DE760592C

DE760592C - Process for the investigation of material bodies using neutrons as imaging radiation

Info

Publication number: DE760592C
Application number: DEL103539D
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr Phil Kallmann; Ernst Dr Nat Dr Phil Kuhn
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1941-03-04
Filing date: 1941-03-04
Publication date: 1954-07-26
Also published as: FR881265A; CH225450A

Description

Bei der Aufnahme von stofflichen Körpern mittels Neutronen als abbildender Strahlung treten gelegentlich nur verhältnismäßig geringe Kontraste auf, wenn entweder die Absorptionskoeffizienten der benachbarten Teile sich voneinander nur wenig unterscheiden oder wenn die Dickenunterschiede zwischen den benachbarten Teilen mit verhältnismäßig großem Absorptionskoeffizienten nur gering sind. Zur Erhöhung des Kontrastes werden bei dem erfinidungsgemäßen Verfahren zur Aufnahme stofflicher Körper mittels Neutronen als abbildender Strahlung unter Verwendung einer Reaktionssubstanz, aus der die Neutronen geladene Teilchen oder Gammastrahlen auslösen, Teile der zu untersuchenden stofflichen Körper mit Substanzen versetzt oder durch Substanzen ersetzt, die sich hinsichtlich des Absorptions- oder Streuungsvermögens für Neutronen solcher Geschwindigkeiten, für die die Reaktionsschicht besonders empfindlich ist, von der Umgebung der versetzten oder ersetzten Teile wesentlich unterscheiden.When absorbing material bodies by means of neutrons as imaging radiation Occasionally only relatively low contrasts occur when either the absorption coefficient of the adjacent parts differ little from each other or if the thickness differences between the neighboring parts with a relatively high absorption coefficient only slightly are. To increase the contrast, the method according to the invention is used for Uptake of material bodies by means of neutrons as imaging radiation using a reaction substance from which the neutrons are charged particles or gamma rays trigger, parts of the material body to be examined are mixed with substances or replaced by substances that differ in terms of absorption or scattering power for neutrons of such velocities to which the reaction layer is particularly sensitive, from the environment of the relocated or replaced parts differ significantly.

Die Anreicherung mit einer Neutronen sehr stark oder sehr schwach absorbierendenEnrichment with a neutron very strongly or very weakly absorbing

Substanz kann mittels physikalischer Verfahren, beispielsweise mittels Tränkung, Kataphorese oder mittels chemischer Verfahren beispielsweise durch Austausch eines Elementes, aus dem sich die betreffenden Teile des zu untersuchenden stofflichen Körpers zusammensetzen, durch ein Element, das bezüglich der Absorption von Neutronen die gewünschten Eigenschaften hat, oder durch ίο chemische Anlagerung von solchen Atomen erfolgen. Es können auch etwa vorhandene Hohlräume, beispielsweise Poren mit einem nach außen gehenden Zugang, mit Substanzen ausgefüllt werden, die die verlangten Eigenschäften bezüglich der Neutronenabsorption aufweisen. So kann beispielsweise die Neutronen stark absorbierende Substanz in Form einer Flüssigkeit, beispielsweise einer Lösung, wie wäßrige Gadoliniumsulfatlösung, eingefüllt werden. Dabei wird vorteilhaft die in den zu untersuchenden stofflichen Körper einzuführende Substanz an der Isotopensorte, die die verlangte Wirkung in besonders hohem Maße hervorruft, gegenüber den übrigen Isotopensorten des betreffenden Elementes, verglichen mit der natürlichen Verteilung der Isotopensorten, angereichert.Substance can by means of physical processes, for example by means of impregnation, cataphoresis or by means of chemical processes, for example by replacing an element, from which the relevant parts of the material body to be examined are composed, by an element that has the desired properties with regard to the absorption of neutrons, or by ίο chemical attachment of such atoms takes place. It can also be any existing Cavities, for example pores with an outward access, with substances which have the required properties with regard to neutron absorption exhibit. For example, the neutron can form highly absorbent substance a liquid, for example a solution such as aqueous gadolinium sulfate solution will. In this case, the material to be introduced into the material body to be examined is advantageous Substance of the isotopic variety that has the required effect in particular causes a high degree, compared to the other isotopic types of the element concerned, compared to the natural distribution of the isotopic species, enriched.

Die aus dem zu untersuchenden stofflichen Körper austretenden Neutronen sind bekannt-Hch nicht unmittelbar wahrnehmbar. Es ist deshalb erforderlich, sie auf eine Substanz einwirken zu lassen, aus der sie Teilchen oder eine Strahlung auslösen, die entweder unmittelbar wahrnehmbar oder befähigt sind, einen Leuchtschirm zu erregen oder eine photographische Platte zu schwärzen. Diese Umwandlung der Neutronenstrahlung in eine wahrnehmbare Strahlung kann beispielsweise mittels Schichten aus Lithium, Bor, Cadmium, Gadolinium, Silber und Indium durchgeführt werden. Es ist auch möglich, zwischen der Umwandlung der Neutronen in eine wahrnehmbare Strahlung oder die Schwärzung der photographischen Platte noch einen Bildwandler zu schalten, in dessen empfangsseitiger Schicht die Neutronen indirekt langsame Elektronen auslösen, die durch das elektronenoptische System des Bildwandlers auf einen Leuchtschirm oder eine photographische Platte ein Bild des mittels Neutronen durchstrahlten stofflichen Körpers liefert.The neutrons emerging from the material body to be examined are known-Hch not immediately perceptible. It is therefore necessary to apply them to a substance to act, from which they trigger particles or radiation that either are immediately perceptible or capable of exciting a fluorescent screen or blackening a photographic plate. This conversion of the neutron radiation into a perceptible radiation can for example using layers of lithium, boron, cadmium, gadolinium, silver and indium. It is also possible, between the conversion of neutrons into perceptible radiation or the blackening of the photographic plate still to switch an image converter, in whose receiving-side layer the neutrons indirectly slow electrons are released by the electron-optical system of the image converter on a fluorescent screen or a photographic plate an image of the material through which neutrons radiate Body supplies.

Die Substanz, die zur Verstärkung der Kontraste durch Erhöhung der Absorption gegenüber Neutronen in der erfindungsgemäßen Weise verwendet wird, wird erfindungsgemäß aus den hierfür in Frage kommenden Substanzen so ausgewählt, daß die Absorption für Neutronen solcher Geschwindigkeit besonders groß ist, auf die die Reaktionsschicht, aus der die Neutronen geladene Teilchen oder Gammastrahlen zum Zwecke der Abbildung auslösen sollen, besonders empfindlich ist.The substance used to enhance contrasts by increasing absorption is used against neutrons in the manner according to the invention, is according to the invention selected from the substances in question so that the absorption for neutrons of such speed is particularly large on which the reaction layer from which the neutrons charged particles or gamma rays to The purpose of the illustration is to trigger, is particularly sensitive.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit besonderem Vorteil auch bei der Untersuchung lebender menschlicher, tierischer oder pflanzlicher Körper Anwendung finden, da die einzuführenden oder oberflächlich innerlich oder äußerlich anzubringenden Substanzmengen, die die Neutronen stark absorbieren, wegen des hohen Absorptionskoeffizienten einiger der in Frage kommenden Substanzen, beispielsweise des Gadoliniums, für Neutronen eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches außerordentlich gering sein können. Es genügt beispielsweise bei Verwendung von Gadolinium eine Schichtdicke von V₁₀₀ mm, um eine erhebliche Steigerung der Absorption zu erzielen. Diesem Umstand ist es auch zu verdanken, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dünne Präparate, wie sie beispielsweise in der Mikroskopie verwendet werden, nach der Tränkung mit Neutronen stark absorbierenden Salzen, beispielsweise Gadoliniumsulfat, eine für die Erzielung kontrastreicher Aufnahmen ausreichende Absorption geben. Anschließend an die Tränkung kann eine Auswaschung der Präparate vorgenommen werden, bei der erfindungsgemäß nur go gewisse Teile eines aus verschiedenartigen Substanzen zusammengesetzten stofflichen Körpers das vorher aufgenommene Kontrastmittel wieder abgeben, während andere es unter den gleichen Umständen nahezu vollkommen festhalten. Die Schichten, die oberflächlich absorbiert oder von dem durchstrahlten Körper aufgenommen werden müssen, können besonders dünn sein, wenn man auch hier eine Substanz verwendet, die an der Isotopensorte, die die Neutronen stark absorbiert, verglichen mit der natürlichen Isotopenverteilung des betreffenden Elementes, angereichert ist.The method according to the invention can also be used with particular advantage in the examination of living human, animal or plant bodies, since the substance quantities to be introduced or to be applied superficially, internally or externally, which strongly absorb the neutrons, because of the high absorption coefficient of some of the substances in question, for example of gadolinium, can be extremely low for neutrons of a certain speed range. When using gadolinium, for example, a layer thickness of V ₁₀₀ mm is sufficient to achieve a considerable increase in absorption. It is thanks to this fact that in the method according to the invention, thin preparations, such as those used in microscopy, after impregnation with highly absorbing salts such as gadolinium sulfate, give sufficient absorption to achieve high-contrast images. Subsequent to the impregnation, the preparations can be washed out, in which, according to the invention, only certain parts of a material body composed of different substances release the previously absorbed contrast medium, while others hold it almost completely under the same circumstances. The layers that have to be superficially absorbed or absorbed by the irradiated body can be particularly thin if a substance is also used here that is enriched in the type of isotope that strongly absorbs the neutrons compared to the natural isotope distribution of the element in question .

Wenn das Bedürfnis besteht, von ein und demselben stofflichen Körper, der aus mehreren verschiedenen stofflichen Substanzen zusammengesetzt ist, Aufnahmen zu machen, die besonders feine Einzelheiten erkennen lassen, ist es zweckmäßig, zur Tränkung des zu untersuchenden Körpers mehrere verschiedene Substanzen zu verwenden, die von den verschiedenen Substanzen des zu untersuchenden stofflichen Körpers verschieden stark aufgenommen werden und die Bestrahlung mit Neutronen verschiedener Geschwindigkeit entsprechend vorzunehmen. Dabei werden die Neutronen einer bestimmten Geschwindigkeit bevorzugt von der einen oder der anderen η dem zu untersuchenden Körper eingeführten Substanz absorbiert und nach dem Austreten aus dem zu untersuchenden KörperIf there is a need for one and the same material body, made up of several composed of various material substances, to make recordings that recognize particularly fine details leave, it is useful to impregnate the body to be examined several different Use substances that are different from the various substances under study material bodies are absorbed to different degrees and the irradiation with neutrons of different speeds to undertake accordingly. In doing so, the neutrons move at a certain speed preferably introduced by one or the other η of the body to be examined Substance absorbed and after leaving the body to be examined

mittels Einrichtungen zur Abbildung verwendet, die auf die Neutronen der betreffenden Geschwindigkeit besonders stark, vorzugsweise selektiv, reagieren. Diese Aufnahmen können mit einem Neutronenstrahl vorgenommen werden, der Neutronen verschiedener Geschwindigkeit enthält. In diesem Fall empfiehlt es sich, nacheinander zur Erzielung der Abbildung Einrichtungen zu verwenden,means of imaging used on the neutrons of the concerned React particularly strongly, preferably selectively, at speed. These recordings can be made with a neutron beam, the neutrons of different Contains speed. In this case, it is best to do one after the other to achieve to use the figure facilities,

ίο die nur jeweils auf Neutronen einer Geschwindigkeit ansprechen. Man kann jedoch auch, wenn eine Platte alle Abbildungselemente zusammenfassen soll, eine Aufnahmevorrichtung verwenden, die auf Neutronen aller verwendeten Geschwindigkeiten anspricht. In diesem Fall werden jedoch die Kontraste weniger groß sein, wenn die Verteilung der verschiedenen Elemente in dem zu untersuchenden Körper derart ist, daß die durch die Einführung des Neutronen stark absorbierenden Stoffes geschaffenen Teile starker Absorption unmittelbar aneinandergrenzen.ίο the only neutrons at one speed each speak to. However, if a plate is to combine all imaging elements, a recording device can also be used that is responsive to neutrons of all velocities used. In this case, however, the contrasts be less large if the distribution of the various elements in the study Body is such that the highly absorbent by the introduction of neutrons Parts of strong absorption created directly adjacent to one another.

Die Aufnahmen können jedoch auch in der Weise durchgeführt werden, daß nacheinander Neutronen verschiedener Geschwindigkeit zum Durchstrahlen benutzt werden und die austretenden Neutronen entweder jedesmal mittels einer besonderen, für die Neutronen der betreffenden Geschwindigkeit empfmdliehen Aufnahmevorrichtung zur Abbildung verwendet werden. Es kann auch in diesem Fall zum Festhalten aller mit Neutronen verschiedener Geschwindigkeit erzielten Durchstrahlungsbilder ein und dieselbe photographische Schicht verwendet werden, auf der die mit den Neutronen verschiedener Geschwindigkeit' erzeugten Bilder überlagert werden. Es können auch mehrere photo-. graphische Schichten hintereinander hinter dem zu durchstrahlenden stofflichen Körper derart in unmittelbarer Nachbarschaft einer für die Neutronen der betreffenden Geschwindigkeit empfindlichen Reaktionsschicht derart angeordnet werden, daß auf den verschiedenen Platten nacheinander die Abbildungen, die mit der betreffenden Geschwindigkeit erzeugt werden, festgehalten werden. Verwendet man einen Neutronenstrahl, der gleichzeitig die Neutronen verschiedener Geschwindigkeiten enthält, so erhält man bei der zuletzt genannten Anordnung die den einzelnen Neutronengeschwindigkeiten entsprechenden Bilder gleichzeitig.The recordings can, however, also be carried out in such a way that one after the other Neutrons of different speeds are used for irradiation and the exiting neutrons either each time by means of a special one for the neutrons the speed in question is recommended for imaging be used. It can also be used in this case to keep everyone with neutrons different Transmission images achieved one and the same photographic speed Layer on which the neutrons of different speeds' generated images are superimposed. There can also be several photo-. graphic layers behind one another the material body to be irradiated in such a way in the immediate vicinity of a for the neutrons of the speed in question sensitive reaction layer such be arranged so that the images, which are generated at the speed in question, are recorded. Used one is a neutron beam that simultaneously carries neutrons of different speeds contains, the last-mentioned arrangement gives the individual neutron velocities Images at the same time.

Die Figuren zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele der für das erfindungsgemäße Verfahren benutzten Anordnung. Von der Neutronenquelle ι gehen Neutronenstrahlen 2 aus, durchsetzen den abzubildenden stofflichen Körper 3, der mit Stoffen getränkt ist, die eine örtliche Steigerung oder Verminderung der Absorption der Neutronenstrahlen bewirken. In der Fig. 1 ist ein stark absorbierender Bereich 4 und ein schwach absorbierender Bereich 5 angedeutet. Die aus dem 65' stofflichen Körper austretenden Neutronenstrahlen gelangen auf die Aufnahmevorrichtung, die beispielsweise aus einer Reaktionsschicht 6 besteht, die Gadolinium enthält, und auf eine angrenzende photographische Schicht 7 oder einen Leuchtschirm 8 erregend einwirkt. An Stelle des einen aus den Teilen 6 bis 8 bestehenden Aufnahmesystems können auch mehrere hintereinandergeschaltete Aufnahmesysteme benutzt werden, die in Fig. 2 angedeutet sind. Die Schichten enthalten Substanzen, aus denen die auftreffenden Neutronen geladene Teilchen oder Gammastrahlen auslösen, die auf die benachbarten photographischen Schichten 12 und/oder Leuchtmassen 11 schwärzend bzw. erregend einwirken. Dabei können die einzelnen Schichten 10 verschiedene Zusammensetzung haben, so daß jede von ihnen nur für Neutronen eines bestimmten der verwendeten Geschwindigkeitsbereiche empfindlich ist. Die einzelnen Schichten 11 bzw. 12 zeigen daher in diesem Fall voneinander abweichende Bilder des durchstrahlten Körpers, wenn die einzelnen Teile des zu untersuchenden stofflichen. Körpers die Neutronen der verschieden verwendeten Geschwindigkeiten in verschiedenem Maße absorbieren. Die Trägerschichten 9 und 13 werden vorzugsweise aus durchsichtigem Werkstoff hergestellt.The figures show exemplary embodiments in a partially schematic representation the arrangement used for the method according to the invention. From the neutron source ι go out neutron beams 2, penetrate the material to be mapped Body 3, which is soaked in substances which have a local increase or decrease effect the absorption of the neutron beams. In Fig. 1 is a highly absorbent Area 4 and a weakly absorbing area 5 indicated. The neutron rays emerging from the 65 'material body get on the receiving device, which consists for example of a reaction layer 6 containing gadolinium, and has an exciting effect on an adjacent photographic layer 7 or a fluorescent screen 8. Instead of the one consisting of the parts 6 to 8 recording system can also several recording systems connected in series, which are indicated in FIG. 2, are used are. The layers contain substances from which the impinging neutrons are charged particles or gamma rays trigger on the adjacent photographic layers 12 and / or luminescent materials 11 have a blackening or exciting effect. The individual layers 10 have different compositions, so that each of them only has one for neutrons is sensitive to certain of the speed ranges used. The single ones Layers 11 and 12 therefore show images of the that differ from one another in this case irradiated body when the individual parts of the material to be examined. Body absorb the neutrons of the different velocities used to different degrees. The carrier layers 9 and 13 are preferably made of transparent material.

An Stelle der Aufnahmegeräte, die in den Fig. ι und 2 dargestellt sind, können auch Neutronenbildwandler benutzt werden.Instead of the recording devices, which are shown in Figs. Ι and 2, can also Neutron imagers are used.

Die Tränkung oder Einführung des Neutronen stark absorbierenden Stoffes in dem zu untersuchenden Körper wird zweckmäßig mit einer Substanz vorgenommen, die mit der Substanz identisch ist, aus der die zur Aufnahme dienende Reaktionsschicht 6 oder eine der Schichten 10 besteht. In diesem Fall werden auf dem photographischen Negativ, beispielsweise 7, an den Stellen, die den zu untersuchenden Körperteilen entsprechen, in denen dieses Absorptionsmittel stark aufgenommen ist, hell erscheinen. Dies ist in Fig. ι für den stark absorbierenden Bereich 4 des zu untersuchenden Körpers 3 und den anders schraffierten Bereich 14 der Schicht 7 angedeutet.The impregnation or introduction of the substance strongly absorbing neutrons in the to be examined body is expediently made with a substance that with the Substance is identical from which the reaction layer 6 used for recording or a the layers 10 consists. In this case, on the photographic negative, for example 7, at the points that correspond to the body parts to be examined, in which this absorbent has been strongly absorbed is to appear bright. This is for the strongly absorbing area 4 in FIG of the body 3 to be examined and the otherwise hatched area 14 of the layer 7 indicated.

Fig. 2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel auch einen Bereich 5 des zu untersuchenden stofflichen Körpers, in dem durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Verminderung der Absorption der Neutronenstrahlen bewirkt wird. Die diesem Bereich des zu untersuchenden Körpers entsprechenden Teile der photographischen Schicht 7 werden beson-As a further exemplary embodiment, FIG. 2 also shows an area 5 of the area to be examined material body in which a reduction by the method according to the invention the absorption of the neutron rays is effected. The parts corresponding to this area of the body to be examined of the photographic layer 7 are particularly

ders stark geschwärzt. Dies ist in der Figur durch die starke Schraffuris angedeutet. Die Verminderung der Absorption im Bereich 5 kann beispielsweise dadurch geschehen, daß in dem unbehandelten Körper dieser Stelle etwa vorhandene Substanzen, beispielsweise gewöhnlicher Wasserstoff, durch Substanzen ganz oder teilweise ersetzt werden, die, wie beispielsweise schwerer Wasserstoff, die Neutronen nur schwach absorbieren.heavily blackened. This is indicated in the figure by the heavy hatching. the Reduction of the absorption in the area 5 can take place, for example, in that substances possibly present in the untreated body at this point, for example Ordinary hydrogen, be replaced in whole or in part by substances that, like for example, heavy hydrogen, which only weakly absorbs neutrons.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Process for the investigation of material bodies using neutrons as imaging Radiation using a reaction substance from which the neutrons are charged particles or gamma rays trigger, characterized in that parts of the material body to be examined to increase the contrast with substances added or replaced by substances that are related to the absorption or scattering capacity for neutrons of such speeds, to which the reaction layer is particularly sensitive, from the environment of the displaced or replaced Differentiate parts significantly.

2. The method according to claim 1, characterized in that as contrast-enhancing Substance a substance is introduced which corresponds to that isotopic species which the produces the required effect most strongly compared to the other isotope varieties of the element in question is enriched compared to the natural isotope distribution.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the to be introduced Substance and the reaction layer contain the same neutron-sensitive element.

4. The method according to claim 1 and the following claims, characterized in, that the material body to be investigated with neutrons of different speeds at the same time or is sequentially irradiated after various contrast-enhancing substances into it have been introduced, each of which has neutrons of a different speed range preferentially absorbs or scatters, and that it simultaneously or successively means for the neutrons the relevant speed ranges sensitive imaging devices is mapped.

1 sheet of drawings