DE3534686C1 - Einrichtung zum Durchstrahlen eines Objektes mit einer transportablen,thermische Neutronen erzeugenden Quelle - Google Patents
Einrichtung zum Durchstrahlen eines Objektes mit einer transportablen,thermische Neutronen erzeugenden QuelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Durchstrah
len eines Objektes mit einer thermische Neutronen erzeu
genden, von einem Moderator umgebenen Neutronenquelle,
wobei die Neutronenstrahlen über einen Kollimator zum
Objekt gelangen, der wenigstens einen sich trichterför
mig zum Objekt hin öffnenden Kollimationsgang aufweist
und mit einer Quellenhalterung, die von der Strahlenein
gangsseite des Kollimators durch eine neutronendurchläs
sige Wand getrennt ist.
Eine derartige Einrichtung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 ist aus der US-PS 39 14 612
bekannt. Dort ist jedem Führungsrohr zur Aufnahme einer
Neutronenquelle ein als zylindrische Halbschale ausge
bildeter Reflektor zugeordnet. Er leitet den Neutronen
fluß zu einem im Zentrum der Einrichtung angeordneten
Moderatorgehäuse. In der Wand des Moderatorgehäuses be
finden sich verschließbare Fenster, die zu Kollimator
öffnungen hin gerichtet sind. Weiterhin ist aus der
US-PS 36 59 106 eine auf Lagerzapfen abgestützte und
dadurch schwenkbar ausgebildete Einrichtung bekannt.
Zwischen der Neutronenquelle und dem Kollimatoreingang
ist eine Schichtung aus Moderatorscheiben und Kühlplat
ten angeordnet. Umfangsseitig ist dieser Schichtung ein
Heizelement zugeordnet. Durch Kühlen oder Erwärmen der
Moderatorscheiben bzw. durch Einsetzen von Moderator
scheiben unterschiedlicher Dicke kann das Spektrum der
Neutronenquelle beeinflußt werden.
Weiterhin ist aus der DE-OS 30 31 107 eine Neutronen
quelle bekannt, die mit Beryllium
und radioaktivem Antimon betrieben wird. Als Neutronenmodera
tor ist dort Polyäthylen eingesetzt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß der zum Objekt
gelangende thermische Neutronenstrom ohne Erhöhung der
Quellenleistung wesentlich vergrößert wird.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Hierbei ist zwischen der Wand und der Strahleneingangsseite ein Raum
gebildet und die Innenseiten der Umfangsfläche
des Raumes sowie die Strahleneingangsseite unter Frei
lassung einer Kollimationsgangöffnung sind mit einem als Mo
derator und Reflektor wirkenden Kunststoff plattiert.
Der von der Neutronenquelle durch eine neutronen
durchlässige Wand in den Raum gelangende primär mode
rierte Neutronenfluß erfährt durch die Kunststoffplat
tierung eine erhebliche Verstärkung im thermischen Ener
giebereich. Mit Hilfe der Kunststoffplattierung wird
nämlich eine Sekundärmoderation derjenigen Neutronen
erzielt, die nach der Primärmoderation noch nicht die
thermische Neutronenenergie erzielt haben. Letztendlich
verhindert die Plattierung an der Strahleneingangsseite,
daß Neutronen bereits durch das Absorbermaterial der
Kollimatorwandung absorbiert werden. Ein weiterer Vor
teil ist darin zu sehen, daß thermische Neutronen durch
die Kunststoffplattierung des Raumes eine erhöhte Re
flexion erfahren.
Die Umwandlung des umgerichteten, thermischen Neutronen
flusses im freien Raum zu einem extrahierten, gerichte
ten Neutronenstrom erfolgt bekannterweise mit Hilfe ei
nes Kollimators unter Vorgabe eines geeigneten Verhält
nisses von Kollimatorlänge zu Kollimatoreintrittsflä
chendurchmesser (L/D) und unter Berücksichtigung der
erforderlichen Bildschärfe/-qualität.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Neutronen
quelle relativ zum Kollimator in Achsrichtung und quer
zur Achsrichtung eines Kollimationsganges bewegbar.
Mit der Verstellmöglichkeit quer zur Achsrichtung des
Kollimationsganges läßt sich insbesondere bei einer An
ordnung mit mehr als einem Kollimationsgang der Wir
kungsgrad der Neutronenquelle bei unveränderter Quellen
leistung erhöhen. Die Verstellbarkeit der Neutronenquel
le in Achsrichtung des Kollimators erlaubt zusätzlich
eine Einstellung der Einrichtung auf Objekte verschiede
ner Werkstoffe und Geometrien.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Quellen
halterung in einem als Festkörper ausgebildeten Modera
tor angeordnet.
Zur Verbesserung der Neutronenführung ist die Öffnung im
Bereich der Plattierungsstärke in Richtung der Wand zwi
schen den Gehäuseteilen divergierend ausgebildet.
Anhand eines Ausführungsbeispieles und der Fig. 1 bis
3 wird die erfindungsgemäße Einrichtung beschrieben.
Dabei zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Durchstrahlungsein
richtung,
Fig. 2 eine Ansicht in Pfeilrichtung II der Fig. 1 und
Fig. 3 ein Neutronenspektrum einer Cf-252-Neutronen
quelle.
Wie aus den Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, besteht die
Einrichtung aus zwei Gehäuseteilen 1 und 2, die durch
eine Wand 3 aus neutronendurchlässigem Material (wie z.
B. Aluminium) voneinander getrennt sind. Im Gehäuseteil
1 ist eine transportable Neutronenquelle 4, die in einer
fernbedient abnehmbaren Quellenhalterung 5 abgestützt
ist, angeordnet. Die Quellenhalterung 5 ruht dabei auf
einem Gerüst 6, das mit dem Gehäuseteil 1 verbunden ist.
Dem Gerüst 6 sind nicht dargestellte Antriebselemente
zugeordnet, mittels derer die Quellenhalterung 5 fernbe
dient quer zur Achsrichtung eines Kollimationsganges 7
(in Pfeilrichtung 8 und 9) sowie in Achsrichtung des
Kollimationsganges 7 (in Pfeilrichtung 10) bewegbar ist.
Insbesondere wenn das zu durchstrahlende Objekt ein ra
dioaktives Bauteil aus dem Reaktorkern ist, sollte das
Objekt und somit auch die Einrichtung in eine Wasservor
lage angeordnet werden. Um dieses Wasser als Moderator
verwenden zu können, weisen die aus Aluminium bestehen
den Wandungen des Gehäuseteiles 1 Öffnungen 11 auf, die
einen Eintritt des Umgebungswassers in den Innenraum
dieses Gehäuseteiles 1 sicherstellen. Als Moderator kann
auch ein Festkörper wie z. B. Polyäthylen verwendet wer
den. In diesem Fall wird die abnehmbare Quellenhalterung
5 durch eine fernbedient abnehmbare Quellen-Moderator-
Konfiguration in Form eines in den Fig. 1 u. 2 strich
punktiert angedeuteten Polyäthylenblockes 23 ersetzt,
welcher in die Position der Quellenhalterung 5 gebracht
wird, wobei der Polyäthylenblock gleichzeitig die Quel
lenhalterung für die Neutronenquelle 4 darstellt.
Der PE-Block kann ebenso wie die Quellenhalterung 5 über
nicht dargestellte Antriebs- und Führungselemente fern
bedient quer (in Pfeilrichtung 8 und 9) bzw. in Achsrich
tung (Pfeilrichtung 10) bewegt werden. Durch Einsetzen
verschiedener PE-Blöcke, die bezüglich deren Geometrien
und der Positionierung der Neutronenquelle 4 innerhalb
des jeweiligen PE-Blockes variieren, ist es möglich, die
Moderationseigenschaften den Erfordernissen bezüglich
des zu durchstrahlenden Objektes (Objektgeometrie/Mate
rial) anzupassen. Das Gehäuseteil 2 besteht aus Alumi
nium und ist allseits geschlossen. Es nimmt einen Kolli
mator 12 auf, der zwei Kollimationsgänge 7
aufweist. Die zwei Kollimationsgänge 7 sind zum nicht
dargestellten Objekt hin trichterförmig erweitert und
weisen dabei einen vorzugsweise rechteckförmigen Quer
schnitt auf. Der Mantel 15 eines Kollimationsganges ist
aus einem neutronenabsorbierenden Material wie z. B. Bo
raflex gebildet.
Die geometrischen Abmessungen der Kollimationsgänge 7
wie z. B. das Verhältnis von Kollimatorlänge L zu Kolli
matoreintrittsflächendurchmesser D sind dabei unter Vor
gabe der Bildgröße des zu durchstrahlenden Objektab
schnittes und unter Berücksichtigung der erforderlichen
geometrischen Bildschärfe bzw. der Bildqualität so ge
wählt, daß eine klare Aussage bezüglich der Beschaffen
heit des zu untersuchenden Objektes bei möglichst kurzen
Bestrahlungszeiten getroffen werden kann.
Zwischen der Wand 3, die die Gehäuseteile 1 und 2 vonein
ander trennt und der Strahleneingangsseite 16 des Kol
limators 12 ist ein mit Luft oder einem anderen Gas
gefüllter Raum 17 gebildet, der lediglich zum Kollimator
hin eine Verbindung aufweist. Die Umfangsflächen 18 des
Raumes 17 und die der Wand 3 gegenüberliegende Strahlen
eingangsseite 16 sind mit einer Polyäthylen-Plattierung
13 versehen. Lediglich im Bereich der Zugangsöffnung 20
des Kollimators 12 ist die Plattierung der Strahlenein
gangsseite 16 unterbrochen. Die im Bereich des Gehäuse
teils 1 moderierten Neutronen gelangen durch die aus
neutronendurchlässigem Material bestehende Wand 3 in den
Raum 17. Anhand eines in der Fig. 3 dargestellten Neu
tronenspektrums für eine Kalifornium 252-Neutronenquelle
wird erläutert, daß nur ein Teil der in den Raum 17 ge
langenden Neutronen mit der für die Durchstrahlung von
Objekten mit einem hohen thermischen Wirkungsquerschnitt
geeigneten thermischen Energiebereich ausgestattet ist.
Die Fig. 3 symbolisiert auf der Ordinate die relative
Häufigkeit H und auf der Abszisse die Energie in MeV.
Ein nicht unerheblicher, durch die Schraffur 21 darge
stellter Teil der Primär-Neutronen weist eine höhere
Primär-Energie auf, die über 2 MeV liegt. Die Polyäthy
len-Plattierung 13 bewirkt eine Sekundärmoderation, in
dem sie einen großen Teil Neutronen höherer Primär-Ener
gie (E < 2 MeV) auf thermische Energiebereiche abbremst.
Durch das Vorsehen des Polyäthylen-plattierten Raumes 17
läßt sich bei gleicher Quellenleistung die Neutronenaus
beute wesentlich erhöhen. Mit der Polyäthylen-Plattie
rung des Raumes 17 wird zusätzlich eine erhöhte Reflexion
sowohl der primär- als auch der sekundärmode
rierten Neutronen erzielt. Die Stärke der Polyäthylen-
Plattierung 13 sowie die Größe des Raumes 17 ist abhän
gig vom Neutronenspektrum der verwendeten Neutronenquel
le. Im Bereich der Kollimatoröffnung 20 ist die Plattie
rung 13 in Richtung der Wand 3 erweitert ausgebildet (22).
Diese schräge Einführung der Neutronen bringt überra
schend eine erhebliche Verbesserung der Neutronenextrak
tion dahingehend, daß Ungleichmäßigkeiten des Neutronen
stromdichte-Verlaufs im interessierenden Bereich der
Objektebene, die mit einer unsachgemäßen Bildwiedergabe
verbunden ist, auf ein vertretbares Minimum reduziert
wird. Je nach dem physikalischen Aufbau des zu untersu
chenden Objektes kann die Neutronenquelle 4 in Pfeil
richtung 10 näher oder weiter entfernt vom Kollimator 12
positioniert werden. Die Verstellmöglichkeit der Neutro
nenquelle 4 in Pfeilrichtung 8 und 9 dient der wahlwei
sen Zuordnung der Neutronenquelle 4 zu einer der beiden
oder beiden Kollimationsgängen 7. Bei einer Zuordnung der
Neutronenquelle in Mittenlage zu den beiden gedachten
Zentralachsen der Kollimationsgänge 7, d. h. in versetz
ter Anordnung zu den Kollimatorzugangsöffnungen 20 kön
nen gleichzeitig beide Kollimationsgänge mit thermischen
Neutronen beaufschlagt werden, was mit einer Verbesse
rung des Wirkungsgrades der Neutronenquelle verbunden
ist bzw. das Verhältnis Bestrahlungszeit pro durch
strahlte Flächeneinheit in der Bildebene verkleinert.
Darüber hinaus bewirkt die versetzte Anordnung der Neu
tronenquelle, daß im wesentlichen nur thermische Neutro
nen das zu untersuchende Objekt erreichen und somit Neu
tronen höherer Energie (E < E therm ), die auf dem dem Objekt
nachgeordneten nicht dargestellten Film einen
Grauschleier hervorrufen und damit die Bildqualität ver
schlechtern könnten, weitgehend vermieden werden. Eine
Verstellmöglichkeit in Pfeilrichtung 10 erlaubt also
zusammen mit den Verstellmöglichkeiten in Pfeilrichtung
8 und 9 eine präzise Ausrichtung der Neutronenquelle 4
und somit einen wirkungsvoll gerichteten Neutronenfluß.
Durch die Anordnung des Raumes 17 und dessen Kunststoff
auskleidung 13 gelangt eine deutlich höhere Menge ther
mischer Neutronen zu dem zu untersuchenden Objekt.
Das Durchstrahlungsbild wird in bekannter Weise auf ei
nem dem Objekt nachgeordneten nicht dargestellten neu
tronenempfindlichen Film festgehalten.
Claims (6)
1. Einrichtung zum Durchstrahlen eines Objektes mit
- a) einer thermische Neutronen erzeugenden, von einem Moderator umgebenen Neutronenquelle (4), wobei die Neutronenstrahlen über einen Kollimator (12) zum Ob jekt gelangen, der wenigstens einen sich trichterför mig zum Objekt hin öffnenden Kollimationsgang (7) aufweist, und
- b) einer Quellenhalterung (5), die von der Strahlenein gangsseite (16) des Kollimators (12) durch eine neu tronendurchlässige Wand (3) getrennt ist,
dadurch
gekennzeichnet, daß
- c) zwischen der Wand (3) und der Strahleneingangsseite (16) ein Raum (17) gebildet ist und daß
- d) die Innenseiten der Umfangsfläche (18) des Raumes (17) sowie die Strahleneingangsseite (16) unter Frei lassung einer Kollimationsgangöffnung (20) mit einem als Moderator und Reflektor wirkenden Kunststoff (13) plattiert sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kunststoff (13) Polyäthylen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Quellenhalterung (5) in einem als
Festkörper (23) ausgebildeten Moderator angeordnet ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimationsöffnung (20)
im Bereich der Kunststoffplattierung in Richtung auf die
Wand (3) divergierend ausgebildet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Quellenhalterung (5) zusammen mit der
Neutronenquelle (4) relativ zum Kollimator (12) in Achs
richtung und quer zur Achsrichtung des Kollimations
ganges (7) bewegbar ist.
Priority Applications (5)
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