführen.

2. Neutronengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen

♦5 dem äußeren Zylinder (1), auf dem die lonenquellen angeordnet sind, und der inneren Elektrode (7), ständig mit Hilfe eines Vakuumaggregats luftleer gepumpt wird.

3. Neutronengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verminderte

Druck im Strahlerzeugungsraum von einem Druckregler-Getier erzielt wird.

4. Neutronengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lonenquellen ring-

förmig sind und voneinander durch Abstände auf der Symmetrieachse des Generators getrennt sind und die Ionenbündel, die von ihnen ausgehen, nach der Beschleunigung das gesamte Target bedecken.

5. Neutronengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere azimutal bcabstandete lonenquellen vorgesehen sind, welche axial ausgedehnte lonenextraktionsölTnungen aufweisen, so daß die !onenbündel das gesamte Target bedecken.

6. Neutroncngencrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Bcschleunigungsfeld ein elektrostatisches Feld ist.

7. Neutronengenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes mehrere radial voneinander getrennte, konzentrische Beschleunigungselektroden (3 bis 6) zwischen den Ionenquellen und der mit Targetmaterial belegter Elektrode (7) vorgesehen sind.

8. Neutronengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigunf der Ionen ein Hochfrequenzfeld vorgesehen ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen