DE1764600C - Verfahren zur Erzeugung einer mono energetische y Strahlen emittierenden Sub stanz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung Das Plutonium kann in Form von Plutoniumoxyd

einer monoenergetisch y-Strahien emittierenden Sub- PuO₈ vorliegen. Durch das Plutonium emittierte stanz, wobei ein Isotop eines Elementes durch Be- α-Teilchen reagieren mit dem Kern des Bors in euter

strahlung mit der Strahlung eines starken «-Strahlers «-,p-undy-Reaktion.beiderdasBonn Kon!enstoffl3

in ein y-strahlendes Isotop reit höherer Ordnungszahl 5 umgewandelt wird. . . „

umgewandelt wird, sowie eine y-Strahlungsquelle zur Dabei wird eine monoenergetiscne Strahlung von

Durchführung dieses Verfahrens. 3,85 MeV und schwächerer y-Strahlung durch die

Es ist bereits bekannt (Atomic Energy of Canada, Reaktion ¹⁰B(«, p)^iaC erzeugt, die in einer gut durchBulletin NS-I, 21. 7.61, S. 3), eine Mischung von mischten Mischung von "3 und PuOg stattfindet Die Plutonium und "Be zu verwenden, um eine Quelle io «B(«, ρ y)"C-Reaktion hat einen Q-Wert oder eine schneller Neutronen und starker y-Strahlung durch Energiefreisetzung von 4,07 MeV, und die ersten drei die Reaktion »Be(«, n)^l2C zu erzeugen. Diese bekannte angeregten Zustände bei 3,09, 3,68 und 3,85 MeV in Strahlungsquelle emittiert 4,43-MeV-y-Strshlung von ¹³C werden besetzt, wenn »-Teilchen von Pu verwendet ¹²C. Diese y-Strahlunu unterliegt jedoch einer Doppler- werden. Das 3,85-MeV-Niveau zerfällt in den Grund-Verbreiterung bis zu einer Breite von ungefähr l°/₀, 15 zustand (76°/₀-Zweig), so daß 3,85-MeV-y-Strahiung da die *t -Teilchenrichtung Undefiniert ist und die abgegeben wird. Der andere Zerfall findet auf das rückgestoßenen ^l2-C-lonen nicht ihre hohe Rückstoß- 3,68-MeV-Niveau statt.

geschwindigkeit verloren haben, bevor sie die y-Strah- Obwohl die angeregten ^l3C-Kerne mit hoher Rück-

lung emittieren. Die große Doppler-Verbreiterung Stoßgeschwindigkeit (r/r * 1"/«) erzeugt werden, wird

einer Pu^eBe-Quelle macht sie daher für viele Verwen- ao die Doppler-Verbreiterung der y-Strahlung von dem

dungszwecke, insbesondere für eine Prüfung von Halb- 3,85-MeV-Niveau fast vollständig peschwächt, da die

leiterdetekforen zum Strahlungsnachweis ungeeignet. Lebensdauer (τ_η ^ 7,5^psec) groß im Vergleich zu

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der Abbremszeit der Rückstoßkerne in dem Feststoff-

zur Erzeugung einer y-Strahlen emittierenden Sub- quelienmaterial ist. Daher finden fast alle Zerfälle vom

stanz der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem as 3,85-MeV-Niveau in ruhenden Kernen statt

die y-Strahlen innerhalb eines verhältnismäßig schma- Eine Pu¹⁰B-3,85-MeV-y-StrahIungsquelie gemäß der

len Hrergiespektrums emittiert werden. Erfindung kann in folgender Weise hergestellt werden:

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten . _f... ■ ■ · ,
Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das AustunrungsDeispie.
bestrahlt* Isotop und der Λ-Strahler so ausgewählt 3° 10 g ¹⁰B-Pulver, 3 g PuO₂-Pulver (0,07 mm Maschenwerden, daß ein Teil der Kerne des entstehenden Iso- weite, calciniert bei 800^fC) und 130 mg Bindemittel tops im angeregten Zustand entstehen, dessen Lebens- (d. h. 1 °/₀) werden zusammen in einem neuen Fläschdauer so groß ist, daß die Kerne des entstehenden chen aus Werkzeugstahl 1 Stunde lang zermahlen. Die Isotops auf thermische Geschwindigkeit gebracht wer- durchmischten Pulver werden dann in einer Matrize den können, bevor sie unter y-Emission in den Grund- 35 mit einem Durchmesser von 2,35 cm bei einem Druck zustand übergehen. von 700 kp/cm² gepreßt und in einer strömenden

Eine y-Strahlungsquelle zur Durchführung dieses Argonatmosphäre bei Temperaturen bis zu 150O⁰C Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch gesintert und dann abgekühlt. Die Dichte der gesintereine gut durchmischte Mischung aus ¹⁰B oder ¹³C und ten Tablette wurde als 1,84 g/cm³ gemessen, was unter einem -»-Strahler aus ²³⁹Pu, ²³⁸Pu, Cm oder ²⁴¹Am 40 der theoretisch maximalen Dichte lag.
oder Oxyden derselben. . .... ,. ....

Mit derartigen y-Strahlungsquellen kann eine prak- Ausfuhrungsbeisp.el II

tiscii monoenergetische y-Strahlung erzeugt werden, Die gesinterte Tablette vom Ausführungsbeispiel I

die insbesondere eine sehr genaue Eichung von Halb- wurde in einem Schwingdurchmischungswerk in fünf

leiterdetektoren zum Strahlungsnachweis ermöglicht. 45 Mahlzyklen mit jeweils 30 Minuten zermahlen. Das

Gegenüber anderen bekannten Strahlungsquellen übli- zermahlene Pulver wurde dann in einer Matrize mit

eher Art in Form von Teilchenbeschleunigern ergibt einem Durchmesser von 2,35 cm bei einem höheren

sich ferner der Vorteil, daß diese Strahlungsquelle nicht Druck von 3500 kp/cm² gepreßt und dann in vorbei-

nur sehr einfach, klein, genau und verhältnismäßig strömender Argonatmosphäre 2 Stunden lang bei

billig ist, sondern auch als Bezugsquelle mit hoher 50 1600°C gesintert und anschließend abgekühlt.

Lebensdauer für Messungen und Prüfzwecke Verwen- Schließlich wurde eine Fläche der gesinterten

dung finden kann. Tablette durch einen 2^m-Diamanten poliert. Ein

Im Gegensatz zu der genannten bekannten Strah- a-Autoradiogramm wurde unter Verwendung von

lungsquelle hat die y-Strahlungsquelle gemäß der Er- Zellulosenitrat durch eine 0,00063 cm dicke Pt-Folie

findung, wenn ihre 3,85-MeV-y-Strahlung durch einen 55 hergestellt.

40-cm'-Ge(Li)-Detektor beobachtet wird, eine Halb- Die Tablette hatte folgende Abmessungen: Durchwertsbreite von 5,8 keV, die wahrscheinlich gleich der messer 2,292 cm, Dicke 1,679 cm, Volumen 6,927 cm³, Systemauflösung ist. Gewicht 13,16 g, gemessene Dichte 1,90 g/cm³ (theore-

Außerdem ist der24°/₀-Zweigzum3,68-MeV-Niveau tische Dichte ungefähr 2,40 g/cm³),

von Interesse, da die 3,68-MeV-y-Strahlung, die der 60

170-keV-Kaskade folgt, auch monoenergetisch ist. AktivitätSinessung:

Dadurch wird eine scharfe Komponente und eine y-Strahlung: 30,0 mr/h, /3-Strahlung: 0,3 Rad.

dopplcrverbreiterte Komponente durch die direkte N"utronenzählung:

Versorgung des 3,68-MeV-Niveaus erzeugt. 22,4 · 10³ pro Minute.

Eine y-Strahlungsquelle gemäß der Erfindung be- 65

steht zweckmäßigerweise aus einer gesinterten, gut Diese Ergebnisse wurden mit einer gesinterten durchmischten Feststoffmischung von pulverisiertem 10-g-^I0B-3-g-PuO₂-Quelle erzielt, die in dem Plutonium-Bor 10 und einem starken ^-Strahler wie Plutonium. laboratorium von Chalk River, Canada, hergestellt

Claims (4)

I 764 600 wurde. Es erwies sich als aussichtsreich, den Gehalt von "C durch Verbesserung der Dichte, der Teilchengröße und durch mögliches Ersetzen der «-Strahlungsquelle durch 841Am oder M8Pu zu erhöhen. Verschiedene Quellen, die "1Am als «-Strahler verwenden, wurden hergestellt und haben sich als geeignet erwiesen. Durch die erhöhte verfügbare a-Teilchenenergie ist es energetisch möglich, das 6,13-MeV-Niveau in 18O durch die Reaktion lsC(a, n)l*O in einer ähnlichen Strahlungsquelle zu besetzen. Die Lebensdauer des 6,13-MeV-Niveaus beträgt 25 ± 2 psec, und das Niveau zerfällt durch 6,13-MeV-y-StrahIen, so daß diese Reaktion ebenfalls zur Erzeugung einer monoenergetischen 6,13-MeV-y-Strahlung geeignet ist. Der Hauptverwedungszweck der PuieB-Strahlungsquelle gemäß der Erfindung ist die Prüfung der Energieauflösung und des Betriebs von Ge(Li)-Detektoren, dk Energiekalibrierüng bis zu 3,85 MeV und die Kalibrierung des Detektorwirkungsgrades bei 3,85 MeV. Es ist ein beträchtlicher Vorteil, eine zweckmäßige Strahlungsquelle von monoenergetischer y-Strahlung bei 3,85 MeV zu haben, um die Energieauflösung von Ge(Li)-Detektoren zu messen. Sowohl der Ladungssammlungswirkungsgrad im Detektor als auch die Verstärkungsinstabilitäten in der Elektronik sind beides Prozenteffekte. Daher werden, wenn die Energie der y-Strahlung Hoch ist, die Güte des Ge(Li)-Detektors und die Güte seiner zugehörigen Elektronik schärfer geprüft. Der 3,85-MeV-Energiescueitelwert kann leicht genau unter Verwendung der vorhandenen Quellen kalibriert werden, da der (Ey-2 moc*)-Scheitelwert einen um 1022 keV niedrigeren Energiewert hat. Gegenwärtig beträgt der genaueste Energiewert der y-Strahlung 3854 ± 1 keV. Die 3,85-MeV-Linie kann dann zur Energiekalibrierung in Experimenten mit starker y-Strahlung verwendet werden. Da die 3,85-MeV-y-Strahlungsquelle eine große Lebensdauer hat, bleibt das Intensitätsverhältnis der y-Strahlen von der Quelle konstant. Sobald die Intensitäten für eine gegebene Geometrie kalibriert worden sind, kann die Quelle verwendet werden, um den Wirkungsgrad von Ge(Li)-Detektoren zu messen. Da die 3,85-MeV-Linie scharf ist, wird die Genauigkeit erhöht, mit der das durchgeführt werde.i kann. Bisher mußten für Prüf- und Kalibrierungszwecke Reaktionen verwendet werden, die durch Teilchenstrahlen von Beschleunigern ausgelöst werden. Demgegenüber ist die Verwendung einer i u13B-Quelle einfacher und billiger. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Pu10B-Strahlungsquelle nicht gesintert zu sein braucht, daß aber durch die Sin'erung eine dauerhafte Festigkeit und Aufrechterhaltung vun Größe und Gestalt gewährleistet werden. 1S Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung einer monoenergetisch y-Strahlen emittierenden Substanz, wobei ein Isotop eines Elementes durch Bestrahlung mit der

ao Strahlung eines starken «-Strahlers in ein y-strahlendes Isotop mit höherer Ordnungs7ahl umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das bestrahlte Isotop und der x-Strahler so ausgewählt werden, daß ein Teil der Kerne des

as entstehenden Isotops im angeregten Zustand entstehen, dessen Lebensdauer so groß ist, daß die Kerne des entstehenden Isotops auf thermische Geschwindigkeit gebracht werden können, bevor sie unter y-Emission in den Grundzustand übergehen.

2. y-Strahlungsque!!e zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gut durchmischte Mischung aus ¹⁰B oder ¹³C und einem »-Strahler aus ^SMPu, "⁸Pu. Cm oder "¹Am oder Oxyden derselben.

3. y-Strahlungsquelle ns h Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine gesinterte Mischung in Form einer Tablette.

4. y-Strahlungsquelle nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein Verhältnis von 10 Gewichtsteilen Bor zu 3 Gewichtsteilen Plutoniumoxyd.