DE1931099C - Verfahren und Vorrichtung zur Modu lation oder Stabilisierung eines von einem Ionenbeschleuniger erzeugten Neutronen flusses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modu-

lation oder Stabilisierung eines Neutronenflusses, der durch Beschüß eines Targets durch Ionen erhalten wird, die gepulst sind, wobei die Impulsfrequenz des Ionenstrahls moduliert oder stabilisiert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;

»5 (vgl. Le Journal de Physique et Ie Radium, Physique Appliquee, Supplement en Nr. 11, Tome 22, Novembre 1961, S. 194 A bis 198A).

Ein gegenwärtig verwendetes Verfahren zur Neutronenerzeugung besteht im Beschüß eines Targets

ao aus Metalltritiumverbindungen (wie mit Titan oder Zirkon) durch einen Deuteronenstrahl von einem Tcüchenbeschleui iger, wobei die Neutronen nach der Reaktionsgleichung T (d, η) α erzeugt werden. Es ist oft erwünscht, zum Beispiel für reaktorphysikaiische und kernchemische Untersuchungen oder chemische Analysen durch Aktivierung, den so erhaltenen Neutronenfluß gesetzmäßig, insbesondere sinusförmig, zu modulieren oder für eine gewisse Dauer, die mehrere Stunden beiragen kann, zu stabilisieren.

Ein übliches Verfahren besteht im direkten Modulieren und Stabilisieren der Intensität des Ionenstrahls vom Beschleuniger, indem die Absauggeschwindigkeit dieses Strahls entsprechend der gewünschten Gesetzmäßigkeit gesteuert wird.

Ein zweites Verfahren besteht in der elektrostatischen Ablenkung des Ionenstrahls, wobei die an den Ablenkplatten angelegte Spannung direkt moduliert oder stabilisiert wird. Der Ionenstrahl mit konstanter Intensität trifft so auf einen zeitlich veränderlichen oder konstanten Bereich des Targets.

Der Wirkungsgrad dieser Verfahren ist jedoch unbefriedigend, insbesondere wegen des Verschleißes des Targets, dessen fehlender Homogenität und dessen Schwankungen der Neutronenerzeugung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Deuteronenstrahls. Daher folgt die Modulation oder Stabilisierung des Neutronen flusses der aufgeprägten Modulation oder Stabilisierung nur mit einer Genauigkeit von nicht mehr als 15·/«.

Um diese Genauigkeit zu verbessern, ist bereits in Erwägung gezogen worden, trotz einer Beibehaltung der elektrostatischen Ablenkung des Ionenstrahls die Modulation oder Stabilisierung der an den Ablenkplatten angelegten Spannung durch die Ausgangsspannung eines Neutronendetektors zu regeln. Wenn auch dieses Verfahren eine Genauigkeit von 1 °/o für Frequenzen unter 100 Hz erlaubt, führen jedoch unter dieser^ Wert die Verzerrungen und Zählschwankungen zu größeren Fehlern. Außerdem ist es notwendig, zwischen dem Beschleunigerausgang und dem Target gekühlte Ablenkplatten und eine gekühlte Blende anzubringen, was aufwendig ist und zu Justierschwierigkeiten führt. Außerdem erzeugt die Blende parasitäre Neutronen, und der Verschleiß des Targets ist unregelmäßig und unvollständig. Schließlich ist wegen der variablen Lage des Strahls auf dem Target die Geometrie der Neutronenquelle nicht gut definiert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Sperren oder Auslösen eines Hochfrequenzeinerseits unter Verwendung einer gepulsten Ionen- Oszillators 10 vor.

quelle, deren Zündfrequenz moduliert oder konstant In den Zeitintervallen, in denen der Hochfrequenz-

gehalten wird, die Verwendung einer digitalen elek- oszillator 10 ausgelöst ist, erzeugt er eine starke Ionitronischen Steuerung zu erlauben, die viel genauer 5 sation in einer Röhre 3, durch ein zwischen zwei als die »analoge« Einrichtung ist, die für die Ablenk- Ringelektroden 13 und 14 angelegtes elektrisches systeme verwendet wird, und andererseits während Hochfrequenzfeld. T'er Neutronenfluß von der des Experiments eine genau definierte Geometrie der Quelle ist dann maximal, und es wird eine Neutronen-Neutronenquelle zu gewährleisten. wolke mit einer Dauer gleich der des Deuteronen-

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß io impulses erzeugt. Dagegen ist in den Zeitintervalle«, der Neutronenfluß vom Target ständig gemessen in denen der Oszillator gesperrt ist, kein Hochfreund die Impulsdauer des Ionenstrahls durch diese quenzfeld in der Röhre vorhanden, so daß life Ioni-Neutronenflußmessung gesteuert. sation NuIi ist. Die Quelle ist dann außer Betrieb,

Es wird ferner eine Vorrichtung zur Durchführung so daß keine Neutronen erzeugt werden.
dieses Verfahrens angegeb.en, die gekennzeichnet ist 15 Gegenüber dem Target 2 erlaubt ein Halbleiterdurch eine gepulste Ionenquelle, ein die Teilchen detektor 15, dessen Achse r-nau unter 138° zu dem empfangendes neutronenerzeugendes Target, eine in einfallenden Deuteronenstra"! geneigt ist, eine Zander Nähe des Targets angeordnete betektoreinheit lung der 3-MeV-a-Teilchen, die durch die Reaktion Γ zur Messung des Neutronenflusses, einen Generator (d, n).-» erzeugt werden. Die von dem HalbJeiterzur Erzeugung von modulierter oder Gleichspannung, so detektor 15 abgegebenen Signale weiden in einer eine eleklronische Taktschaltung zur Erzeugung von S "haltung 16 verstärkt, diskriminiert und geformt Impulsen variabler Frequenz, die durch den Gene- sowie danach um einen Faktor Λ' durch einen Derator gesteuert ist, und eine elektronische Schaltung kadenuntersetz^r 17 untersetzt, bevor sie in die zur Steuerung der Teilchenquelle, die von der Takt- Steuerschaltung 4' gleichzeitig wie die Impulse der schaltung Auslöseimpulse und von der Detektorein- *5 Taktschaltung 4 eingespeist werden, deren Frequenz heit Sperrimpulse erhält. durch einen Generator 18 moduliert oder konstant

Die Verwendung von Halbleiterdetektoren zur gehalten wird.

ständigen Messung des Neutronenflusses in Neu- Die Taktschaltung ist genauer in F i g. 2 abgebildet,

tronengeneratoren ist für sich bekannt; vgl. Nuclear Ein Differentialverstärker 19, der die Impedanz verInstruments & Methods, Vol. 21, 1963, S. 49 bis 52. 3° ringert, ist an seinen beiden Eingängen einerseits an

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher den Generator 18 und andererseits an eine Quelle 20 erläutert werden. Es zeigt variabler Gleichspannung angeschlossen, um den

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Vorrich- mittleren Pegel einzuregeln. Der Ausgang des Vertung und stärkers 19 ist an einen Stromgenerator angeschlos-

F i g. 2 das Blockschaltbild der elektronischen 35 sen, der ebenfalls durch einen gegengekoppelten Schaltung, die die Steuerung der Frequenz und der Differentialverstärker 21 gebildet wird, der eine Ka-Dauer der Teilchenwoiken zum Beschießen des Tar- pazität 22 auflädt, an deren Anschlüsse ein Unijunkgets vornimmt. tionstransistor 23 angeschlossen ist. Wenn die Span-

Gemäß F i g. 1 beschießt ein Teilchenbeschku- nung an den Anschlüssen der Kapazität 22 den niger 1 mit Deuteronen ein Target 2 aus einer Me- 40 Schwellwert für die Leitung eines Transistors 23 erta'''.ritiumverbindung, das Neutronen gemäß der reicht, wird sie durch diesen entladen, so daß ein Reaktionsgleichung T (d, η) α erzeugt. Der dadurch . Taktsignal abgegeben wird, wonach der Takt von erzeugte Neutronenfluß soll entsprechend einer ge- neuem beginnt. Man erhält auf diese Weise eine gebenen Gesetzmäßigkeit moduliert oder auf einem Folge elektrischer Signale, deren Folgefrequenz von konstanten Wert gehalten werden. 45 der vom Generator 18 abgegebenen _xSpannung und

Gemäß der Erfindung werden die Deuteronen in von dem Wert der Kapazität 22 abhängt. Um Wolken durch eine Ionenquelle 3 erzeugt. über mehrere Frequenzbereiche verfugen zu kön-

Eine Taktschaltung 4 gibt Impulse ab, deren Takt- nen, kann vorteilhafterweise zwischen mehreren frequenz variabel ist. Eine Steuerschaltung 4' wird parallel geschalteten Kondensatoren umgeschaltet durch die Tastschaltung 4 ausgelöst und erzeugt 50 werden.

Rechteckimpulse, deren Pulsfrequenz durch den Wert Dieser Taktimpuls, der von der Basis Bl des Uni-

der Modulation— oder Stabilisierungsspannung be- junktionstransistors 23 empfangen wird, wird in die stimmt ist. Die Dauer der Rechteckimpulse wird Steuerschaltung 4' eingespeist, die durch ein Flipflop durch die Anzahl der vom Target 2 abgegebenen gebildet wird, das aus zwei Transistoren besteht, die Neutronen bestimmt. Die modulierte Taktschaltung 55 zwischen dem Zustand Null und dem Zustand Eins soll weiter unten genauer beschrieben werden. umgeschaltet werden, wodurch auch der Rcchteck-

Der Ausgang der Steuerschaltung 4' ist an eine impuls erzeugt wird, der den Hochfrequenzoszillator impedanzvenipgernde DifTerentiationsschaltung 5 an- 10 sperrt, cer das Zünden der Ionenquelle 3 auslöst, geschlossen, und das erhaltene Signal wird durch Die von der Ncutronendetektoreinhcit stammenden ein Koaxialkabel ύ in die Primärwicklung eines Im- ⁶° Impulse werden ebenfalls über den Dekadenunterpulstransformators 7 eingespeist, dessen Sekundär- setzer 17 in dieses Flipflop eingespeist, das sie auf wicklung auf Hochspannungspotential liegt. Um das den Zustand Null zurücksetzen, so daß der Oszillator durch diese Anordnung diflferentierte Rechtecksigna! 10 gesperrt und damit die Ionenquelle ausgeschaltet zu regenerieren, speist die Sekundärwicklung die Im- wird. Der folgende Taktimpuls bewirkt ein erneutes pulse in einem MuJtivibrator 8 ein, auf den ein Ver- 65 Zünden der Quelle, so daß der gleiche Vorgang sich stärker 9 folgt, wobei der Multivibrator 8 und der wiederholt.

Verstärker 9 im Hochspannungskopf angeordnet Auf diese Weise gewährleistet der Generator 18

sind. Das Ausgangssignal des Verstärkers 9 nimmt die Modulation nach einer gewissen Gesetzmäßig-

keit, insbesondere in Sinusform, der Frequenz der Zündsignale der Quelle oder die Konstanthaltung dieser Frequenz, wobei die Dauer jedes Rechteckimpulses durch die Messung des Neutronenflusses vom Target 2 bestimmt ist. Jede Änderung dieses Neutronenflusses, die anders als die durch den Generator 18 bestimmt ist, wird daher unmittelbar durch eine Erhöhung oder Verringerung der Dauer der Neutronenwolken geregelt. Eine in Fig. 2 nicht abgebildete Schaltung vefhindert jedoch, daß die Dauer dieser Rechteckimpulse nicht kleiner als das Zeitintervall (etwa 7 μββϋ) wird, das notwendig ist, um die Ionenquelle vollständig zu ionisieren. Eine derartige Vorrichtung erlaubt eine sinusförmige Modulation oder Stabilisierung eines Neutronenflusses mit einer Genauigkeit von einigen Prozent.

Ein Anthrazenszintillator 25, der sich in der Nähe des Targets 2 befindet und an einen Fotovervielfacher 26 angeschlossen ist, auf den ein pegeländcrnder Impulsformer 27 folgt, kann ebenfalls zur Messung des Neutronenflusses durch Messung der in dem Szintillator erzeugten Rückstoßprotonen verwendet werden.

Ein Mfchrkanalanalysator 28, der mehrere Pegel hat und an den Ausgang der Detektoreinheit angeschlossen ist, erlaubt durch Speicherung in den aufeinanderfolgenden Kanälen der während gegebener Zeitintervalle auftretenden Impulse auf einem Schirm seines Oszillographen die Überwachung des Neutronenflusses vom Target. Er ist an den Generator

is 18 angeschlossen, von dem er ein Synchronisationssignal erhält, das den Beginn der Analyse auslöst.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Modulation oder Stabilisierung eines Neutronenflusses, der durch Beschüß eines Targets durch einen Ionenstrahl erhalten wird, der gepulst ist, wobei die Impulsfrequenz des Ionenstrahls moduliert oder stabilisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Neutronenfluß vom Target ständig gemessen wird und die Impulsdauer des Ionenstrahls durch diese Neutronenflußmessung gesteuert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gepulste Ionenquelle, ein neutronenerzeugendes Targtt(2), eine in der Nähe des Targets angeordnete Detektoreinheit zur Messung des Neutronenflusses, einen Generator (18) zur Erzeugung von modulierter oder Gleichspannung, eine elektronische Taktschaltung (4) zur Erzeugung von Impulsen variabler Frequenz, die durch den Generator gesteuert ist, und eine elektronische Steuerschaltung zur Steuerung der Teilchenquelle, die von der Taktschaltung Auslöseimpulse und von der Detekioreinheit Sperrimpulse erhält.

3. Vorrichtung nach Ansp^ruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gepulste Ionenquelle gebildet ist durch ein Gefäß (3), ^as mit einem Gas gefüllt ist, dessen Ionisation d'e Ionen freisetzt, und das mit Elektroden (13, 14) versehen ist, um ein elektrisches Hochfrequenzfeld zur Ionisation des Gases zu erzeugen, und durch einen Hochfrequenzoszillator (10), der an die Elektroden angeschlossen ist und dessen Auslöseintervalle, die der Emission der Ionenwolken entsprechen, durch die von der elektronischen Steuerschaltung eingespeisten Impulse gesteuert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit einen Halbleiterdetektor (15), der sich vor dem Target (2) befindet und vor dem Einfallen des Teilchenstrahls geschützt ist, und einen Impulsformer (16) hat, der an den Halbleiterdetektor angeschlossen ist, um die während der Reaktion zur Erzeugung der Neutronen emittierten α-Teilchen zu zählen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit einen in der Nähe des Targets (2) angeordneten Anthrazenszintillator (25), einen an den Szintillator angeschlossenen Photovervielfacher (26) und einen Impulsformer (27) für die vom Photovsrvielfacher abgegebenen Signale hat, um die im Szintillator durch die Neutronen erzeugten Rückstoßelektronen zu zählen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktschaltung (4) gebildet ist durch einen Stromgenerator (21), der an den modulierten oder stabilisierten Spannungsgenerator (18) angeschlossen ist, eine Kapazität (22), die an den Stromgenerator angeschlossen ist, und einen Unijunktionstransisior (23), der an die Anschlüsse der Kapazität angeschlossen ist und deren Entladung ermöglicht, wenn die Spannung an deren Anschlüssen seine Leitungsspannung erreicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Schaltung, die verhindert, daß die Impulse nicht kürzer als das Zeitintervall sind, das für eine vollständige Ionisation der Teilchenquelle erforderlich ist.