NO338676B1 - Apparat og fremgangsmåte for å detektere hydrogen ved å bruke nøytronkilde. - Google Patents
Apparat og fremgangsmåte for å detektere hydrogen ved å bruke nøytronkilde. Download PDFInfo
- Publication number
- NO338676B1 NO338676B1 NO20053295A NO20053295A NO338676B1 NO 338676 B1 NO338676 B1 NO 338676B1 NO 20053295 A NO20053295 A NO 20053295A NO 20053295 A NO20053295 A NO 20053295A NO 338676 B1 NO338676 B1 NO 338676B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- light
- unit
- emitting unit
- light emitting
- moderator
- Prior art date
Links
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 49
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 62
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 13
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 21
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005372 Plexiglas® Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
- G01N23/221—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis
- G01N23/222—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis using neutron activation analysis [NAA]
Landscapes
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse er relatert til et apparat for å detektere innholdet av hydrogen i en gjenstand.
Foreliggende oppfinnelse er også relatert til en fremgangsmåte av deteksjon av innholdet av hydrogen i en gjenstand.
Generelt er foreliggende oppfinnelse relatert til et deteksjonsapparat som er i stand til å detektere hydrogen (for eksempel for å detektere en mengde med vann) i en gjenstand ved å bruke en nøytronkilde. En nøytronkilde for dette formål oppviser fordel ved at nøytroner er i stand til å trenge gjennom visse barrierer. For eksempel er det mulig i henhold til den foreliggende oppfinnelse å estimere mengden av hydrogen, vann og/eller fuktighet i isolasjonsmaterialet anordnet i et stålrør. Det kan bli brukt til å kontrollere om og hvor mye vann/fuktighet som er til stede i isolasjonsmaterialet, som er viktig å kjenne til i samband med bedømmelse av risiko for korrosjon, rust etc. Dette kan bli utført uten å fjerne eller skjære i deler av røret/gjenstanden eller å separere gjenstanden/røret eller deler av disse.
En kilde med hurtige nøytroner sender ut hurtige/energirike nøytroner, dvs. nøytroner med høy kinetisk energi. I henhold til foreliggende oppfinnelse brukes den kjente oppdagelse at atomkjerner (og spesielt hydrogen) bremser nøytroner ved kollisjon, et fenomen typisk referert til som elastisk spredning/kollisjon (hvorved hastigheten blir redusert og retningen blir forandret for et kollidert nøytron.). Foreliggende oppfinnelse bruker en detektorinnretning som detekterer relativt langsomme/energifattige nøytroner, de såkalt termiske nøytronene. Etter at et nøytron har blitt bremset tilstrekkelig, kan det bli detektert av detektorinnretningen. Prosessen med å bremse nøytroner er typisk benevnt "moderasjon" og en fysisk anordning for dette er en "moderator". For å detektere et nøytron, må det som oftest være flere kollisjoner med hydrogenatomer.
For å oppnå en økt sensitivitet er det kjent å konfigurere deteksjonsapparatet slik at det innbefatter en hjelpemoderator, en mengde med hydrogen eller et moderatormateriale som bremser og reflekterer/sprer nøytroner ved elastisk spredning/kollisjon og er anordnet slik at en del av innkommende nøytroner blir reflektert mot detektoren og hydrogenet for deteksjon. Bredt utlagt vil mer av hydrogen/moderatormateriale tjene som en delvis nøytronreflektor som også bremser nøytronene, som derved også forårsaker en større mengde av bremset/termiske nøytroner som blir detektert. Dette er også ofte referert til som nøytrontilbakespredning.
Patentspesifikasjon GB A 1180450 fremlegger en anordning for å detektere fuktighet/hydrogen ved å bruke en nøytronkilde. Anordningen i henhold til GB A 1180450 er vist skjematisk i figur 1 og innbefatter en hurtig nøytronkilde (103), en detektor for termiske nøytroner (102) og en hydrogeninnholdende nøytronbremsende og reflekterende/spredende materiale (dvs. moderatormateriale) (104) for å gi tilbakespredningseffekt, hvorved detektoren (102) og kilden (103) er anordnet mellom dette materialet (104) og materialet/gjenstanden (101) i hvilke
fuktigheten/vannet/hydrogenet skal bli detektert.
Det er nevnt i patentsøknaden GB A 1180450 at detektoren av termiske nøytroner (102) kan være en scintillator.
Selv om detektoren i henhold til GB All 80450 har en økt sensitivitet på grunn av moderatoren (104), er det mulig å oppnå overlegen sensitivitet i henhold til foreliggende oppfinnelse.
Patentspesifikasjon US 3,707,631 er relatert til et system for ikke-destruktiv analyse av kjernebrensel, hvori en nøytronkilde og en detektorinnretning er anordnet på hver sin side av prøven. Kilden sender ut lavenerginøytroner (< 1 Mev), dvs. ikke termiske, hvor en sammenlignbart større moderator bremser de utsendte nøytronene med den effekt at de kan initiere en fisjonsprosess som sender hurtige (> 1 Mev) nøytroner som er detektert i en energiselektiv scintillator. I dette systemet blir målinger utført på faste nøytroner og forskjellige målinger må bli gjort for å separere dem fra de (nærmest like) hurtige nøytronene fra kilden som ikke har blitt bremset. En lysleder er også nevnt, som har den primære funksjonen å koble et antall av svært forskjellige scintillatorgeometrier til fronten av en standard fotomultiplikator.
I GB 984566 A vises en anordning for overvåkning av kjølemiddel fra en kjernereaktor av den type i hvilken reaktorkaret og den primære kjølemiddelkretsen er innelukket i en sekundær oppdemningstrykkbeholder, omfattende en prøvebeholder for kjølemiddelet på den ene siden av beholderveggen og en nøytrondetektor på den andre siden adskilt fra prøvebeholderen ved midler som tillater passasje av nøytroner.
Anordningen som er lagt frem i US 3,707,631 er ikke rettet mot eller passende for deteksjon av hydrogen.
Patentspesifikasjon nr. US 5,446,288 forteller om deteksjon av hydrogen og andre lett elementære substanser ved å bruke deteksjon av termiske nøytroner, hvor lett kilde og detektor er på den samme siden av prøven. En detektorinnretning innbefatter scintillator koblet til en fotomultiplikator via en lysleder i form av en luftlysleder, hvor nøytronkilden er lukket inne av moderatormateriale som er separert fra lyslederen.
Et er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å gi et apparat for deteksjon av fuktighet/vann/hydrogen og å utvise forbedret sensitivitet.
Det er videre en hensikt med foreliggende oppfinnelse å gi et deteksjonsapparat, hvor styrken til den brukte nøytronkilden ikke trenger å være så sterk som i den kjente teknikk.
Det er videre en hensikt med foreliggende oppfinnelse å gi et deteksjonsapparat med pålitelig, ikke-modifiserende/ikke-destruktiv deteksjon.
Det er også en hensikt med foreliggende oppfinnelse å gi et kompakt deteksjonsapparat.
Disse hensikter er gitt med et apparat av den type beskrevet ovenfor og som innbefatter:
en nøytronkilde som sender ut hurtige/energirike nøytroner,
en detektorinnretning for å detektere termiske nøytroner,
en moderator som bremser og reflekterer nøytroner med kollisjon,
hvor
• detektorinnretningen innbefatter:
- en lysemitterende enhet som sender ut lys i tilfelle av nukleær hendelse/reaksjon med et termisk nøytron, og - en lysregistrerende enhet som sender ut en elektrisk puls/et elektrisk signal når et lysglimt er detektert, og • moderatoren er en lysledende enhet anordnet mellom lysemitteringsenheten og lysregistreringsenheten.
Herved er en hydrogendetektor/fuktighetsprobe oppnådd som utviser forbedret sensitivitet, der den lysledende enheten gir en ledningsevne/konsentrasjon av lyset fra den lysemitterende enheten til lysregistreringsenheten, for derved videre å forbedre ytelsen/sensitiviteten, siden det er sikret at alle nukleære hendelser som bringer et lysglimt vil, med en meget økende grad av pålitelighet, bli registrert av lysregistreringsenheten.
Videre vil den doble funksjonen av den lysledende enheten, siden den også gir en modererende effekt, det vil si inneholder hydrogen/moderatormateriale for å oppnå den ovenfor nevnte tilbakespredningseffekten, bety at apparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan bli konfigurert til å bli kompakt eller i det minste ikke med dimensjoner som overskrider løsningene som allerede innbefatter en hjelpemoderator.
Den økte sensitiviteten betyr at den brukte nøytronkilden ikke trenger å være så kraftig at den danner en helserisiko og dermed forutsetter sikkerhetsutstyr for en operatør eller tvungen håndtering av denne, mens det samtidig er en pålitelig, ikke-modifiserende/ikke-destruktiv deteksjon som fremdeles er gitt, dvs. uten modifikasjon av et målt objekt (dvs. prøve, avkutting av en del av et rør/gjenstand, ta det fra hverandre etc). Videre vil mindre mengder av hydrogen kunne bli detektert sammenlignet med tidligere kjente løsninger, på grunn av den økte sensitiviteten.
I henhold til en utførelse vil den lysemitterende enheten være en scintillator og den lysregistrerende enheten være en fotomultiplikator (PM).
Alternativt er den lysregistrerende enheten en fotodiode.
I henhold til en utførelse innbefattes kilden av eller er pakket inn i moderatoren. Herved vil en kompakt detektor være gitt.
I henhold til en foretrukket utførelse er lyskilden anordnet vesentlig i nærheten av eller i/rund senteret av platen av moderatoren som støter an mot den lysemitterende enheten.
Denne posisjonen har vist å være hensiktsmessig for å oppnå videre forbedret sensitivitet, siden en større del av nøytroner vil bli reflektert og moderert og dermed detektert.
I henhold til en utførelse av den lysledende enheten er den konfigurert vesentlig med en side som støter an mot den lysemitterende enheten som har en relativt mindre flate tilstøtende en deteksjonsflate til lysregistreringsenheten.
Herved vil en sammenlignbart større flate av den lysemitterende enheten kunne bli koblet optisk til en mindre deteksjonsflate i lysopptaksenheten, som gir en fordel med hensyn til økonomi, kostnaden av slik lysregistreringsenhet er relativt høy og er avhengig av i stor utstrekning av opptaksområdet.
For eksempel kan den lysledende enheten være konfigurert vesentlig som en kone, hvor toppen er kuttet bort (dvs. en trapesform i 2D/i tilfelle av en seksjon i senterlinjen av konen som indikert i figur 2a).
I en utførelse er den lysledende enheten konfigurert til å sende lys ledet fra lysemitteringsenheten til lysregistreringsenheten vesentlig normalt på en deteksjonsflate i apparatet.
Herved vil et deteksjonsapparat være enkelt anordnet som har en større vidde vesentlig normalt på en deteksjonsflate til gjenstanden hvor hydrogenet skal bli detektert. Dette gir en fordelaktig utførelse, spesielt dersom deteksjonsapparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse er ment å være operert primært i en dybde/i en langsgående retning.
I henhold til en alternativ utførelse er den lysledende enheten konfigurert til å sende lys ledet fra lysemitteringsenheten til lysregistreringsenheten vesentlig parallelt med en deteksjonsflate i apparatet.
På denne måten vil et deteksjonsapparat være enkelt anordnet som har en større vidde, vesentlig parallelt med en deteksjonsflate til gjenstanden hvor hydrogenet som skal bli detektert. Populært uttrykt er deteksjonsapparatet lengre enn dets bredde. Herved vil en fordelaktig konfigurasjon være anordnet, spesielt dersom deteksjonsapparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse er ment for å bli håndtert og operert manuelt.
I henhold til en utførelse innbefatter apparatet videre en elektrisk krets koblet til detektorinnretningen, hvorved kretsen er konfigurert til å generere et signal representerer en estimert størrelse av hydrogen, vann og/eller fuktighetsinnhold på basis av det elektriske signalet fra lysregistreringsenheten.
Videre er foreliggende oppfinnelse relatert til en fremgangsmåte for å detektere hydrogeninnhold i en gjenstand innbefattende trinnene: å sende ut hurtige/energirike nøytroner fra en nøytronkilde, å detektere termiske nøytroner ved hjelp av en detektorinnretning,
å bremse og å reflektere nøytroner ved kollisjon i en moderator,
hvor fremgangsmåten videre innbefatter:
• å sende ut lys fra en lysemitterende enhet ved en nukleær hendelse/reaksjon med et termisk nøytron, • å sende ut en elektrisk puls/et elektrisk signal når en lysregistreringsenhet tar opp et lysglimt, og • å lede lys fra lysemitteringsenheten til lysregistreringsenheten med en lysledende enhet anordnet mellom lysemitteringsenheten og lysregistreringsenheten, og hvilken moderatoren er den lysledende enheten.
I henhold til en utførelse er den lysemitterende enheten en scintillator og lysregistreringsenheten er en fotomultiplikator (PM) eller en fotodiode.
I henhold til en utførelse er kilden innbefattet av eller er lagt inn i moderatoren. Derved er en kompakt deteksjon anordnet.
I henhold til en utførelse er kilden anordnet vesentlig i nærheten av eller omkring/i senteret av flaten til moderatoren som støter an mot den lysemitterende enheten.
I henhold til en utførelse er den lysledende enheten konfigurert vesentlig med en flate tilstøtende den lysemitterende enheten og som har en relativt mindre flate tilstøtende en deteksjonsflate i lysregistreringsenheten.
I henhold til en utførelse er den lysledende enheten konfigurert for å sende lys ledet fra lysemitteringsenheten til lysregistreringsenheten vesentlig normalt på en deteksjonsflate.
I henhold til en utførelse er den lysledende enheten konfigurert for å sende lys ledet fra lysemitteringsenheten til lysregistreringsenheten vesentlig i parallell med en deteksjonsflate.
I henhold til en utførelse innbefatter fremgangsmåten videre å generere innenfor en elektrisk krets koblet til detektorenheten et signal som representerer en estimert størrelse av hydrogen, vann og/eller fuktighetsinnhold, hvor genereringen er utført på basisen av det elektriske signalet fra lysregistreringsenheten.
Fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse og utførelse av denne samsvarer med apparatet i henhold til oppfinnelsen og utførelser av denne og har den samme effekt av de samme grunner.
I det følgende vil foreliggende oppfinnelse bli videre forklart i detalj med referanse til tegningene, hvor: Figur 1 illustrerer kjent teknikk som bruker tilbakespredningsprinsippet for å detektere hydrogen/vann. Figur 2a illustrerer skjematisk en utførelse av et apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 2b illustrerer skjematisk en utførelse av et apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 2c illustrerer skjematisk en alternativ utførelse av et apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 1 illustrerer kjent teknikk som bruker tilbakespredningsprinsippet for å detektere hydrogen/vann. Vist er et deteksjonsapparat (100) for å detektere hydrogen i en gjenstand (101). Deteksjonsapparatet (100) innbefatter en moderator inneholdende hydrogen (104), en hurtig nøytronkilde (103), og en detektor for termiske nøytroner
(102), hvor nøytronkilden (103) og detektoren for termiske nøytroner (102) er anordnet mellom moderatoren (104) og gjenstanden (101) ved bruk av et deteksjonsapparat
(100). Videre er en deteksjonsflate (109) for deteksjonsapparatet (100) vist skjematisk, det vil si flaten som skal anordnes tilstøtende til gjenstanden (101) hvor hydrogenet skal bli detektert. Nøytroner sendt ut av kilden (103) vil ha vesentlig alle retninger, og noen av disse nøytronene vil kollidere med hydrogen både i moderatoren (104) og med hydrogenet som er estimert i gjenstanden (101), hvorved nøytronene vil forandre retning og tape hastighet. En del av nøytronene vil bli reflektert mot detektoren av termiske nøytroner 102, og når de har kollidert tilstrekkelig mange ganger, så vil de være termiske (dvs. de vil typisk ha en kinetisk energi innenfor området på omkring tilnærmet 0,025 eV), hvorved detektoren vil registrere dem, og mengden av hydrogen i gjenstanden (101), kan bli detektert. Noen nøytroner vil bli reflektert både av moderatoren (104) og hydrogenet i gjenstanden (101), mens andre vil fortsette i andre retninger og/eller bli absorbert. Typisk må et nøytron kollidere gjennomsnittlig seks ganger med et hydrogenatom for å ha en energi som detektoren er i stand til å detektere (nøytroner trenger å redusere sitt energinivå tilnærmet 6 til 8 størrelsesordner). Moderatoren (104) gir den effekten at flere nøytroner med en passende energi vil bli detektert sammenlignet med et scenario hvor det bare er hydrogenet i testgjenstanden
(101) som primært foresto reduseringen av den kinetiske energien til nøytronene. Derved er sensitiviteten i deteksjonsapparatet (100) forbedret.
Figur 2a illustrerer skjematisk en utførelse av et apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse. Vist i figuren er et deteksjonsapparat (100) som innbefatter en nøytronkilde
(103) og nøytronbremsende- og reflekterende materiale (104'), dvs. moderatormateriale, dvs. innbefattende hydrogen. Deteksjonsapparatet (100) har en deteksjonsflate (109) som er ment å være rettet mot eller støtende til en gjenstand (101) hvor hydrogenet skal bli detektert.
Videre innbefatter deteksjonsapparatet (100) en detektor for terminiske nøytroner (102a, 102b) som innbefatter, i henhold til foreliggende oppfinnelse, en lysemitterende enhet (102b) og lysregistrerende enhet (102a), hvor lysregistreringsenheten (102a) er koblet til en elektrisk krets (105). Lysemitteringsenheten (102b) sender ut lys ved en nukleær hendelse/reaksjon med et termisk nøytron, mens lysregistreringsenheten (102a) sender ut en elektrisk puls/et elektrisk signal (106) ved registrering av et lysglimt, hvor den utsendte elektriske pulsen/det utsendte elektriske signalet er mottatt i den elektriske kretsen (105) for etterfølgende interpretasjon, prosessering etc.
I henhold til foreliggende oppfinnelse er moderatormaterialet en lysledende enhet eller et lysledende materiale (104'). På denne måten vil lysledende enhet (104) innbefatte både en modererende effekt, dvs. inneholde hydrogen/moderatormateriale for å oppnå den ovenfor refererte tilbakespredningseffekten, og ledende/konsentrering av lys fra lysemitteringsenheten (102b) mot deteksjonsflaten (107) til den lysregistrerende enheten (102a), som derved videre forbedrer ytelsen/sensitiviteten, som sikrer at alle nukleære hendelser som tilveiebringer lysglimt vil, med en mye høyere grad av sikkerhet, bli registrert av lysregistreringsenheten (102a), som dermed muliggjør at en mye mindre størrelse av hydrogen kan bli detektert uten et påfølgende behov om å øke styrken til nøytronkilden.
Bevegelsen av lyset fra lysemitteringsenheten (102b) til lysregistreringsenheten (102a) er vist skjematisk med prikkede piler i figuren.
Videre betyr den doble funksjonen til lyslederenheten/moderatoren (104') at deteksjonsapparatet (100) kan bli konfigurert kompakt eller i det minste ikke større enn løsningene som allerede innbefatter en hjelpemoderator for å oppnå nøytrontilbakespredning.
Den viste utførelsen av den lysledende enheten (104') er konfigurert vesentlig med en flate tilstøtende lysemitteringsenheten (102b) og som har en relativt mindre flate tilstøtende en deteksjonsflate (107) til lysregistreringsenheten (102a).
Dermed kan en relativt stor flate i lysemitteringsenheten (102b) bli koblet optisk til en mindre deteksjonsflate (107) i lysregistreringsenheten (102a), som gir en fordel sett fra et kostnadssynspunkt, siden prisen på slike lysregistreringsenheter (102a) er relativt høy og til en stor grad avhengig av registreringsarealet.
For eksempel kan den lysledende enheten være konfigurert vesentlig som en kone, hvor toppen er skåret vekk (dvs. en trapesform i 2D/i tilfellet av en seksjon i senterlinjen av konen, dvs. som vist i tegningen).
Lyslederenheten/lysledermaterialet (104') kan være en lysleder (light-guide) innbefattende hydrogen og/eller andre moderatormaterialer. I henhold til den foretrukne utførelsen innbefatter lyslederenheten/lysledermaterialet (104') pleksiglass.
Fortrinnsvis er nøytronkilden innbefattet/pakket inn i moderatoren (104') og anordnet vesentlig rundt eller i senteret av flaten til moderatoren (104') som støter an mot lysemitteringsenheten (102b).
Denne anordningen er påvist å være hensiktsmessig for å oppnå forbedret sensitivitet siden et større antall av nøytroner vil bli reflektert og moderert og dermed detektert.
I henhold til en utførelse av lysemitteringsenheten (102a) er en scintillator, som er en kjent standardenhet som tar opp en nukleær hendelse og sender ut et lysglimt når et termisk nøytron treffer scintillatoren (102b). I praksis er fotoner utløst. Et eksempel på en scintillator (102b) inkluderer glass beriket med litiumisotop Li-6.
I henhold til en utførelse av lysemitteringsenheten (102b) er en fotomultiplikator, som også er en kjent standardenhet som selv tar opp svært svake lysglimt/fotoner og genererer en elektrisk puls på bakgrunn av en eller flere av slike. Alternativt kan lysregistreringsenheten (102a) være en fotodiode.
Den elektriske kretsen (105) tar imot elektriske pulser/signaler fra lysregistreringsenheten/fotomultiplikatoren (102a) og er dermed i stand til å registrere og/eller prosessere disse signalene avhengig av den relevante bruken, for eksempel for å estimere størrelsen av vann/fuktighet/hydrogen i gjenstanden (101) eller for andre applikasjoner. For eksempel kan en eller flere elektriske utgangssignaler (108) fra den elektriske kretsen (105) kunne bli brukt for en skjerm/meter (ikke vist) som viser den estimerte størrelsen og/eller andre funksjoner.
Videre kan deteksjonsapparatet (100) innbefatte andre typer (valgfri ikke-hydrogeninneholdende materialer) med lysledende materiale (104') så lenge som de har en nøytronmodererende effekt.
Fortrinnsvis vil lysregistreringsenheten/fotomultiplikatoren (102a) og lys lederen (104) kollidere/støte an mot hverandre i deteksjonsflaten (107) til
lysregistreringsenheten/fotomultiplikatoren med et optisk adaptormateriale mellom seg, slik som silikonfett, transparent silikon, skjøtemateriale etc. for å sikre så lavt optisk tap som mulig i transisjonen.
Nøytronkilden (103) kan være en isotopbasert nøytronkilde.
Alternativt kan nøytronkilden (103) også være anordnet annet steds enn innenfor/rundt senteret av lyslederen (104').
Den elektriske kretsen (105) kan ha mange funksjoner og konfigurasjoner avhengig av nåværende bruk av oppfinnelsen. En enkelt elektrisk krets kan bare ta opp antallet av elektriske pulser fra fotomultiplikatoren/lysregistreringsenheten (102a) for en tidsperiode for å muliggjøre estimering av størrelsen av vann/hydrogen på en enkel måte. Alternativt kan mer sofistikerte, elektriske kretser bli brukt.
Videre kan apparatet (100) innbefatte en materialskive, plate, stykke etc. (ikke vist) anordnet slik at nøytronkilden (103) er mellom denne og deteksjonsflaten (109). Nevnte skive, plate, stykke etc, må være av et materiale som har egenskapen at det virker godt i å reflektere nøytroner uten betraktelig tap av energi, dvs. jern eller molybden. Videre kan apparatet (100) innbefatte en ring, rør, sylinder etc, anordnet slik at den slutter om nøytronkilden (103), hvorved gammastråling, dersom det er noe slikt, blir fjernet som ellers kunne gi falske treff ved reaksjon i lysemitteringsenheten (102b). Denne ringen/rør/sylinder etc, må være av et materiale som har den egenskapen at det til en viss utstrekning absorberer gammastråling, dvs. bly eller wolfram.
Figur 2b illustrerer skjematisk en alternativ utførelse av et apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse. Vist i figuren er et deteksjonsapparat (100) i henhold til foreliggende oppfinnelse som innbefatter de samme elementene/enhetene som vist og forklart i samband med figur 2a, men hvor de er anordnet og valgfritt konfigurert forskjellig. Mer spesifikt er den kombinerte moderator og lysledende enhet (104") konfigurert slik at den vesentlig leder lyset parallelt med deteksjonsflaten (109) i deteksjonsapparatet (100) til lysregistreringsenheten (102a) (motsatt utførelsen vist i figur 2a, hvor lyset er ledet vesentlig normalt på deteksjonsflaten (109), som dermed muliggjør en heller utstrakt konfigurasjon av deteksjonsapparatet (100). Lyslederenheten (104") kan være konfigurert som vist i figuren, med en 2D profil som en triangel, hvorved det innkommende lyset fra lysemitteringsenheten (102b) blir reflektert vesentlig normalt i relasjon til innkommende retning, dvs. parallelt med deteksjonsflaten (109).
Alternativt kan lyslederenheten (104") være en samling av optiske fibere/optiske fiberkabler som vinkler/snur/avbøyer lyset sidelengs i relasjon til primærvinkelen for innfallende stråle, dvs. vesentlig parallelt med deteksjonsflaten (109).
Bevegelsen av lyset fra lysemitteringsenheten (102b) til lysregistreringsenheten (102a) er vist skjematisk med prikkede linjer i figuren.
I utførelsen som er vist er lyslederenheten (104") konfigurert vesentlig med en flate tilstøtende lysemitteringsenheten (102b) og som har en relativt mindre flate tilstøtende en deteksjonsflate (107) i lysregistreringsenheten (102a).
Den utstrakte konfigurasjonen er særlig brukbar dersom deteksjonsapparatet (100) må ha en konfigurasjon som er passende for håndholdt/manuell operasjon med påfølgende enklere håndtering/operasjon.
Figur 2c illustrerer skjematisk en alternativ utførelse av et apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse. Den viste utførelsen samsvarer med den som er vist i figur 2a, men hvor lokaliseringen av nøytronkilden (103) er forandret. I den viste utførelsen er
nøytronkilden (103) anordnet mer mot senteret av moderatoren (104'), dvs. ikke i flaten av moderatoren (104") som støter an mot lysemitteringsenheten (102b). Alternativt kan nøytronkilden (103) være anordnet mer mot sidene av moderatoren (104'). Den samme modifikasjonen av posisjonen til nøytronkilden kan også bli utført i utførelsen vist i figur 2b eller andre.
Claims (14)
1.
Apparat for å detektere hydrogeninnhold i en gjenstand (101), hvor apparatet (100) innbefatter: en nøytronkilde (103) som sender ut hurtige/energirike nøytroner, en detektorinnretning (102, 102a, 102b) for å detektere termiske nøytroner, en moderator (104, 104', 104") som bremser og reflekterer nøytroner ved
kollisjon,karakterisert vedat detektorinnretningen innbefatter: • en lysemitterende enhet (102b) som sender ut lys i tilfelle av en nukleær hendelse/reaksjon med et termisk nøytron, og • en lysregistreringsenhet (102a) som sender en elektrisk puls/et elektrisk signal (106) når et lysglimt er detektert, • moderatoren (104', 104") er en lysledende enhet anordnet mellom lysemitteringsenheten (102) og lysregistreringsenheten (102a), og • nøytronkilden (1039 er lagt inn i modulatoren (104').
2.
Apparat i henhold til krav 1,karakterisert vedat lysemitteringsenheten (102b) er en scintillator og lysregistreringsenheten (102a) er en fotomultiplikator (PM) eller en fotodiode).
3.
Apparat i henhold til krav 1-2,karakterisert vedat kilden (103) er anordnet vesentlig i nærheten av eller omkring/i senteret av flaten til moderatoren (104', 104") som støter an mot lysemitteringsenheten (102b).
4.
Apparat i henhold til krav 1-3,karakterisert vedat lyslederenheten (104') er konfigurert vesentlig med en flate som støter an mot lysemitteringsenheten (102b) og som har en relativt mindre flate tilstøtende en deteksjonsflate (107) i lysregistreringsenheten (102a).
5.
Apparat i henhold til krav 1-4,karakterisert vedat lyslederenheten (104") er konfigurert for å emittere lys ledet fra lysemitteringsenheten (102b) til lysregistreringsenheten (102a) vesentlig normalt på en deteksjonsflate (109) i apparatet (100).
6.
Apparat i henhold til krav 1-4,karakterisert vedat lyslederenheten (104") er konfigurert for å emittere lys ledet fra lysemitteringsenheten (102b) til lysregistreringsenheten (102a) vesentlig i parallell med en deteksjonsflate (109) i apparatet (100).
7.
Apparat i henhold til krav 1-6,karakterisert vedat apparatet videre innbefatter en elektrisk krets (105) koblet til detektorinnretningen (102, 102a) hvor kretsen (105) er konfigurert for å generere et signal (108) som representerer en estimert størrelse av hydrogen, vann og/eller fuktighetsinnhold på basisen av det elektriske signalet (106) fra lysregistreringsenheten (102a).
8.
Fremgangsmåte for å detektere hydrogeninnhold (101) i en gjenstand innbefattende trinnene: å sende ut hurtige/energirike nøytroner fra en nøytronkilde (103), å detektere termiske nøytroner ved hjelp av en detektorinnretning (102, 102a,
102b), å bremse og å reflektere nøytroner ved kollisjon i en moderator (104, 104', 104"),
karakterisert vedat fremgangsmåten videre innbefatter: • å sende ut lys i en lysemitterende enhet (102b) i tilfelle av en nukleær hendelse/reaksjon med et termisk nøytron, • å sende en elektrisk puls/et elektrisk signal (106) med en lysregistreringsenhet (102a) ved å opptak av et lysglimt, • å lede lys fra lysemitteringsenheten (102b) til lysregistreringsenheten (102a) med en lysledende enhet anordnet mellom lysemitteringsenheten (102b) og lysregistreringsenheten (102a), i hvilke moderatoren (104', 104") er den lysledende enheten, hvor nøytronkilden (103) er lagt inn i moderatoren (104').
9.
Fremgangsmåte i henhold til krav 8,karakterisert vedat lysemitteringsenheten (102b) er en scintillator og at lysregistreringsenheten (102a) er en fotomultiplikator (PM) eller en fotodiode.
10.
Fremgangsmåte i henhold til krav 8-9,karakterisertved at kilden (103) er anordnet vesentlig i nærheten av eller rundt/i senteret av flaten til moderatoren (104', 104") som støter an mot lysemitteringsenheten (102b).
11.
Fremgangsmåte i henhold til krav 8 - 10,karakterisertved at lyslederenheten (104') er konfigurert vesentlig med en flate som støter an mot lysemitteringsenheten (102b) og som har en relativt mindre flate tilstøtende en deteksjonsflate (107) i lysregistreringsenheten (102a).
12.
Fremgangsmåte i henhold til krav 8 - 11,karakterisertv e d at lyslederenheten (104") er konfigurert for å sende lys ledet fra lysemitteringsenheten (102b) til lysregistreringsenheten (102a) vesentlig normalt på en deteksjonsflate (109).
13.
Fremgangsmåte i henhold til krav 8 - 11,karakterisertv e d at lyslederenheten (104") er konfigurert for å sende lys ledet fra lysemitteringsenheten (102b) til lysregistreringsenheten (102a) vesentlig i parallell med en deteksjonsflate (109).
14.
Fremgangsmåte i henhold til krav 8 - 13,karakterisertved at fremgangsmåten videre innbefatter å generere, i en elektrisk krets (105) koblet til detektorinnretningen (102, 102a), av et signal (108) som representerer en estimert mengde av hydrogen, vann og/eller fuktighetsinnhold, hvorved genereringen er utført på basisen av det elektriske signalet (106) fra lysregistreringsenheten (102a).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DKPA200201961 | 2002-12-20 | ||
| PCT/DK2003/000909 WO2004057318A1 (en) | 2002-12-20 | 2003-12-19 | An apparatus and a mehtod of deteting hydrogen by use of a newtron source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20053295L NO20053295L (no) | 2005-07-05 |
| NO338676B1 true NO338676B1 (no) | 2016-09-26 |
Family
ID=32668616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20053295A NO338676B1 (no) | 2002-12-20 | 2005-07-05 | Apparat og fremgangsmåte for å detektere hydrogen ved å bruke nøytronkilde. |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7294846B2 (no) |
| EP (1) | EP1573306B1 (no) |
| AT (1) | ATE441105T1 (no) |
| AU (1) | AU2003293293A1 (no) |
| CA (1) | CA2509591C (no) |
| DE (1) | DE60329019D1 (no) |
| DK (1) | DK1573306T3 (no) |
| NO (1) | NO338676B1 (no) |
| WO (1) | WO2004057318A1 (no) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014066587A (ja) * | 2012-09-25 | 2014-04-17 | Hitachi Power Solutions Co Ltd | 水分測定装置及び水分測定方法 |
| CN105067648A (zh) * | 2015-07-29 | 2015-11-18 | 江苏大学 | 一种对不同工况下碳烟组织形貌测试的预处理方法 |
| CN109406548A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-03-01 | 北京中百源国际科技创新研究有限公司 | 一种用于水体质量检测的中子探测装置 |
| FR3092667B1 (fr) | 2019-02-08 | 2021-09-24 | Commissariat Energie Atomique | Procédé de détermination de la composition d’un objet à identifier et dispositif de détermination de la composition d’un objet à identifier |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB984566A (en) * | 1960-09-15 | 1965-02-24 | Plessey Co Ltd | Improvements in or relating to the detection of fission products |
| GB1180450A (en) * | 1967-03-17 | 1970-02-04 | Rheinische Kalksteinwerke | Arrangements for Determining the Moisture Content of Solid Substances by means of Neutron Irradiation |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1058775A (en) * | 1962-11-20 | 1967-02-15 | Mta Kozponti Fiz Ki | Fast-neutron detector |
| US3707631A (en) * | 1970-04-02 | 1972-12-26 | Nat Nuclear Corp | Nuclear fuel assay system |
| US4499380A (en) * | 1982-10-21 | 1985-02-12 | Esso Resources Canada, Ltd. | Apparatus and method for determining the hydrogen content of a substance |
| JPS59154347A (ja) * | 1983-02-23 | 1984-09-03 | Soiru & Lock Eng Kk | 水分量測定方法 |
| US5446288A (en) * | 1993-10-25 | 1995-08-29 | Tumer; Tumay O. | Integrated substance detection instrument |
| JPH1151799A (ja) * | 1997-08-05 | 1999-02-26 | Haruo Chisaka | 雨漏り箇所検知装置 |
| ATE406586T1 (de) | 2000-10-11 | 2008-09-15 | Symetrica Ltd | Gammastrahlenspektrometrie |
-
2003
- 2003-12-19 AT AT03788887T patent/ATE441105T1/de not_active IP Right Cessation
- 2003-12-19 WO PCT/DK2003/000909 patent/WO2004057318A1/en not_active Application Discontinuation
- 2003-12-19 DK DK03788887T patent/DK1573306T3/da active
- 2003-12-19 US US10/539,709 patent/US7294846B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-12-19 AU AU2003293293A patent/AU2003293293A1/en not_active Abandoned
- 2003-12-19 DE DE60329019T patent/DE60329019D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-12-19 CA CA2509591A patent/CA2509591C/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-12-19 EP EP03788887A patent/EP1573306B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2005
- 2005-07-05 NO NO20053295A patent/NO338676B1/no not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB984566A (en) * | 1960-09-15 | 1965-02-24 | Plessey Co Ltd | Improvements in or relating to the detection of fission products |
| GB1180450A (en) * | 1967-03-17 | 1970-02-04 | Rheinische Kalksteinwerke | Arrangements for Determining the Moisture Content of Solid Substances by means of Neutron Irradiation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DK1573306T3 (da) | 2009-12-21 |
| CA2509591A1 (en) | 2004-07-08 |
| AU2003293293A1 (en) | 2004-07-14 |
| US7294846B2 (en) | 2007-11-13 |
| EP1573306A1 (en) | 2005-09-14 |
| CA2509591C (en) | 2015-10-13 |
| NO20053295L (no) | 2005-07-05 |
| EP1573306B1 (en) | 2009-08-26 |
| ATE441105T1 (de) | 2009-09-15 |
| US20060108535A1 (en) | 2006-05-25 |
| WO2004057318A1 (en) | 2004-07-08 |
| DE60329019D1 (de) | 2009-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4576368B2 (ja) | 中性子モデレータ及び中性子照射方法並びに危険物質検出装置 | |
| JP5231402B2 (ja) | 中性子及びガンマ線モニタ | |
| CN101226148B (zh) | 紫外光学元件激光损伤阈值的探测方法及其装置 | |
| WO2000033059A3 (en) | Multiple scatter system for threat identification | |
| US20200333478A1 (en) | Radiation detector for detecting radiation and identifying type thereof | |
| NO338676B1 (no) | Apparat og fremgangsmåte for å detektere hydrogen ved å bruke nøytronkilde. | |
| JP5890899B2 (ja) | オブジェクトの有効原子番号を測定するデバイス及びその方法 | |
| WO2015096778A1 (zh) | 核素识别方法、核素识别系统及光中子发射器 | |
| CN101629917A (zh) | 一种测量物质有效原子序数的方法和装置 | |
| EP1376109B1 (en) | Material defect evaluation apparatus and method by measurements of positron lifetimes | |
| US2967937A (en) | Method and apparatus for measuring thickness | |
| CN1196797A (zh) | 检测与鉴别裂变材料的方法与装置 | |
| CN108344757A (zh) | 一种检测面粉中滑石粉含量的装置 | |
| JPH0587934A (ja) | シンチレータ及びその製造方法、ならびに放射線検出器 | |
| CN2811992Y (zh) | 一种用放射源对液体进行背散射安全检测装置的机械结构 | |
| NO342188B1 (no) | Fremgangsmåte og apparat for å detektere vann på et skipsdekk | |
| NO170955B (no) | Fremgangsmaate og apparat for noeytronlevetids-logging | |
| KR102327811B1 (ko) | 중성자 차등 소멸 시간 측정 장치의 멀티플렉서를 이용한 데이터 처리 장치 및 방법 | |
| CN217212353U (zh) | 一种基于x射线背散射的风机叶片缺陷检测装置 | |
| CN209117974U (zh) | 一种大角度入射的多输出激光衰减装置 | |
| Gavron et al. | High-energy neutron radiography | |
| CN117288781A (zh) | 一种六面冷变形无缝钢管硼含量及均匀性检测装置 | |
| GB2489654A (en) | Inspecting tubes using gamma rays | |
| JP2007071799A (ja) | 軽元素分析装置 | |
| Bakalyarov et al. | A combined γ-neutron detector for fissile material monitoring using the pulse photonuclear technology |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |