DE3443795A1 - TARGET FOR GENERATING NEUTRON BY Bombardment With Protons - Google Patents
TARGET FOR GENERATING NEUTRON BY Bombardment With ProtonsInfo
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Description
Beschreibungdescription
Target zum Erzeugen von Neutronen durch Beschüß mit ProtonenTarget for generating neutrons by bombarding them with protons
Die Erfindung betrifft ein Lithium-Target zum Beschüß mit Protonen, um Neutronen durch die Reaktion 4 Li (ρ, η) ι Be zu erzeugen, und eine Vorrichtung des handenseins einer ausgewählten Substanz in Erzen durch eine analoge Neutronenaktivierung, wie beispielsweise den Goldgehalt von goldführenden Erzen, zu erfassen.The invention relates to a lithium target for bombardment with protons to generate neutrons through the reaction 4 Li (ρ, η) ι Be, and a device for the presence of a selected substance in ores through an analogous neutron activation, such as the gold content of gold-bearing Ores, to capture.
Eine zweckmäßige,Golderze sortierende Anlage muß mehrere zehn Tonnen Golderze pro Stunde verarbeiten können und muß daher eine schnelle analytische Technik verwenden.A suitable, gold ore sorting plant must have several can process ten tons of gold ore per hour and must therefore use a fast analytical technique.
Eine geeignete Technik besteht in der Neutronenaktivie-A suitable technique is the neutron activation
1 Q7 rungsanalyse, bei der die Reaktion y'Au (n,n'y )1 Q7 analysis in which the reaction y 'Au (n, n'y)
Au verwendet wird, um in einem Erzbroc.ken vorhandenes Gold zu aktivieren, wobei die derart erzeugten Au-Kerne mit einer Halbwertszeit von ungefähr 7,8 Sekunden unter Aussenden von Y -Strahlen mit einer Energie von 279 keV zerfallen. Die britischen Patentbeschreibungen Nummern 2 055 465 B und 2 101 304 A , die "der US-PS 4 340 443 und der US-Patentanmeldung Nr. 383 686 vom 27.Mai 1982 entsprechen, beschreiben eine Vorrichtung zum Sortieren von goldführenden Erzen, in der Erzbrocken durch die vorhergehend genannte Reaktion aktiviert und die daraufhin ausgesandten Y -Strahlen erfaßt und analysiert werden, um den Goldgehalt der Erze zu bestimmen.Au is used to activate gold present in an ore lump, the Au cores produced in this way decaying with a half-life of approximately 7.8 seconds while emitting Y- rays with an energy of 279 keV. British Patent Specifications Nos. 2,055,465 B and 2,101,304 A, which correspond to "U.S. Patent 4,340,443 and U.S. Patent Application No. 383,686 dated May 27, 1982, describe apparatus for sorting gold-bearing ores in which Lumps of ore activated by the aforementioned reaction and the Y-rays emitted thereupon detected and analyzed in order to determine the gold content of the ores.
Eine solche Erzsortieranlage benötigt eine intensive Quelle schneller Neutronen, um die Aktivierung zu be-Such an ore sorting plant requires an intense source of fast neutrons to activate the
wirken, und eine mögliche Quelle ist ein Target, welches aus einer Lithiumschicht besteht, mit der eine Silberträgerplatte beschichtet ist,und wobei das Target mit Protonen beschossen wird. Jedoch werden durch den Beschüß in dem Target Wärme und Wasserstoff erzeugt, die für die Targetstruktur schädlich sein können. Bei dem vorhergenannten Target besteht beispielsweise die Neigung, daß sich Wasserstoffblasen an der Grenze zwischen dem Lithium und dem Silber bilden.act, and a possible source is a target, which consists of a lithium layer with a silver carrier plate is coated, and wherein the target is bombarded with protons. However, due to the bombardment generates heat and hydrogen in the target, which can be detrimental to the target structure. In the case of the aforementioned For example, there is a tendency for hydrogen bubbles to form at the boundary between the target Lithium and the silver form.
Erfindungsgemäß wird ein Target zum Erzeugen von Neutronen durch Protonenbeschuß geschaffen, welches wenigstens eine Folie aus Lithium und eine Struktur umfaßt, die die Folie innerhalb eines.Vakuum-Strahlrohres trägt, in der· sie mit einem Protonenstrahl beschossen wird, wobei die Struktur wenigstens einen durchgehenden Zwischenraum derart aufweist, daß ein Bereich der Folie diesen Zwischenraum überbrückt und an beiden Seiten davon dem Vakuum ausgesetzt ist.According to the invention, a target for generating neutrons is used created by proton bombardment, which comprises at least one foil of lithium and a structure which carries the film inside a.Vakuum-Strahlrohres, in which · she is bombarded with a proton beam, whereby the structure has at least one continuous interspace such that a region of the film has this interspace is bridged and exposed to the vacuum on both sides of it.
Beim Einsatz des Targets trifft der Protonenstrahl vorzugsweise wenigstens während des größten Teils der Zeit auf den Bereich der Folie, der den Zwischenraum überbrückt .When using the target, the proton beam is preferably incident at least for most of the time on the area of the film that bridges the gap.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lithiumfolie nahe einer Endwand des Strahlrohres getragen, wobei die Endwand aus einem Material besteht, welches einen kleinen Wechselwirkungsquerschnitt für NeutronenIn a preferred embodiment, the lithium foil is carried near an end wall of the radiant tube, wherein the end wall is made of a material that has a small interaction cross-section for neutrons
3Q von der Folie aufweist und durch welches Wasserstoff ausreichend schnell diffundieren kann, um eine Ansammlung von Wasserstoff innerhalb des Strahlrohres zu verhindern. Die Endwand kann aus Palladium bestehen und geheizt werden, um eine schnelle Diffusion von Wasserstoff sicher-3Q from the foil and through which hydrogen is sufficient can diffuse quickly in order to prevent an accumulation of hydrogen within the radiant tube. The end wall can be made of palladium and heated to ensure rapid diffusion of hydrogen.
Og zustellen.Deliver og.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Tragestruktur eine Platte, die wenigstens einen wesentlichen Winkelzwischenraum durch sie hindurch begrenzt, und die Folie überbrückt, den Zwischenraum oder die Zwischenräume, wobei sie auf jeder Seite des Zwischenraumes oder eines jeden Zwischenraums gehalten wird.In a preferred embodiment, the support structure comprises a plate defining at least a substantial angular space therethrough, and which Foil bridges the space or spaces, being on either side of the space or space of each gap is held.
Somit schafft die Erfindung ein Target, um als Neutronenquelle hoher Energie zu wirken, von der man annehmen kann, daß sie geringere Beschädigungen aufweist, als bekannte Targets,und die Neutronen mit einem relativ gut definierten Energiebereich erzeugt, da die Dicke des Lithiums gut festgelegt werden kann.Thus, the invention provides a target to act as the high energy neutron source believed to be can that it has less damage than known targets, and the neutrons with a relatively Well-defined energy range is generated because the thickness of the lithium can be well determined.
Die Erfindung schafft ebenfalls einen Strahler zum Bestrahlen von Erzbrocken zum Feststellen des Vorhandenseins einer ausgewählten Substanz in dem Brocken, wobei der Strahler als Neutronenquelle das vorhergehend definierte Lithiumtarget aufweist.The invention also provides an emitter for irradiating chunks of ore to determine their presence a selected substance in the lump, the emitter defined above as the neutron source Has lithium target.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert- Es zeigt:The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the drawings. It shows:
Figur 1 ein Flußdiagramm einer Golderzsortiervorrichtung, die ein Lithiumtarget nach der Erfindung aufweist,Figure 1 is a flow diagram of a gold ore sorting apparatus employing a lithium target in accordance with the invention having,
Figur 2 eine Schnittdarstellung des Lithiumtargets gemäß Figur 1, undFIG. 2 shows a sectional illustration of the lithium target according to FIG. 1, and
Figur 3 eine Ansicht des Lithiumtargets in der Richtung des Teils A in Figur 2.FIG. 3 is a view of the lithium target in the direction of part A in FIG.
Gemäß Figur 1 umfaßt eine Golderzsortiervorrichtung einen Gesteinzerkleinerer und Klassifizierungsvorrichtung 2, denen abgebautes Erz zugeführt wird, in denen das ErzReferring to Figure 1, gold ore sorting apparatus includes a rock crusher and classifying apparatus 2, to which mined ore is fed, in which the ore
-X--X-
zu Brocken zerkleinert wird und von denen ein Strom von Brocken mit einer Größe von einer Maschenweite von ungefähr 75 mm ausgeht, während Brocken mit einer kleineren Größe als einer Maschenweite von ungefähr 35 mm abgewiesen werden. Der Strom von Brocken gelangt durch eine Bestrahlungskammer k in der Nähe eines Lithiumtargets 5, welches im einzelnen noch beschrieben .wird,und dann gelangen alle die Brocken an einer γ -Strahlendetektor-, anordnung 6 vorbei, die ausgebildet ist, γ -Strahlen mit einer Energie von 279 keV festzustellen, die von dem Zerfall der y 'mAu-Kerne herkommen und so das Vorhandensein von Gold in den Erzbrocken anzeigen. Jeder Erzbrocken wird einzeln mit der Detektoranordnung 6 untersucht, um herauszufinden, ob sein Goldgehalt über oder unter einer vorgegebenen Konzentration liegt. Die kritische Konzentration liegt typischerweise im Bereich von 0,5 bis 5 ppm und kann beispielsweise auf 1 ppm eingestellt werden. Jeder Erzbrocken gelangt dann zu einer Sortiervorrichtung 8, die so ausgebildet ist, daß sie über ein Kabel 7 auf die Signale von der Detektoranordnung 6. anspricht und jeden Erzbrocken in einen von zwei Ausgangsströmen in Abhängigkeit davon sortiert, ob die Goldkonzentration in dem Brocken oberhalb oder unterhalb der vorbestimmten Konzentration liegt.is crushed into chunks and from which a stream of chunks with a mesh size of about 75 mm emanates, while chunks with a size smaller than a mesh size of about 35 mm are rejected. The stream of lumps passes through an irradiation chamber k in the vicinity of a lithium target 5, which will be described in detail later, and then all of the lumps pass a γ radiation detector arrangement 6 which is designed to carry γ rays with a determine energy of 279 keV, the profile of the collapse of the y 'm gold cores are coming from and so the presence of gold in the ore lumps. Each ore chunk is examined individually with the detector arrangement 6 in order to find out whether its gold content is above or below a predetermined concentration. The critical concentration is typically in the range from 0.5 to 5 ppm and can be set to 1 ppm, for example. Each ore chunk then arrives at a sorting device 8 which is designed so that it responds via a cable 7 to the signals from the detector arrangement 6 and sorts each ore chunk into one of two output streams depending on whether the gold concentration in the chunk is above or below is below the predetermined concentration.
Die Zerkleinerungs- und Klassifiziervorrichtung 2 und die Sortiervorrichtung 8 können von auf diesem Gebiet der Technik bekannter Art sein, während die Detektoranordnung 6 so ausgebildet sein kann,wie sie näher in den vorhergehenden Beschreibungen beschrieben ist, auf welche Bezug genommen wird; die Zerkleinerungs- und Klassifiziervorrichtung 2, die Sortiervorrichtung 8 und die Detektoranordnung 6 sind nicht Gegenstand der Erfindung. . .The shredding and classifying device 2 and the sorting device 8 can be used in this field the type known in the art, while the detector arrangement 6 can be designed as shown in more detail in FIG the foregoing descriptions to which reference is made; the shredding and Classifying device 2, sorting device 8 and detector arrangement 6 are not the subject of the invention. . .
Ep wird auf die Figuren 2 und 3 Bezug genommen. Das Lithiumtarget 5· ist an einem Ende eines evakuiertenEp is referred to FIGS. 2 and 3. That Lithium target 5 · is at one end of an evacuated one
Strahlrohres 10 angeordnet, durch welches ein Strahl von ImA von 4,5 MeV Protonen während des Betriebes der Vorrichtung gemäß Figur 1 hindurchgeht. Das Target 5 umfaßt eine kreisförmige Halteplatte 12 aus Aluminium, die aus einer inneren Nabe 14, drei konzentrischen Ringen 16 und einem äußerem Ring 18 besteht, die durch drei gleichbeabstandete, radiale Streben 20 (nur eine von diesen erstreckt sich bis zu der Nabe 14) verbunden sind, um vier konzentrische Zwischenräume 24 im wesentliehen ringförmiger Form zu begrenzen, die von den Streben 20-überkreuzt werden. Die vier Zwischenräume 24 werden jeweils von vier ringförmigen Lithiumfolien 30 überbrückt, von denen jede eine Breite von 30 mm'und eine Dicke von 0,3 mm aufweist und längs ihrer Ränder an der Halteplatte 12 befestigt sind. Eine kleine öffnung 32 durch die Mitte der Nabe 14 stellt sicher, daß kein Druckunterschied zwischen den zwei Seiten der Halteplatte 12 vorliegt, und die Halteplatte 12 ist an ihrem Umfang an der Wand des Strahlrohres 10 befestigt. Fünf Rohre 34,35,36, 37 und 38 sind längs konzentrischer Kreise mit der Nabe 14, den drei Ringen 16 bzw. dem äußeren Ring 18 verbunden und ihre Enden erstrecken sich radial nach außen und gehen durch die Wand des Strahlrohres 10 hindurch. Die radialen Abschnitte der Rohre 34, 35 und 36 sind zu den Streben 20 ausgerichtet.Beam tube 10 arranged through which a beam of ImA of 4.5 MeV protons during operation of the Device according to Figure 1 passes. The target 5 comprises a circular holding plate 12 made of aluminum, consisting of an inner hub 14, three concentric Rings 16 and an outer ring 18 consists of three equally spaced, radial struts 20 (only one extending from these up to the hub 14) are connected to four concentric spaces 24 essentially To limit annular shape, which are crossed by the struts 20-. The four spaces 24 become bridged by four ring-shaped lithium foils 30, each of which has a width of 30 mm 'and one Has a thickness of 0.3 mm and are attached to the retaining plate 12 along their edges. A small opening 32 through the center of the hub 14 ensures that there is no pressure difference between the two sides of the retaining plate 12 is present, and the holding plate 12 is fastened at its periphery to the wall of the jet pipe 10. Five tubes 34,35,36, 37 and 38 are along concentric circles with the hub 14, the three rings 16 and the outer one, respectively Ring 18 connected and their ends extend radially outward and go through the wall of the jet pipe 10 through. The radial sections of tubes 34, 35, and 36 are aligned with struts 20.
Gemäß Figur 2 befindet sich,über dem Ende des Strahlrohres 10,ungefähr 20 mm von der Lithiumfolie 30 entfernt, eine Palladiumplatte 40, die ausreichend dick ist, einem Druckunterschied von einer Atmosphäre zu widerstehen,und die einen Umfangsrand 42 aufweist. Eine Endplatte 44 aus Kupfer ist um den Rand 42 herum befestigt und weist zwei durchmessermäßig einander gegenüberliegende Öffnungen46 auf·, die mit Leitungen 48 verbunden sind.According to Figure 2 is located above the end of the jet pipe 10, about 20 mm from the lithium foil 30, a palladium plate 40, which is sufficiently thick, to withstand a pressure difference of one atmosphere, and which has a peripheral edge 42. An end plate 44 made of copper is secured around the rim 42 and has two diametrically opposite openings 46 which are connected to lines 48.
Beim Betrieb der Vorrichtung gemäß Figur 1 wird der Protonenstrahl längs des Strahlrohres 10 in Richtung zuWhen operating the device according to Figure 1, the proton beam is along the beam tube 10 in the direction of
dem Target 5 beschleunigt und über jede Lithiumfolie aufeinanderfolgend herumgeführt. Gleichzeitig fließt eine Kühlflüssigkeit,wie z.B. Wasser,durch.die Rohre bis 38, um sicherzustellen, daß die Temperatur des Lithiums nicht dessen Schmelzpunkt von 186°. C erreicht, und Luft strömt durch die Leitungen 48, so daß sie über eine Seite der Palladiumplatte 40 strömt und so übermäßige Wärme von dieser entfernt.the target 5 is accelerated and guided around successively over each lithium foil. Simultaneously flows a coolant such as water passes through the pipes to 38 to ensure that the temperature of the lithium not its melting point of 186 °. C is reached, and air flows through lines 48 so that they are over a Side of the palladium plate 40 flows, removing excessive heat therefrom.
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Als Ergebnis der Kernreaktion L Li (ρ, η) ί Be tritt ein intensiver Fluß schneller Neutronen mit einer Energie zwischen ungefähr 0,6 MeV und 2,8 MeV aus dem Target 5 aus/ um die durch die anschließende Bestrahlungskammer (siehe Figur 1) hindurchgehenden Erzbrocken zu bestrahlen. Die Dicke der Lithiumfolie 30 und die Energie der auftreffenden Protonen bestimmt den Energiebereich der ausgesandten Neutronen. Der WechselwirkungsqüerschnittAs a result of the nuclear reaction L Li (ρ, η) ί Be, an intense flow of fast neutrons with an energy between approximately 0.6 MeV and 2.8 MeV emerges from the target 5 / around the through the subsequent irradiation chamber (see Figure 1) to irradiate lumps of ore passing through. The thickness of the lithium foil 30 and the energy of the incident protons determine the energy range of the emitted neutrons. The interaction cross-section
197 - · zur Aktivierung von Goldkernen Au weist ein Maximum bei ungefähr 2,5 MeV auf,und Neutronen mit einer Energie zwischen 0,6 MeV und 2,8 MeV können diese Aktivierung bewirken, wobei die Energie nicht ausreicht, die Aktivierung durch (n, p) -Reaktionen anderer Elemente hervorzurufen, welche wahrscheinlich in dem Erz vorhanden sind·, wie z.B. Aluminium und Silicium. Für Neutronen mit einer Energie unterhalb von ungefähr 0,6 MeV ist es unwahrscheinlich, daß sie Goldkerne aktivieren, jedoch können sie eine Aktivierung durch (n, V* ) -Reaktionen bei beispielsweise Aluminium hervorrufen und sind nicht erwünscht. Die Dicke der Folie 30 , welche in diesem Fall 0,3 mm beträgt, wird durch diese Überlegungen bestimmt. Man erkennt, daß, da ein Vakuum auf beiden Seiten der Folie 30 vorliegt, die Teile der Folie 30, welche die Zwischenräume 24 überbrücken, nur ihr eigenes Gewicht halten müssen.197 - · for the activation of gold cores Au has a maximum at about 2.5 MeV, and neutrons with an energy between 0.6 MeV and 2.8 MeV can activate this cause, whereby the energy is not sufficient to bring about the activation by (n, p) -reactions of other elements, which are likely to be present in the ore, such as aluminum and silicon. For neutrons with an energy below about 0.6 MeV, they are unlikely to activate gold nuclei, however they can be activated by (n, V *) reactions in the case of aluminum, for example, and are not desirable. The thickness of the film 30, which in this case is 0.3 mm, is determined by these considerations. You can see that there is a vacuum on both Side of the film 30 is present, the parts of the film 30 which bridge the spaces 24, only their own Have to hold weight.
Diejenigen Protonen, welche die vorhergehend genannte Reaktion mit Lithium-Atomen nicht ausführen, treten ausThose protons which do not carry out the aforementioned reaction with lithium atoms emerge
üe-.r Lithiumfolie 30 mit einer Energie von ungefähr 3,3 MeV aus und treffen dann auf die Palladiumplatte 40, in der ihre Energie durch Stöße mit dem Palladiumgitter in Wärme umgewandelt wird. Die Platte 40 wird somit aufgeheizt, wobei ihre Temperatur durch die durch die Leitungen 48 fließende Luft gesteuert wird, und Wasserstoffatome (d.h. Protonen, welche abgebremst worden sind) diffundieren schnell durch die heiße Platte 40 und werden mit dem Luftstrom entfernt. üe-.r lithium foil 30 with an energy of approximately 3.3 MeV and then hit the palladium plate 40, in which its energy is converted into heat by collisions with the palladium grid. The plate 40 is thus heated, its temperature being controlled by the air flowing through the conduits 48, and hydrogen atoms (ie, protons that have been decelerated) rapidly diffuse through the hot plate 40 and are removed with the flow of air.
Man sieht, daß, da die Lithiumfolie 30 durch einen Zwischenraum von ungefähr 20 mm von der Platte 40 getrennt ist, die Platte 40 auf eine Temperatur weit oberhalb des Schmelzpunktes von Lithium erwärmt werden kann, wobei eine Wärmeübertragung über den Zwischenraum lediglich durch Wärmestrahlung erfolgt. Infolgedessen ist die Diffusionsrate von Wasserstoff durch die Platte 40 größer, als bei einer Platte 40, die auf einer niederen Temperatur gehalten wird. Ferner kann, obgleich für die Platte 40 angegeben worden ist, daß sie aus Palladium besteht, ein anderes Metall wie z.B. Niobium verwendet werden, durch welches Wasserstoff mit einer ausreichend schnellen Rate diffundiert.It can be seen that, since the lithium foil 30 by a Clearance of about 20 mm from the plate 40, the plate 40 to a temperature wide can be heated above the melting point of lithium, with a heat transfer via the gap occurs only through thermal radiation. As a result, the rate of diffusion of hydrogen through the Plate 40 is larger than that of a plate 40 that is kept at a low temperature. Furthermore, although plate 40 has been stated to be made of palladium, another metal such as e.g. Niobium can be used, through which hydrogen diffuses at a sufficiently rapid rate.
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