DE19627264C1 - Neutronendosisleistungsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Neutronendosisleistungsmesser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie er aus der DE-AS 16 39 539 bekannt ist.

Für die Strahlenschutzüberwachung werden seit mehr als 20 Jah­ ren Neutronenäquivalentdosisleistungsmesser eingesetzt, die innerhalb eines Moderators einen Detektor für thermische Neu­ tronen enthalten. Die Moderatoren enthalten dabei eine Zwi­ schenlage aus perforiertem Cadmium zur Verringerung des hohen Ansprechvermögens im Energiebereich mittelschneller Neutronen, vgl. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 339, 1994, S. 573-579.

Der Nachteil dieser Geräte liegt in der relativ großen Ener­ gieabhängigkeit des Ansprechvermögens und in der relativ ge­ ringen Empfindlichkeit.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Neutronendosisleistungsmes­ ser der e. g. Art so auszugestalten, daß die Empfindlichkeit deutlich gesteigert und die Energieabhängigkeit des Ansprech­ vermögens gleichzeitig verringert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche beschreiben vorteil­ hafte Ausgestaltungen des Neutronendosisleistungsmessers.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels mit Hilfe der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen die beiden Figuren schematische Schnitte durch einen Neutronendo­ sisleistungsmesser, wobei die Schnittebene bei der Fig. 1 die Längsachse des innenliegenden Zählrohrs enthält und die Schnittebene bei der Fig. 2 dazu senkrecht liegt.

Der Neutronendosisleistungsmesser besteht aus einer Moderator­ kugel 1 aus Polyäthylen mit einem Außendurchmesser von 250 mm. Der Durchmesser kann auch zwischen 200 und 300 mm liegen. Im Kugelzentrum befindet sich das Meßelement 2 für thermische Neutronen, in diesem Fall ein Proportionalzählrohr. Das Pro­ portionalzählrohr besteht aus einem Edelstahlrohr mit einer Wandstärke von 0,5 mm, dem Außendurchmesser 40,4 mm und einer Länge von 100 mm. Die Stirnseiten des Zählrohrs sind mit Iso­ lierhalterungen mit keramischen Isolatoren abgeschlossen. Der Zähldraht ist aus Wolfram und besitzt den Durchmesser 50 µm. Das Zählrohr ist so im Moderator angeordnet, daß die Mitte des Zähldrahtes mit dem Zentrum der Moderatorkugel 1 zusammen­ fällt. Die aktive Länge des Zählrohrs entspricht etwa dem Zählrohrdurchmesser. Damit ist das aktive Volumen optimal an die Kugelgeometrie der Moderatoranordnung angepaßt. Das Zähl­ rohr ist mit 3,5 bar ³He und mit Methan als Löschgas gefüllt und abgeschmolzen. Die Betriebsspannung liegt bei 2650 Volt. Als Detektoren für thermische Neutronen können auch LiI-Kri­ stalle oder BF₃ Zählrohre eingesetzt werden, die ebenfalls an die Geometrie der Moderatorkugel angepaßt sind. Durch einen Kabelkanal 4 ist ein Signalkabel 3 aus der Moderatorkugel 1 herausgeführt und mit einer hier nicht dargestellten Auswerte­ einheit verbunden. Diese besteht aus einem Vorverstärker, ei­ nem Datenlogger mit Spannungsversorgung und Hochspannungsteil und einem Drucker zur Ausgabe der Meßwerte.

Das Zählrohr ist allseitig umgeben von einem zylindrischen In­ nenmoderator 5 aus Polyäthylen mit einer Stärke von 20 mm. Die Stärke kann in einem Bereich zwischen 10 und 30 mm variiert werden. Um den Innenmoderator 5 liegt der Cadmiumabsorber 6. Der Absorber besteht aus Cadmiumblech der Stärke 0.5 mm, das zylindrisch den Innenmoderator 5 abdeckt.

In der Moderatorkugel befinden sich 12 radiale Bohrungen 7 mit Durchmesser 7 mm, die von außen bis zum Cadmiumabsorber rei­ chen. Vier dieser Bohrungen 7 liegen orthogonal zueinander in der Mittelebene senkrecht zur Zählrohrachse. In der Zähl­ rohrachse liegt der Kabelkanal 4 mit Durchmesser 20 mm. Diese bisher genannten Bohrungen spannen ein karthesisches Achsen­ kreuz auf. In den Raumwinkelhalbierenden der dadurch definier­ ten 8 Oktanten liegt jeweils eine weitere Bohrung 7 mit Durch­ messer 7 mm. Alle Moderatorbohrungen mit Durchmesser 7 mm sind außen mit 10 mm langen Stopfen 8 aus Polyäthylen verschlossen.

Es ist von Vorteil, in den Bohrungen 7 des kugelförmigen Mode­ rators 1 etwa in der Mitte zwischen dem Cadmiumabsorber 6 und der Kugeloberfläche Stopfen aus einem neutronenabsorbierenden Material anzuordnen. Dafür können Borplastik, borhaltige Kera­ mik oder Cadmiumscheiben auf Plastikzylindern eingesetzt wer­ den.

An den Stellen an denen die Moderatorbohrungen 7 auf den Cadmiumabsorber 6 stoßen, befinden sich im Absorber Bohrungen mit Durchmesser 11 mm. In den Abdeckscheiben (Stirnflächen) des zylindrischen Cadmiumabsorbers sind Bohrungen mit Durchmesser 30 mm angebracht.

Wichtig ist nicht die Anzahl der Bohrungen 7 alleine oder de­ ren Durchmesser sondern das Verhältnis von Kugeloberfläche zur Gesamtfläche der Bohrungen welches in einem Bereich zwischen 2 × 10^-3 und 2 × 10^-2 liegen soll. Dabei bewirken viele kleine Bohrungen ein gleichmäßiges winkelabhängiges Ansprechvermögen.

Claims (5)

1. Neutronendosisleistungsmesser zur Messung der Neutronen­ äquivalentdosis für Neutronen von thermischen Energien bis 20 MeV bestehend aus einem zentral angeordneten Meßelement für thermische Neutronen, einem Innenmoderator, einem Cad­ miumabsorber welcher den Innenmoderator umgibt und einem äußeren kugelförmigen Moderator, der zylindrische Bohrungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der kugelförmige Moderator (1) einem Durchmesser zwi­ schen 20 und 30 cm hat,
• b) der kugelförmige Moderator (1) mindestens 12 gleichmäßig verteilte radiale Bohrungen (7) aufweist die bis zum Cadmiumabsorber (6) verlaufen, wobei das Verhältnis von Kugeloberfläche zur Gesamtfläche der Bohrungen in einem Bereich zwischen 2 × 10^-3 und 2 × 10^-2 liegt,
• c) der Cadmiumabsorber (6) in der Verlängerung der Bohrun­ gen (7) Löcher aufweist und
• d) die Dicke des Innenmoderators (5) zwischen 1 und 3 cm liegt.

2. Neutronendosisleistungsmesser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Öffnungen an der Kugeloberfläche durch neutronenmoderierendes Material (8) verschlossen sind.

3. Neutronendosisleistungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß in den Bohrungen (7) des kugel­ förmigen Moderators (1) etwa in der Mitte zwischen dem Cad­ miumabsorber (6) und der Kugeloberfläche Stopfen aus einem neutronenabsorbierenden Material angeordnet sind.

4. Neutronendosisleistungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (2) ein mit ³He gefülltes Zählrohr mit einem Durchmesser von etwa 4 cm und einer aktiven Länge von ebenfalls etwa 4 cm ist.

5. Neutronendosisleistungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugeldurchmesser 25 cm beträgt.