Vorrichtung zum tllessen der Intensität einer Strahlung langsamer Neutronen mittels Ionisationskammer. Zur Erzeugung von Neutronen benutzte man früher radioaktive Substanzen, z. B. Radium, die mit Beryllium gemischt waren. Später zeigte sich, dass man Neutronen auch durch Atomkernumwandlung mit Hilfe von schnellen Ionen in gleich grosser, unter Um ständen sogar stärkerer Intensität bequem erzeugen kann.
Ein Nachteil dieses Verfah rens ist, dass .bei ihm die Neutroneninten sität in nicht :genau kontrollierbarer Weise sohwankt. Diese .Schwankungen sind auf Schwanken des Ionenstromes, Inhomogeni- täten der beschossenen. Schicht usw. zurrück- zuführen.. Es ist daher notwendig, bei dem Atomkernumwandlungsverfahren die Inten sität dauernd zu messen.
Dies geschieht bis her dadurch, dass man die Neutronen einzeln zählt, indem man die Wirkung eines einzel nen Neutrons registriert. Dieses Auszählen der Neutronen ist wegen der statistischen Schwankungen langwierig und verlangt ein gegen elektrische (Störungen gutgeschütztes Gerät.
Es ist deshalb vorgeschlagen worden, die Intensität einer 'Strahlung langsamer Neutronen mittels Ionisationskammern durch die Grösse des Ionisationsstromes zu messen und die Ionisationskammer für den Nach- -weis der nicht oder nur sehr wenig ionisieren den Neutronen dadurch geeignet zu machen, dass man von einer bekannten Zwischenreak tion Gebrauch macht,
bei der ionisierende Teilchen durch hie langsamen Neutronen er zeugt werden. Man kann dazu beispielsweise die bekannte Reaktion
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benutzen. Ein anderes Beispiel für eine solche Zwischenreaktion, die sich für den vorliegenden Zweck eignet, ist
EMI0001.0033
In dem. in. der Natur vorkommenden TLithium beträgt der Gehalt an Lis nur etwa 8 %.
In dem in der Natur vorkommenden Bor be trägt der Gehalt an Bnur etwa 20 % . Die Hauptmasse dieser Elemente besteht also aus dem nicht in obiger Weise reagierenden Li7 bezw. B11.
Man braucht dabei nicht immer eine Zwi schenreaktion zu wählen, bei der unter dem Einfluss langsamer Neutronen schwere stark ionisierende Teilchen emittiert werden. Ob wohl letztere Zwischenreaktionen im allge meinen die grösste Empfindlichkeit liefern, kann es unter Umständen doch von Vorteil sein, Zwischenreaktionen zu wählen, bei denen unter dem Einfluss langsamer Neutro nen Elektronen oder Gammastrahlen emit tiert werden und diese den zu messenden Ionisationsstrom in der Kammer liefern.
Die verschiedenen, unter dem Einfluss langsamer Neutronen schwere Teilchen, Elektronen oder Gammastrahlen emittierenden Zwischenreak tionen sprechen auf langsame Neutronen ver schiedener Geschwindigkeit verschieden stark an. Um also Neutronen eines bestimmten Ge schwindigkeitsbereiches bevorzugt bei der Messung zu berücksichtigen, ist es zweek- mässig, diejenige Zwischenreaktion zu wäh len, die auf Neutronen des gewünschten Ge- sehwindigkeit3bereiches besonders stark an spricht.
Für Neutronen eines bestimmten Ge- schwindigkeitsbereiches kann eine Elektro nen oder Gammastrahlen emittierende Zwi schenreaktion unter Umständen empfind licher sein als eine schwere Teilchen emit tierende Reaktion.
Die durch Neutronen bedingte Emission von Elektronen oder Gammastrahlen braucht nun nicht unmittelbar nach dem Auftreffen der Neutronen zu erfolgen, sie kann viel mehr auch erst eine Zeitlang nach dem Auf treffen des Neutrons erfolgen. Bei Benutzung dieser sogenannten radioaktiven Reaktionen muss man mit der Intensitätsmessung so lange warten, bis sicn das radioaktive Gleichgewicht genügend genau eingestellt hat.
Auch bei den Elektronen oder Gamma strahlen emittierenden Zwischenreaktionen besteht das mit den Neutronen reagierende Element vielfach nicht aus einer einzigen Isotopensorte, sondern aus einem Gemisch von mehreren Isotopensorten. Dabei reagie ren die verschiedenen Isotopen verschieden stark mit den Neutronen und sprechen auch auf Neutronen verschiedener Geschwindig keit ganz verschieden stark an.
Diejenige Isotopensorte, die mit den Neutronen am stärksten reagiert, oder die mit Neutronen eines bestimmten Gaschwin-digkeitsbereiches besonders stark reagiert, sei im folgenden als die wirksame Isotopensorte bezeichnet.
Eine wesentliche Vergrösserung der Emp findlichkeit der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Messung der Intensität der Strahlung langsamer Neutronen durch die Grösse des Tonisationsstromes in einer Ionisationskam- mer, deren Elektroden mit einer Schicht ver sehen sind, die ein Element enthält, das unter dem Einfluss langsamer Neutronen eine andere Strahlung als Neutronen emittiert, wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das emittierende Element die Isotopensorte,
die mit Neutronen besonders stark reagiert, gegenüber der natürlichen Isotopenvert@eilung angereichert enthält. Bei gegebener Neu- tronenstrahlungsintensität ist nämlich die Zahl der austretenden ionisierenden Teilchen und damit die Ionisation in der Kammer um so grösser,
je grösser der Gehalt der unter dem Einfluss der langsamen Neutronen eine andere Strahlung als Neutronen emittieren den 'Schicht an der bei dieser Reaktion be- sonders wirksamen Isotopensorte ist. Für die Wirkungsweise der Vorrichtung nach der Erfindung ist es ohne Bedeutung, ob neben der von der emittierenden ,Schicht unter dem Einfluss der auftreffenden langsamen Neu tronen ausgesandten wirksamen Strahlung,
die keine Neutronenstrahlung ist, sondern beispielsweise aus geladenen Teilchen oder Gammastrahlen besteht, auch noch Neutro nen zur Aussendung gelangen oder nicht.
Die von der auf den Elektroden ange brachten Schicht unter dem Einfluss lang samer Neutronen ausgesandte Strahlung ist entweder eine Strahlung geladener Teilchen, insbesondere von schweren Teilchen oder Elektronen, oder eine Gammastrahlung. Die Schicht kann beispielsweise an Libezw. an B 1.- , gegenüber der natürlichen Isotopenver- teilung angereichert sein. Es können auch Verbindungen oder Mischungen dieser Iso tope verwendet werden.
Falls die auf den Elektroden anzubrin gende Substanz an dieser nicht haftet, wie beispielsweise amorphes Bor, empfiehlt es sich, die Elektroden mit einer dünnen Schicht, beispielsweise mit Papier, zu beklei den, oder die wirksame Substanz mittels eines Bindemittels aufzutragen.
Bei .der Verwendung von durch Luft oder Feuchtigkeit angreifbaren Substanzen, beispielsweise Lithium, empfiehlt es sich, entweder die Schicht durch einen, die schweren Teilchen nicht nennenswert absor bierenden Überzug gegen den Angriff zu schützen oder eine von den angreifenden Gasen oder Dämpfen befreite, beispielsweise mit Edelgas gefüllte Ionisationskammer zu benutzen.
Die langsamen Neutronen lösen aus der Lithium- oder Borschicht schwere Teilchen aus, die in dem Gas der Ionis.ationska-mmer Ionen erzeugen. Aus der Grösse des so er zeugten Ionenstromes kann auf die Inten sität der einfallenden Strahlung langsamer Neutronen geschlossen werden.
Da nur eine verhältnismässig dünne Reaktionsschicht, bei- spielsweise Bor- oder Lithiumschicht, wirk sam ist, wird nur ein kleiner Bruchteil der durchgehenden Neutronen schwere Teilchen auslösen. Um bei gegebener Neutronenstrah- lung möglichst starke Ionisierungen zu er zeugen, ist es vorteilhaft, mehrere Schichten hintereinander anzuordnen. Analoges gilt für Elektronen oder Gammastrahlung emit tierende Schichten.
In der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel der Vorrichtung nach der Erfindung mit einer um B 1 angereicherten Borrea-k- tion6schicht in zum Teil schematischer Dar stellung wiedergegeben.
In einem Behätler 1, der zum ;Schutz geigen Röntgenstrahlen und Gammastrahlen aus -der Neutronenduelle aus Eisen oder Blei besteht und beispielsweise zylindrisch sein kann, befinden sich mehrere Zylinder 2 aus Aluminium, die von Bernsteinisolatoren 4 getragen sind.
Die Zylinder sind mit Papier ä bedeckt, auf welchem das an B'5 angerei cherte Bor aufgetragen ist. Das, Bor kann wegen seiner schlechten elektrischen Leit fähigkeit auch noch mit einem Drahtnetz be deckt sein. Dadurch wird gleichzeitig eine gute elektrische Feldverteilung erreicht.
Im mittleren Teil des Gefässes ist die Elektro- meterröhre 6 zusammen mit einem hochohmi- gen Ableitungswiderstand 7 untergebracht. Die Elektrometemröhre und der Ableitungs- widerstand sind zum Schutz gegen elek trische Störungen von einem ,geerdeten Ab schirmzylinder 5 aus Metall umgeben. Die Zylinder werden auf einem Potential von einigen hundert Volt gegeneinander gehal ten.
Die Leitungen zur Zuführung der er forderlichen !Spannungen werden in dem Rohr 8 untergebracht. Um eine räumlich möglichst kleine Anordnung zu erhalten, wählt man die Elektrodenabstände zweck mässig von der Grössenordnung der Reich weite der Teilchen im Füllgas der Ioni- sationskammer. Eine weitere Verringerung der Elektrodenabstände ist durch Verkleine rung der Alphateilchenreichweite möglich,
das heisst durch Füllung der Ionisation6kam- mer mit schweren Gasen oder mit Gasen von erhöhtem Druck.
Die Wirkunbmsweise des Do@simeters ist folgende: Das Gerät wird in die Nähe :der zu mes senden Neutronenquelle gestellt. Die Neu tronen. durchdringen praktisch ohne Absorp- tion. den äussern Behälter (S.(-,hutzmantel) des Dosimeters und treffen auf die mit Bor be deckten Aluminiumzylinder auf.
Dort findet dann die oben erwähnte Reaktion statt, und e: entstehen Alphateilchen, die das Gas (bei spieleweise Luft von Atmosphärendruck) in der IonisationskAnmer ionisieren. Die dabei auftretenden Ionen werden gesammelt und beispielsweise dem Gitter der Elektrometer röhre 6 zugeführt.
Ausserhalb des Behälters 1 befinden sich Galvanometer, Anodenbat- terie und Heizbatterie. An dem Galva.no- rneter kann die i\Teutronenintens.ität unmittel bar aus der Grösse des Galvanometeraus- schla.ges abgelesen werden.
Das Neutronen dosimeter kann in einfacher Weise mit Hilfe einer bekannten Neutronenquelle geeicht werden. Dabei ist zu beachten, dass ,der Ab stand des Dosimeters von der Neutronen quelle der gleiche ist wie bei der Messung.
Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung gemäss der Erfindung besteht darin, dass es bei entsprechender Wahl der Isotopensorte für die Zwischenreaktion gelingt, die Emp findlichkeit für langsame Neutronen eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches be sonders gross zu machen.
Wählt man näm lich als Reaktionssehieht ein Element oder dessen Verbindungen, bei dem die Isotopen sorte, die auf Neutronen eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches besonders stark anspricht, gegenüber der natürlichen Isoto- penverteilung angereichert ist, so wird die Ionisa.tionskammer zur Messung der Inten sität der langsamen Neutronen dieses Ge- schwindigkeitsbereiches besonders geeignet sein.