DE19904562C2 - Geschwindigkeitsselektor zur Monochromatisierung eines Neutronenstrahls - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Geschwindigkeitsselektor mit einer Antriebsein­ heit, mit einer Welle und mit einem auf der Welle angebrachten Rotor, an dessen Längs­ achse verdrillte Stege in Abstand zueinander angeordnet sind und Durchgangsschlitze für Neutronen bilden.

Ein solcher Geschwindigkeitsselektor ist z. B. aus "Neutronen- Geschwindigkeitsselektoren für die Großforschung"; Hugo Betzold, Karl R. Schulz; Sonderdruck aus Dornierpost 1/89, der Dornier GmbH, bekannt.

In der Neutronenstreuung wird häufig ein mechanischer Geschwindigkeitsselektor zur Mo­ nochromatisierung eines Neutronenstrahls eingesetzt. Der Geschwindigkeitsselektor be­ steht aus einem im Vakuum laufenden schnell drehenden Rotor, der an der Längsseite ge­ drillte Schlitze oder Stege besitzt. Im stehenden Zustand können durch die Schlitze keine Neutronen hindurchfliegen, da sie immer auf einen Steg auftreffen. Diese Stege oder La­ mellen sollten von der Wanddicke und vom Material so beschaffen sein, daß die Neutronen erheblich, das heißt, mit einer Transmission von mindestens 10^-5, geschwächt werden. Wenn der Rotor nun mit einer bestimmten Drehzahl dreht, werden je nach Verdrillungs­ winkel Neutronen mit einer bestimmten Geschwindigkeit hindurchgelassen. Die Band­ breite (Auflösung) ist von der Schlitzbreite und Länge des Rotors abhängig.

Der aus dem vorgenannten Stand der Technik bekannte Geschwindigkeitsselektor weist einen Rotor auf, der bzw. dessen Stege aus Kohlefaser in Epoxy besteht und dessen Ober­ fläche mit einem Absorbermaterial, nämlich Bor 10 oder Gadolinium beschichtet ist. Es ist auch bekannt, den Rotor aus Aluminium-Vollmaterial zu fertigen und die Lamellen mit einem entsprechenden absorbierenden Material zu beschichten.

Durch die Beschichtung des Rotors bzw. dessen Stege mit einem absorbierenden Material, wird die Fertigung relativ kompliziert und teuer. Auch Fehler in der Beschichtung führen zu einem relativ großen Ausschuß. Auch die Antriebseinheiten eines aus dem vorgenann­ ten Standes der Technik bekannten Geschwindigkeitsselektor werden speziell für den Ver­ wendungszweck gebaut und somit teuer.

Aus Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 332, (1993) S. 511-520 ist ein Neutronenselektor mit rotierenden Scheiben aus einem neutronenabsorbierenden Material bekannt. Bei einem solchen Neutronenselektor kann aber bei der Absorption Gammastrahlung entstehen, die eine kostspielige Abschirmung erforderlich macht.

Aus Encyclopedia of Material Science and Engineering, Vol. 4, M. B. Bever (Ed.), Perga­ mon Press, 1986, S. 3172-3173 ist beschrieben, daß Aluminium eine gewisse Restabsorp­ tion für Neutronen aufweist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Geschwindigkeitsselektor zur Monochromatisierung eines Neutronenstrahls zu schaffen, der in einfacher Weise herzu­ stellen ist und in welchem auf eine Beschichtung verzichtet werden kann.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Stege aus einer Legierung bestehen, die Neutro­ nen absorbiert, wobei die Legierung das absorbierende Isotop Li⁶ enthält.

Durch die Fertigung der Stege des Rotors mittels einer Legierung, die gegenüber Neutro­ nen eine absorbierende Wirkung aufweist und das absorbierende Isotop Li⁶ enthält, entfällt die Notwendigkeit, auf den entsprechenden Bauteilen eine Beschichtung mit entsprechend absorbierender Wirkung aufzubringen. Insbesondere die Verwendung einer Legierung mit Li-Bestandteil führt dazu, daß bei der Absorption von Neutronen keine Gamma-Strahlung erzeugt wird. Eine im allgemeinen sehr kostspielige Abschirmung des Geschwindigkeits­ selektors ist daher überflüssig.

Gemäß Anspruch 2 ist es von Vorteil, daß nicht nur die Stege oder Lamellen aus einer Le­ gierung mit absorbierender Wirkung gegen Neutronen besteht, sondern der ganze Rotor. Dadurch wird die Fertigung weiter vereinfacht.

Gemäß Anspruch 3 kann das Isotop Li⁶ auch in geeigneter Weise angereichert sein, um die absorbierenden Eigenschaften einzustellen.

Gemäß Anspruch 4 ist es von Vorteil, daß die Legierung eine Mg-Li-Legierung ist. Solche Mg-Li-Legierungen sind aus dem Flugzeugbau bekannt und können preiswert bezogen werden.

Gemäß Anspruch 5 ist es von Vorteil, daß die Antriebseinheit eine Turbomolekularpumpe ist. Turbomolekularpumpen sind auf dem Markt erhältlich und können für die Verwendung eines mechanischen Geschwindigkeitsselektors leicht angepaßt werden. Auch Turbomole­ kularpumpen sind auf dem Markt sehr preiswert erhältlich.

Ein weiterer Vorteil gemäß Anspruch 6 besteht darin, daß die Antriebseinheit einen Dreh­ zahlbereich von bis maximal 60.000 U/min abdeckt. Geschwindigkeitsselektoren des Stan­ des der Technik liegen in einem Drehzahlbereich von nur 2.000 bis 28.300 U/min.

Eine Ausführungsform eines Neutronengeschwindigkeitsselektors ist in der einzigen Figur schematisch dargestellt.

Aus der Figur wird das Prinzip eines Rotors 1 deutlich. Der Rotor 1 dreht sich um eine Achse 3 einer horitzontal liegenden Welle 5 in Richtung des dargestellten Pfeiles. Auf der Welle 5 sind radiale Stege oder Lamellen 7 angeordnet, die schräg zur Längsachse 3 und verdrillt ausgerichtet sind. Zwischen den Stegen 7 sind somit Schlitze 9 als Durchgangs­ wege für Neutronen ausgebildet. Neutronen werden in der Figur von der linken Seite in Richtung auf die Stege 7 geschickt (siehe Pfeile) und bewegen sich durch die Schlitze 9 hindurch. Bei stillstehendem Rotor 1 prallen die Neutronen gegen die Wand der Stege 7, da diese schräg zur Längsachse und zur Bewegungsbahn der Neutronen ausgerichtet sind. Bei Drehung des Rotors 1 um die Längsachse 3 in der angezeigten Drehrichtung werden die Schlitze 9 für ausgewählte Neutronen allerdings zu passierbaren Durchgangsschlitzen. Neutronen, die aufgrund ihrer Eigenschaften nicht zu den ausgewählten, durch die Schlitze 9 hindurchgehenden Neutronen gehören, werden an den Wänden der Stege 7 absorbiert. Aus diesem Grunde sind die Stege 7 und ggf. auch der Rotor 1 im Ganzen aus einem für Neutronen absorbierenden Vollmaterial ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform stehen die Stege 7 oder der gesamte Rotor 1 aus einer absorbierenden Legierung mit einem absorbierenden Isotop Li⁶. Vorzugsweise bestehen die Stege 7 bzw. der Rotor 1 aus einer Mg-Li-Legierung, wobei das absorbierende Li⁶ Isotop bedarfsweise angereichert sein kann.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Legierung auch eine andere Li-Legierung sein, z. B. eine Al-Li-Legierung.

Für die Selektion von Neutronen ist es günstig, wenn der Rotor 1 eine maximale Drehzahl von 60.000 U/min erreicht. Dies wird z. B. durch Verwendung einer Antriebseinheit (nicht dargestellt) einer Turbomolekularpumpe erreicht.

Claims (6)

1. Geschwindigkeitsselektor mit einer Antriebseinheit, mit einer Welle und mit einem auf der Welle angebrachten Rotor, an dessen Längsachse verdrillte Stege in Abstand zueinan­ der angeordnet sind und Durchgangsschlitze für Neutronen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (7) aus einer Legierung bestehen, die Neutronen absorbiert, wobei die Legie­ rung das absorbierende Isotop Li⁶ enthält.

2. Geschwindigkeitsselektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) mit den Stegen (7) aus der Legierung mit dem absorbierenden Isotop Li⁶ besteht.

3. Geschwindigkeitsselektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Li⁶ Isotop angereichert ist.

4. Geschwindigkeitsselektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung eine Mg-Li-Legierung ist.

5. Geschwindigkeitsselektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit eine Turbomolekularpumpe ist.

6. Geschwindigkeitsselektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit eine maximale Drehzahl von 60.000 U/min aufweist.