DE756988C - Verfahren und Einrichtung zur Abbildung der Intensitaetsverteilung langsamer Neutronen - Google Patents

Description

Es ist vorgeschlagen worden, zur Abbildung der Intensitätsverteilung in einem Strahl langsamer Neutronen eine Zwischenreaktion zu verwenden, bei der unter dem Einfluß der langsamen Neutronen geladene Teilchen oder Gammastrahlen entstehen, die einen Leuchtschirm erregen oder direkt oder indirekt eine photographische Schicht schwärzen. Es ist ferner vorgeschlagen worden, diese Neutronenreaktionen in einem Bildwandler zur Erzeugung von Leuchtschirmbildern oder photographischen Bildern zu verwenden. Es ist nun

sehr schwer möglich, einen nur langsame Neutronen enthaltenden Strahl zu erzeugen. In der Regel treten zugleich mit den langsamen Neutronen schnellere Neutronen auf, außerdem tritt in der Regel gleichzeitig eine Gammastrahlung auf, die ebenfalls, die Leuchtschirme erregt und die photographische Platte direkt oder indirekt schwärzt. Wenn die Austrittsöffnung nur einen sehr kleinen Bruchteil der gesamten Abschirmfläche ausmacht, machen die schnelleren ungewünschten Neutronen, soweit sie von den Abschirmmitteln

noch hindurchgelassen werden, wegen der vielfach größeren Strahlenfläche sich störend bemerkbar. Man muß also damit rechnen, daß ein Strahl langsamer Neutronen auch die unerwünschten schnelleren Neutronen enthält, die auf die Vorrichtungen zur Abbildung der langsamen Neutronen ebenfalls, wenn auch nur in geringem Maße, einwirken.

Bei der Anordnung nach der Erfindung zur ίο Abbildung der Intensitätsverteilung langsamer Neutronen in einem Strahlenbündel, das neben den langsamen Neutronen auch schnellere Neutronen und/oder Gammastrahlen enthält, und die insbesondere zur Abbildung von Gegenständen dient, werden die Neutronen nur während eines oder mehrerer kurzer Zeitabschnitte erzeugt, und ein Neutronenbildwandler, mittels dessen Hilfe die xAbbildung der Intensitätsverteilung der langsamen Neutronen vorgenommen wird, in einer solchen Entfernung von der Neutronenquelle angeordnet, daß bei ihm die langsamen Neutronen von den schnelleren Neutronen und/ oder den Gammastrahlen infolge ihrer Laufzeitdifferenz getrennt hintereinander eintreffen. Dabei werden die Betriebsspannungen des Neutronenbildwandlers so gesteuert, daß er nur während der Zeit abbildet, in der keine schnelleren Neutronen ihn durchlaufen. Der Neutronenbildwandler wird also jeweils erst dann in Tätigkeit gesetzt, wenn langsame Neutronen ihn durchlaufen. Da, wie bereits ausgeführt, die schnellen Neutronen wegen ihrer größeren Geschwindigkeit den Neutronenbildwandler früher durchlaufen als die langsamen Neutronen, kommen bei diesem Verfahren nur die langsamen Neutronen im Bildwandler zur Wirkung.

Die schnellen Neutronen und die Gammastrahlen wirken zwar, wenn auch in sehr geringem Maße, auch unmittelbar auf den Leuchtschirm bzw. die photographische Platte ein. Da jedoch während ihres Durchlaufens des Bildwandlers dieser nicht in Tätigkeit ist, fällt für diese seine verstärkende Wirkung fort, so daß die verbleibende unmittelbare Einwirkung der schnellen Neutronen und der Gammastrahlen auf den Leuchtschirm bzw. die photographische Schicht sich nicht störend bemerkbar macht.

Ist die Dauer der Neutronenstrahlerzeugung kurz genug und der Abstand des Bildwandlers von der Neutronenquelle groß genug. so durchlaufen ihn die Neutronen verschiedener Geschwindigkeit nacheinander. Man hat es daher bei dieser Anordnung in der Hand, durch Einstellung der Zeitdifferenz zwischen dem Aufhören der Neutronenstrahlerzeugung und der Inbetriebsetzung des Neu-So tronenbildwandlers nur Neutronen unterhalb einer bestimmten Geschwindigkeit zur Wirkung kommen zu lassen. Die obere Grenze der Geschwindigkeit der Neutronen bei einer bestimmten Einstellung der zeitlichen Verschiebung zwischen dem Aufhören der Neutronenstrahlerzeugung und der Inbetriebsetzung des Neutronenbildwandlers ist durch den Abstand des Bildwandlers von der Neutronenquelle gegeben. Je größer der Abstand des Neutronenbildwandlers von der Neutronenquelle ist, desto niedriger ist bei gegebener zeitlicher Verschiebung die obere Grenze der Geschwindigkeit der zur Wirkung gelangenden Neutronen.

Es bietet jedoch im allgemeinen keinen Vorteil, die Neutronenstrahlerzeugung langer auszudehnen als bis zu dem Zeitpunkt, in dem die ersten gewünschten langsamen Neutronen größter Geschwindigkeit gerade auf den Neutronenbildwandler auftreffen, weil der Bildwandler erst dann in Tätigkeit gesetzt werden darf, wenn die schnellen Neutronen und/oder die Gammastrahlen ihn durchlaufen haben, so daß durch eine weitere Ausdehnung der Neutronenerzeugung keine Steigerung der Intensität erreicht werden könnte.

Ein besonderer Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung ist, daß die photographische Platte bzw. der Leuchtschirm, obgleich sie stillstehen, der Wirkung von Neutronen unerwünschter Geschwindigkeit entzogen werden.

Die Figur zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der in einer nicht dargestellten Entladungsröhre erzeugte Ionenstrahl 1 trifft auf eine Substanz 2, beispielsweise Lithium, auf. in dem schnelle Neutronen erzeugt werden, die durch das umgebende Medium 3, beispielsweise Wasser, verlangsamt werden. Durch die wasserfreie Öffnung treten bei 4 die langsamen Neutronen aus. Aus der gleichen öffnung treten, wenn auch mit geringerer Intensität, schnellere Neutronen aus. Zur Erzielung eines möglichst engen Bündels langsamer Neutronen sind zwei Blenden 5 und 6 vorgesehen, von denen die eine, beispielsweise 5. zur Absorption-langsamer Neutronen dient, während der Schirm 6 die Röntgenstrahlung absorbiert. Das Strahlenbündel 7 enthält langsame und schnelle Neutronen, die in der schematischen Darstellung mit 8 und 11 bezeichnet sind. Diese Neutronen durchdringen zum Teil den zu untersuchenden Körper 9, so daß hinter diesem Körper die Intensitätsverteilung im Strahlenbündel eine andere ist als vor dem Körper. Mit dem Neutronenbildwandler 10 werden, solange er im Betrieb ist, beim Auftreffen der Neutronenleuchtsehirmbilder oder photographische Abbildungen erzeugt. Die Steuerung der Betriebsspannungen des Neutronenbildwandlers

und der Neutronenstrahlenquelle erfolgt in einem solchen Rhythmus, daß die unerwünschten schnelleren Neutronen' ι Γ den Bildwandler bereits verlassen haben, wenn dieser in Betrieb gesetzt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß der Neutronenbildwandler erst eine bestimmte Zeit nach dem Aufhören der Neutronenstrahlerzeugung in Betrieb gesetzt wird. Die einzustellende Zeitdauer der Neutronenstrahlerzeugung sowie die Zeitdifferenz zwischen dem Ausschalten der Neutronenstrahlerzeugung und Inbetriebsetzung des Neutronenbildwandlers ergibt sich in einfacher Weise aus den Zeiten, die die gewünschten langsamen Neutronen benötigen, um die Strecket zu durchlaufen, und die die langsamsten der unerwünschten schnelleren Neutronen zum Durchlaufen der Strecke!? benötigen.

Da die Gammastrahlen eine noch größere Geschwindigkeit haben als die schnellsten schnellen Neutronen, wird bei diesem Verfahren auch die Wirkung der Gammastrahlen nicht durch den Neutronenbildwandler verstärkt. In der gleichen Weise, wie die dem Strahl 7 angehörenden; Neutronen unerwünschter Geschwindigkeit von der Abbildung-durch den Bildwandler ausgeschaltet werden, werden auch die von dem übrigen Teil der Einrichtung ausgehenden unerwünschten schnellen Neutronen ausgeschieden.

Die Neutronenquelle kann wieder eingeschaltet werden, sobald die letzten der gewünschten langsamen Neutronen im BiIdwandler zur Wirkung gelangt sind. Da die schnellen Neutronen bzw. die Gammastrahlen eine außerordentlich hohe Geschwindigkeit haben, so daß die Strecke A in kürzester Frist durchlaufen wird, muß der Bildwandler vor dem Wiederbeginn der Neutronenerzeugung ausgeschaltet werden, damit er außer Betrieb ist, wenn die ersten schnellen Neutronen bzw. Gammastrahlen der neuen Folge ihn erreichen.

Die Steuerung der Neutronenquelle und des Bildwandlers wird zweckmäßig periodisch vorgenommen, um eine Überlagerung der Wirkungen zu erzielen. Die Kopplung der In- und Außerbetriebsetzung der Neutronenquelle wird zweckmäßig in an sich bekannter Weise elektrisch oder mechanisch durchgeführt. Es kann beispielsweise der Neutronenquelle und dem Neutronenbildwandler je eine periodische Spannung gleicher Frequenz zugeführt werden. Die Betriebsspannung des Bildwandlers muß dabei gegenüber der Betriebsspannung der Neutronenquelle nacheilen.

Beträgt der Abstand des Bildwandlers von der Neutronenquelle etwa 2 bis 3 m und besteht lediglich die Aufgabe, die schnellen Neutronen von den langsamen und denen mittlerer Geschwindigkeit zu trennen, so empfiehlt es sich, die Neutronenstrahlenquelle jeweils etwa ¹Z₁₀₀₀ Sekunde lang in Betrieb zu setzen. Diese Zeit benötigen nämlich die langsamen Neutronen, um die Strecket (2 bis 3 m) zu durchlaufen. Unmittelbar nach dem Abschalten der Neutronenstrahlenquelle wird der Neutronenbildwandler in Betrieb gesetzt, so daß die Neutronen gewünschter Geschwindigkeit nacheinander zur Einwirkung gelangen. Sobald die letzten der langsamen Neutronen im Bildwandler zur Wirkung gekommen sind, wird dieser außer Betrieb gesetzt und erneut die Neutronenquelle eingeschaltet. Bei diesem Beispiel müssen bis zum Wiedereinschalten alle langsamen Neutronen die Strecke A durchlaufen haben. Die Betriebsfrequenz der Neutronenstrählenquelle und des Bildwandlers beträgt daher etwa 500 Hz.

Es ist unter Umständen zweckmäßig, die Betrachtung des Leuchtschirmbildes beispielsweise durch mechanische Mittel auf die Zeit zu beschränken, in der der Leuchtschirm durch die gewünschten langsamen Neutronen auf dem Uniweg über die Zwischenreaktion bewirkt wird. Zu diesem Zweck kann beispielsweise in dem Strahlengang eines optischen Systems, das ein reelles oder virtuelles Bild des Leuchtschirmes erzeugt, eine mit der Frequenz des Bildwandlers den Betrachtungsstrahl freigebende, mechanisch bewegte Blende vorgesehen werden. Eine entsprechende Einrichtung kann auch bei der photographischen Abbildung des Leuchtschirmbildes, verwendet werden, sofern der Leuchtschirm nicht in unmittelbarer Nachbarschaft der photographischen Schicht angeordnet wird. Diese Verfahren haben den Vorteil, daß die unverstärkte Wirkung der schnellen; Neutronen und Gammastrahlen praktisch vollkommen ausgeschlossen wird. Es verbleibt lediglich die außerordentlich geringfügige Wirkung, die sich aus dem Nachleuchten der Leuchtschirmsubstanz ergibt.

Bei der Steuerung der Neutronenquelle ist es schwierig, verhältnismäßig große Leistungen zu beeinflussen, wenn man die Steuerung durch Ein- und Ausschalten der Betriebsspannung vornehmen will. Es ist daher oft zweckmäßiger, den Ionenstrahl während der Betriebspausen der Neutronenstrahlquelle so zu lenken, daß er nicht auf eine Neutronen emittierende Substanz auftrifft. Zu diesem Zweck kann man entweder den Ionenstrahl ablenken oder die zur Neutronenemission befähigte Substanz aus dem Strahlengang des Ionenstrahles entfernen. Ersteres kann in der üblichen Weise mit Hilfe elektrischer oder magnetischer Mittel auch auf mechanische Weise erreicht werden. Letzteres wird am einfachsten durch Rotation eines Körpers erreicht, dessen mit zur Neutronenemission

befähigter Substanz überzogene Teile jeweils nur während der gewollten Betriebszeiten der Neutronenstrahlenquelle in den Gang des Ionen strahl s gebracht werden. 5

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Verfahren und Einrichtung zur Abbildung der Intensitätsverteilung langsamer Neutronen in einem Neutronenstrahlbündel, das neben den langsamen Neutronen auch schnellere Neutronen und/oder Gammastrahlen enthält, insbesondere zur Abbildung von Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronen nur während eines oder mehrerer kurzer Zeitabschnitte erzeugt werden, und daß ein Neutronenbildwandler, mittels dessen die Abbildung der Intensitätsverteilung der langsamen Neutronen vor-

   ao genommen wird, in einer solchen Entfernung von der Neutronenquelle angeordnet ist, daß bei ihm die langsamen Neutronen von den schnelleren Neutronen und/oder den Gammastrahlen infolge ihrer

   as Laufzeitdifferenz getrennt hintereinander eintreffen, und daß die Betriebsspannungen des Neutronenbildwandlers so gesteuert werden, daß er nur während der Zeit abbildet, in der keine schnelleren Neutronen ihn durchlaufen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle und der Bildwandler periodisch betrieben werden, so daß eine Überlagerung der Wirkungen der einzelnen Arbeitsgänge eintritt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle durch Änderung der Betriebsspannung, insbesondere durch deren Ein- und Ausschaltung, gesteuert wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Neutronenerzeugung dienende Ionenstrahl während der Betriebspausen so gelenkt wird, daß er nicht auf eine zur Neutronenemission befähigte Substanz auftrifft.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Neutronenemission befähigte Substanz während der Betriebspausen aus dem Ionenstrahl entfernt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang eines optischen Systems, das ein reelles oder virtuelles Bild des Neutronenleuchtschirmbildes erzeugt, eine Blende mit der Frequenz des Neutronenbildwandlers bewegt wird, die den Betrachtungsstrahl nur während der Betriebszeit des Neutronenbildwandlers zur visuellen Beobachtung oder photograph ischen Abbildung mechanisch freigibt.

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