DE2153559A1 - Neutronen- und Gamma-Fluß-Detektor - Google Patents

Neutronen- und Gamma-Fluß-Detektor

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DE2153559A1 DE19712153559 DE2153559A DE2153559A1 DE 2153559 A1 DE2153559 A1 DE 2153559A1 DE 19712153559 DE19712153559 DE 19712153559 DE 2153559 A DE2153559 A DE 2153559A DE 2153559 A1 DE2153559 A1 DE 2153559A1
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Description

DR. M0LLER-BOR6 DIPL-PHYS. DR. MAN ITZ DIPL-CHEM. DR. DEUFEL DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRAMKOW 2153559 PATENTANWÄLTE
Hüne ii en, d en 2 7. OKT. 1171 We/Obd - A 2186
Atomic Energy of Canada limited Ottawa, Ontario, Canada
Neutronen- und G-amma-iTuß-Detektor
Die Erfindung "betrifft einen neutronen- und Gamma-Fluß-Detektor, welcher insbesondere für Neutronen- und Gamma-Fluß-Messungen in Kernreaktoren geeignet iüt. Bin erfindungsgemäßer Meutronen- und (Jamma-KLuß-Detektor ^t auch zur Kartierung oder Nachbildung der Flußin fcöiisi tat en in Kernreaktor kernen nützlich.
Aas der US-Patentsohrift 3 375 370 ist es bekannt, einen mit eigener Energieversorgung versehenen Neutronen-Detektor herzustellen, welener dazu in der Lage lot, im Kern oder Spaltraum eines Kern-
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reaktors eine lange Betriebsdauer zu gewährleisten. Der mit eigener Energieversorgung ausgestattete Neutroriendetektor weist beispielsweise einen zentralen Emitter aus Rhodium, Vanadium oder Silber auf, der coaxial innerhalb eines Kollektors aus rostfreiem Stahl angeordnet ist. Dabei ist Magnesiumoxyd als elektrische Isolation zwischen dem Emitter und dem Kollektor vorgesehen. Der Emitter und der Kollektor sind jeweils durch den inneren und den äußeren Leiter einea Goaxialkabels mit einer S tr ommeß einrichtung verbunden.
Wenn der Neutronendetektor in einem Neutronenfluß angeordnet ist, erzeugt der Emitter energetische Elektronen, und zwar als Folge der Absorption von Neutronen, während der Kollektor in derselben Weise weniger energetische Elektronen als der Emitter erzeugt, folglich wird zwischen dem Emitter und dem Kollektor eine elektrische Stromdifferenz erzeugt, und die Größe dieser Stromdifferenz, welche auf einer entsprechenden Strommeßeinriohtung angezeigt wird, ist ein Maß der Intensität des Neutronenflussea, in welchem der Neutronendetektor angeordnet ist.
Bei diesem Neutronendetektor rührt die Hauptquelle der energetischen Elektronen in dem Emitter von dem Beta-Zerfall der absorbierten Neutronen-Einfangprodukte her. Daher ist der., größere Teil der Reaktion, d.h., des elektrischen Stromes, welcher von dem Strommeßgerät registriert wird, mit einer Zeitkonstanten verzögert, welche das 1,44-fache der Halbwertszeit der Einfangprodukte beträgt.
Verschiedene nachfolgende Vorschläge für Detektoren dieser allgemeinen Gattung sind darauf gerichtet gewesen, die Ansprechgeschwindigkeit zu erhöhen. In einem aolchen Vorschlag hängt der Neutronendetektor, welcher in erster Linie neutronenflußeinpfindlioh iat, von Elektronen aus Kobalt ab, welche auf Grund der Wechselwirkung von fotoelektrischem Effekt und Oompton-Effekt erzeug: g
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werden, und zwar dadaroh erzeugt werden, daß Gammastrahlen im Cobalt eingefangen werden. Obwohl das Ansprechen dieses Neutronendetektors zu Beginn seines Einsatzes im Neutronenfluß im wesentlichen prompt 100 $ beträgt, wird die Signalzusammensetzung nach einer langen Bestrahlung mit einem iieutronenfluß hoher Intensität komplex, und zwar wegen der verzögerten Aussendung von Einfangprodukten Oo und Oo aus dem Kobalt.
Ein jüngerer Vorschlag iat ein Gammadetektor, welcher eine geringe iieutronenfluß-Empfindlichkeit aufweist, d.h., ein Gammadetektor mit einem Emitter von geringem Neutroneneinfaiigquerdchnitt, wie es beispielsweise bei einem Zirkonium-Smitter der Fall ist. Ein prompter Ausgang eines elektrischen Stromes aus diesem Gammadetektor hängt von der Erzeugung und der nachfolgenden Wechselwirkung von Elektronen im Emitter und im Kollektor ab, welche aus Materialien mit verschiedenen Ordnungszahlen bestehen. In einem Ga'iimafluß werden energetische Elektronen auch in dieser Art von Detektoren erzeugt, und zwar als Ergebnis der fotoelektrischen und Oompton-'./echa el wirkung. In dem Material mit der höheren Ordnungszahl wird auch die größere Anzahl an energetischen elektronen erzeugt. Folglich hängt die Intensität des auf dem 3trommeßgerät angezeigten Stromes von der Differenz in den Ordnungszahlen der Emitter- und der Kollektor-Materialien ab.
Der Hauptnachteil eines Gammadetektors mit einem Zirkonium-Emitter iat seine geringe elektrische Stromaasbeute, und damit ist die Schwierigkeit verbunden, unerwünschte verzögerte elektrische Ströme im Ausgang auf Grund der Aktivierung- von Verunreinigungen in den Emitter- und Kollektor-Materialien zu eliminieren. Es hat sich herausgestellt, daß Mangan in dem Kollektor die schlimmste Yssrunreiiiigung ist, und eine Verunreinigung von nur maximal 0,2 Gewichts-;*» üangan erzeugt in dem besten Reaktor-Inoonel eine 2,5-Jtuiaden-AasgangakoiHjjönen te im elektrischen Ausgangs si gii al des iciiiimadetektorü, und- dies beträgt etwa 15 Jo des gesamten elektrijüjjfin [jtrojuaus . juices .- inj-jj-.tor-lnoori-l π nt eine legierung auf
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Iiickelbasis, welche Chrom and Eisen enthält, worin der Kcbaltgehalt aaf ü,1 Gewichts-^ beschränkt ist, und gemäß obiger Feststellung ist der'liangang ehalt auf 0,2 Gewichts-;;; besoiiränkt. -
Über die Frage, ob es am zweckmäßigsten ist, die neutronen- oder die Gamna-IPlußintensität zumessen, "besteht gegenwärtig eine ,Kontroverse, und die Antwort hängt in weitem Ausmaß von der speziellen Anwendung ab, für welche der Detektor vorgesehen ist. Beide Iiessungen sind schließlich auf die Spaltrate bezogen, und beide Messungen sind zur Messung der Leistung eines Kernreaktors mit entsprechenden Vorteilen eingesetzt worden. In vielen Situationen sind die Neutronen- und die Gamma-Fluß-Intensität fast proportional, und sie liegen innerhalb weniger Prozent beieinander, weil ein wesentlicher Seil der Gamma-Fluß-Intensität aas dem lieutroneneinfang in den Reaktorkomponenten resultiert.
Wenn Detektoren erforderlich sind, um entweder ε nt* TTeatronen- oder auf Gamma-Flußintensitäten anzusprechen, ist es gegenwärtig schwierig, Emitter-Materialien zu finden, welche aus den natürlich auftretenden Elementen ausgewählt werden können, welche bessere Eigenschaften aufweisen als die oben beschriebenen, wenn die zusätzlichen Anforderungen an zufriedenstellende physikalische und mechanische Eigenschaften ebenfalls in Setracht gezogen werden.
Der Erfinder hat nun herausgefunden, daß dann, wenn ein Detektor in Betracht kommt, welcher gleichzeitig auf die Intensitäten eines gemischten Flusses anspricht, d.h., gleichzeitig auf die Intensitäten des Neutronen- und des Gammaflusses, daß dann für Emitter von wenigen Elementen der gesamte prompte elektrische Stromausgang in Reaktionen auf eine Flußintensität im Vergleich zu bekannten Petektoren verhältnismäßig hoch sein kann, daß er sogar in der !legend von 95 « betragen kaiin.
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Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Flußdetektor zu schaffen, welcher gleichzeitig insgesamt in einer prompten Weise auf die Intensitäten des iieutronen- und .des Gamma-]?luüse3 anspricht, um einen elektrischen Stromausgang zu liefern, welcher eine Größe aufweist, welche sowohl von der Intensität des Neutronen- als aach von dez* Intensität dee 'iaßima-üllasses eines Feldes abhängt.
Gemäß der .Srfindung wird ein neutronen- und Gamma-I?luß-Detektor vorgesehen, welcher sich dadurch auszeichnet, daß ein elektrisch leitender Bmilter vorgesehen ist, welcher einen elektrischen Strom erzeugt, wenn, er in einem neutronen- und Gamma-iPluß angeordnet iüt, daß weiterhin ein elektrisch leitender Kollektor vorgesehen iut, welcher einen elektrischen Strom mit einer anderen dtärke als der Emitter erzeugt, wenn er in demselben Ueutronen- und Gamma-Pluß angeordnet ist, daß weiterhin ein elektrisches Isoliermaterial vorhanden ist, welches den Emitter elektrisch vom Kollektor isoliert und daß eine Einrichtung zur Messung der Größe einer Differenz des elektrischen Stromes zwischen dem Emitter und dem Kollektor als Anzeige der Intensitäten des Neutronen- und G-am-HIa-Jj1IuS8es vorgesehen ist, in welchem der Detektor angeordnet ist, wobei der Emitter aus einem Material besteht, welches aus der Gruppe Platin, (Jerium, Osmium und 'i'antal ausgewählt ist.
Erfindungsgemäße Detektoren sind insbesondere in einem schnellen Reaktor nützlich, wo der thermische Neutronenfluß gering ist, wo jedoch der Gamma-Strahlen-Fluß hoch ißt. Gegenwärtig dürfte kein äquivalenter scnneller Neutronen-Detektor verfügbar sein, und ein langsamer Üeutronen-Detektor wie !Cobalt würde einer beträchtlichen Interferenz von Gammastrahlen ausgesetzt sein, insbesondere deshalb, V/eil die Gammastrahlen-Empfindlichkeit von entgegengesetzter Polarität zur Neutronenfluß-jirnpfindlichkeit ist. Andererseits würde ein erf indungsgemäßer Detektor, welchöt· einen Platin- ßmit- ter auj.,veist, hauptsächlich auf Gammas tr ahle a ana pi· e cn an, wenn er in diea-jx' Arb verwendet würde.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt}
Figur 1 eine geschnittene Seitenansicht eines Neutronen- und Gamnia-Fluß-Detektors,
Figur 2 eine graphische Darstellung des elektrischen Ausgangsstromes des in der Figur 1 dargestellten Detektors, weleher über der Ordnungszahl des Knitter-Materials aufgetragen ist,
Figur 3 eine graphische Darstellung der Beta-Fluchtwahrscheinlichkeit des in der'Figur 1 dargestellten Detektors, welche über einar empirischen Menge dargestellt ist, welcne von dem Emitter-Material abhängt,
Figur 4 eine graphische Darstellung der Empfindlichkeit als ein Bruchteil der anfänglichen Empfindlichkeit für den in der Figur 1 dargestellten Detektor, welcher einen Platin-Emitter aufweist, welche über der Bestrahlungszeit aufgetragen ist und
Figur 5 eine graphische Darstellung der Empfindlichkeit als ein Bruchteil der anfänglichen Empfindlichkeit für den in der Figur 1 dargestellten Detektor, welcher einen 'lantal-Emitter aufweist, die über der Biaatrahlungszeit aufgetragen ist.
In der Figur 1 ist ein elektriscn leitender limitter 1 dargestellt, welcher einen elektrischen Strom erzeugt, wenn er in einem Meutronen- und Gramma-Fluß angeordnet wird, weiterhin ein elektridch leidender Kollektor 2, der einen eleküriüunen Sfcroia erzeugt, welcher eine von dem den limitters untsrriohiedliche üröße aufweist, nenn er in demselben Neutronen- und Gamma-Flu3 ange-
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ordnet wird, weiterhin ein elektrisches Isoliermaterial 3, welches den Emitter 1 elektrisch vom Kollektor 2 isoliert und eine Einrichtung 4 zur Messung der Größe einer elektrischen Stromdifferenz zwischen dem Emitter 1 und dem Kollektor 2 als Anzeige
der Intensitäten des Neutronen- und Gamma-Flusaes, in welchem
der Detektor angeordnet ist. Der Emitter ist aus einem Material hergestellt, welches aus der Gruppe Platin, Cerium, Osmium und Tantal ausgewählt ist und besteht vorzugsweise aus Platin.
Dieser Neutronen- und Gamma-Ji'luß-Detektor sollte zur Verwendung im Inneren eines Kernreaktors dienen, wo eine gemischte Strahlung vorhanden ist, und somit wurde das Material, als welchem
der Kollektor 2 beateht, aus solchen kommerziell erhältlichen
Materialien aasgewählt, welche die geringste Anzahl von Elementen und Mengen derselben enthalten, welche zur nennenswerten Aktivierung in einem Neutronen- und Gamma-J?luß beitragen. Aus diesem j-runde wurde ein Kollektor 2 aus einem Material hergestellt, welches aus der Gruppe Titan, rostfreier Stahl, Legierungen auf Llickelbasia und Legierungen auf Chrombasis ausgewählt wurde, wobei daa Material weniger als 0,1 Gewichts-% Kobalt und weniger als 0,2 Gewichts-** Mangan enthielt.
Das bevorzugte Material für den Kollektor 2 war eine Legierung auf liickelbaaia, welche 76 Gewichts-70 Nickel, 15,8 fo Chrom, 7,20 fd Eisen, 0,20 $> Silizium, 0,10 fo Kupfer, 0,007 fo Schwefel und 0,04 # Kohlenstoff enthielt, und zwar mit weniger ala 0,1 Gewiohts-?o Kobalt und weniger als 0,2 Gewichts-/* Mangan.
Piir diesen Detektortyp sind Aktivierungsprodukte unerwünscht, welche Betastrahler sind, und deswegen wäre es erwünscnt gewesen, den Mangangehalt auf weniger als 0,05 Gewichts-^ zu beschränken, da jedocn eine derartige Legierung aur Wickelbaais kommerziell nur aJ.3 spezieile schmelze erhältlich gewesen wäre, wurde darauf verdichtet.
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Vorzugsweise wird ein Kollektor 2 aus Aluminium nicht verwendet, wo eine Neutronenstrahlung vorhanden ist , und zwar auf G-rund der verhältnismäßig hohen Beta-üjmission von Aluminium in einem ICeutronenfluß im Vergleich zu den obengenannten Materialien.
Genauer gesagt, ein Platin-Emitter 2 mit 300 cm länge und 0,508 mm Durchmesser, welcher komprimiertes Metalloxydpulver aufwies, beispielsweise Manganoxydpulver, welcher außerdem von einer elektrischen Isolierung 3 umgeben war, wurde in einem rohrförmigen Kollektor, mit einem Außen durchmess er von 1,157 mm und einer Wandstärke von 0,254 mm aus einer Legierung auf Nickelbasis eingekapselt, wobei die Legierung 76 Gewichts-^ Nickel, 15,8 fc Chrom, 7,20 $ Eisen, 0,20 $ Silizium, 0,10 # Kupfer, 0,007 $ Schwefel und 0,04 i° Kohlenstoff enthielt, und zwar mit weniger als 0,1 Gewichts-$ Kobalt und weniger als 0,2 Gewichts-^ Mangan. Der rohrför* mige Kollektor 2 besaß ein geschlossenes Ende 5·
Der Emitter 1 hat ein flaches Ende 6, welcnes durch eine metallurgische Verbindung 8 an einen inneren Leiter 10 eines Goaxialkabels 12 angeschlossen war,. Eine Metallschäfthülse 14 ist im Gleitsitz über das Ende des rohrförmigen Kollektors 2 und über ein Ende eines äußeren Leiters 16 des Goaxialkabels 12 gezogen und ist durch elektrisch leitende Dichtungen mit diesen Elementen durch Lötstellen 18 und 20 verbunden. Der Raum zwischen der Schäfthülse und dem Emitter 1 sowie dem inneren Leiter 10 ist ebenfalls vollständig mit Hagnesiumoxyd ausgefüllt. Die vollständige Anordnung ist durch die Dichtung 11 hermetisch abgedichtet, welche eine Bpoxy-Harz-Dichtun^ oder eine Glasdichtung sein kann, und ;v;ar erforderlichenfalls nach Ausgasung.
Die Einrichtung 4 umfaßt einen elektrischen Strommesser, welcher mit dein innereti Leiter 1C und dem äußeren Leiter 16 elektrisch verbunden iyt;.
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Die Berechnung des Ausganges von jedem der drei hauptaächliciien stromerzeugenden Mechanismen iat auf direkte experimentelle Daten gegründet, welche aus mehrjährigen Erfahrungen mit Detektoren von jedem Grundtyp stammen und beinhaltet somit ein höheres Maß an Zuverlässigkeit als es gegenwärtig möglich ist, indem analytische Methoden alleine angewandt werden. Die Berechnung basiert auf einem gemäß Figur 1 aufgebauten Detektor, welcher in seinen Abmessungen mit denjenigen übereinstimmt, von welchen die experimentellen Daten gewonnen wurden. Die Ausgangs-Strom-Komponenten sind für einen thermischen Fluß von 1,0 χ 10 n.cm .s - berechnet, und zwar bei einer Gamma-Strahlen-Intensität von 1,2 χ 10 rad.h" , wie sie für die Bedingungen in einem Bremsstoff eines mit schwerem Wasser und natürlichem Uran betriebenen Reaktors typisch ist. Zum Vergleich sind verschiedene Elemente eingeschlossen, welche wegen ihres großen verzögerten Aasgangs nicht annehmbar sind.
Die Ausgangsströme auf Grund von Gammastrahlen I4. sind von der experimentellen Kurve abgeleitet, welche in der Figur 2 dargestellt ist, wo der Aasgangsstrom über der Ordnungszahl des Emitter-Materials aufgetragen ist und sind in der Tabelle 1 aufgelistet.
TABEL L E 1 Iv (nA)
Emitter-uaterial Ordnungszahl T
75
Palladium (Pd) 46 170
Cerium (Ge) 58 335
Tantal (Ta) 73 350
Wolfram U) 74 511J
O siii i uiji (Üü) 76 400
Platin 78
Der nt,rom I- aui ivund der Eleki.rcmBn-^mLuiiiun ala ßrgeonia des n.ifc[i';iiii'-ii-.j in dom !-,i.ii t tyr-I.luturial kann durch die folgende
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In a k N0 ο' fa M β
wobei die einzelnen G-rößen folgende Bedeutung aufweisen«
k der Netto-Slofctronenumwandlungawirkungagrad (der versandete Wert betrug 0,018, welcher mit einem Eobait-Emitter in der Ausführung gemäß Figur 1 erhalten wurde)
> NQ die Loschmid'sche Zahl = 6,02 χ 1025 Atome/Mol,
6 der effektive thermische Neutronen-Einfangquerschnitt des Emitters mit natürlichen Isotopenverteilungen,
φ der thermische Feutronenfluß,
M die Masse des Emitter-Materials,
e die elektronische Ladung = 1,59 χ 10" ^0, A das Atomgewicht des Emitter-Materials.
Die unter Verwendung der oben angegebenen Formeln berechneten Werte für die verschiedenen Emitter sind in der Tabelle II unten angegeben.
ΐ A B K L L E II
Emi fcter-Ma terial d M 7 ,4 A rnr (πα)
Palladium (Pd) 8,0 4 ,2 106,4 96
Oerium (Oe) 0,73 1t ,1 140,0 5,H
Tantal (Ta) 21,1 1 1 ,B 180,0 201J
WoIi'rain ( W) 19,? 1,', ,7 215
Osmium (Os) V»,3 1 . ii;c,2 1 '2
Platin (Pt) 1ü,1 \-Jb 1 117
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Unter der Annahme, daß nur ein erster Einfang stattfindet, beträgt der von jedem Beta-emittierenden Einfangprodukt auageaandte Gfleichgewichtsausgangastrom I « :
wobei die verwendeten Großen folgende Bedeutung aufweisen! N , fa, M, e und A wie oben,
6 der thermische Heutronen-Einfangquerschnitt, welcher zu jedem Beta-Emitter führt,
R die Verteilung von jedem Mutterisotop, P die Beta-Fluchtwahrsciieinlichkeit.
Die Beta-Fluclitwahrscneinlichkeit wurde von der in der Figur 5 dargestellten Kurve erhalten, wo die Beta-Fluchtwahrscheinlichkeit aber der Absciase ρά/Β aufgetragen ist, wobei /°die Emitter-Dichte (gm/cnr ), d der Emitter-Durchmesser (cm) und E die maximale Beta-Energie (MeV) ist. Die Abscisse^d/E ist ein empirischer Wert,für welchen sich herausgestellt hat, daß sich mit seiner Hilfe die experimentellen Werte für den Fluchtwirkungsgrad von verschiedenen 3lemejiten in befriedigender Weise darstelle« lassen. Wo mehr als ein beta-libürga-üg auftritt, ist P ein Mittelwert, dessen Gewicht in übereiü3tiijii.:ung mit dem Bruchteil an jeder Energie angesetzt, ist.
Die berechneten Beta-Ströme sind in der Tabelle III unten aufgelistet.
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BAD ORFGlNAt
TABELLE III
Emi 11 er-Mat eri al Pd)
Pd)
Pd)		 109
111
111m		 o' ,2
,04		 K P 170
5,6
0,9
Palladium ;s:J 141
143		 12
0
0		 ,6 0,267
0,118
0,118		 0,08
0,36
0,30		 4,6
5,7
Cerium
(		 0
1		 0,085
0,111		 0,03
0,18
!Dan t al (1Ha) 182
21
1,0
0,004
44,8
Wolfram (SJ 185
187		 2,1
40		 0,306
0,284		 0,0015
0,081		 O
561		 ,6
Osmium (Pt)
(Pt)		 191
193		 3,9
1,6		 0,264
0,41		 0,000(1)
0,05		 O
22		 ,07
,5
Platin 197
199		 0,9
4		 0,252
0,072		 0,02
0,12		 2
22		 ,9
Die Signalbeiträge von jedem der drei mechanismen sind in der Tabelle IV zusammengefaßt, i*ür zwei der Elemente, nämlicli Palladium und Wolfram, ist der verzögerte Ausgang auf Grund des Beta-Zerfalla größer als 50 $ des gesamten signals und ist somit unbrauchbar . Fir die übrigen, nämlich für Cerium, ϊ-antal, Osmium und Platin ist der verzögerte Ausgang gedoch tragbar icleiii, und zwar viel geringer als in dem gegenwärtig vorhandenen Zirkonium-Detektor.
Unter diesen vier Elementen hängt die letzte Auswahl davon ab» auf welohe spezifische Eigenschaft vom Anwender besonderer Wert gelegt wird, wie beispielsweise die (Jesamtempfindllchkeit, die Veränderung der Empfindlichkeit mit der Seit und die Halbwertszeit der verzögerten Komponente. Cerium verändert sich bei Bestrahlung am wenigsten, and zwar nicht nur deshalb, da sein Quer· schnitt gering 1st, sondern vielmehr auch deshalb, weil nur 2 ,/>
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seines Alis gangs der Abwanderung unterworfen sind, jedoch ist seine Empfindlichkeit gering. PiIr Platin kann die kurze Halbwertszeit seiner verzögerten Komponente ein Vorteil sein, und seine Gesamt empfindlicnkeit ist verhältnismäßig hoch. Der jjjinpfindlichkeitsverlust bei Bestrahlung als ein Bruchteil der Anfangsempfindlichkeit ist für einen Detektor mit einem Platin-jlmiüter Über der Bestrahlung zeit in Jahren in der Figur 4 aufgetragen, aus welcher ersichtlich ist, daß der Verlust gering ist. Der maximale Verlust
α nc
beträgt 22 /o, wovon 90 $» von Pt1 ^J herrühren, und zwar bei einem Queracnnitt von 27 Barn. I1Ur Osmium sind 33 ,'< > des Ausgangs der Verarmung unterworfen, es ist jedoch nicht möglich, gegenwärtig die Rate abzuschätzen, da der Querschnitt derjenigen Isotopen, welche den Größten Beitrag liefern, nicht begannt ist.
TABEILE IV
(Pd) total prompt V verzögert 13
22
5		 2
Prozentuale Auagang8str.omkomponenten (Oe) Ausgang (nA) iY <*) 28 W) IW 33
33		 ,5 h
min
,5 h
Emi fcter-J&aterial (Ta) 348 21 2 49
1,6
0,3		 115 d
h
(W) 184 92 35 2,5
3,1		 75 d
Palladium 585 57 19 7,7 24 d
Oerium (Os) 1125 31 0,5 15
31		 h
Tantal (Pt) 33 50 19
30		 d
h
Wolfram 590 64 22 0,01
3,8		 h
min
542 74 0,5
4,1
Osmium
Platin
Das Verhalten von Tantal bai Bestrahlung ala ein Ergebnis der langen Halbwertszeit und des großen Querschnittes dea Hauptelnfangproduktea, Ta182 (115 d, 8000 Barn), iüt verhältnismäßig unge-
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wohnlich. J omit verbrennt Ta faat so a elm ell wie es erzeugt wird, und die Netto-Eeta-Komponente ist geringer als ein Zehntel des in der Tabelle IY angegebenen V/er tea. Dartiber hinaas fügen die Gammastran!en von diesem zweiten ülnxang etwa ein Drittel der vorherigen JjJmpfindlichiieit hinzu. Das berechnete Verhalten von !Tantal it.t in der Figur 5 dargestellt, wo die .Empfindlichkeit als Bruchteil der Anfangs empfindlichkeit über der '.Bestrahlungszeit in Jahren dargestellt ist. Während der scharfe Anstieg im Ausgang während des ersten Jahres als eine unerwünschte Komplikation angesehen werden kann, ist der prompte Ausgangsbrachteil der höchste der Gruppe, über 99 $, und soweit ersichtlich ist, sollte er nacri einer langen Bestrahlung nicht nennenswert abfallen.
Platin wurde als Emitter-Material für die Prototypen-Auslegung ausgewählt, da es die meisten allgemein akzeptierbaren Eigenschaften aufweist. Zwei Detektoren der in der Figur 1 dargestellten Art wurden hergestellt, bei welchen die Smitter-Durchmesser etwas unter dem lienn-Durchmesser lagen, d.h., 0,432 mm betragen anstatt 0,508 mmj dies hat ihre Eigenschaften jedoch nicht ernsthaft beeinträchtigt. Die unten angegebenen Daten waren auf Versuche mit zwei Detektoren bezogen, die in einem mi _■ natürlichem Uran betriebenen Reaktor eingebaut waren. Für alle Bestrahlungen waren die Detektoren auf einem Rohr mit einem Außendurohmeaser.von 9$52 mm aus einer Metallegierung von 1,20 bis 1,70 Gewichts-,» Zinn, 0,07 bia 0,20 fi Bieen, 0,05 bis 0,15 # Chrom, 0,03 bis 0,08 # Nickel, 1000 bis 1400 Teile je Million Sauerstoff und einem Ausgleich von Zirkonium, von Verunreinigungen abgesehen, zu einer geschlossenen Spule gewickelt.
Die gemittelte Gamma-Empfindlichkeit betrug 3*4 x 10 p A/(rad. ü~1) bei 1,25 MeV und 2,8 χ 10~15 A/(rad.h~1) bei 0,25 MeV, und zwar gemessen in einer Oo -Gamma-Selle. Der geringe Energiewert wurde aus einem Abachirmungaexperiment erhalten, wobei eine Komponente geringerer Intenaität verwendet wurde, so daß die Genau-
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igkeit geringer ist. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Empfindlichkeit des Detektors mit einem Platin-Emitter wesentlich weniger energieabhängig ist ala beispielsweise bei einem Detektor mit einem Zirkonium-Emitter.
Aas der Tabelle IV ist ersichtlich, daß der berechnete Wert der Gresaifitempfindlichkeit im Reaktor für einen Platin-Emitter mit
— 91 —P —1
0,508 nun Durchmesser 5 »4 x 10 A/(n.cm . s~ ) beträgt. .Für den tatsächlich verwendeten Emitter-Durchmesser, -d.h,, für 0,432 mm Darchmesaer, wäre dieser Wert 4,4 x 10 A/(n.om . s~" ). Die ge mesaene Empfindlichkeit im iJHU-Forschungsreaktor betrug 3,7 χ 10 ^.a"1), was eine vernünftige Übereinstimmung darstellt.
Für den verzögerten Bruchteil betrug der Durchschnitt der drei Messungen 5,3 i» im Vergleich zu dem berechneten Y/ert von 4»6 ~fo.
Die Bestrahlung von 4 Monaten in einem Fluß von etwa 10 Tn.cm" . s ist zu kurz gewesen, um einen beobachtbaren Abfall in der Emp findlichkeit zu erreichen, welcher gemäß der Schätzung in der Figur 4 im ersten Jahr nar etwa 2 ja betragen sollte.
Somit schafft die Erfindung neutronen- und sJamraa-Fluß-Detektoren, welche Emitter aus Platin, Cerium, Osmium oder 'fantal aufweisen, wobei dieBe Materialien bisher für Emitter als ungeeignet angesehen warden, und zwar für Detektoren mit eigener Energieversorgung. Erfindungagemäße Detektoren sind dazu in der Lage, einen höheren Anteil des prompten Anaprechena zu liefern und aufrecht zu erhalten, als dies bisher bei bekannten Detektoren von der Art der Primäremission möglich war. Erfindungsgemäße Detektoren sind darch folgende erwünschte Eigenschaften gekennzeichnetι
gate Empfindlichkeit, eine prompte Komponente in der Nähe von "95 oder darüber,
'iJne Empfindlichkeit im Reaktor, welche teilweise vcvi ijarnmastroh-
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len und teilweise voia ITeLitroneneinfang herrührt,
geringe Abnahme in der Empfindlichkeit bei Bestrahlung und
verhältnismäßig flaches Ansprechen auf G-arnma-Bnergie.
Ss idt zuzugeben, daß an sich kein G-rund vorliegt, de;i Detektor
gemäß der in der Figur 1 dargestellten Jeise coaxial auszubilden, abgesehen von der "weokmäßigkeit eines eingefahrenen Verfahrens der Herstellung für Detektoren dieser Art, welche.3 dem Srfinder beka.ont ist. Jrfindurigsgemäße Detektoren können auch beispielsweise als flache aufeixiander gelegte ücheibeu oder als Rolle oder ",VaIze ausgebildet sein.
— Patentansprüche -
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BAD ORIGINAL

Claims (4)

  1. - 17 Patentansprüche
    f 1 J Neutronen- und Gamma-iPluß-Detektor, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitender .!Suirl ~ter vorgesenen ist, welcher einen elektriscüen Strom erzeugt, wenn er in einem Neutronen- und Gamma-JiTuß angeordnet ist, daß weiterhin ein elektrisch leitender Kollektor vorgesenen ist, welcher einen elektrischen Otrom mit einer anderen Stärke als der Emitter erzeugt, wenn er in demselben Neutronen- und Gamma-Fluß angeordnet ist, daß weiterhin ein elektrisches Isoliermaterial vorhanden ist, welches den Emitter elektrisch, vom Kollektor isoliert und daß eine Einrichtung zur Messung der Größe einer Differenz des elektrischen Stromes zwischen dem Emitter und dem Kollektor als Anzeige der Intensitäten des I-Ieatronen- und Gamma-Flusses vorgesehen ist, in welchem der Detekto?· angeordnet ist, wobei der Emitter aus einem Material Destent, welches aus der Gruppe Platin, Oerium, Osmium und Tantal ausgewählt ist.
  2. 2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter ein Draht ist, daß der Kollektor eine rohrförmige Form besitzt und coaxial um den Emitter herum angeordnet ist und daß die elektrische Isolierung ein komprimiertes Metalloxydpulver zwischen dem Emitter und dem Kollektor ist.
  3. 3. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daiJ die elektrische Isolation ein tlagnesiumoxydpulver i: t.
  4. 4. Detektor nacu Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor aus einem Material besteht, welches aus der Gruppe Titan, rostfreier tftahl, Legierungen auf
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    iSickelbasis und Legierungen auf Chrombasis ausgewählt ist, welches weniger als 0,1 Gewichts-$ Kobalt und weniger als 0,2 Gewichts-1^ Mangan aufweist.
    5« Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor aus einer Legierung besten-ΐ, we ~ ehe 76 Gewiehts-iS Hickel, 15,8 f» Ohroia, 7,2 /5 i;iseii, 0,2C $ Silizium, C, 10 f= Kupfer und 0,04 ρ Kohlenstoff, 0,C07 f* Schwefel mit weniger als 0,1 Gewichts-^ Kobalt oxid weniger als 0,2 Gewichts-/ Siangan aufweist.
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