DE2259045A1

DE2259045A1 - Radiographic image prodn. - using fast neutrons and initiating nuclear fission

Info

Publication number: DE2259045A1
Application number: DE2259045A
Authority: DE
Inventors: Erich Prof Dr Bagge; Eckart Dr Duehmke
Original assignee: Schlottau Rolf
Current assignee: Schlottau Rolf
Priority date: 1972-12-02
Filing date: 1972-12-02
Publication date: 1974-06-06

Abstract

Sharp radiographic images of thick objects are obtd. by using fast neutrons in the megavolt range, and by initiating nuclear fission in a plate covered by U238 or another exposure detector, the nuclear fission being recorded by means of a detector of plastics which is only sensitive to fission prods.

Description

Fatenttbeschreibung Radiographie mit schnellen Neutronen Die heute üblichen Verfahren der Neutronenradiographie bedienen sich der Aktivierung von Betastrahlern durch vorwiegend thermische Neutronen, bei denen der zu untersuchende Probekörper in den Strahlengang eines divergierenden Neutronenstrahls eingebracht wird. Auf der der Neutronenquelle abgewandten Seite befindet sich eine Trägerplatte oder Trägerfolie, die z. B. mit der durch thermische Neutronen leicht aktivierbaren Substanz Dysprosium bzw. Dysprosiumoxyd in dünner Schicht belegt ist und in der die verschiedenen Partien dieser Platte je nach den unterschiedlichen Durchlässigkeiten des Probekörpers verschieden stark aktiviert werden. Nach einer Bestrahlungszeit von der Größenordnung einer Stunde wird die Dysprqsiumplatte auf eine Fotoplatte gelegt, die an den aktivierten Stellen vom Beta-aktiven Dysprosium dann mehr geschwärzt wird als an anderen. Auf diese Weise entsteht das neutronenradiographische Bild des Untersuchungsobjektes. Das Verfahren ist zur Zeit nur anwendbar auf Probekörper, deren Dicke nicht groß ist gegen die Streuweglänge thermischer Neutronen in den absorbierenden Substanzen. So lassen sich z. B. sehr scöne und relativ scharf gezeichnete neutronenradiographis che Bilder von Schmetterlingen oder auch von Blättern der Laubbäume oder auch von dünnen technischen Objekten, deren Durchstrahlungsdicken im Bereich von Millimetern bis zu etwa 1 cm liegen, herstellen. Bei dickeren Objekten tritt eine stärkere Verwaschung des neutronenradiographischen Bildes durch Streueffekte auf, die die Bilder unscharf erscheinen lassen. Fatenttbeschreibung Radiography with fast neutrons Die today The usual methods of neutron radiography use the activation of beta emitters by predominantly thermal neutrons, in which the test specimen to be examined is introduced into the beam path of a diverging neutron beam. on the side facing away from the neutron source is a carrier plate or carrier film, the z. B. with the easily activated by thermal neutrons substance dysprosium or dysprosium oxide is covered in a thin layer and in which the various parts this plate different depending on the different permeabilities of the test specimen be strongly activated. After an exposure time of the order of one Hour the Dysprqsiumplatte is placed on a photo plate, which is activated on the Parts of the beta-active dysprosium are then blackened more than on others. on in this way the neutron radiographic image of the examination subject is created. The method is currently only applicable to test specimens whose thickness is not great is against the scattering path length of thermal neutrons in the absorbing substances. So z. B. very nice and relatively sharply drawn neutron radiographs nice pictures of butterflies or of leaves of deciduous trees or of thin technical objects whose radiation thicknesses in the range of millimeters up to about 1 cm. With thicker objects there is a stronger blurring of the neutron radiographic image due to scattering effects that blur the images appear.

Um nun auch die neutronengraphische Abbildung dickerer Objekte zu ermög lichen, wird erfindungsgemäß vorgeschagen, die entsprechende Abbilung mit schnellen Neutronen im Megavoltbereich du.rchzuführen, in welchem die wirkungsquerschnitte der Neutronen erheblich kleiner sind als im thermischen Bereich. So reduziert sich z. B. der entsprechende Streuquerschnitt je nach dem Bindungszustand von Protonen z. B. in der Streusubstanz von Werten zwischen 20 bis 80 Barn (10-24cm²) (1 Barn = 10-24 cm²) auf etwa 2 Barn im MeV-Bereich. Auf diese Weise ist die Streuung erheblich reduziert und das bedeutet, daß man auch dickere Objekte durchstrahlen kann, ohne an Abbildungsschärfe einzubüßen.In order to now also enable the neutron graphic imaging of thicker objects make possible, is proposed according to the invention, the corresponding mapping with fast neutrons in the megavolt range, in which the effective cross-sections of the neutrons are considerably smaller than in the thermal range. So reduces z. B. the corresponding scattering cross-section depending on the binding state of protons z. B. in the litter of values between 20 to 80 barn (10-24cm²) (1 barn = 10-24 cm²) to about 2 barns in the MeV range. In this way the spread is considerable reduced and this means that you can also irradiate thicker objects can without losing image sharpness.

Da es heute Möglichkeiten gibt, durch selektive Detektoren Neutronen im MeV-Bereich nachzuweisen, ohne durch energieärmere Neutronen oder auch Gammastrahlen gestört zu werden, ist es im Prinzip möglich, auf diese Weise Abbildungen mit schnellen Neutronen durchzuführen. Als Ausführungsbeispiel möge folgende Anordnung gewählt werden: Das zu untersuchende Objekt befindet sich genau wie bei der Neutronenradiographie mit thermischen Neutronen im Strahlengang eines divergierenden Strahlenbündels schneller Neutronen. Auf der der Strahlenquelle abgewandten Seite wird nun eine Trägerplatte angebracht, die senkrecht zum Neutronenstrahl orientiert ist und die in sehr dünner Schicht mit dem durch thermische Neutronen nicht spaltbaren Uran 238 belegt ist. Anstelle von re@mem m Uran 238 kann auch depletiertes Uran oder auch Natururan verwendet werden, wenn man z. B.Since there are now opportunities to use selective detectors to use neutrons in the MeV range, without using lower-energy neutrons or gamma rays to be disturbed, it is in principle possible to produce images with fast Carry out neutrons. The following arrangement may be selected as an exemplary embodiment be: The object to be examined is exactly like in neutron radiography faster with thermal neutrons in the beam path of a diverging beam Neutrons. A carrier plate is now placed on the side facing away from the radiation source attached, which is oriented perpendicular to the neutron beam and which is very thin Layer is covered with uranium 238, which cannot be fissioned by thermal neutrons. Instead of re @ mem m uranium 238, depleted uranium or natural uranium can also be used be if you z. B.

durch einen Cadrnium oder Borabsorber die thermischen Neutronen an der Strahlenquelle bereits absorbiert hat. Andere Schwellwertdetektoren derselben Art sind z. 13 Thoriuni 232 und Neptunium 237, die ebenfalls geeignet sind.the thermal neutrons are absorbed by a cadrnium or boron absorber the radiation source has already absorbed. Other threshold detectors of the same Type are z. 13 Thoriuni 232 and Neptunium 237, which are also suitable.

Da das Uran 238 eine Mindestenergie der Neutronen von 0, 7 MeV erfordert, um gespalten zu werden, stellt es einen spezifischen Detektor für schnelle Neutronen dar. Belegt man plun die mit Uran 238 bedekcte Platte mit einer Plastikfolie von die Nitrozellulose oder Lexan, so können die aus dem Uran austretenden Spaltbruchstücke bei der Auflösung von Spaltreaktion durch schnelle Neutronen die Plastikdetektorfolie in jeweiligem Trefferbereich des Spaltbruchstückes entwicklungsfähig machen. Bringt man nun nach einer Bestrahlung durch schule alle NelLtI zonen die Folie in ein Ätzbad mit geeignet eingesteller Lauge, so werden an den Treffpunkten der Spalbruchstücke kegelförmig konische Vertiefungen in die Folie eingeätzt, deren Flächendichte um so größer ist, je mehr Spaltbruckchstücke die betreffende Fläche trafen. Die Folie enthält nach dem Ätzvorgang eine Verteilung der Ätzlöcher, die ein zunächst nicht sichtbares Abbild des durchstrahlten Untersuchungsobjekts darstellt, Die Ätzlöcher haben dabei Durchmesser, deren Größe von der Ätzdauer abhängen. Sie liegen im Bereich zwischen Bruchteilen von Millimetern bis herab zur Größenordnung von Mikrons.Since the uranium 238 requires a minimum energy of the neutrons of 0.7 MeV, in order to be split, it provides a specific fast neutron detector If you cover the plate covered with uranium 238 with a plastic sheet of the nitrocellulose or Lexan, so the fissure fragments emerging from the uranium can the plastic detector foil when dissolving the fission reaction by fast neutrons make developable in the respective hit area of the split fragment. Brings After an irradiation by schule, all NelLtI zones are now placed in an etching bath with suitably adjusted lye, so are at the meeting points of the split fragments Cone-shaped conical depressions etched into the film, their surface density around the greater the number of splitting fragments hit the surface in question. The foil contains a distribution of the etched holes after the etching process, which an initially not represents a visible image of the irradiated examination object, the etched holes have diameter, their Size depend on the etching time. They are in the range between fractions of a millimeter down to the order of magnitude of microns.

Die optische Sichtbarmachung der durch Ätzung entstandenen Abbildung des Untersuchungsobjekts kann nun auf verschiedene Weise geschehen.The visual visualization of the image created by etching of the examination object can now be done in various ways.

Als einfachste Möglichkeit kommt in Betracht, die Folie nach dem Ätzvorgang mit einer Farblösung zu benetzen, bei der sich die Ätzkegel durch ihre Kapillarwirkung mit der Farbflüssigkeit füllen. Durch Abwischen der auf den glatten Teilen des Plastikdetektors ruhenden Farbflüssigkeit wird dann das gewünschte Bild sichtbar. Es ist aber auch möglich, die benetzte Folie z. B. auf ein weißes Papier zu legen und fest anzupressen, so daß ein Teil der Farbflüssigkeit aus den Ätzkegeln austritt und auf das Papier anfärbt. Im Prinzip sind auch noch andere Verfahren denkbar. So ist es möglich, die geätzte Folie auf eine Metallplatte zu legen und auf der anderen Seite mit Hilfe einer Glimmentladung durch die Elektrode eines Elektrisierapparates die kegelförmigen angeätzten Auftreffstellen der Bruchstücke elektrisch zu durchschlagen und so kleine Löcher in die Detektörfolie zu brennen, deren Verteilung wiederum eine Abbildung des durchstrahlten Untersuchungsobjekts wiedergibt. Im Prinzip kann man dann die Übertragung des zunächst optisch nicht sichtbaren Bildes der Löcher in der Detektorfolie durch Auffüllung mit Farbe sichtbar machen oder man kann die vorhandenen Löcher zu einem Druckvorgang verwenden, bei dem die Folie eine Art Farbsiebklischee des Bildes darstellt, durch das man die Farbe z. B. auf Papier überträgt. Es ist natürlich im Prinzip auch möglich, auf die mit dem Schwellwertdetektor belegte Platte und die Plastikdetektorfolie ganz zu verzichten und dafür mit einer sehr kleinen elektronischen Schwellwertmeßsonde den Bildraum abzufahren und so das Bild punktweise abzutasten, um es dann in einem geeigneten Empfänger wieder aufzubauen. Dies wird im allgemeinen aber sehr lange Meßzeiten erfordern.The simplest possibility is to use the foil after the etching process to be wetted with a color solution, in which the etching cones are due to their capillary action fill with the color liquid. By wiping the on the smooth parts of the plastic detector The desired image is then visible when the color liquid is at rest. It is also possible, the wetted film z. B. to lay on a white paper and press firmly, so that part of the color liquid emerges from the etching cones and onto the paper stains. In principle, other methods are also conceivable. So it is possible to put the etched foil on a metal plate and on the other side with the help a glow discharge through the electrode of an electrifying apparatus the cone-shaped to puncture etched impact points of the fragments electrically and so small Burning holes in the detector film, the distribution of which is in turn a picture reproduces the irradiated examination object. In principle you can then use the Transmission of the initially optically invisible image of the holes in the detector film make visible by filling with color or you can make the existing holes for a printing process in which the film is a kind of color screen cliché of the Image, through which you can change the color z. B. transfers to paper. It is natural in principle also possible on the plate occupied with the threshold value detector and To do without the plastic detector foil altogether and instead use a very small electronic one Threshold measuring probe to move across the image space and thus to scan the image point by point, to then rebuild it in a suitable receiver. This will in general but require very long measurement times.

Claims

P a t e n t a n s F r ü c: 1 e

Method for radiography with neutrons, characterized in that that with fast neutrons the radiograph of an examination object manufactured by running on a uranium 238 or other threshold detector occupied plate can trigger nuclear fission and this by a plastic detector proves that only responds to split fragments.

Claim 2 Method according to Claim 1, characterized in that that the source of fast neutrons by an absorber for thermal and medium-fast Neutrons (e.g. cadmium, boron, gadolinium) and possibly also through an absorber for Gamma rays (e.g. 13th lead) are covered, essentially only the fast ones Lets through neutrons.

Claim 3 Method according to Claims 1 and 2, characterized in that that the threshold detector is not pure uranium 238, but depleted or also Natural uranium or other threshold value detectors for fission by fast neutrons Find use (Neptunium 237, Thorium 232).

Claim 4 Method according to Claims 1 to 2, characterized in that that one soaks the etched plastic detector foil with a colored liquid and they either directly or as a printing block to produce an optical image of the examination subject is used.

Claim 5 Method according to Claims 1 to 3 or 1 to 4, characterized in that the plastic detector film breaks through at the etching cones of the split fragments and thus creates a screen cliché of the Produces radiographic image that is used for printing purposes.