DE1912700U - NEUTRON REFLECTOR TO DETERMINE THE HYDROGEN CONTENT. - Google Patents
NEUTRON REFLECTOR TO DETERMINE THE HYDROGEN CONTENT.Info
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RA.003172* 5.1. B5RA.003172 * 5.1. B5
DR.-ΐΝθ. EUGEN MAIER - dipl.-ινθ. HANS VOLLBACHDR.-ΐΝθ. EUGEN MAIER - dipl.-ινθ. HANS VOLLBACH
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Institut de Recherches de la Siderurgis Prancais© Saint Germain-en-Laye, 185 9 rue President RooseveltInstitut de Recherches de la Siderurgis Prancais © Saint Germain-en-Laye, 185 9 rue President Roosevelt
(Seine-et-Oise) France(Seine-et-Oise) France
Neutronenreflektor zur Bestimmung des Wasserstoff-Neutron reflector for determining the hydrogen
GehalteSoSalariesSun
Ss ist bekannt„ daß rasche Neutronen beim Aufprall auf Materie ihre kinetische Energie aufgrund ihrer 2usam~ menstöße mit den Atomen der "betreffenden Materie fortlaufend verlieren* Diese Verringerung übt kinetischen Energie entspricht einer Geschwindigkeitsabnahtne sex· Neutronen, die "langsame Neutronen" genannt werdens wenn ihre kinetische Energie unter einen bestimmten Schwellenwert absinkt»Ss is "that fast neutrons their kinetic energy menstöße on matter on impact due to their 2usam ~ with the atoms of the" lose known continuously relevant matter * This reduction s are called exerts kinetic energy corresponds to a Geschwindigkeitsabnahtne sex · neutrons "slow neutrons" if their kinetic energy falls below a certain threshold value »
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Diese Geschwindigkeitsabnahae ist von besonderer Bedeutung,, wenn rasche Neutronen auf Wasserstoff-Atome auftreffens und die Anzahl langsamer Neutronen9 die an einem bestimmten Punkt in der Iahe einer Quelle rascher Neutronen festgestellt werden, ist eine direkte Funktion der mittleren Wasserstoff-Atom-Konzentration. in dem betrachteten Medium« Die Aussählung der langsamen Neutronen gibt somit die Möglichkeit, den Wasserstoff-Gehalt eines bestimmten Stoffes zu ermitteln«This Geschwindigkeitsabnahae is of particular importance ,, when fast neutrons hydrogen atoms impinge s and the number of slow neutrons 9 are found which rapidly at a certain point in the IAHE a source neutrons, is a direct function of the mean hydrogen-atom concentration. in the considered medium "The selection of the slow neutrons thus gives the possibility to determine the hydrogen content of a certain substance"
Zur Durchführung dieser Messung benütst man üblicherweise eine Quelle rascher Neutronen und einen zur Auszählung der langsamen Neutronen geeigneten Detektor9 wobei die Neutronenquelle und der Detektor voneinander getrennt oder auch innerhalb derselben Sonde angeordnet sein können= To carry out this measurement, a source of fast neutrons and a detector 9 suitable for counting the slow neutrons are usually used, whereby the neutron source and the detector can be arranged separately from one another or also within the same probe =
Das zur Durchführung dieser Messung benützte Gerät wird üblicherweise so verwendet, daß die Neutronenquelle und der Neutronenzähler im Inneren eines bestimmtenThe device used to carry out this measurement is usually used so that the neutron source and the neutron counter inside a particular
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29» Dezember 196429 'December 1964
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Volumens des zu untersuchenden Stoffes angeordnet werden 9 wobei die Zahl der vom Zähler registrierten langsamen Neutronen eine direkte Punktion der Zahl der in dem der Messung unterworfenen Volumen vorhandenen Wasserstoff-Atome ist» Kennt man die Dichte des untersuchten Stoffess oder ermittelt man diese Dichte des untersuchten Stoffes auf irgendeine bekannte Weise, so kann man auf diese Weise den Gehalt an Wasserstoff oder auch an Wasserstoffverbindungen, wie beispielsweise an Wasser,des untersuchten Stoffes in Gewichtseinheiten ermitteln»Volume of be arranged to be examined substance 9 wherein the number of registered by the counter slow neutrons a direct puncture of the number of in the subject of the measurement volume existing hydrogen atoms is "one knows the density of the examined substance s or calculated one, this density of the examined Substance in any known way, in this way the content of hydrogen or hydrogen compounds, such as water, of the substance being examined can be determined in weight units »
Will man solche Messungen an einem gleichmäßig bewegten Körper durchführen, so wird man die Meß-Sonde außerhalb dieses Körpers anordnen9 beispielsweise an einem Punkt, unterhalb oder oberhalb der den su untersuchenden Körper tragenden Transportvorrichtung. Man wird jedoch feststellen, daß die Zahl der von dem Detektor registrierten langsamen Neutronen wesentlich geringer ist als der Wert, den man unter Berücksichtigung derIf such measurements are to be carried out on a body in constant motion, the measuring probe will be arranged outside this body 9, for example at a point below or above the transport device carrying the body to be examined. It will be found, however, that the number of slow neutrons registered by the detector is significantly less than the value that one would obtain when taking into account the
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Winkeländerung des untersuchten Körpers gegenüber der Zähl-Sonde erwartet.Change in angle of the examined body compared to the Counting probe expected.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde„ ein Gerät zur Bestimmung des Wasserstoff-Gehaltes eines Stoffes zu schaffen9 bei welchem günstigere Voraussetzungen für die Wirkungsweise der außerhalb des zu untersuchenden Körpers angeordneten Zähl-Sonde bestehen»The invention is based on the object "to create a device for determining the hydrogen content of a substance 9 in which more favorable conditions exist for the mode of operation of the counting probe arranged outside the body to be examined"
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß in dem einen Detektor zur Registrierung der langsamen Neutronen aufweisenden Gerät ein Neutronen-Reflektor derart angeordnet ists daß sich der Detektor zwischen den zu untersuchenden Körper und dem Neutronen-Reflektor befindet=,This is achieved according to the invention in that in the one detector having to register the device slow neutrons, a neutron reflector s is arranged such that the detector is located between the body to be examined and the neutron reflector =
Unter der Bezeichnung "Neutronen-Reflektor" soll ein Stoff verstanden werden«, in welchem die Bewegungsbahnen der in den Stoff eingedrungenen Neutronen abgelenkt werden und so die V/ahrscheinlichkeit ihrer Geschwindig-The term "neutron reflector" should be understood to mean a substance in which the movement paths the neutrons that have penetrated the substance are deflected and thus the probability of their speed
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keitsverminderung und Ablenkung in Richtung auf die Zähl-Sonde vergrößert wird» Um einen genügenden Wirkungsgrad zu erreichen., muß der Reflektor bestimmte Minäestabmessungen aufweisen. Vorteilhafterweise besteht er aus einem Werkstoff, der leicht in eine massive Form gebracht werden kann, wie beispielsweise Stahl- oder Aluminium-Platten oder ■.:.. gepreßter Graphit. Der Reflektor kann aber auch aus pulverförmiger!! Material "bestehens wie beispielsweise Sand9 Kohle oder Graphitstaub. Per Wirkungsgrad des Reflektors ist umso besser, je dichter seine Beschaffenheit ist, je niedriger die Atom-Sfummer des ihn bildenden Elementes ist und je weniger fremde Elemente der Reflektor enthält, die geeignet sind9 langsame ^Neutronen zu absorbieren» Vorzugsweise besteht der Reflektor aus gepreßtem, chemisch reinem Graphit. The reflector must have certain minimum dimensions in order to achieve a sufficient degree of efficiency. Advantageously, it consists of a material which can easily be brought in a solid form, such as steel or aluminum plates or ■:. .. pressed graphite. The reflector can also be made from powder !! Material "consist s such as sand 9 carbon or graphite dust. Per efficiency of the reflector is the better, the closer its texture is, the lower the atomic Sfummer is of forming it element and contains the less foreign elements of reflector suitable 9 to absorb slow ^ neutrons »The reflector is preferably made of pressed, chemically pure graphite.
Bei Abwesenheit eines solchen Reflektors registriert die Zahl-Sonde eine weit geringere Anzahl langsamer Neutronen als man unter Berücksichtigung des Raumwin-In the absence of such a reflector, the number probe registers a far smaller number more slowly Neutrons than one, taking into account the space
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kels erwarten sollte, unter dem der Prüfkörper von der Zähl-Sonde aus gesehen erseheint, und zwar im Verhältnis zu dem Fall, in welchem die Zählsonde ganz von dem zu prüfenden Körper umgeben ist= Dies ist darauf zurückzuführen j daß das physikalische Phänomen viel komplexer ist als eine einfache Gescuwindigkeitsverminderung der Neutronen. Wird die Sähl-Sonäe ganz von dem zu untersuchenden Körper umgeben, so bewirken die einzelnen Atome des zu untersuchenden Körpers, daß ein Teil der Neutronen in Richtung auf die Zähl-Sonde abgelenkt wird. Umfaßt der su untersuchende Körper die Zähl-Sonde nur teilweises so verringert sich nicht nur die Zahl der eine Geschwindigkeitsverminderung der Neutronen bewirkenden Wasserstoff-Atome, sondern auch die Zahl fremder Atome, die fähig sinds die Bewegungsbahnen der Neutronen so abaulenkens daß eine gewisse Wahrscheinlichkeit ihres Auftreffens auf die Zähl-Sonde gegeben ist» kels should expect, under which the test body can be seen from the counting probe, in relation to the case in which the counting probe is completely surrounded by the body to be tested = this is due to the fact that the physical phenomenon is much more complex as a simple reduction in the speed of neutrons. If the Sähl-Sonäe is completely surrounded by the body to be examined, the individual atoms of the body to be examined cause some of the neutrons to be deflected in the direction of the counting probe. The su body under examination comprises the counting probe only partly s so not only the number of a speed reduction reduces the neutrons causing hydrogen atoms, but also the number of foreign atoms, s are capable of the movement paths of the neutrons so s abaulenken that a certain The probability of their impact on the counting probe is given »
Jeder verhältnismäßig dichte Stoff verursacht eine Reflexion der Neutronen. Die Wahrscheinlichkeit einer Re-Any relatively dense material causes a reflection of the neutrons. The likelihood of re
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flexion in Richtung auf die Zählsonde ist jedoch umso größer j je größer die Zahl der in der Yolutneneinheit vorhandenen Atome ist., Aus diesem Grund ist es auch vorteilhaft, als Werkstoff für den Neutronen-Reflektor Kohlenstoff, Sand oder Aluminium 2u verwenden.. Bei gegebenem Werkstoff ist der Wirkungsgrad des Reflektors ein höherers wenn er in festgepreßter Form verwendet wird und somit eine hohe Dichte aufweist-,flexion in the direction of the counting probe is all the more greater j the greater the number of units in the Yolutnen unit existing atoms is., for this reason it is too It is advantageous to use carbon, sand or aluminum 2u as the material for the neutron reflector Given the material, the efficiency of the reflector is higher if it is used in pressed form and thus has a high density,
Unter Berücksichtigung gewisser rein technologischer Gesichtspunkte können jedoch auch Werkstoffe mit einer höheren Atomzahl verwendet werden, wie beispielsweise Stahl.However, taking into account certain purely technological aspects, materials with a higher atomic number can be used, such as Steel.
Schließlich ist es vorteilhaft, zur Herstellung eines Neutronen-Reflektors solche Stoffe zu vermeidens die eine hohe Absorption für Neutronen aufweisen, wie beispielsweise Bor und Chlor» Aus diesem Grund wird bei der Verwendung von chemisch reinem Graphit ein hoher Wirkungsgrad erzielt.Finally, it is advantageous to avoid the manufacture of a neutron reflector such materials s which have a high absorption for neutrons, such as boron and chlorine "For this reason, a high efficiency is achieved in the use of chemically pure graphite.
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Die Be\i?egungsbahnen der Neutronen innerhalb des Eexlektors sollen so verlaufen, daß die Wahrscheinlichkeit, letzten Endes auf die Zähl-Sonde aufzutreffens möglichst groß ist.The be \ i? Egungsbahnen of neutrons within the Eexlektors should run so that the probability of incident ultimately on the counting sensor s is large as possible.
Zu diesem Zweck kann der Reflektor jede beliebige Gestalt haben, vorausgesetzt, daß seine Oberfläche die Gesamtheit der Bewegungsbahnen der Neutronen möglichst vollständig umfaßt. Auf diese Weise trifft eine verhältnismäßig große Zahl von Neutronen im Laufe ihrer Bewegungsbahn auf die Zähl-Sonde auf, während sie sich ohne Eeflektor im Raum verlieren wurden.For this purpose, the reflector can have any shape, provided that its surface encompasses all of the trajectories of the neutrons as completely as possible. In this way, a relatively large number of neutrons hit the counting probe in the course of their movement path, while without an eeflector they would get lost in space.
Eine ebenso wichtige Rolle spielt die Dichte des den Reflektor bildenden Werkstoffes, da für die Neutronen die Wahrscheinlichkeit, auf Atome aufzutreffen und von diesen in Richtung auf die Sonde reflektiert zu v/erden, mit der Zahl der Atome je Volumeneinheit wächst.The density of the material forming the reflector plays an equally important role, since the Probability of hitting atoms and of them reflected in the direction of the probe to ground, with the number of atoms per unit volume increases.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich daher insbe-The device according to the invention is therefore particularly suitable
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sondere zur Untersuchung solcher Körper9 In die eine Sonde nicht eingebracht werden kanns sei ess daß diese Körper sich in Bewegung befinden, wie beispielsweise auf einem Laufband befindliches ErZ5, oder eine so hohe Temperatur aufweisen,, daß eine Zerstörung der Sonde befürchtet werden müßte»sondere to study such body 9 in which a probe can not be introduced s whether s that these bodies are in motion, such as befindliches on a treadmill ore 5, or have such a high temperature ,, that destruction of the probe to be feared would have to
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dex* erfindungsgemäßen Vorrichtung in sehematxseher Weise dargestellt» Dieses Ausführungsbeispiel zeigt die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von zerkleinertem Eisenerz 1, das auf ein über Rollen 3 geführtes Transportband 2 aufgebracht wurde. Eine Sonde 4S die eine Neutronen hoher Geschwindigkeit aussendende Quelle von Radium -BeryIlium 5 und eine Zähl-Sonde für langsame Neutronen 6 aufweist, ist oberhalb des zu untersuchenden Erzes angeordnet» Die Sonde 4 ist von einem hufeisenförmigen Reflektor 7 umgeben, der durch einen Graphitstaub enthaltenden Blechbehälter gebildet wird. Die Neutronen-The drawing shows an exemplary embodiment of the device according to the invention in a sehematxse manner. A probe 4 S, which has a source of radium -BeryIlium 5 emitting neutrons at high speed, and a counting probe for slow neutrons 6, is arranged above the ore to be examined. The probe 4 is surrounded by a horseshoe-shaped reflector 7 which is surrounded by a graphite dust containing sheet metal container is formed. The neutron
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quelle 5 sendet nach allen Richtungen Neutronen hoher Geschwindigkeit aus. Zur überstaatlicheren Darstellung sind in der Zeichnung nur einige wenige Heutronenbahnen eingezeichnet.source 5 sends out neutrons at high speed in all directions. For a more supranational representation are only a few Heutron orbits in the drawing drawn.
Das auf der Bewegungenahn 8 ausgesandte Neutron dringt in das Erz 1 ein und wird hei a in Richtung des Bahnelementes 9 auf die Sonde reflektiert. Ein zweites Neutron dringt auf dem Bahnelement 1o in das Ers ein und wird dort bei b in Richtung des Bahnelementes 11 nach einem Punkt b' im Reflektor reflektiert, von v/o aus es in Richtung des Bahnelementes 12 abgelenkt wild und auf die Zähl-Sonde 6 auftrifft. Ein drittes Neutron wird in Richtung des Bahnelementes 13 ausgesendet und innerhalb des Reflektors bei c in Richtung des Bahnelementes 14 abgelenkt, dringt in das Erz ein und wird bei c{ in Richtung des Bahnelementes 15 reflektiert, auf dem es ebenfalls auf die Zählsonde 6 auftrifft. The neutron emitted on the moving tooth 8 penetrates the ore 1 and is reflected in the direction of the path element 9 onto the probe. A second neutron penetrates the path element 1o into the Ers and is reflected there at b in the direction of the path element 11 after a point b 'in the reflector, from v / o it is deflected wildly in the direction of the path element 12 and onto the counting probe 6 occurs. A third neutron is emitted in the direction of the path element 13 and deflected within the reflector at c in the direction of the path element 14, penetrates the ore and is reflected at c { in the direction of the path element 15, on which it also strikes the counting probe 6.
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Die Zeichnung veranschaulicht deutlich, daß ohne den Reflektor 7 nur eine geringe Zahl von Neutronen von der Zähl-Sonäe 6 registriert wurden.The drawing clearly shows that without the reflector 7 only a small number of neutrons of of the counting Sonäe 6 were registered.
Im Folgenden werden einige Versuchsergebnisse mitgeteilt, die mit einer Vorrichtung erhalten wurden, "bei der als Neutronenquelle Radium-Beryllium verwendet wurde und eine Mehrzahl von aus Bortrifluorid bestehenden Detektoren zusammen mit der neutronenquelle in einer Meßsonde angeordnet waren. Untersucht wurde zerkleinertes Eisenerz, das für die Herstellung von Briketts bestimmt war, wobei davon ausgegangen wurde, daß der ganze im Erz enthaltene Wasserstoff an Sauerstoff in Form von Wasser gebunden war. Die in der rechten Spalte der nachfolgenden Tabelle angegebenen Werte eind reine Verhältniswerte unter Berücksichtigung äex Dichte des Prüfstoffes und der Eigenbewegung der Detektorens die dadurch bestimmt war, daß die Meß-Sonde in einem bestimmten Abstand von jeglichem festem Stoff in Luft aufgehängt war.In the following, some test results are reported which were obtained with a device "in which radium-beryllium was used as the neutron source and a plurality of detectors consisting of boron trifluoride were arranged together with the neutron source in a measuring probe. Crushed iron ore used for the production was determined of briquettes, was based on the assumption that the whole of hydrogen contained in the ore was bonded to oxygen in the form of water. the values given in the right column of the following table eind pure ratios äex considering density of the test substance and the natural movement of the detectors s was determined in that the measuring probe was at a certain distance from any solid material suspended in air.
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Anordnung der Sonde im Inneren in Achsenrichtung eines zylindrischen, ißit Eiseners gefüllten Behälters von 6o cm 0 und 1oo cm HöheArrangement of the probe inside in the axial direction of a cylindrical container filled with Eiseners, 60 cm 0 and 100 cm high
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Anordnung der Sonde oberhalb eines mit demselben Eisenerz gefüllten quaderförmigen Behälters mit den Abmessungen 1oo χ 6o χ 4o cm:Arrangement of the probe above a cuboid container filled with the same iron ore with the dimensions 1oo χ 6o χ 4o cm:
Die Tabelle zeigt, daß ohne Neutronen-Reflektor der registrierte Wert nur 5 % des viertes bei vollkommen von Erz eingeschlossener Sonde beträgt. Dieser Wert vergrößert sich mindestens um den Faktor 4 bei Verwendung eines Reflektors. The table shows that without a neutron reflector the registered value is only 5 % of the fourth value when the probe is completely enclosed by ore. This value increases by at least a factor of 4 when using a reflector.
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Bei einem Reflektor aus Elektrodengraphit von einer Dicke von 4o cm, der den das Erz enthaltenden Behälter bedeckte» "beträgt der Wert 46,1 und kommt somit sehr nahe an den theoretisch errechneten Wert, bei dessen Errechnung lediglich den geometrischen Verhältnissen Rechnung getragen wurde. Dieser Wert verringert sich merklich, wenn man die Abmessungen des Reflektors verkleinert, oder wenn man als Reflektormaterial Sehütt-Sand verwendet. Es ergibt sich somit, daß es zweckmäßig ist, Reflektoren von ausreichender Stärke und möglichst dichtemMaterial zu verwenden, die das zu untersuchende Gut möglichst vollständig bedecken* With a reflector made of electrode graphite with a thickness of 40 cm, the container containing the ore covered »" the value is 46.1 and thus comes very close to the theoretically calculated value the calculation of which only took account of the geometric relationships. This value decreases noticeably when you reduce the dimensions of the reflector, or when you use the reflector material Sehütt sand used. It thus follows that it is appropriate to have reflectors of sufficient To use strength and material that is as dense as possible, which cover the item to be examined as completely as possible *
Die erfinöungsgemäße Vorrichtung eignet sich somitfc in besonderer Weise zur Bestimmung des Gehaltes an Wasserstoff oder an einer wasserstoffhaltigen mineralischen oder organischen Verbindung wie beispielsweise Wasser, Säuren, Basen, freie Radikale wie Beispielsweise OH, Kohlenwasserstoffe und dergleichen, wenn die Registrier-The device according to the invention is therefore suitable for special way to determine the content of hydrogen or a hydrogen-containing mineral or organic compounds such as water, acids, bases, free radicals such as OH, Hydrocarbons and the like, if the registration
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sonde eicht in das Innere des Prüfgutes eingebracht wer den kann, wie dies insbesondere der Fall ist, wenn das FrUfgut auf einem Transportband aufgeschichtet ist oder durch eine in einem Kanal strömende Flüssigkeit gebildet wird oder schließlich sehr hohe iPeraperaturen aufweist. The probe is introduced into the interior of the test item can, as is particularly the case when the fruit is stacked on a conveyor belt or is formed by a liquid flowing in a channel or ultimately has very high temperatures.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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