DE1154653B

DE1154653B - Verfahren zur Messung hoher Temperaturen

Info

Publication number: DE1154653B
Application number: DEL27672A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Tasso Springer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-05-21
Filing date: 1957-05-21
Publication date: 1963-09-19

Description

Verfahren zur Messung hoher Temperaturen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung hoher Temperaturen, wie sie beispielsweise bei durch Hochstromentladungen zur Explosion gebrachten elektrischen Leitern auftreten.
Es ist bekannt, daß der Absorptions-Wirkungsquerschnitt gewisser Materialien für Neutronen hohe und schmale Resonanzmaxima aufweist. Durch den Doppler-Effekt tritt bei Erwärmen des Materials eine Verbreiterung und Verflachung dieser Resonanzmaxima auf. Bei dem Meßverfahren nach der Erfindung wird die Verbreiterung der Resonanzkurve und/oder die damit verbundene Anhebung der Ausläufer der Resonanzkurve bei steigender Temperatur des Objekts zur Messung der Temperatur ausgenutzt.
Dementsprechend wird bei dem vorliegenden Verfahren zur Messung hoher Temperaturen ein Neutronenstrahl durch das zu messende Material hindurchgeleitet, das Spektrum der hindurchgehenden Neutronen gemessen und aus der Verbreiterung und/oder Verflachung der Resonanzkurven des Absorptionsquerschnittes auf Grund des Neutronen-Doppler-Effekts die Temperatur bestimmt.
Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Objekt, dessen Temperatur bestimmt werden soll, ein Material beigemengt wird, dessen Absorptionswirkungsquerschnitt für Neutronen mindestens ein hohes und schmales Resonanzmaximum aufweist.
An Hand der Fig. 1 bis 3 sollen die physikalischen Vorgänge, auf denen die Erfindung beruht, erläutert werden.
Das Diagramm der Fig. 1 zeigt das Spektrum von epithermischen Neutronen, die das kalte Objekt durchsetzt haben (Kurve 11). Das Maximum der Resonanzlinie des Objekts liege dabei im Energiebereich der epithermischen Neutronen. Die zugehörige Resonanzkurve, d. h. der Wirkungsquerschnitt als Funktion der Neutronenenergie, zeigt Kurve 12.
Wird die Temperatur des zu durchdringenden Objekts erhöht, verbreitert sich die ursprüngliche Resonanzkurve 12. Das Spektrum der Neutronen nach dem Durchgang durch das Objekt hat nun die Form der Kurve 14, die durch die Dopplerverbreiterung veränderte Resonanzlinie die Form der Kurve 15.
Im Diagramm der Fig. 2 fällt das Maximum eines thermischen Neutronenspektrums (Kurve 16) in den Bereich des linken Ausläufers der Resonanzlinie (Kurve 12). Wird das Objekt erhitzt, so verflacht auf Grund der Dopplerverbreiterung die Resonanzlinie unter gleichzeitiger Anhebung des mit 13 markierten Ausläufers und geht in Kurve 15 über. Die Anhebung des Ausläufers ist gleichbedeutend mit einer Ver- größerung des Wirkungsquerschnittes für die Neutronen und damit einer Verringerung der Neutronentransmission. Das Spektrum hat nun die Form und Lage der Kurve 17.
Liegt, wie in Fig. 3 gezeichnet, das Maximum der Resonanzlinie des kalten Objekts (Kurve 12) im Bereich des Maximums des Spektrums (Kurve 16'), so bewirkt die mit der Erhöhung der Temperatur verbundene Dopplerverbreiterung und Verflachung der Resonanzkurve (Kurve 15) eine Erhöhung der Transmission, weil gleichzeitig der Wirkungsquerschnitt der Neutronen verkleinert wird. Das Spektrum hat nun die Lage und Form der Kurve 17'.
Erfindungsgemäß werden die soeben geschilderten Vorgänge zur Messung hoher Temperaturen ausgenutzt. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist in Fig. 4 skizziert. Aus einer Neutronenquelle 21 kommend, die vorteilhafterweise ein Reaktor ist, durchdringt ein Neutronenstrahl 22 das zu messende Objekt 23. Ein Neutronennachweisgerät 24, dessen Nullanzeige durch eine Abschirmung 25, zweckmäßig Paraffin, niedrig gehalten wird, zählt die pro Zeiteinheit einfallenden Neutronen. Aus der änderung der Einfallsrate kann auf die Temperatur geschlossen werden.
Wählt man die Bedingungen, wie sie durch Fig. 1 charakterisiert sind, d. h. das Objekt besteht aus einem Material mit einer hohen Einfangresonanz, deren Maximum in den epithermischen Energiebereich des Neutronenspektrums fällt, zweckmäßig Gold, Silber oder Indium, so ist die Zählausbeute, die in jedem Fall der Fläche unter dem Spektrum entspricht, um einen Betrag kleiner, der der schraffierten Fläche der Fig. 1 proportional ist, wenn das Objekt auf eine höhere Temperatur gebracht wird. Die Objektdicke wird hierbei zweckmäßig wesentlich größer als die Absorptionsweglänge im Resonanzmaximum gewählt. Wählt man, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Objektmaterial, zweckmäßig Cadmium, dessen Ausläufer der Resonanzkurve in den Bereich des Maximums des Spektrums fällt, so wird bei einer Temperaturerhöhung des Objekts die Zählausbeute ebenfalls kleiner, weil durch die Anhebung des Ausläufers der Resonanzkurve der Wirkungsquerschnitt vergrößert und damit die Transmission verkleinert wird.
Einen inversen Effekt erzielt man, wenn man, wie in Fig. 3 dargestellt, das Maximum der Resonanzkurve mit dem Maximum des Neutronenspektrums zusammenlegt. Zweckmäßig erfolgt dies einmal durch die Wahl eines geeigneten Objektmaterials, dessen erstes Resonanzmaximum möglichst nahe der thermischen Neutronenenergie liegt und/oder durch Aufheizen der Neutronen mit dem Ziel, das Maximum des Spektrums nach höheren Energien in Richtung auf das Resonanzmaximum zu verschieben. Vorteilhafterweise nimmt man Cadmium als Objektmaterial und heizt den Neutronenstrahl auf 2000 bis 30000 C auf. Unter diesen Voraussetzungen fallen beide Maxima annähernd zusammen. Bei Temperaturerhöhung des Objekts sinkt der Scheitelwert des Resonanzmaximums, und es kommt eine Erhöhung der Transmission zustande. In diesem Fall wird die Zählt ausbeute also mit steigender Temperatur größer.
Es ist nicht erforderlich, daß das Objekt ausschließlich aus einem Material mit günstiger Lage eines ausgeprägten Resonanzmaximums besteht. Man kann dem Objektmaterial z. B. kleine Mengen eines Stoffes mit ausgeprägtem Resonanzmaximum beimischen, das günstig in bezug auf die Neutronenenergie liegt.
Ferner ist es möglich, in das zu messende Objekt eine Sonde einzuführen, die aus einem Material mit geeignetem Resonanzmaximum besteht. Diese Sonde wird, wenn es sich nicht um Kurzzeitmessungen handelt, die Temperatur des Objekts annehmen, so daß die Änderung ihres Neutronenspektrums ein Maß für die Temperatur des gesamten Objektes ist. Ein Ausfühuungsbeispiel, bei dem die Temperatur eines Objektes mittels einer Sonde gemessen wird, zeigt Fig. 6.
In das zu messende Objekt 31 ist die Sonde 32, die vorteilhafterweise aus einem Cadmiumblech besteht, eingelassen. Senkrecht zu ihr ist eine Bohrung33 angebracht. Durch diese können die Neutronen, die aus der Neutronenquelle 35 herauskommen, unmittelbar bis an die Sonde heranfliegen, die sie durchdringen und in das Neutronennachweisgerät 34 gelangen.
Es ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung, die Energieerhöhung von Neutronen, die an einem heißen Objekt, beispielsweise einem Draht oder Hohlzylinder gestreut werden, zur Messung der Temperatur auszunutzen. Ein Ausführungsbeispiel soll an Hand der Fig. 5 erläutert werden. Aus einer Neutronenquelle 21, zweckmäßig einem Reaktorkern, trifft ein Strahl thermischer Neutronen 22 auf das zu messende Objekt 23. An diesem werden ein Teil der Neutronen elastisch gestreut. Sie ändern dabei ihre Richtung und ihre Energie. Letztere ist nach dem Stoß ein Maß für die Temperatur des Objektmaterials. Mit Hilfe eines energieabhängigen Neutronennachweisgerätes 24, vorteilhafterweise einem mit Cadmium und/oder Bor verkleideten Zählrohrkranz, wird die Zahl der Neutronen, deren Energie durch den Stoß an dem heißen Objekt größer als die Ausgangsenergie geworden ist, registriert und zur Bestimmung der Temperatur benutzt. Die Nullanzeige des Zählrohrkranzes wird durch eine Abschirmung 25, zweckmäßig aus Paraffin und Bor, niedrig gehalten.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Messung hoher Temperaturen, bei dem ein Neutronenstrahl durch das zu messende Material hindurchgleitet, das Spektrum der hindurchgehenden Neutronen gemessen und aus der Verbreiterung und/oder Verflachung der Resonanzkurven des Absorptionsquerschnittes auf Grund des Neutronen-Doppler-Effektes die Temperatur bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Objekt, dessen Temperatur bestimmt werden soll, ein Material beigemengt wird, dessen Absorptionswirkungsquerschnitt für Neutronen mindestens ein hohes und schmales Resonanzmaximum aufweist.