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Vorrichtung zum Messen der Intensität eines Strahles langsamer Neutronen
mittels einer Ionisationskammer Die Erfindung betrifft ein Neutronendosimeter, mit
dem man die jeweilige Neutronenintensität direkt messen kann. Zum Nachweis der nicht
oder nur sehr wenig ionisierenden Neutronen geht man dabei von einer bestimmten
Zwischenreaktion ` aus, bei der stark ionisierende Teilchen durch die Neutronen
erzeugt werden. Es ist bekannt, zu diesem Zweck die Reaktion zao + B" = Li7 + schnelles
a-Teilchen zu benutzen. Die durch die langsamen Neutronen aus der Borschicht ausgelösten
o:-Teilchen erzeugen in dem Gas der Ionisationskammer Ionen, die zum Nachweis der
Neutronen benutzt werden. Es ist jedoch mit der bekannten Einrichtung nur schwer
möglich, die Intensität eines engbegrenzten, schwachen Neutronenstrahlenbündels
zu messen: Die Reaktionsschichten der Kammer sprechen nämlich auf Neutronen eines
ganzen Geschwindigkeitsbereiches an. Das Dosimeter spricht daher auch auf Neutronen
an, die erheblich.' größere Energie haben als die thermischen: Neutronen, die in
überwiegender Zahl bei den üblichen Quellen für langsame Neutronen aufzutreten pflegen.
Wenngleich das Dosimeter auf diese schnellen Neutronen nur sehr wenig anspricht,
so machen sich diese doch gegenüber der Wirkung eines sehr schmalen Strahlenbündels
thermischer Neutronen störend bemerkbar, da die schnellen Neutronen, z. B. an den
Wänden des Beobachtungsraumes gestreut, nicht nur durch die Blendenöffnung des Dosimeters,
sondern auch von 'allen Seiten in dasselbe eintreten. Um das Dosimeter gegen diese
störenden Neutronen abzuschirmen, müßte man es mit sehr dicken Absorptionsschichten
umgeben. Es ist aber sehr schwierig, auf diese Weise die störenden Neutronen des
gesamten Geschwindigkeitsbereiches, der von dem Dosimeter noch mit merklicher Empfindlichkeit
angezeigt wird, von ihm fernzuhalten.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Neutronendosimeter, das besonders
zum Ausmessen
engbegrenzter Neutronenstrahlenbündel geeignet ist.
Bei ihm werden Zwischenreaktionssubstanzen verwendet, die bevorzugt auf Neutronen
eines engbegrenzten Geschwindigkeitsbereiches ansprechen. Die Wände des Dosinieters
nach der Erfindung sind mit einem Neutronen dieses Geschwindigkeitsbereiches stark
absorbierenden Überzug überzogen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß das Dosimeter
nur auf die durch seine Eintrittsöffnung eintretenden Neutronen des engbegrenzten
Geschwindigkeitsbereiches anspricht, denn seine Zwischenreaktionssubstanz spricht
auf Neutronen anderer Geschwindigheit, wie sie beispielsweise von den Wänden des
Beobachtungsraumes gestreut werden, nicht an, und die Neutronen des engbegrenzten
Geschwindigkeitsbereiches, die in anderer Dichtung als der Meßrichtung auf das Dosii,ieter
treffen, werden durch den erwähnten, eutronen dieses Geschwindigkeitsbereiches stark
absorbierenden Überzug von der Einwirkung auf das Dosimeter ausgeschlossen.
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Wenn es sich um die Aufgabe handelt, die Intensität von Neutronen
mit größerer Energie, als sie thermische Neutronen besitzen, zu messen, so ist es
in der Regel am zweckmäßigsten, die Zwischenreaktionsschicht und die neutronenabsorbierende
Schutzschicht aus dem gleichen Werkstoff herzustellen, da es meist sehr schwierig
ist, verschiedene Werkstoffe zu finden, die Neutronen des gleichen Geschwindigkeitsbereiches
selektiv absorbieren oder die wenigstens in der Lage sind, die Neutronen desjenigen
Geschwindigkeitsbereiches stark z_u # absorbieren, der bei der Anwendung des Werkstoffes
als Zwischenreaktionsschicht besonders stark zur Messung gelangt. Die Absorptionsschicht
und die Zwischenreaktionsschicht brauchen nicht unbedingt aus identischem Material
hergestellt zu sein. Es genügt häufig, daß beide die gleichen neutronenempfindlichen
Substanzen in irgendeiner Form enthalten.
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Da die thermischen Neutronen bei der praktischen Erzeugung langsamer
Neutronen in verhältnismäßig großem Umfange neben den Neutronen des jeweils gewünschten
Geschwindigkeitsbereiches erzeugt werden, empfiehlt es sich, falls eine Strahlung
von Neutronen finit größerer Energie, als sie die thermischen Neutronen besitzen,
ausgemessen werden soll, außer der erwähnten Schutzschicht noch eine zusätzliche
Schutzschicht zur Absorption der thermischen Neutronen anzubringen oder die erwähnte
Schutzschicht mit einer zu diesem Zweck geeigneten Substanz zu mischen.
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Wenn es sich darum handelt, die Intensität eines räumlich engbegrenzten
Strahlenbündels thermischer Neutronen mit Hilfe des Dosimeters zu messen, so ist
es am .einfachsten, die Schutzschicht und die Zwischenreaktionsschicht aus dem gleichen
Werkstoff herzustellen, der lediglich auf thermische Neutronen reagieren bzw. sie
absorbieren muß. Als besonders geeignet hat sich die Verwendung von Gadolinium zu
diesem Zweck erwiesen. Dieses Gadolinium absorbiert nämlich thermische Neutronen
außerordentlich stark selektiv und sendet dabei eine verhältnismäßig stark ionisierende
Strahlung aus.
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Die Fig. i zeigt in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Ein Behälter i besteht zum Schutz gegen Röntgenstrahlen und Gammastrahlen
aus der Neutronenquelle aus Eisen, Blei oder einem anderen Schwermetall und ist
innen oder außen mit einem Überzug aus einem neutronenabsorbierenden Material e
überzogen, und zwar an den Stellen, an denen das auszumessende Neutronenstrahlenbündel
nicht eintreten soll. An der einen Seite ist in dem neutronenabsorbierenden Überzug
ein Eintrittsfenster 3 vorgesehen. Die durch dieses Fenster eintretenden Neutronenstrahlen
q. treffen im Innern der lonisationskaminer auf eine oder mehrere Schichten 5 aus
einer Zwischenreaktionssubstanz, die auf Neutronen eines engbegrenzten Geschwindigkeitsbereiches
reagiert, z. B. Gadolinium, und auf Neutronen möglichst wenig absorbierende Träger
6 aufgetragen ist. Aus diesen Zwischenreaktionsschichten werden durch die Neutronen
geladene Teilchen ausgelöst, die durch das elektrische Feld zwischen der Zwischenreaktionsschicht
5 oder ihrem etwaigen leitenden Träger 6 einerseits und einer Hilfselektrode 7 oder
einer anderen Zwischenreaktionssubstanzschicht oder deren Träger andererseits beschleunigt
werden. Die Potentialdifferenz zwischen den einzelnen Elektroden bzw. Schichten
von Zwischenreaktionssubstanz wird etwa auf 5oo Volt gehalten. Die Elektroden- bzw.
Schichtabstände wählt man möglichst von der Größenordnung der Reichweite der Teilchen
im Füllgas der Ionisationskammer. Zur weiteren Verringerung der Elektroden- bzw.
Schichtabstände bei gleichem Ionisationsstrom kann man die Reichweite der Teilchen
im Füllgas herabsetzen, indem man beispielsweise den Druck des Füllgases erhöht
oder ein schweres Füllgas verwendet.
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Die durch die Teilchen gebildeten Ionen werden bei der dargestellten
Anordnung durch die mit dem Elektrometer verbundenen Elektroden gesammelt und beispielsweise
dem Gitter der Elektronenröhre 8 durch die Öffnung 9 zugeführt. In diesem Teil des
Gefäßes i ist auch der hochohmige Gitterableitungswiderstand io untergebracht. Die
Zuleitungen
zum äußeren Stromkreis, dem Galvanometer, den Anoden-
und Heizbatterien sind durch das Rohr i i nach außen geführt. Das Galvanometer zeigt
die Neutronenintensität unmittelbar ablesbar an, da der Ausschlag der Neutronenintensität
direkt entspricht.
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Durch die besondere Formgebung des die Zwischenreaktionssubstanz enthaltenden
Teiles des Gefäßes i und der Zwischenreaktionssubstanzschichten 5 werden nur Neutronenstrahlen,
die etwa die Richtung des Pfeiles q. haben, zur Anzeige gebracht, während Neutronen
anderer Richtung durch das neutronenabsorbierende Material e abgefangen werden.
Zur Verstärkung der Richtwirkung muß das Rehr 2 entgegen der Richtutig des Pfeiles
q. um ein Vielfaches seines Durchmessers verlängert werden, wie in der Figur gestrichelt
angedeutet ist. Zur Feststellung des Nullausschlages wird die Eintrittsöffnung,
des Rohres 2 mit einer Scheibe oder Kappe i2 aus neutronenabsorbierendem Material
vorübergehend verschlossen.
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Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist das Elektrometerrohr in dem zylindrischen,
die Zwischenreaktionssubstanzschichten enthaltenden Behälter selbst untergebracht.
Die Vorrichtung entspricht im übrigen der nach Fig. i. Es ist jedoch eine Hilfselektrode
7 vorgesehen, die die Gasionen auf die mit der Elektronenröhre verbundenen Elektroden
drückt. Zur schärferen Ausblendung des Neutronenstrahls können an den Stellen 3
bzw. 1q. Blenden mit engeren öffnungen vorgesehen werden.