DE2125120A1

DE2125120A1 - Dose meter-detecting high speed neutrons - using a lead polyethylene and metal alloy laminated emitter

Info

Publication number: DE2125120A1
Application number: DE19712125120
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Phys. 7900 Ulm Schiekel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-05-21
Filing date: 1971-05-21
Publication date: 1972-11-30

Abstract

The emitter releases electrons into a vacuum according to the number of neutrons bombarding it and an electrometer reads the difference in charge produced, in which the emitter is a laminate having >=1 proton producing layer according to the neutrons bombarding it, as well as >=1 electron producing layer, according to the proton prodn. and >=1 sec. electron emitting layer emitting an increased number of free electrons corresp. to the electron prodn. Pref. a prodn. absorbing layer, of a heavy metal such as lead, is also provided. The proton producing layer is an org. material with a high hydrogen content, esp. polyethylene.

Description

"Dosimeter zum Nachweis schneller Neutronen" Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dosimeter zum Naohweis schneller Neutronen mit einem Emitter, der in Abhängtgkeit von auf ihn auftreffenden Neutronen in einem Vakuum Elektronen freisetzt und einem Kolektor zur Aufnahme der freigesetzten Elektronen sowie einem Elektrometer zur Anzeige der durch den Elektronenübergang entstandenen tadungsdtfferenz. "Dosimeter for the detection of fast neutrons" The present invention relates to a dosimeter for the detection of fast neutrons with an emitter that is in Releases electrons in a vacuum depending on neutrons hitting it and a collector for receiving the released electrons and an electrometer to display the charge difference caused by the electron transfer.

Dosimeter in stabförmigem Aufbau zum Nthweis von Röntgenstrahlen oder zum Nachweis von langsamen Neutronen sind bereits bekannt. Bei solchen Dosimetern werden die langsamen Neutronen an einer Silber- oder Rhodiumsohioht eingefangen und instabile Zwischenkerne gebildet, die unter Betaemisslon mit kurzer Halbwertzeit zerfallen. Die so ausgebildeten Elektronen laufen gegen einen Kollektor an und werden elektrometrisch angezeigt.Dosimeter in the form of a rod for the detection of X-rays or for the detection of slow neutrons are already known. With such dosimeters the slow neutrons are captured on a silver or rhodium tube and unstable intermediate nuclei formed under beta emisslon with a short half-life disintegrate. The electrons formed in this way run against a collector and are displayed electrometrically.

Diese bekannten Dosimeter sprechen im wesentlichen nur auf thermische Neutronen bzw. bei Verwendung von Kadmiumfiltern und Annahme eines l/E~.Spektrums auch auf epithermische Neutronen an. Schnelle Neutronen müssen also erst moderiert werden, was zwar prinzipiell möglich aber verhältnismäßig umständlich ist und infolge zusätzlich erforderlicher Maßnahmen zu schwereren und voluminöseren Geräten führt.These known dosimeters essentially only speak of thermal ones Neutrons or when using cadmium filters and assuming a l / E spectrum also apply to epithermal neutrons. Fast neutrons have to be moderated first which is possible in principle but relatively cumbersome and as a result additionally required measures lead to heavier and more voluminous devices.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Dosimeter der eingangs genannten Art anzugeben, das insbesondere bezüglich seines Aufbaus und seiner Reproduzierbarkeit einfach herstellbar ist.The present invention is based on the object of a novel Specify dosimeter of the type mentioned, in particular with regard to his Structure and its reproducibility is easy to manufacture.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Emitter mehrschichtig aufgebaut ist und wenigstens eine Schicht aufweist, die in Abhängigkeit von der auftreffenden Neutronenstrahlung Protonen erzeugt, ferner wenigstens eine Schicht aufweist, die in Abhängigkeit von den erzeugten Protonen Elektronen erzeugt und wenigstens eine Sekundärelektroneneinissionsschicht aufweist, die in Abhängigkeit von den erzeugten Elektronen eine vermehrte Anzahl von freien Elektronen in das Vakuum hinein abgibt.According to the present invention it is proposed that the emitter is multilayered and has at least one layer that depends generated by the incident neutron radiation protons, furthermore at least one Has layer that generates electrons depending on the protons generated and at least one secondary electron emission layer which is dependent an increased number of free electrons from the generated electrons in the vacuum releases into it.

Das erfindungsgemäße Dosimeter ist in der Herstellung seines Emitters in einfacher Weise zu realisieren und es besitzt den Vorteil, daß es zur direkten Anzeige von schnellen Neutronen geeignet ist.The dosimeter of the invention is in the process of making its emitter in a simple manner and it has the advantage that it is direct Display of fast neutrons is suitable.

Anhand der in den Fig 1 und 2 dargelegten Ausführungsbei spiele wird der Erfindungsgegenstand nachfolgend näher erklärt: Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Dosimeters. Bevorzugt umgibt der Emitter 1 den stabformigen Kollektor 2 kreiszylindrisch, so daß sich eine stabförmige Aufbauweise ergibt, wie dies aus dem in Fig. 2 dargestellten Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Dosimeter ersichtlich ist. In beiden Figuren sind die gleichen Teile mit gleichen Bezugszeiohen versehen.Based on the Ausführungsbei set out in Figures 1 and 2 is games the subject matter of the invention is explained in more detail below: FIG. 1 shows schematically a cross section through part of a dosimeter according to the invention. Preferred the emitter 1 surrounds the rod-shaped collector 2 in a circular-cylindrical manner, so that a rod-shaped structure results, as shown in the cross section shown in FIG can be seen by a dosimeter according to the invention. In both figures are the the same parts are provided with the same reference numbers.

Gemäß der Erfindung ist der Emitter 1 mehrstufig ausgebildet.According to the invention, the emitter 1 is designed in several stages.

Er weist mindestens drei Schirme auf, die im direkten Kontakt übereinanderlaufend angeordnet sind. Dabei ist es besenders vorteilhaft, noch eine weitere Schicht vorzusehen, die auf der der Neutronenstrahlung n zugewandten Oberrläche des Emitters aufgebracht ist.It has at least three screens that are in direct contact with one another are arranged. It is also advantageous to provide an additional layer, the applied to the surface of the emitter facing the neutron radiation n is.

Die Neutronenstrahlung n trifft zunächst auf die Schicht 4 auf, die im wesentlichen für die Neutronenstrahlung durch lässig ist, jedoch die in der darunterliegenden Schicht 5 gebildeten Protonen absorbieren soll. Die Schicht 4 besteht bevorzugt aus einem Metall, vorzugsweise aus einem Schwermetall, insbesondere aus Blei. Die Neutronenstrahlung n gelangt nunmehr in die Schicht 5, in welcher sie teilweise absorbiert wird und dabei Rückstoß-Protonen freisetzt. Diese Schicht 5 besteht bevorzugt aus einem organischen Material, vorzugsweise aus einem Kunststoff, mit hohem Wasserstoffge halt, insbesondere aus Polyäthylen. Die Schichtdicke dieser Schicht 5 ist zweckmäßig so zu wählen, daß das energetische Maximum der Protonenausbeute mit der Maximalenergie der nachzuweisenden Neutronen übereinstimmt oder kleiner ist als diese, so daß sich ein relativ günstiger Konversionskoeffizient ne p ergibt, ohne den Austritt von Protonen all zu sehr zu behindern Die Polyäthylen-Schichtdicke beträgt beispielsweise für Enmax = 14 MeV ca. 1,4 mm.The neutron radiation n first strikes the layer 4, which is essentially transparent to the neutron radiation, but the one below Layer 5 is intended to absorb protons formed. Layer 4 is preferred made of a metal, preferably a heavy metal, in particular lead. the Neutron radiation n now reaches the layer 5, in which it partially is absorbed, releasing recoil protons. This layer 5 is preferred made of an organic material, preferably a plastic, with a high hydrogen content stop, especially made of polyethylene. The layer thickness of this layer 5 is appropriate to be chosen so that the energetic maximum of the proton yield with the maximum energy of the neutrons to be detected matches or is smaller than these, so that a relatively favorable conversion coefficient ne p results without the exit of To obstruct protons all too much The polyethylene layer thickness is for example for Enmax = 14 MeV approx. 1.4 mm.

Die in der Schicht erzeugten und aus dieser Schicht mit veränderter Energieverteilung austretenden Protonen gelangen nunmehr in die Schicht 6, wo sie Elektronen erzeugen. Diese elektronenerzeugende Schicht 6 besteht bevorzugt aus einem MetaLl, insbesondere aus Aluminium. Ein Teil der in der Schicht 6 erzeugten Elektronen tritt aus dieser Schicht mit veränderter Energieverteilung aus und gelangt in die Schicht 7» in welcher eine Elektronenvervlelfachung bei gleichzeitiger Energieaufweichung stattfindet. Diese Schicht 7 besteht aus einem stark sekund ärelektronenemitt ierenden Materlal, vorzugsweise aus einem Metalloxyd, z. B. Aluminiumoxyd.Those generated in the layer and modified from this layer with Energy distribution escaping protons arrive now in the Layer 6 where they generate electrons. This electron generating layer 6 is made preferably made of a metal, in particular aluminum. Part of the layer 6 generated electrons emerge from this layer with a different energy distribution and reaches the layer 7 »in which an electron multiplication with simultaneous Energy softening takes place. This layer 7 consists of a strong secondary electron emission enden Materlal, preferably made of a metal oxide, e.g. B. alumina.

Die nunmehr in dieser Schicht 7 erzeugten freien Elektronen treten aus dieser Schicht aus mit zwar niedrigen aber noch ausreichenden Energien und laufen gegen die Kollektorelektrode 2 an, die beispielsweise aus einem Kohlestab besteht. Der Raum zwischen dem Emitter 1 und dem Kollektor 2 ist bevorzugt evakuiert, was bedeutet, daß diese Anordnung in einem vakuumdichten Gehäuse angeordnet ist, das in der Figur mit 15 bezeichnet ist und beispielsweise aus Vacon besteht. Der Kollektor 2 ist mit einem Elektrometer, bevorzugt mit einem Schlingen-Elektrometer verbunden, das in Abhängigkeit von der Zahl der freigesetzten Elektronen die dadurch bewirkte Aufladung des Kollektors 2 anzeigt.The free electrons now generated in this layer 7 occur from this layer with low but still sufficient energies and run against the collector electrode 2, which consists for example of a carbon rod. The space between the emitter 1 and the collector 2 is preferably evacuated, what means that this arrangement is arranged in a vacuum-tight housing that is designated in the figure with 15 and consists, for example, of Vacon. The collector 2 is connected to an electrometer, preferably a loop electrometer, that depends on the number of electrons released Charging of collector 2 indicates.

Die Fig. 2 zeigt im Querschnitt einen schematischen Aufbau eines erfindungagemäßen Dosimeters, das stabförmig aufgebaut ist. Dieses besteht aus dem HUllrohr 15, das an seinem ejq nen Ende mit einem transparenten oder opaken Fenster 9 und an seinem anderen Ende durch ein Okular abgeschlossen 1st.2 shows a schematic structure in cross section one Dosimeter according to the invention, which is constructed in the form of a rod. This consists of the HUllrohr 15, which at its ejq NEN end with a transparent or opaque window 9 and closed at its other end by an eyepiece 1st.

Auf der Innenwandung der Hülle 15 ist der Emitter 1 angeord net, dessen erfindungsgemäßer Aufbau in der Fig. 1 detailliert dargestellt ist. Der Kollektor 2 besteht aus einem Stab, der mit Hilfe von Isolierteilen 16 konzentrisch zum Emitter 1 gehaltert ist. An dem einen Ende des Kollektors 2 ist das Elektrometer in Form eines Faden-Sohlingen-Elektro meters angeordnet. Es sind ferner ein Objektiv 11 sowie ein weiteres Fenster 10 vorgesehen sowie eine Blende 12, die eine transparente Skala 13 trägt. Bei Beleuchtung des Fensters 9 kann durch das Okular 14 der Ausschlag des Elektrometers 3 beobachtet werden, wobei auch der graduelle Ausschlag mittels der Skala 13 beurteilt werden kann.On the inner wall of the shell 15, the emitter 1 is net angeord, its structure according to the invention is shown in detail in FIG. The collector 2 consists of a rod which, with the help of insulating parts 16, is concentric to the emitter 1 is held. At one end of the collector 2, the electrometer is in shape a Faden-Sohlingen-Elektro meter arranged. There are also an objective 11 and another window 10 is provided and a panel 12, which is a transparent Scale 13 carries. When the window 9 is illuminated, the deflection through the eyepiece 14 can occur of the electrometer 3 can be observed, the gradual deflection by means of the scale 13 can be assessed.

Zur Begrenzung des Vakuumraumes innerhalb des Hüllrohres 15 kann es zweckmäßig sein, anstelle des Okulars 14 die Blende 12 mit der Skala 13 vakuumdicht mit dem Hüllrohr 15 zu verbinden. Ebenso ist es möglich5 und gegebenenfalls sogar besonders zweckmäßig, den Vakuumabschluß bereits mit dem Fenster 10 herzustellen, so daß die Blende 12 mit der Skala 13 und das Okular 14 bereits außerhalb des Vakuums liegen Es kann auch zweckmäßig sein, zwischen den erfindungsgemä.ßen Schichten des Emitters noch Zwischenschichten anzuordnen u6egebenenfalls den Übertritt von Protonen oder Elektronen oder Neutronen in gewünschter Weise zu beeinflussen.To limit the vacuum space within the cladding tube 15, it can It may be expedient to use the aperture 12 with the scale 13 in a vacuum-tight manner instead of the eyepiece 14 to be connected to the cladding tube 15. It is also possible5 and possibly even particularly useful to produce the vacuum seal with the window 10, so that the diaphragm 12 with the scale 13 and the eyepiece 14 are already outside the vacuum lie It can also be useful to choose between the Layers of the emitter to arrange intermediate layers and, if necessary, the crossover of protons or electrons or neutrons in the desired manner.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Dosimeter for the detection of fast neutrons with an emitter that releases electrons in a vacuum depending on neutrons hitting it and a collector for receiving the released electrons and an electrometer to display the charge difference resulting from the electron transfer characterized in that the emitter has a multilayer structure and at least one Has layer which, depending on the incident neutron radiation, protons generated, further comprising at least one layer that depends on the generated Protons generate electrons and at least one secondary electron emission layer has an increased number depending on the electrons generated of free electrons.

2. Dosimeter according to claim 1, characterized in that the proton-generating Layer at least one proton-absorbing layer is provided, which is of the incident neutron radiation is penetrable, however the proton loss in the All RaNr 51 prevented.

3. Dosimeter according to claim 2, characterized in that the proton-absorbing Layer made of a metal, preferably a heavy metal, in particular lead or a combination of vacon and lead.

4. Dosimeter according to one or more of claims 1 to), characterized characterized in that the proton generating layer is made of organic material, preferably a plastic containing high hydrogen, in particular polyethylene.

5. Dosimeter according to one or more of claims 1 to 4, characterized characterized in that the electron-generating layer is made of a metal, in particular Made of aluminum.

6. Dosimeter according to one or more of claims 1 to 5, characterized characterized in that the secondary electron-emitting layer consists of a metal oxide, z. B. aluminum oxide.

7. Dosimeter according to one or more of claims 1 to 6, characterized by training as a rod-shaped pocket dosimeter.

8. Dosimeter according to one or more of claims 1 to 7, characterized characterized in that the emitter surrounding a rod-shaped collector, in particular is designed surrounding in the form of a cylinder.