DE1931099C

DE1931099C - Method and device for modulating or stabilizing a neutron flux generated by an ion accelerator

Info

Publication number: DE1931099C
Authority: DE
Inventors: Alexandre Biviers Pierson (Frank reich)
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication date: 1972-10-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modu-The invention relates to a method for modulating

lation oder Stabilisierung eines Neutronenflusses, der durch Beschüß eines Targets durch Ionen erhalten wird, die gepulst sind, wobei die Impulsfrequenz des Ionenstrahls moduliert oder stabilisiert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;lation or stabilization of a neutron flux obtained by bombarding a target with ions which are pulsed, wherein the pulse frequency of the ion beam is modulated or stabilized, as well as a device for performing the method;

»5 (vgl. Le Journal de Physique et Ie Radium, Physique Appliquee, Supplement en Nr. 11, Tome 22, Novembre 1961, S. 194 A bis 198A).»5 (see Le Journal de Physique et Ie Radium, Physique Appliquee, Supplement en No. 11, Tome 22, Novembre 1961, pp. 194 A to 198A).

Ein gegenwärtig verwendetes Verfahren zur Neutronenerzeugung besteht im Beschüß eines TargetsOne method currently in use for generating neutrons is by bombarding a target

ao aus Metalltritiumverbindungen (wie mit Titan oder Zirkon) durch einen Deuteronenstrahl von einem Tcüchenbeschleui iger, wobei die Neutronen nach der Reaktionsgleichung T (d, η) α 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 beiragen kann, zu stabilisieren. ao from metal tritium compounds (such as with titanium or zirconium) by a deuteron beam from a kitchen accelerator, the neutrons being generated according to the reaction equation T (d, η) α. It is often desirable, for example for reactor-physical and nuclear-chemical investigations or chemical analyzes by activation, to modulate the neutron flux obtained in this way in a regular, especially sinusoidal manner, or to stabilize it for a certain period of time, which can be several hours.

Ein übliches Verfahren besteht im direkten Modulieren und Stabilisieren der Intensität des Ionenstrahls vom Beschleuniger, indem die Absauggeschwindigkeit dieses Strahls entsprechend der gewünschten Gesetzmäßigkeit gesteuert wird.A common method is direct modulation and stabilizing the intensity of the ion beam from the accelerator by increasing the suction speed this beam is controlled according to the desired law.

Ein zweites Verfahren besteht in der elektrostatischen Ablenkung 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.A second method consists in the electrostatic deflection of the ion beam, the an voltage applied to the baffles is directly modulated or stabilized. The ion beam with constant In this way, the intensity strikes a time-varying or constant area of the target.

Der Wirkungsgrad dieser Verfahren ist jedoch unbefriedigend, insbesondere wegen des Verschleißes des Targets, dessen fehlender Homogenität und dessen Schwankungen der Neutronenerzeugung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Deuteronenstrahls. Daher folgt die Modulation oder Stabilisierung des Neutronen flusses der aufgeprägten Modulation oder Stabilisierung nur mit einer Genauigkeit von nicht mehr als 15·/«.However, the efficiency of these processes is unsatisfactory, in particular because of the wear and tear of the target, its lack of homogeneity and its fluctuations in neutron generation as a function of on the composition of the deuteron beam. Hence the modulation or stabilization follows of the neutron flux of the applied modulation or stabilization only with an accuracy of not more than 15 · / «.

Um diese Genauigkeit zu verbessern, ist bereits in Erwägung gezogen worden, trotz einer Beibehaltung der elektrostatischen Ablenkung des Ionenstrahls die Modulation oder Stabilisierung der an den Ablenkplatten angelegten Spannung durch die Ausgangsspannung eines Neutronendetektors zu regeln. Wenn auch dieses Verfahren eine Genauigkeit von 1 °/o für Frequenzen unter 100 Hz erlaubt, führen jedoch unter dieser^ Wert die Verzerrungen und Zählschwankungen zu größeren Fehlern. Außerdem ist 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 parasitäre 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.In order to improve this accuracy, consideration has already been given to maintaining it the electrostatic deflection of the ion beam modulation or stabilization of the deflection plates applied voltage to be regulated by the output voltage of a neutron detector. When this method also has an accuracy of 1 ° / o for Frequencies below 100 Hz are permitted, but below this value, distortions and counting fluctuations result to bigger mistakes. It is also necessary between the accelerator output and the target To install cooled baffles and a cooled diaphragm, which is expensive and adjustment difficulties leads. In addition, the diaphragm generates parasitic neutrons, and the target is subject to wear and tear irregular and incomplete. Finally, because of the variable position of the beam on the target, the Neutron source geometry not well defined.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Sperren oder Auslösen eines Hochfrequenzeinerseits unter Verwendung einer gepulsten Ionen- Oszillators 10 vor.The invention is therefore based on the object of blocking or triggering a high frequency on the one hand using a pulsed ion oscillator 10.

quelle, deren Zündfrequenz moduliert oder konstant In den Zeitintervallen, in denen der Hochfrequenz-source whose ignition frequency is modulated or constant In the time intervals in which the high-frequency

gehalten wird, die Verwendung einer digitalen elek- oszillator 10 ausgelöst ist, erzeugt er eine starke Ionitronischen Steuerung zu erlauben, die viel genauer 5 sation in einer Röhre 3, durch ein zwischen zwei als die »analoge« Einrichtung ist, die für die Ablenk- Ringelektroden 13 und 14 angelegtes elektrisches systeme verwendet wird, und andererseits während Hochfrequenzfeld. T'er Neutronenfluß von der des Experiments eine genau definierte Geometrie der Quelle ist dann maximal, und es wird eine Neutronen-Neutronenquelle zu gewährleisten. wolke mit einer Dauer gleich der des Deuteronen-is held, the use of a digital elec- tronic oscillator 10 is triggered, it generates a strong ionitronic Control to allow the much more precise 5 sation in a tube 3, through one between two as the "analog" device is the electrical applied to the deflecting ring electrodes 13 and 14 systems is used, and on the other hand during high frequency field. T'er neutron flux from that of the experiment a precisely defined geometry of the source is then maximal, and it becomes a neutron-neutron source to guarantee. cloud with a duration equal to that of the deuteron

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß io impulses erzeugt. Dagegen ist in den Zeitintervalle«, der Neutronenfluß vom Target ständig gemessen in denen der Oszillator gesperrt ist, kein Hochfreund die Impulsdauer des Ionenstrahls durch diese quenzfeld in der Röhre vorhanden, so daß life Ioni-Neutronenflußmessung gesteuert. sation NuIi ist. Die Quelle ist dann außer Betrieb,To solve this problem, io pulses are generated according to the invention. On the other hand, in the time intervals ", the neutron flux from the target constantly measured in which the oscillator is blocked, no high friend the pulse duration of the ion beam through this quenzfeld in the tube, so that life Ioni neutron flux measurement controlled. sation is NuIi. The source is then out of order,

Es wird ferner eine Vorrichtung zur Durchführung so daß keine Neutronen erzeugt werden.
dieses Verfahrens angegeb.en, die gekennzeichnet ist 15 Gegenüber dem Target 2 erlaubt ein Halbleiterdurch eine gepulste Ionenquelle, ein die Teilchen detektor 15, dessen Achse r-nau unter 138° zu dem empfangendes neutronenerzeugendes Target, eine in einfallenden Deuteronenstra"! geneigt ist, eine Zander Nähe des Targets angeordnete betektoreinheit lung der 3-MeV-a-Teilchen, die durch die Reaktion Γ zur Messung des Neutronenflusses, einen Generator (d, n).-» erzeugt werden. Die von dem HalbJeiterzur Erzeugung von modulierter oder Gleichspannung, so detektor 15 abgegebenen Signale weiden in einer eine eleklronische Taktschaltung zur Erzeugung von S "haltung 16 verstärkt, diskriminiert und geformt Impulsen variabler Frequenz, die durch den Gene- sowie danach um einen Faktor Λ' durch einen Derator gesteuert ist, und eine elektronische Schaltung kadenuntersetz^r 17 untersetzt, bevor sie in die zur Steuerung der Teilchenquelle, die von der Takt- Steuerschaltung 4' gleichzeitig wie die Impulse der schaltung Auslöseimpulse und von der Detektorein- *5 Taktschaltung 4 eingespeist werden, deren Frequenz heit Sperrimpulse erhält. durch einen Generator 18 moduliert oder konstantThere is also an apparatus for performing so that no neutrons are generated.
This method is indicated, which is characterized 15 Compared to the target 2, a semiconductor through a pulsed ion source, a particle detector 15, the axis r-exactly at 138 ° to the receiving neutron-generating target, a in the incident deuteron street is inclined, a pikeperch arranged near the target detector of the 3-MeV-a-particles, which are generated by the reaction Γ for measuring the neutron flux, a generator (d, n) .- ». The signals emitted in this way detector 15 are amplified, discriminated and formed in an electronic clock circuit for generating S "attitude 16, pulses of variable frequency, which is controlled by the gene and then by a factor Λ 'by a derator, and an electronic circuit kadenuntersetz ^ r 17 stocky before they are used to control the particle source, which is controlled by the clock control circuit 4 'at the same time as the impu Trigger pulses are fed into the circuit and from the detector unit * 5 clock circuit 4, the frequency of which receives blocking pulses. modulated or constant by a generator 18

Die Verwendung von Halbleiterdetektoren zur gehalten wird.The use of semiconductor detectors is kept too.

ständigen Messung des Neutronenflusses in Neu- Die Taktschaltung ist genauer in F i g. 2 abgebildet,constant measurement of the neutron flux in Neu- The clock circuit is more precise in F i g. 2 pictured,

tronengeneratoren ist für sich bekannt; vgl. Nuclear Ein Differentialverstärker 19, der die Impedanz verInstruments & Methods, Vol. 21, 1963, S. 49 bis 52. 3° ringert, ist an seinen beiden Eingängen einerseits anelectron generators is known for itself; See Nuclear A differential amplifier 19 which verInstruments the impedance & Methods, Vol. 21, 1963, pp. 49 to 52. 3 ° ringert, is on at its two entrances on the one hand

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher den Generator 18 und andererseits an eine Quelle 20 erläutert werden. Es zeigt variabler Gleichspannung angeschlossen, um denWith reference to the drawing, the invention is intended to provide more detailed information about the generator 18 and, on the other hand, to a source 20 explained. It shows variable DC voltage connected to the

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Vorrich- mittleren Pegel einzuregeln. Der Ausgang des Vertung und stärkers 19 ist an einen Stromgenerator angeschlos-F i g. 1 a schematic representation of the device mean level to be regulated. The outcome of the Vertung and amplifier 19 is connected to a power generator.

F i g. 2 das Blockschaltbild der elektronischen 35 sen, der ebenfalls durch einen gegengekoppelten Schaltung, die die Steuerung der Frequenz und der Differentialverstärker 21 gebildet wird, der eine Ka-Dauer der Teilchenwoiken zum Beschießen des Tar- pazität 22 auflädt, an deren Anschlüsse ein Unijunkgets vornimmt. tionstransistor 23 angeschlossen ist. Wenn die Span-F i g. 2 the block diagram of the electronic 35 sen, which is also fed back by a negative feedback Circuit that controls the frequency and the differential amplifier 21 is formed of a Ka duration the particle woiken charges for bombarding the target capacity 22, at whose connections a unijunkget undertakes. tion transistor 23 is connected. When the chip

Gemäß F i g. 1 beschießt ein Teilchenbeschku- nung an den Anschlüssen der Kapazität 22 den niger 1 mit Deuteronen ein Target 2 aus einer Me- 40 Schwellwert für die Leitung eines Transistors 23 erta'''.ritiumverbindung, das Neutronen gemäß der reicht, wird sie durch diesen entladen, so daß ein Reaktionsgleichung T (d, η) α erzeugt. Der dadurch . Taktsignal abgegeben wird, wonach der Takt von erzeugte Neutronenfluß soll entsprechend einer ge- neuem beginnt. Man erhält auf diese Weise eine gebenen Gesetzmäßigkeit moduliert oder auf einem Folge elektrischer Signale, deren Folgefrequenz von konstanten Wert gehalten werden. 45 der vom Generator 18 abgegebenen _xSpannung undAccording to FIG. 1 bombardes a particle charge at the connections of the capacitance 22 the niger 1 with deuterons a target 2 from a me- 40 threshold value for the conduction of a transistor 23 erta '''. Ritium compound, which reaches neutrons according to the, it is discharged through this so that a reaction equation produces T (d, η) α. The thereby. Clock signal is emitted, after which the clock of generated neutron flux should begin according to a new one. In this way, a given law is obtained that is modulated or based on a sequence of electrical signals whose repetition frequency is kept constant. _{45 the x} voltage output by the generator 18 and

Gemäß der Erfindung werden die Deuteronen in von dem Wert der Kapazität 22 abhängt. Um Wolken durch eine Ionenquelle 3 erzeugt. über mehrere Frequenzbereiche verfugen zu kön-According to the invention, the deuterons in will depend on the value of the capacitance 22. Around Clouds generated by an ion source 3. to be able to have several frequency ranges

Eine Taktschaltung 4 gibt Impulse ab, deren Takt- nen, kann vorteilhafterweise zwischen mehreren frequenz variabel ist. Eine Steuerschaltung 4' wird parallel geschalteten Kondensatoren umgeschaltet durch die Tastschaltung 4 ausgelöst und erzeugt 50 werden.A clock circuit 4 emits pulses whose clocks can advantageously be between several frequency is variable. A control circuit 4 'is switched over to capacitors connected in parallel triggered by the key circuit 4 and generated 50.

Rechteckimpulse, deren Pulsfrequenz durch den Wert Dieser Taktimpuls, der von der Basis Bl des Uni-Square-wave pulses, the pulse frequency of which is determined by the value of this clock pulse, which is from the base Bl of the university

der Modulation— oder Stabilisierungsspannung be- junktionstransistors 23 empfangen wird, wird in die stimmt ist. Die Dauer der Rechteckimpulse wird Steuerschaltung 4' eingespeist, die durch ein Flipflop durch die Anzahl der vom Target 2 abgegebenen gebildet wird, das aus zwei Transistoren besteht, die Neutronen bestimmt. Die modulierte Taktschaltung 55 zwischen dem Zustand Null und dem Zustand Eins soll weiter unten genauer beschrieben werden. umgeschaltet werden, wodurch auch der Rcchteck-of the modulation or stabilization voltage is received by the junction transistor 23 is converted into the is true. The duration of the square-wave pulses is fed to control circuit 4 ', which is controlled by a flip-flop is formed by the number of output from the target 2, which consists of two transistors, the Determined neutrons. The modulated clock circuit 55 between state zero and state one should be described in more detail below. can be switched, whereby the rectangle

Der Ausgang der Steuerschaltung 4' ist an eine impuls erzeugt wird, der den Hochfrequenzoszillator impedanzvenipgernde DifTerentiationsschaltung 5 an- 10 sperrt, cer das Zünden der Ionenquelle 3 auslöst, geschlossen, und das erhaltene Signal wird durch Die von der Ncutronendetektoreinhcit stammenden ein Koaxialkabel ύ in die Primärwicklung eines Im- ⁶° Impulse werden ebenfalls über den Dekadenunterpulstransformators 7 eingespeist, dessen Sekundär- setzer 17 in dieses Flipflop eingespeist, das sie auf wicklung auf Hochspannungspotential liegt. Um das den Zustand Null zurücksetzen, so daß der Oszillator durch diese Anordnung diflferentierte Rechtecksigna! 10 gesperrt und damit die Ionenquelle ausgeschaltet zu regenerieren, speist die Sekundärwicklung die Im- wird. Der folgende Taktimpuls bewirkt ein erneutes pulse in einem MuJtivibrator 8 ein, auf den ein Ver- 65 Zünden der Quelle, so daß der gleiche Vorgang sich stärker 9 folgt, wobei der Multivibrator 8 und der wiederholt.The output of the control circuit 4 'is generated to a pulse that blocks the high-frequency oscillator impedance-reducing differential circuit 5, the ignition of the ion source 3 triggers, and the signal obtained is closed by a coaxial cable ύ coming from the Ncutronendetektoreinhcit primary winding of a import ⁶ ° pulses are also fed via the decade lower pulse transformer 7 whose secondary fed setter 17 in this flip-flop which it lies on development on high-voltage potential. In order to reset the state to zero, so that the oscillator has rectangular signals differentiated by this arrangement. 10 blocked and thus switched off the ion source to regenerate, the secondary winding feeds the Im-. The following clock pulse causes a new pulse in a multivibrator 8, which is followed by an ignition of the source, so that the same process follows more strongly 9, with the multivibrator 8 and the repeated.

Verstärker 9 im Hochspannungskopf angeordnet Auf diese Weise gewährleistet der Generator 18Amplifier 9 arranged in the high-voltage head. In this way, the generator 18 ensures

sind. Das Ausgangssignal des Verstärkers 9 nimmt die Modulation nach einer gewissen Gesetzmäßig-are. The output signal of the amplifier 9 takes the modulation according to a certain law

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 vefhindert jedoch, daß die Dauer dieser Rechteckimpulse nicht kleiner als das Zeitintervall (etwa 7 μββϋ) wird, das notwendig ist, um die Ionenquelle vollständig zu ionisieren. Eine derartige Vorrichtung erlaubt eine sinusförmige Modulation oder Stabilisierung eines Neutronenflusses mit einer Genauigkeit von einigen Prozent.speed, especially in sinusoidal form, the frequency of the ignition signals from the source or keeping it constant this frequency, the duration of each square pulse by measuring the neutron flux is determined by the target 2. Any change in this neutron flux other than that caused by the generator 18 is determined immediately by increasing or decreasing the duration of the Regulated neutron clouds. One not shown in FIG However, the circuit prevents the duration of these square-wave pulses from being less than the time interval (about 7 μββϋ) that is necessary to fully ionize the ion source. Such a device allows sinusoidal modulation or stabilization of a neutron flux with an accuracy of a few percent.

Ein Anthrazenszintillator 25, der sich in der Nähe des Targets 2 befindet und an einen Fotovervielfacher 26 angeschlossen ist, auf den ein pegeländcrnder Impulsformer 27 folgt, kann ebenfalls zur Messung des Neutronenflusses durch Messung der in dem Szintillator erzeugten Rückstoßprotonen verwendet werden.An anthracene scintillator 25, which is located in the vicinity of the target 2 and to a photomultiplier 26 is connected, which is followed by a level changing pulse shaper 27, can also be used to measure the Neutron flux is used by measuring the recoil protons generated in the scintillator will.

Ein Mfchrkanalanalysator 28, der mehrere Pegel hat und an den Ausgang der Detektoreinheit angeschlossen ist, erlaubt durch Speicherung in den aufeinanderfolgenden Kanälen der während gegebener Zeitintervalle auftretenden Impulse auf einem Schirm seines Oszillographen die Überwachung des Neutronenflusses vom Target. Er ist an den GeneratorA multi-level channel analyzer 28 which is connected to the output of the detector unit is allowed by storage in the successive channels of the given during Time intervals occurring pulses on a screen of his oscilloscope monitoring the neutron flux from the target. He's at the generator

is 18 angeschlossen, von dem er ein Synchronisationssignal erhält, das den Beginn der Analyse auslöst. is connected to 18, from which it receives a synchronization signal that triggers the start of the analysis.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method for modulating or stabilizing a neutron flux caused by bombardment of a target is obtained by an ion beam which is pulsed with the pulse frequency of the ion beam is modulated or stabilized, characterized in that the neutron flux is constantly measured by the target and the pulse duration of the ion beam through this Neutron flux measurement is controlled.

2. Device for performing the method according to claim 1, characterized by a pulsed ion source, a neutron generating target (2), one near the target arranged detector unit for measuring the neutron flux, a generator (18) for generating of modulated or DC voltage, an electronic clock circuit (4) for generating of pulses of variable frequency, which is controlled by the generator, and an electronic one Control circuit for controlling the particle source, the trigger pulses from the clock circuit and receives blocking pulses from the detector unit.

3. A device according to Ansbach ^r uch 2, characterized in that the pulsed ion source is formed is filled through a vessel (3), ^ as with a gas whose ionization releases d'e ions, and with electrodes (13, 14) is provided to generate a high-frequency electric field for ionizing the gas, and by a high-frequency oscillator (10) which is connected to the electrodes and whose triggering intervals, which correspond to the emission of the ion clouds, are controlled by the pulses fed in by the electronic control circuit.

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the detector unit has a Semiconductor detector (15) which is located in front of the target (2) and in front of the incidence of the particle beam is protected, and has a pulse shaper (16) connected to the semiconductor detector is to count the α-particles emitted during the reaction to generate the neutrons.

5. Apparatus according to claim 2, characterized in that the detector unit has an in near the target (2) arranged anthracene scintillator (25), one connected to the scintillator Photomultiplier (26) and a pulse shaper (27) for the photomultiplier emitted signals has to the recoil electrons generated in the scintillator by the neutrons to count.

6. Apparatus according to claim 2, characterized in that the clock circuit (4) is formed is by a current generator (21), which is connected to the modulated or stabilized voltage generator (18) is connected, a capacitance (22) which is connected to the power generator, and a uni-function transistor (23) which is connected to the connections of the capacitance and allows their discharge when the voltage at their terminals is its line voltage achieved.

7. The device according to claim 2, characterized by a circuit that prevents the Pulses are not shorter than the time interval required for complete ionization of the particle source is required.