DE2430296A1

DE2430296A1 - Detektor fuer kernstrahlung

Info

Publication number: DE2430296A1
Application number: DE2430296A
Authority: DE
Inventors: Allan J Bamford; Wallace Gillies; Charles H Gleason; Chemung Horseheads
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1973-06-27
Filing date: 1974-06-24
Publication date: 1975-01-23
Also published as: FR2235479A1; GB1468260A; FR2235479B1; US3860845A; JPS5038583A

Description

DiFL.-iNG. KLAUS N EU BECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

"Düsseldorf, 21. Juni 1974

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Detektor für Kernstrahlung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kernstrahlungsdetektoren vom gasgefüllten proportional zählenden Typ.

Kernstrahlungsdetektoren vom gasgefüllten proportional zählenden Typ sind allgemein bekannt und weisen eine zylindrische Kammer mit leitender Wandung, eine in der Kammer zentrisch angeordnete Elektrode, eine dünne Schicht aus tieutronenabsorbierendem Material an der Innenfläche der Kammerwandung sowie ein Füllgas auf. Solche proportional zählenden Detektoren werden typischerweise im Pulsbetrieb eingesetzt, wobei zwischen der Kammerwandung und der zentrischen Elektrode eine Spannung angelegt wird, so daß dazwischen ein Strom'fließt, der der Ionisierung darin infolge Neutronenabsorption und Emission von dem neutronenabsorbierenden Material proportional ist. Das in solchen Detektoren verwendete Füllgas weist typischerweise ein inertes Gas wie Argon sowie einen bestimmten Prozentsatz an zerlegbarem mehratomigem oder molekularem Gas wie Kohlendioxid auf. Das Kohlendioxid ist typischerweise in einer Menge von bis zu 25 Vol% des gesamten Füllgasvolumens anwesend.

Wird der Detektor hohen Neutronenflußwerten ausgesetzt, so kann

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dies zu Instabilitäten führen, die durch die Zerlegung oder den Zerfall (Dissoziierung) des Kohlendioxids und anschließende Absorption der Zerfallprodukte auf der Kammerwandung hervorgerufen wird. Der dissoziierte Sauerstoff kann sich mit dem neutronen-^bsorbierenden Material wie Bor IO an der Wandung des Detektors vereinigen und zu einer übermäßigen Vervielfachung bei normalen Arbeitsspannungen führen. Das zusätzlich zu dem Füllgas vorhandene Molekulargas ist wichtig, da es die Entladungsübertragungseigenschaften des Füllgases verbessert, um so einen zuverlässigen Pulsbetrieb zu ermöglichen.

Ein Detektor für Kernstrahlung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen entladungsbegrenzenden Kolben mit einer auf seine Innenfläche aufgebrachten Schicht aus neutronenabsorbierendem Material, ein in dem Kolben abgestütztes mittiges leitendes Element, das mit mindestens einem Ende durch den Kolben geführt ist, in dem Kolben befindliches Füllgas, von dem mindestens ein Teil nach Beaufschlagung durch von dem neutronenabsorbierenden Material emittierte Strahlung dissoziierbar ist, sowie durch ein mit dem Kolben verbundenes, jedoch im wesentlichen diesem gegenüber im Bezug auf Strahlung von dem neutronenabsorbierenden Material abgeschirmtes Füllgas-Reservoir.

Der dissoziierbare oder zerlegbare Teil des Füllgases ist ein mehratomares oder molekulares Gas. Das Gasvolumen des Füllgas-Reservoirs beträgt vorzugsweise mindestens das Zweifache des Volumens des entladungsbegrenzenden Kolbens, um einen ausreichenden Vorrat an molekularem Gas zu erhalten und so die Lebensdauer des Detektors beträchtlich zu verbessern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Seiten-Querschnitt durch eine Ausfuhrungsform der Erfindung;

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Fig. 2 einen Seiten-Querschnitt durch eine etwas abgewandelte Ausfuhrungsform der Erfindung; und

Fig. 3 einen Querschnitt durch Fig. 2 längs der Linie III-III.

Im einzelnen läßt Fig. 1 den proportional zählenden Neutronen-Detektor 10 nach der Erfindung erkennen, der einen entladungsbegrenzenden Kolben 12 von vorzugsweise zylindrischer Gestalt sowie im wesentlichen geschlossene Stirnwandungen 14 bzw. 16 aufweist. Der Kolben 12 ist typischerweise aus Aluminium oder einem anderen derartigen leitenden Material hergestellt und beispielsweise etwa 1,5 mm dick. Eine dünne Schicht 18 aus neutronenabsorbierendem Bor 10 ist an der Innenfläche des Kolbens 12 angebracht. Das Bor 10 hat einen hohen Neutronenquerschnitt und ist typischerweise in Form einer dünnen Schicht angeordnet, die etwa 1 mg Material pro cm Fläche ergibt. Das Bor 10 fängt thermische Neutronen auf und zerfällt zu Lithium und alpha-Strahlung. Die alpha-Strahlung ruft die Zerlegung des Kohlendioxid-Füllgasanteils hervor. Eine mittig in dem Kolben 12 angeordnete Elektrode 20 weist typischerweise einen Wolframdraht auf, dessen Durchmesser im Bereich zwischen 0,1 bis 0,25 mm liegt. Die mittige Elektrode 20 ist an ihren beiden Enden durch Hochspannungs-Isolierkörper 22 bzw. 24 abgestützt. Der Isolierkörper 24 ist ein Keramikkörper, der in eine Keramik-ZMetalldichtung übergeht, so daß eine Stromzuführung für die Elektrode 20 durch die leitende Wandung des Kolbens 12 geführt werden kann. Die Isolierkörper und 24 wirken als Hochspannungs-Barrieren, da der vorliegende Proportionalzähler vorzugsweise als Hochspannungs-Einheit betrieben wird. Mindestens eine öffnung 26, vorzugsweise jedoch mehrere öffnungen 26 sind durch die Wandung des Kolbens 12 geführt. Die öffnung(en) 26 befindet sich vorzugsweise in den Stirnwänden 14 bzw. 16 des Kolbens 12. Durch einen abgedichteten äußeren Kolben 30 und den entladungsbegrenzenden inneren Kolben wird ein Füllgas-Reservoir 28 begrenzt. Das gesamte Volumen des entladungsbegrenzenden inneren Kolbens 12 und des Reservoirs enthält ein Füllgas, typischerweise Argon und Kohlendioxid bei

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einem Füllgasdruck von etwa 20 Torr. Das Kohlendioxid ist vorzugsweise in einer Menge von etwa 5 Vol% anwesend. Der Füllgasdruck kann weitgehend innerhalb eines Bereiches zwischen etwa 2 und 200 Torr verändert werden. Ebenso kann der prozentuale Volumenanteil an Kohlendioxid weitgehend verändert werden.

Auf der Außenwandung des abgedichteten äußeren Kolbens 30- kann zur thermischen Beeinflussung einfallender Neutronen eine Schicht 32 aus Neutronenmoderatormaterial angeordnet sein. Die öffnung oder die Öffnungen 26 genügen, um einen einwandfreien Austausch des Füllgases zwischen der Entladungskammer und dem Reservoir zu ermöglichen. Durch das Reservoir und den Kolben 12 gelangende Neutronen werden durch das Bor 10 absorbiert/ das unter Emission von alpha- und Lithiumpartikel-Strahlung zerfällt.

Ein Teil des Kohlendioxids, das sich zunächst in dem entladungsbegrenzenden Gebiet oder der entladungsbegrenzenden Kammer befindet, wird durch die darin emittierte alpha-Strahlung dissoziiert, und ein Teil des dissoziierten Sauerstoffs wird an der Kolbenwand absorbiert. Das in dem Reservoir enthaltene Kohlendioxid bleibt durch die alpha-Strahlung unbeeinträchtigt, weil die alpha-Strahlung/^äfe Aluminiumwandung des Kolbens 12 absorbiert wird. Das Füllgas nimmt einen Gleichgewichtszustand zwischen dem entladungsbegrenzenden Gebiet und dem Reservoir an, so daß man . eine Vorrichtung mit langer Lebensdauer erhält. Das Volumenverhältnis des Füllgas-Reservoirs zu dem durch den entladungsbegrenzenden inneren Kolben begrenzten Volumen soll so groß sein, wie das innerhalb der räumlichen Beschränkungen der Gesamtabmessungen des Neutronendetektors möglich ist. Vorzugsweise übersteigt das Volumen des Reservoirs das entladungsbegrenzende Volumen. Je größer das Verhältnis zwischen Reservoir-Volumen und entladungsbegrenzendem Volumen, desto größer ist die Verbesserung der Lebensdauer der Vorrichtung.

Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Füllgas-Reservoir aus Gründen der Raumersparnis als Raum ausge-

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bildet, der den entladungsbegrenzenden Raum konzentrisch umgibt. Es ist auch möglich, das Füllgas-Reservoir an einem Ende der Vorrichtung vorzusehen, so daß es durch die Metallwand des Kolbens 12 noch im wesentlichen gegenüber dem entladungsbegrenzenden Gebiet abgeschirmt wird.

Bei dem mit Fig. 2 und 3 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist eine Mehrfachelement-Detektoreinheit 34 vorgesehen, wobei vier entladungsbegrenzende innere Kolben 12 innerhalb eines abgedichteten äußeren Kolbens 36 vorgesehen sind. Durch die Stirnwandung der Kolben 12 erstreckt sich wiederum eine öffnung 26, um so einen guten Austausch zwischen dein hier mit 38 bezeichneten Reservoir zu ermöglichen, das zwischen dem Außenkolben 36 und den inneren Kolben 12 begrenzt ist. Die konstruktiven Einzelheiten der jeweiligen Detektoren sind die gleichen wie oben in Verbindung mit Fig. 1 erläutert. Die Außenseite des Außenkolbens 36 kann wiederum durch eine Schicht aus Neutronenmoderatormaterial abgekleidet sein.

Stattdes Bor 10 können andere neutronenabsorbierende Materialien vorgesehen sein, und ebenso kann das Kohlendioxid durch andere dissoziierbare Gase ersetzt sein. Ebenso kann das inerte Füllgas Abwandlungen erfahren. Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung gestattet einen Impulsbetrieb langer Lebensdauer, bei dem ein scharfer Impuls erhalten wird, um so eine gute Auflösung zwischen einer Neutronenerscheinung und normaler Hintergrundstrahlung zu ermöglichen.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche :

Detektor für Kernstrahlung, gekennzeichnet durch einen entladungsbegrenzenden Kolben (12) mit einer auf seine Innenfläche aufgebrachten Schicht (18) aus neutronenabsorbierendem Material, ein in dem Kolben (12) abgestütztes inittiges leitendes Element, das mit mindestens einem Ende durch den Kolben geführt ist, in dem Kolben befindliches Füllgas, von dem mindestens ein Teil nach Beaufschlagung durch von dem neutronenabsorbierenden Material emittierte Strahlung dissoziierbar ist, sowie durch ein mit dem Kolben verbundenes, jedoch im wesentlichen diesem gegenüber in Bezug auf Strahlung von dem neutronenabsorbierenden Material abgeschirmtes Füllgas-Reservoir (28) .
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas-Reservoir (28) durch einen abgedichteten äußeren Kolben (30) begrenzt ist, der den entladungsbegrenzenden Kolben (12) konzentrisch umgibt.
3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl entladungsbegrenzender Kolben (12) innerhalb eines abgedichteten Außenkolbens (36) angeordnet und das Füllgas-Reservoir (38) zwischen dem abgedichteten Außenkolben (36) und der Mehrzahl entladungsbegrenzender Kolben (12) begrenzt ist, die jeweils mit dem Füllgas-Reservoir (38) in Verbindung stehen.
4. Detektor nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas-Reservoirvolumen größer als das Volumen des (der) entladungsbegrenzenden Kolben(s) ist.
5. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das neutronenabsorbierende Material als dünne Schicht (18) auf den leitenden entladungsbegrenzenden Kolben (12) aufgebrachtes Bor ist.

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6. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas ein Gemisch aus Argon und Kohlendioxid, bei einem Kohlendioxidanteil von 5 Vol%,ist.
7. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder entladungsbegrenzende Kolben (12) ein zylindrischer proportional zählender Detektor ist.
8. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas-Reservoir (28; 38) von einer Schicht aus Neutronenmoderatörmaterial umgeben ist.

KN/mö 3

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