DE732312C

DE732312C - Verfahren zur Kohlenstoffbestimmung in metallischen Werkstoffen

Info

Publication number: DE732312C
Application number: DEK151254D
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Hermann Fahlenbrach; Dr Phil Nat Heinz Schlechtweg
Original assignee: Krupp Stahl AG
Current assignee: Krupp Stahl AG
Priority date: 1938-07-14
Filing date: 1938-07-14
Publication date: 1943-02-27

Description

Verfahren zur Kohlenstoffbestimmung in metallischen Werkstoffen Der in jedem Eisen vorhandene Kohlenstoff besitzt bekanntlich auf die Eigenschaften des Eisens einen, maßgeblichen Einfiuß. Es ist bekannt, daß nach die allerkleinsten C-Gehalte die physikalischen Eigenschaften des Eisens ganz erheblich beeinflussen. Es ist daher von großer wissenschaftlicher und technischer Bedeutung, diesen Kohlenstoffgehalt noch bis zu den. allerkleinsten Verunreinigungen hin quantitativ ermitteln zu können. Die chemische Analyse hat heute bei n/iooo% C-Gehalt praktisch eine Grenze der Anwendbarkeit. Sie ist außerdem bei so kleinen Gehalten nur nach sehr umständlichen Verfahren ausführhaz.
Nach der Erfindung wird ein ganz neuer Weg beschritten, um geringe Kohlenstoffgehalte in metallischen Werkstoffen zu bestimmen. Die Erfindung macht die Forschungsergebnisse der letzten Jahre auf dem Gebiet der künstlichen Radioaktivität für eine Methode zur genauen Kohlemsto-ffbestimmung im Eisen und in anderen metallischen Werkstoffen nutzbar. Sie benutzt die Tatsache, daß alle chemischen Elemente durch Bestrahlung mit den verschiedensten Elementarteilchen, nämlich durch a-Teilchen, durch Protonen, durch Deuteronen, durch Neutronen und durch y-Strahlen, künstlich radioaktiv gemacht werden können.--Der Prozeß der künstlichen Radioaktivität besteht dabei in einer Zertrümmerung der stabilen Atome durch die Elementarteilchen in instabile, zeitlich wieder zerfallene Atome. Diese instabilen bder radioaktiven Atome geben im Falle der künstlichen Radioaktivität beizen Zerfall je. ein Elektron ab, das je nach dem Atomzertrümmerungsvomgang positiv :oder negativ -elektrisch sein kann. Diese Elektronen lassen sich z. B., wenn sie auf ein Geiger-I1fIüllersches Zählrohr treffen, quantitativ zählen, da sie je eine Zählrohrentladung verursachen. Man kann also umgekehrt auch jedes radioaktive Atom beim. Zerfall zählen, indem man nur dafür sorgt, daß das -beim Zerfall .ausgestoßene Elektron ein Zählrohr trifft.
Das Verfahren nach der Erfindung zur Kohlenstoffbestimmung in metallischen Werkstoffen sieht demgemäß eine Bestrahlung des Werkstoffes mit solchen Elementarteilchen vor, die beim Auftreffen auf Kohlenstoffatome diese radioaktiv machen. Als Beispiel sei eine Bestrahlung mit Deu teronen genannt, die folgenden Zertrümmerungsprozei#'> verursacht:

C12 4. H' --->- N13 .+ n'; N i3 _> CM + e+

N1:, ist radioaktiv mit einer Halbwertzeit von etwa io Minuten. Der bestrahlte Werkstoff wird dann mit Geiger-Müllerschen Zählrohren umgeben und die durch die Atomzertrümmerung des Kohlenstoffs hervorgerufene künstliche Radioaktivität in den Zählrohren gemessen. Die Intensität der künstlichen radioaktiven Strahlung ist dann ein direktes Maß für den Kohlenstoffgehalt. Die Methode kann bei chemisch noch gut bestimmbaren Kohlenstoffgehalten geeicht werden. Der Kohlenstoffgebalt kann aber auch aus den Wirkungsquerschnitten der Atamkernprozesse, der Intensität der primären Strahlung und aus der geometrischen Anordnung von Zählrohr und Werkstoff berechnet werden.
Damit eine künstliche Radioaktivität, die von der primären Bestrahlung der anderen Legierungselemente des Werkstoffs herrühren kann, nicht stört, benutzt man zweckmäßig zur Bestrahlung elektrisch ,geladene Elementarteilchen, wie a-Strahlen, Protonen oder Deuteronen. Elektrisch geladene Elementarteilchen müssen nämlich, um in die Atomkerne eindringen zu können, :einen Pot:e@ntialberg überschreiten. Dieser Potentialberg steigt mit -wachsender Ordnungszahl ,ganz erheblich an. Nun besitzen die gebräuchlichen Legierungselemente ge;genüber dem Kohlenstoff eine wesentlich höhere Ordnungszahl. Die elektrisch geladenen Elemientarteilchen können also in solche Atomkerne kaum eindringen und daher keine oder nur wenig Veranlassung zu Störungen der Kohlenstoffradioaktivität geben.
Die Vorzüge der neuen Methode gegenüber der chemischen Analyse bestehen einmal darin, daß sie kleinere Kohlenstoffgehalte zu bestimmen gestattet. Es wurde schon erwähnt, daß jedes radioaktive Kohlenstoffatom beim Zerfall gezählt wird. Die Zählung jedes Kohlenstoffatoms ist danach die äußerste Genauigkeitsgrenze, die jedoch praktisch bei weitem nicht erreicht wird. Wesentlich für die Genauigkeit der neuen Methode. ist der Wirkungsquerschnitt oder die Ausbeute der den Werkstoff bestrahlenden Elementarteilchen. Bei dem schon erwäbnten Zertrümmerungsprozeß mit Deuteronen:

C12 +

werden bei Deuteronen der Energie o,5- i o6 eVolt je Deuteron 2 # i o-1 Kohlenstoffatome zertrümmert. Mit wachsender Elierl-ie nimmt diese Ausbeute ganz erheblich zu, und zwar exponentiell. Sie beträgt bei Deuteronen der Energie 2.5. i oo eVolt schon etwa j o--' Kohlenstoffatome. Da male im allgemeinen mit Zählrohren noch Ausbeuten von i o-11 künstlich radioaktive Atoinej e Deuteron bei den Deuteronenintensitäten unserer Kanalstrahlrohre messen kann, so würde man also mit Deuteranen der Energie 2,5# io', eVolt noch einen Kohlenstoffgehalt von io-6, also 1/lgooo0/u, feststellen können. Nun kann man aber schon Deuteronenenergien bis i o . i o'; eVolt verwirklichen. Da die Ausbeute, wie ausgeführt, exponentiell mit der Deuteronenenergie ansteigt, so wird bei höheren als 2,5- iol# eVolt Deuteronenenerg ien die Genauigkeit der C-ßestiminung in metallischen Werkstoffen noch sehr viel größer. Ein weiterer Vorzug der neuen Methode ist, daß bei ihr kein Material verhraucht wird. Da man zur chemischen Analyse kleinerer Kohlenstoffgehalte ,größere @laterialmengen als zur Analyse größerer Kohlenstolgehalte benötigt, so ist diese Erleichterung bei Werkstoffen mit sehr geringen Kohlenstoffgehalten häufig von Wichtigkeit. Ein weiterer Vorzug der neuen Methode gegenüber der chemischen Analyse besteht in einer bedeutend größeren Einfachheit des Arbeitsganges. Main braucht den Werkstoff, dessen Kohlenstoffgehalt man bestimmen will, nur mit den Elementarteilchen zu bestrahlen und die Intensität der Radioaktivität im geeichten Zählrohr zumessen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Kohlenstoffbestimmung in metallischen Werkstoffen, insbesondere eines niedrigen Kohlenstoffgehaltes in Stahl und Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff mit Elementarteilchen. insbesondere elektrisch geladenen Elementarteilchen, wie a-Strahlen, Protonen oder Deuteronen, bestrahlt wird und daL1 die durch die Atomzertrümmerung der Kohlenstoffatome entstehende künstliche Radioaktivität gemessen wird.