DE1931099B2 - Verfahren und vorrichtung zur modulation oder stabilisierung eines von einem ionenbeschleuniger erzeugten neutronenflusses - Google Patents

Description

Die Erfindung betri.Tt ein Verfahren zur Modu-I,-tion oder Stabilisierung eines Neutronenfiusses, der durch Beschüß eines Targets durch Ionen erhalten wird, die gepulst sind, wobei die Impulsfrequenz des Ionenstrahl moduliert oder stabilisiert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;

(vgl. Le Journal de Physique et Ie Radium, Physique Appllquee, Supplement en Nr. 11, Tome 22, Novembre 1%1, S. l'J4A bis 198A).

Ein gegenwärtig verwendetes Verfahren zur NeutronenerzeugMng besteht im Beschüß eines Targets

so aus Metalltritiumverbindupgen (wie mit Titan oder Zirkon) durch einen Deuieronensfahl von einem Teilchenbeschleuniger, wobei die Neutronen nach der Reaktionsgleichung T (d, n) \ erzeugt werden. Es ist oft erwünscht, zum Beispiel für reaktorphysikaiische und kernchemische Untersuchungen oder chemische Analysen durch Aktivierung, den so erhaltenen Neutronenfluß gesetzmäßig, insbesondere sinusförmig, zu modulieren oder für eine gewisse Dauer, die mehrere Stunden betragen kann, zu stabilisieren.

Fun übliches Verfahren besteht im dire!:^fen Modulieren und Stabilisieren de Intensität des Ionenstrahl vom Beschleuniger, indem die Ah «-^geschwindigkeit dieses Strahls entsprechenil dei gewünschten Gesetzmäßigkcit gesteuert wird.

Ein zweites Verfahren besteht in der elektrostatischen Abler.Kung des Ionenstrahls, wobei die an den Ablenkplatten angelegte Spannung direkt moduliert oder stabilisiert wird. Der Ionenstrahl mit konstanter Intensität trifft so auf einen zeitlich veränderlichen oder konstanten Bereich des Targets.

Dei Wirkungsgrad dieser Verfahren ist jedoch unbefriedigend, insbesondere wegen des Verschleißes des Targets, dessen fehlender Homogenität und dessen Schwankungen der Neutron., ner/.eugung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Deutcror.enstrahls. Daher folgt die Modulation oder Stabilisierung des Neutronenfiusses der aufgeprägten Modulation oder Stabilisierung nur mit einer Genauigkeit von nicht mein als 15" n.

Uni diese Genauigkeit /u verbessern, ist bereits in FrwäiMing gezogen worden. trot7 einer Beibehaltung der elektrostatischen Ablenkung des Ionenstrahl die Modulation oder Stabilisierung der an den Ablenkplatten angelegten Spannung durch die Ausgangsspanmmg eines Neutronendetektors zu regeln. Wenn auch dieses Verfahren eine Genauigkeit von l°/o für Frequenzen unter 100 Hz erlaubt führen jedoch unter diesem Wert die Verzerrungen und Zählschwankungen zu größeren Fehlern. Außerdem isit es notwendig, zwischen dem Beschleunigerausgang und dem Target gekühlte Ablenkplatten und eine gekühlte Blende anzubringen, was aufwendig ist und zu Justierschwierigkeiten führt. Außerdem erzeugt die Blende parasi-

tare Neutronen, und der Verschleiß des Targets ist unregelmäßig und unvollständig. Schließlich ist wegen der variablen Lage des Strahls auf dem Target die Geometrie der Neutronenquelle nicht gut definiert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einerseits unter Verwendung einer gepulsten Ionenquelle, deren Zündfrequenz moduliert oder konstant gehalten wird, die Verwendung einer digitalen elektronischen Steuerung zu erlauben, die viel genauer als die .>ana!og£« Einrichtung ist, die für die Ablenksystcmc verwendet wird, und andererseits wahrend des Experiments eine genau definierte Geometrie der Neutronenquelle zu gewährleisten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß to der Neutronenfluß vom Target ständig gemessen und die Impulsdauer des Ionenstrahl durch diese Neutronenflußmessiing gesteuert.

Es wird ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben, die gekennzeichnet ist durch eine gepulste ionenquelle, ein die Teilchen empfangendes neutronenerzeugendes Target, eine in der Nähe des Targets ungeordnete Detektoreiuheit zur Messung des Neutronenflusses, einen Generator zur Erzeugung von modulierter oder Gleichspannung, eine elektronische Taktschaltung zur Erzeugung von Impulsen variabler Frequenz, die durch den Generator gesteuert ist, und eine elektronische Schaltung zur Steuerung der Teilehem|uelle, die von der Taktscliaiiung Auslöseimpulse und von der Detektoreinheit .Sperrimpulse erhält.

Die Verwendung von Halbleiterdetektoren zur ständigen Messung des Neutronenflusses in Neutronengeneratorrn ist für sich bekannt; vgl. Nuclear Instruments & Methods, Vol. 21, 1963, S. 49 bis 52.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung und

Fig. 2 das Blockschaltbild der elektronischen Schallung, die die Steuerung der Frequenz und der Dauer Cjt Teilchenwolken zum Beschießen des Targets vornimmt.

Gemäß I^-ig. 1 beschießt ein Tjilchenbeschleuniger 1 mit Deuteronen ein Target 2 aus einer Metalltritiumverbindung, das Neutronen gemäß der Reaktionsgleichung T (d. n) \ erzeugt. Der dadurch erzeugte Neutronenfluß soll entsprechend eine; gegebenen Gesetzmäßigkeit moduliert oder auf einem konstanten Wert gehalten werden.

Gemäß der Erfindung werden die Deuteronen in Wolken durch eine Ionenquell·.¹ 3 erzeugt.

Eine Taktschaltung 4 gibt Impulse ab, deren Taktfrequenz variabel ist. Eine Steuerschaltung 4' wird durch die Taktschaltung 4 ausgelöst und erzeugt Rechteckimpulse, deren Pulsfrequenz durch den Wert der Modulations- oder Stabilisierungsspannung bestimmt ist. Die Dauer der Rechteckimpulse wird durch die Anzahl dir vom Target 2 abgegebenen Neutronen bestimmt. Die modulierte Taktschaltung toll weiter unten genauer beschrieben werden.

Der Ausgang der Steuerschaltung 4' ist an eine itnpedanzverringernde Differentiationsschaltung 5 angeschlossen, und das erhaltene Signal wird durch ein Koaxialkabel 6 in die Primärwicklung eines Impulstransfornvaturs 7 eingespeist, dessen Sekundärwicklung auf Hochspannungspotential liegt. Um das durch diese Anordnung difTerentierte Rechtecksignal zu regenerieren, speist die Sekundärwicklung die Impulse in einem Mu'.'ivibrator 8 ein, auf den ein Verstarker 9 folgt, wobei der Multivibrator 8 und der Verstärker 9 im Hochspannungskopf angeordnet sind. Das Ausgaiigssignal des Verstärkers 9 nimmt das Sperren oder Auslösen eines Hoehl'requenzoszillators 10 vor.

In den Zeitintervallen, in denen der Hochfrequenzoszülator IO ausgelöst ist, erzeugt er eine starke Ionisation in einer Röhre 3, durch ein zwischen zwei Ringelektroden 13 und 14 angelegtes elektrisches Hochfrequenzfeld. Der Neutronenfluß von der Quelle ist dann maximal, und es wird eine Neutronenwolke mit einer Dauer gleich der des Deuteronenimpulses erzeugt. Dagegen ist in den. Zeitintervallen, in denen der Oszillator gesperrt ist, kein Hochfrequenzfeld in der Röhre vorhanden, so daß die Ionisation Null ist. Die Quelle ist dann außer Betrieb, so daß keine Neutronen en:eugt weiden.

Gegenüber dem Target 2 erlaubt ein Halbleiterdetektor 15, dessen Achse genau unter 138° zu dem einfallenden Deuteronenstrahl geneigt ist, eint- Zählung der 3-MeV-\-TeiIcher die durch die Reaktion T (d, n) \ erzeugt werden. Die von dem Halbleiterdetektor 15 abgegebenen Signale werden in einer Schaltung 16 verstärkt, diskriminiert und geformt sowie danach um einen Faktor N durch einen Del.qdenuntersetzer 17 untersetzt, bevor sie in die Steuerschaltung 4' gleichzeitig wie die Impulse der Taktschaltung 4 eingespeist werden, deren Frequenz durch einen Generator 18 moduliert oder konstant gehalten wird.

Die Taktschaltung ist genauer in Fig. 2 abgebildet. Ein Differenzverstärker 19, der ate Impedanz verringert, ist an seinen beiden Eingängen einerseits an den Generator 18 und andererseits an eine Quelle 20 variabler Gleichspannung angeschlossen, um den mittleren Pegel einzuregeln. Der Ausgang des Verstärkers 19 ist an einen Stromgenerator angeschlossen, der ebenfalls durch einei. gefengekoppelten Differentialverstarker 21 gebildet wird, der eine Kapazität 22 auflädt, an deren Anschlüsse ein Unijunktionstransistor 23 angeschlossen ist. Wenn die Spannung an den Anschlüssen der Kapazität 22 den Schwdlwcrt für die Leitung eines Transistors 23 erreicht, wird sie durch diesen entladen, so daß ein Taktsignal abgegeben wird, wonach der Takt von neuem beginnt. Man erhält auf diese Weise eine Folge elektrischer Signale, deren Folgefrequenz von der vorn Generator 18 abgegebenen Spannung und von dem Wert der Kapazität 22 abhängt. Um über mehrere Frequenzbereiche verfügen zu können, kann vorteilhafterweise zwischen mehreren parallel geschalteten Kondensatoren umgeschaltet werden.

Dieser Trktimpuls, der von dei Basis ß 1 des Unijunktionstransistors 23 empfangen wird, wird in die Steuerschaltung 4' eiigespeist, die durch ein Flipflop gebildet ν ird, das ais zwei Transistoren besteht, die zwischen dem Zustand Null und dem Zustand Eins umgeschaltet werden, wodurch auch der Rechteckimpuls erzeugt wird, der den Hochfrequenzoszillator 10 sperrt, der das Zünden der Ionenquelle 3 auslöst. Die von der Neutronendetektoreinheit stammenden Impulse wer.ien ebenfalls über den Dekadenuntersetzer 17 in dieses Flipflop eingespeist, das sie auf den Zustand Null zurücksetzen, so daß der Oszillator 10 gesperrt und damit die Ionenquelle ausgeschaltet wird. Der folgende Taktimpuls bewirkt ein erneutes Zünden der Quelle, so daß der gleiche Vorgang sich wiederholt.

Auf diese Weise gewährleistet der Generator 18 die Modulation nach einer eewissen Gesetzmäßig-

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keit, insbesondere in Sinusform, der Frequenz der Zündsignale der Quelle oder die Konstanthaltung dieser Frequenz, wobei die Dauer jedes Rechteckimpulses durch die Messung des Neutronenflusses vom Target 2 bestimmt ist. Jede Änderung dieses Neutronenflusses, die anders als die durch den Generator 18 bestimmt ist, wird daher unmittelbar durch eine Erhöhung oder Verringerung der Dauer der Neutronenwolken geregelt. Eine in Fig. 2 nicht abgebildete Schaltung verhindert jedoch, daß die Dauer dieser Rechteckimpulse nicht kleiner als das Zeitintervall (etwa 7 jisec) wird, das notwendig ist, um die Ionenquelle vollständig zu ionisieren. Eine derartige Vorrichtung erlaubt eine sinusförmige Modulation oder Stabilisierung eines Neutronenflusses rnit einer Genauigkeit von einigen Prozent.

Ein Anthrazenszintillator 25, der sich in der Näh des Targets 2 befindet und an einen Fotovervielfache 26 angeschlossen ist, auf den ein pegeländernder Im pulsformer27 folgt, kann ebenfalls zur Messung de Neutronenflusses durch Messung der in dem Szin tillator erzeugten Riickstoßprotonen verwende werden.

Ein Mehrkanalanalysator 28, der mehrere Pege hat und an den Ausgang der Detcktoreinheit auge-

ίο schlossen ist, erlaubt durch Speicherung in den aufeinanderfolgenden Kanälen der während gcgebenei Zeitintervalle auftretenden Impulse auf einem Schirm seines Oszillographen die Überwachung des Neutronenflusses vom Target. Er ist an den Generator 18 angeschlossen, von dem er ein Synchronisationssignal erhält, das den Beginn der Analyse auslöst.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

I 931 099 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Modulation oder Stabilisierung eines Neutronenllusses, der durch Beschüß eines Targets durch einen Ionenstrahl erhalten wird, der gepulst ist, wobei die Impulsfrequenz des Ionenstrahls moduliert oder stabilisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Neuironenfluß vom Target ständig gemessen wird und die Impulsdauer des Tonenstrahls durch diese Neutroiienllußmessung gesteuert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren:·, nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gepuKu.- Ionenquelle, ein neutronenerzeugendes Target (2), eine in der Nähe des Targets angeordnete Detektoreinheit zur Messung des Neutronenflusses, einen Generator (18) zur Erzeugung von modulierter oder Gleichspannung, eine elektronische TaktschaltL.ng (4) zur Erzeugung von Impulsen variabler Frequenz, die durch den Geneiator gesteuert ist, und eine elektronische Steuerschaltung zur Steuerung der Teilchenquelle, die von der Taktschaltung Auslöseiinpulse unrj ν ·η der Detektoreinheit Sperrimpulse erhält.

3. Vorrichtung nach Ansps.ich 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gepulste Ionenquelle gebildet ist durch ein Gefäß (3), üas mit einem Gas gefüllt ist, dessen Ionisation die: Ionen freisetzt, und das mit Elektroden (13, 14) versehen ist, um ein elektrisches Hochfrequenzfeld zur Ionisation des Gases zu erzeugen, und durch einen Hochfrequenzoszillator (10), der an die Elektroden angeschlossen ist und dessen Auslöseintervalle, die der Emission der Ionenwolken entsprechen durch die von der elektronischen Steuerschaltung eingespeisten Impulse gesteuert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit einen Halbleiterdetektor (15), der sich vor dem Target (2) befindet und vor dem Einfallen des Teilchenstrahl geschützt ist, und einen Impulsformer (16) hat, der an den Halbleiterdetektor angeschlossen ist, um die während der Reaktion zur Erzeugung der Neutronen emittierten \-Teilchen zu zählen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit einen in der Nähe des Targets (2) angeordneten Anthrazcnszintillator (25), einen an den Szintillator angeschlossenen Photovervielfaiher (26) und einen Impulsformer (27) für die vom Photovervielfacher abgegebenen Signale hat, um die im Szintillator durch die Neutronen erzeugten Rückstoßelektronen zu zählen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktschaltung (4) gebildet ist durch einen Stromgenerator (21), der an den modulierten oder stabilisierten Spannungsgenerator (18) angeschlossen ist, eine Kapazität (22), die an den Stromgenerator angeschlossen ist, und einen Unijunktionstransistor (23), der an die Anschlüsse der Kapazität angeschlossen ist und deren Entladung ermöglicht, wenn die Spannung an deren Anschlüssen seiniä Leitungsspannung erreicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Schaltung, die verhindert, daß die Impulse nicht kurzer als das Zeitintervall sind, das für eine vollständige Ionisation der Teilchenquelle erforderlich ist.