DE2822018A1 - Vorrichtung zur bestimmung einer neutronen-strahlung (dosimeter) - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Bestimmung einer Neutronen-Strahlung (Dosimeter)

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Neutronen-Strahlen-Dosis durch Bestimmung der elektrochemisch entwickelten Strahlenspuren an einem Dosimeter-Probenobjekt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen neuartigen, der Bestrahlung auszusetzenden Probekörper in Form eines Röhrchens und eine entsprechende Vorrichtung zur elektrochemischen Entwicklung der Strahlenspuren in dem Röhrchen auf.

Die Erfassung derartiger Neutronen-Bestrahlung, insbesondere mittels Probekörpern, welche Bedxenungspersonen in radioaktiven Räumen tragen, ist ein sehr schwieriges Problem.

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Ein solcher Dosimeter für schnelle Neutronen sollte folgenden Anforderungen genügen:

1. Er soll kompakt, billig und leicht erhältlich sein;

2. unempfindlich gegenüber X-, Gamma- und Beta-Strahlen sein;

3. er soll sämtliche während eines bestimmten ZeitIntervalls auftretende Neutronen-Strahlung summierend erfassen;

4. seine Empfindlichkeit soll unabhängig sein von der Luftfeuchtigkeit, der Temperatur, dem Licht und derartigen Einflüssen;

5. er soll Strahlendosen in der Größenordnung von etwa 0,001 rad erfassen;

6. er soll eine proportionale Empfindlichkeit in rad oder rem gegenüber unterschiedlichen Energien der Neutronen haben;

7. er soll unabhängig von der Strahlenrichtung sein;

8. er soll leicht zu interpretieren, also auszuwerten sein. Tausende derartiger Dosimeter müßten ausgewertet werden.

In einigen Ländern werden für die Dosimetrie des Bedienungspersonals bereits entsprechende Emulsionen als Dosimeter-

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körper verwendet, diese erfüllen aber nur die Bedingung unter No. 1, nicht diejenigen unter No. 2 bis 8.

Ferner ist es bekannt, Plättchen aus dielektrischem oder isolierendem Material als Dosimeterkörper zu verwenden, also diese Plättchen dem Neutronenbeschuß auszusetzen, sodann die latenten Neutronenspuren chemisch zu entwickeln, wodurch die Spuren so weit erweitert werden, daß sie durch ein Mikroskop ausgezählt werden können. Hierbei ist jedoch die Empfindlichkeit begrenzt. Ferner zeigeu diese Dosimeterproben bei der chemischen Entwicklung nur mikroskopisch kleine Spuren.

Ein großer Fortschritt auf diesem Gebiet ist erzielt worden in dem italienischen Patent 929 339 vom 6. Juli 1970.

Unterschiedlich zu der früheren Verfahrensweise wird dabei der Probekörper mittels einer flüssigen Reagenz behandelt bzw. entwickelt, und zwar mittels eines elektrisch leitenden Elektrolyten, wodurch in dem Probematerial längs der Beschüß-Spuren nadeiförmige Kanäle erhalten werden.

Durch Anwendung wechselnder elektrischer Felder auf die bestrahlten Plättchen, die zwischen Reagenzflüssigkeit enthaltende Zellen eingefügt sind, wird im Moment des Durchbruchs der nadeiförmigen Kanäle durch die Wandstärke des Plättchens eine Art Kurzschluß erzeugt, wobei ein gewisser Energiebetrag frei wird an der Durchbruchsstelle. Dieses

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Phänomen wurde öfter beobachtet. Dabei werden die Spuren so weit vergrößert, daß sie für das bloße Äuge sichtbar werden.

Gemäß diesem Patent wird also ein Probeplättchen der Bestrahlung durch ionisierte, geladene Partikel ausgesetzt. Das bestrahlte Plättchen wird dann zwischen zwei Zellen aus isolierendem Material eingefügt, in denen die Entwicklungsflüssigkeit, eine elektrisch leitende Flüssigkeit, eingegeben ist. Die Innenräume der beiden Zellen stehen miteinander in Verbindung, so daß also die gleiche Flüssigkeit beide Seiten des Probeplättcheus berührt. In die beiden Zellen wird je eine Elektrode eingetaucht, die Elektroden werden an einen Generator für sinusförmige oder pulsförmige Spannung angeschlossen. Auf diese Weise werden die latenten Spuren so weit entwickelt, daß sie sichtbar werden. Die Spuren werden dann ausgezählt mit dem bloßen Auge oder auch mit einem kleinen Mikroskop.

Diese bekannte Vorrichtung hat jedoch noch folgende Nachteile:

a) Die erhaltenen Verte sind abhängig von der Strahleurichtung (wird das Probeplättchen quer zur Stahlung gehalten, so erhält man naturgemäß die meisten Spuren).

b) Der Entwicklungsapparat mit den beiden Zellen ist relativ umständlich, es ist also schwierig, eine

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große Zahl von Dosimeterplättchen zu entwickeln.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Strahlendosen zu schaffen, die unabhängig von der Strahlenrichtung ist, und mit der eine große Vielzahl von Dosimeterproben jeweils gleichzeitig entwickelt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung ist also nicht wie bisher ein plättchenförmiger Dosimeterkörper vorgesehen, sondern ein Dosimeterkörper in Form eines Röhrchens, mit möglichst konstanter Wandstärke. Das Röhrchen kann aus dem gleichen Material wie bisher das Plättchen sein.

Dieses Dosimeterröhrchen ist naturgemäß unabhängig von der Richtung, aus der die Neutronen einfallen, gegenüber jeder Richtung weist das Röhrchen die gleiche Fläche auf.

Ein solches Röhrchen kann ferner viel einfacher entwickelt werden, und zwar werden jeweils immer mehrere bzw. viele Röhrchen gleichzeitig entwickelt. Und zwar werden mehrere "belichtete" Dosimeter-Röhrchen in einen Tank mit der Entwicklungsflüssigkeit eingetaucht; auch in die Röhrchen wird Flüssigkeit eingegeben. Je nach dem, ob Neutronenspuren an der Außenseite oder an der Innenseite des Röhrchens entwickelt

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werden sollen, wird die Entwicklerflüssigkext in den Tank bzw. in das Röhrchen selbst eingegeben, an die jeweils andere Seite des Röhrchens gelangt einfache, elektrisch leitende Flüssigkeit, die also je nach dem in den Tank oder in die Röhrchen eingegeben wird. Die Röhrchen ragen über die Flüssigkeitsspiegel hinaus, Innenraum und Außenraum sind also voneinander isoliert. In jedes Röhrchen ist eine Elektrode eingegeben, eine einzige Elektrode ist in den Tank eingehängt, die Elektroden sind entsprechend an den Generator angeschlossen. Die Vorrichtung wird vorzugsweise auf gleichbleibender Temperatur gehalten. Wie ersichtlich, kann die Anzahl der gleichzeitig entwickelten Dosimeter-Röhrchen praktisch beliebig erhöht werden.

Die entwickelten Röhrchen werden dann durch einen Lichtstrahl parallel zu ihrer Längsachse untersucht. Die entwickelten Neutronenspuren sind dabei dem bloßen Auge sichtbar, selbst wenn sie nur einige Dutzend Mikron stark sind.

Gemäß einer Variante kann der Boden des zylindrischen Proberöhrchens statt sphärisch flach sein, bei gleichbleibender Dicke. Der flache Boden kann dann ausgeschnitten und mittels eines Projektors projiziert, also vergrößert werden, wodurch das Auszählen der Spuren erleichtert wird.

Das Proberöhrchen kann im Querschnitt auch halbkreisförmig sein, mit flachem Boden. Das Proberöhrchen kann im Querschnitt _ 8Q3849/Q71f

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auch dreiseitig sein, ebenfalls mit flachem Boden.

Einige Varianten sind auch vorgesehen an dem Entwicklungsapparat, aufgrund der Tatsache, daß die Spuren willkürlich verteilt sind, sie finden sich an der inneren wie an der äußeren Oberfläche der Teströhrcheu.

Man kann also entweder die Spuren an der inneren oder an der äußeren Oberfläche entwickeln und sodann auszählen. Die längs der latenten Spuren chemisch angreifende Flüssigkeit (Entwicklerflüssigkeit) wird also jeweils in die Röhrchen bzw. in den Tank eingegeben, auf die andere Seite wird einfach leitende Flüssigkeit eingegeben. Wird nur von der einen Oberfläche her entwickelt, so ist die Empfindlichkeit in etwa halbiert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung des näheren beschrieben.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung zur elektrochemischen Entwicklung von Neutronenspuren an zwei Teströhrcheu gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt deu Apparat in einem vertikalen Querschnitt nach Linie II-II in Fig. 1, wobei der Impulsgenerator dazugezeichnet ist.

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Fig. 3 zeigt ein kreiszylindrisches Teströhrchen im Längsschnitt.

Fig. 4 ist der Querschnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3.

Fig. 5 zeigt im Längsschnitt nach Linie V-V der Fig. 6 ein Teströhrchen mit halbkreisförmigem Querschnitt;

Fig. 6 zeigt den entsprechenden Querschnitt.

Fig. 7 zeigt ein im Querschnitt dreieckiges Röhrchen im Längsschnitt nach Linie VII in Fig. 8, während

Fig. 8 den zugehörigen Querschnitt nach Linie VIII-VIII in Fig. 7 zeigt. .

Figuren 1 und 2 zeigen den erfindungsgemäßen Apparat zur elektrochemischen Entwicklung der Schadensspuren. In dem Tank 1 ist die Heagenzflüssigkeit für die elektrochemische Entwicklung enthalten. Ein Halter 3 hält die Proberöhrchen. Und zwar erstreckt sich über den Tank eine Platte mit Ausschnitten, in jeden Ausschnitt ist ein mit einem oberen Halteflansch versehenes Proberöhrchen 4 eingesetzt. Im Beispielsfalle sind zwei Proberöhrchen 4 vorgesehen. Ein Hochspannungsimpulsgenerator 8 ist einerseits an eine Elektrode 6 angeschlossen, die - durch ein weiteres Loch in der Halteplatte 3 hindurch - in die Entwickerflüssigkeit hineinragt; in jedes

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Proberöbrchen 4 ragt je eine Sammelelektrode 7, die an den anderen Pol des Generators S angeschlossen sind. Die wechselnde oder pulsierende Spannung des Generators 8 wirkt also auf jedes Froberöhrchen 4, welches zuvor bestrahlt wurde und dessen Neutronen-Strahlen-Spuren nun entwickelt und dann bestimmt werden sollen. Der Flüssigkeitsspiegel 2 innerhalb des Tanks 1 einerseits und der Spiegel 5 innerhalb jedes Proberöhrchens 4 sollten tiefer liegen als der Oberrand der Proberöhrchen, wegeu der elektrischen Isolierung.

Der Tank i kann in eine theraiostatisch kontrollierte Kammer eingesetzt sein, um die Entwicklungstemperatur konstant zu halten.

Fig. 3 und 8 zeigen verschiedene Formen der Dosimeter-Röhrehen. Das Röhrchen hat kreisförmigen, halbkreisförmigen oder prismatischen Querschnitt, es besteht aus isolierendem, transparentem Material, in das sich die Neutronenspuren einzeichnen, beispielsweise ein Polycarbonat.

Bei der Form der Proberöhrchen kommt es darauf an, daß sie unabhängig von der jeweiligen Strahlenrichtung auf die Bestrahlung reagieren. Ferner sollen keinerlei innere Spannung/ in den Proberöhrchen vorhanden sein, welche Spannungen von der Herstellung herrühren könnten und dann einen Neutronen-Beschüß vortäuschen könnten. Auch kommt es auf geringen Preis der Proberöhrchen an. Zweckmäßig wird ein schon anderweitig, bei-

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spielsweise für Zentrifugentests oder ein cheeisch-biologisches Teströhrchen verwendet. Die Röhrchen können kreiszylindrisch ■it halbkugelige« Boden oder flache« Boden sein, es kann auch ein Röhrchen ext dreiseitigem Querschnitt und flachen Boden (Fig. 7 und 8) verwendet werden.

hilligsten wäre ein beidseits offenes Röhrchen, jedoch WBO& dieses an einen Ende einen flüssigkeitsdichten Boden haben.

Mit einer Lippe bzw. einem Flansch sind die Röhrchen an der Halteplatte 3 festgehalten.

Zur elektrochemischen Entwicklung der Schadensspuren wird wie folgt vorgegangen:

Wenn die auf der äußeren Oberfläche ausmündenden Schadensspuren der Röhrchen entwickelt werden sollen, so wird die Entwicklerflüssigkext in den Tank eingegeben und ein Elektrolyt in die Teströhrehen; andernfalls, also wenn auf der inneren Wandung auftretende Spuren entwickelt werden sollen, so wird die Entwicklerflüssigkext in die Teströhrchen und einfaches Elektrolyt in den Tauk eingegeben. Sollen sowohl Spuren auf der Innenseite wie auf der Außenseite entwickelt werden, so wird Entwicklerflüssigkext in den Tank und in die Röhrchen eingegeben. Die Teströhrchen 4 werden dann in die Tankflüssigkeit eingetaucht (Fig. 2) und mittels der Halteplatte 3 aufrecht

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festgehalten und sodann mit Entwicklerflüssigkeit gefüllt, wenn ihre inneren Oberflächen entwickelt werden sollen oder mit leitender Flüssigkeit, wenn ihre äußeren Oberflächen entwickelt werden sollen. Der Flüssigkeitsstand innerhalb und außerhalb der Röhrchen sollte gleich sein. Darauf wird die Elektrode 6 in die Tankflüssigkeit eingegeben und je eine Elektrode 7 in jedes Röhrchen. Der Apparat wird in einen Raum mit gleichbleibender Temperatur eingegeben bzw. aufgestellt, die Elektroden 6, 7 werde;; au den Generator angeschlossen während einer vorbestimmten Zeitspanne, die abhängt von: a) der Frequenz und dem Effektivwert der Spannung, die während der ganzen Entwicklungszeit konstant gehalten werden; b) der Konzentration der Entwicklungsflüssigkeit; c) der Art und Dicke bzw. Wandstärke der Teströhrchen; d) der Temperatur der Entwicklerflüssigkeit, die ebenfalls konstant gehalten wird.

Diese Verfahrensweise ist anwendbar bei allen beschriebenen Teströhrchen. Nach dieser elektrochemischen Entwicklung werden die Teströhrchen untersucht durch einen Lichtstrahl parallel zu ihrer Längsachse oder mittels herkömmlicher manueller oder automatischer optischer Verfahren.

Während der elektrochemischen Entwicklung kann es vorkommen, daß die Wandung des Teströhrchens längs einer durchgehenden Neutronen-Spur gänzlich perforiert wird, also ein durchgehendes Loch erscheint. Ein solches Ereignis wird durch plötzliches Ansteigen der Stromstärke angezeigt. Es kann dann ein

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Detektor aktiviert werden, welcher das perforierte und damit unbrauchbar gewordene Röhrchen aussondert.

AusführunKsbeispjele:

Folgende Ausführungsbeispiele wurden erfolgreich getestet:

a) Der Tank besteht aus rostfreiem Stahl, er ist 30 cm lang, 20 cm breit und 15 cm hoch. Der Generator 8 liefert eine Sinusspannung von 10 KH und 3000 Volt Spitzenspannung;

b) sowohl im Tank wie in den Teströhrchen wird 30%ige KOH-Lauge eingegeben;

c) die zylindrischen Teströhrchen haben einen Außendurchmesser von 1,5 cm, eine Wandstärke von 1 mm, eine Länge von 8 cm, sie bestehen aus Polycarbonat MAKROLON (Handelsmarke der Firma Bayer).

Die Teströhrchen wurden einer Neutronenstrahlung von 14 Mev (Millionen Elektronen-Volt) Energie bei einer Strahlendosis von 0,1 rad ausgesetzt und dann in dem beschriebenen Apparat während 4 Stunden bei einer Temperatur von 25°C entwickelt. Die entwickelten Neutronenspureu hatten im Durchschnitt einen Durchmesser von 100 Micron.

Vorstehend ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben

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worden. Es können jedoch vielfältige Modifikationen und Varianten vorgenommen werden. Dies gilt besonders für die Form der Proberöhrchen. Die Röhrchen können im Querschnitt halbkreisförmig oder dreieckig sein, der Boden kann flach oder gewölbt sein.

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Claims (10)

PATENTANWÄLTE DR. ERNST STURM DR. HORST REINHARD Anmelder in: Comitato Nazionale per DIPL-ING. karl-Jürgen kreutz l'Energia Nucleare 8000 München 40, Leopoldstraße 20/IV Telefon: (089) 39 64 51 Telegramm: Isarpatent Bank: Deutsche Bank AG München Konto-Nr. 21/14171 (BLZ 70070010) Postscheck: München 97 56-809 Datum 18. Mai 1978 Kr/h Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Bestimmung einer Neutronen-Strahlen-Dosis
durch Bestimmung der elektrochemisch entwickelten Strahlenspuren an einem Dosimeter-Probenobjekt,
dadurch gekennzeichnet,

daß als der Strahlung ausgesetzte und zu entwickelnde Dosimeter-Objekte Röhrchen konstanter Waadstärke aus transparentem dielektrischem, von dem Elektrolyt angreifbarem Material vorgesehen
sind,

daß ein Tank für das Elektrolyt vorgesehen ist,
daß an bzw. auf dem Tank ein Halter vorgesehen ist, mittels
dessen die Röhrchen aus dem Flüssigkeitsspiegel herausragend
gehaltert sind, wobei Elektrolyt in die Röhrchen eingegeben ist, der Elektrolyt ist dabei von der Art, daß er den Werkstoff der
Röhrchen längs der Neutronenspuren angreift;

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eine Elektrode ist in den Tank eingetaucht, in jedes Röhrchen ist je eine Elektrode eingetaucht, die Elektroden sind mit einem Generator für alternierende oder pulsierende Spannung verbindbar.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosimeter-Röhrchen einen halbkreisförmigen Boden haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen an ihrem oberen Ende einen Flansch haben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosimeter-ßöhrchen frei von inneren Spannungen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet,

daß die Dosimeter-Röhrchen einen flachen Bodeu haben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen halbkreisförmigen Querschnitt und einen flachen Boden haben.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Dosimeter-Röhrchen dreieckigen Querschnitt und einen riachen Boden haben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß de η Elektrolyt ein Mittel zur chemischen Entwicklung der Neutronenspuren zugesetzt ist.

9. Verfahren zur Dosimetrie schneller Neutronen mittels eines Apparates nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Dosimeter-Objekte, insbesondere Dosimeter-Röhrchen werden in den Raum gebracht, dessen vermutliche Neutronenstrahlung bestimmt werden soll; die Röhrchen werden mittels des Halters an dem Tank angebracht;

in dem Tank oder in die Röhrchen oder in beide wird ein das Material der Röhrchen längs der Neutronenspuren angreifendes Elektrolyt eingegeben ;

in die Proberöhrchen bzw. den Tank (in die jeweils kein Elektrolyt eingegeben wurde) wird eine elektrisch leitende Flüssigkeit eingegeben; in jedes Teströhrchen wird eine Elektrode eingegeben;

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eine weitere Elektrode wird in den Tank eingegeben; die in die Tankflüssigkeit eingegebene Elektrode und die in die Röhrchen eingegebene Elektrode werden jeweils mit einem Pol des Generators verbunden während der zur Entwicklung der Spuren erforderlichen Zeitspanne .

10. Verfahren nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet,

daß die entwickelten Spuren mittels eines der Achse der Röhrchen.parallelen Lichtstrahls untersucht werden.

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