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Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung von Gegenständen mittels
Neutronen "und Röntgenstrahlen Es ist vorgeschlagen worden, Substanzen, z. B. lebende
Körpersubstanzen, dadurch zu untersuchen, daß man sie mit .Neutronen, ähnlich wie
mit Röntgenstrahlen, durchstrahlt. Die den Körper durchdringenden Neutronenstrahlen
treffen auf einen Leuchtschirm und/oder eine photographische Schicht, auf der sie
dann mit Hilfe verschiedener Reaktionen ein Abbild des durchstrahlten Körpers hervorrufen.
Dieses Bild des durchstrahlten Körpers unterscheidet sich von dem entsprechenden
Bild, das man bei der Durchstrahlung desselben Körpers mit Röntgenstrahlen erhält,
in ganz charakteristischer Weise, die durch die speziellen Absorptionsverhältnisse
des durchstrahlten Körpers für Neutronen bzw. Röntgenstrahlen bedingt ist. Um über
die Beschaffenheit des durchstrahlten Gegenstandes einen mdglichst weitgehenden
Aufschluß zu bekommen, ist es zweckmäßig, den Körper nicht nur mit Neutronen, sondern
auch mit Röntgenstrahlen zu durchstrahlen, da gerade der Vergleich dieser beiden
Bilder einen vollkommeneren Aufschluß über die Struktur des Gegenstandes liefert
als nur ein Neutronen- bzw. Röntgenbild allein. Um ein Neutronenbild und ein Röntgenbild
miteinander vergleichen zu können, ist es zweckmäßig, die Neutronen- bzw. Röntgenaufnahme
unter möglichst ähnlichen Verhältnissen zu machen, d. h. es ist am günstigsten,
die beiden Aufnahmen gleichzeitig oder unmittelbar nacheinander und in derselben
Richtung auszuführen.
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Bei dem Verfahren und der Vorrichtung zur Untersuchung von Gegenständen
mittels Neutronen und Röntgenstrahlen als abbildende Strahlung nach der Erfindung
wird deshalb eine Anordnung verwendet, die wahlweise oder gleichzeitig Neutronen
und zur Abbildung geeignete Röntgenstrahlen liefert, die in gleicher oder annähernd
gleicher Richtun
- wie die Neutronen auf den abzubildenden Gegenstand
treffen. Hinter diesen abzubildenden Gegenstand stellt man zunächst eine photographische
Schicht auf, die für Röntgenstrahlen empfindlich, aber für Neutronen uriempfindlich
ist. Auf dieser Schicht erhält man also ein Röntgenbild des durchstrahlten Körpers.
Möglichst unmittelbar hinter diese Röntgenschicht stellt man eine Schicht, die für
Neutronen möglichst empfindlich ist. Auf dieser erhält man dann das Neutronenabbild
des durchstrahlten Gegenstandes. Da alle neutronenempfindlichen Systeme (Zwischenschicht
mit Leuchtschirm, Zwischenschicht mit photographischer Schicht bzw. Zwischenschicht
mit Leuchtschirm und photographischer Schicht) auch - eine merkliche Empfindlichkeit
für Röntgenstrahlen haben, umgibt man die neutronenempfindliche Schicht mit einer
so dicken Röntgenstrahlen absorbierenden Schicht, vorzugsweise einer Bleischicht,
daß die Röntgenstrahlung genügend abgeschirmt wird. Man erhält dann praktisch ein
reines Neutronenbild. Unter Umständen ist es hierbei zweckmäßig, das neutronenempfindliche
System so zu wählen, daß es für Röntgenstrahlen möglichst unempfindlich ist; dann
kann man den Röntgenstrahlenschutz relativ dünn wählen.
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Bei visueller Beobachtung des Neutronen-bzw. Röntgenbildes auf einem
Leuchtschirm kann man so vorgehen, daß man den Neutronenleuchtschirm auf der dem
Beobachter zugekehrten Seite nicht mit einer Schutzschicht bedeckt. Dann sieht man
auf diesem Leuchtschirm das reine Neutronenbild des durchstrahlten Körpers. Um das
Röntgenbild zu sehen, kann man dann den Neutronenleuchtschirm zusammen mit seinem
Strahlenschutz entfernen. Dann sieht man den Röntgenleuchtschirm und auf ihm das
Röntgenbild. Bei diesem Vorgehen beobachtet man zwar Röntgenbild und Neutronenbild
nicht genau gleichzeitig, sondern nur unmittelbar hintereinander, aber doch unter
den genau gleichen räumlichen Bedingungen. Auf diese Weise erhält man also äquivalente
Neutronen- und Röntgenbilder des zu untersuchenden Gegenstandes. Dabei wird es in
manchen Fällen für den Vergleich der beiden Aufnahmen am günstigsten sein, wenn
man auch die Divergenz der einfallenden Röntgen-und Neutronenstrahlen möglichst
einander angleicht. Für ganz spezielle Zwecke kann es allerdings auch Vorteile bieten,
künstlich die Divergenz der Neutronen- und Röntgenstrahlen verschieden zu machen,
um gewisse Besonderheiten des durchstrahlten Gegen-. Standes deutlicher hervortreten
zu lassen.
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Um nun eine Anordnung gemäß der Erfindung, «-elche Neutronen liefert,
auch als Röntgenquelle für Durchleuchtungszwecke benutzen zu können, muß man folgendes
beachten. Es genügt nicht; daß das Neutronenrohr eine allgemeine Röntgenstrahlung
liefert, denn um Abbildungen mit Röntgenstrahlen zu erzielen, ist es notwendig,
daß die Röntgenstrahlung möglichst von einem Punkte ausgeht. Um nun ein für Röntgen-und
Neutronenaufnahmen geeignetes Entladungsrohr zu erhalten, kann man z. B. folgendermaßen
vorgehen. Jedes Neutronenrohr besteht aus einer Ionenquelle, aus der ein Strahl
von Ionen austritt, die nachträglich noch beschleunigt werden. Bei dem Aufprall
der beschleunigten Ionen auf die Schicht, in der die Neutronen erzeugt werden, werden
die Ionen abgebremst. Bei dieser Abbremsung senden sie eine Röntgenstrahlung aus.
Diese Röntgenstrahlung kann zur Durchleuchtung verwendet werden, wenn man den Ionenstrahl
nur auf einen möglichst kleinen Fleck auftreffen läßt, denn nur dann kommt die Röntgenstrahlung
zu einem genügend scharfen Punkt. Im allgemeinen ist aber die Entstehung von Röntgenstrahlen
bei dem Aufprall schneller schwerer Teilchen außerordentlich gering. Es ist daher
in vielen Fällen zweckmäßiger, die Röntgenstrahlen im Neutronenrohr auf folgende
Weise zu erzielen. '' Beim Aufprall der schnellen Ionen auf Oberflächen entstehen
relativ langsame Sekundärelektronen. Diese Sekundärelektronen kann man in umgekehrter
Richtung wie die schnellen Ionen mit Hilfe des Ionen beschleunigenden Feldes ebenfalls
beschleunigen und kann es z. B. durch geeignete Elektrodenform und/oder durch zusätzliche
elektrische und/ oder magnetische Linsen erreichen, daß diese Elektronen nur auf
einen relativ kleinen Fleck der Anode auftreffen. Von dieser gehen dann die Röntgenstrahlen
aus. Dabei kann man es so einrichten, daß nur ein Bruchteil der Sekundärelektronen
'in Richtung der Anode beschleunigt wird. So kann man das Verhältnis der Röntgenintensität
in gewünschter Weise festlegen.
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An Stelle der durch die beschleunigten schweren Teilchen ausgelösten
Sekundärelektronen kann man auch noch vorzugsweise seitlich einen Glühdraht in die
Röhre einführen, von dem Elektronen ausgehen, die dann durch geeignete magnetische
und/oder elektrische Hilfsfelder auf einen bestimmten Punkt der Anode konzentriert
werden. Dann gehen also die Röntgenstrahlen von der Anode aus und die Neutronenstrahlen
von der Umgebung der Kathode. In diesem Fall wird man, um die Richtung der Röntgenstrahlung
in Übereinstimmung zu bringen, vorzugsweise Neutronen- und Röntgenstrahlen
in
Richtung des beschleunigenden Feldes ausblenden.
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Bei Verwendung eines unterteilten Entladungsrohres, bei dem die Ionen
beschleunigende Spannung nicht in einer Stufe an das Entladungsrohr, sondern mittels-
mehrerer Elektroden angelegt wird, an .denen jeweils nur ein Teil der gesamten Spannung
liegt, ist es unter Umständen zweckmäßig, die Röntgenstrahlen dadurch zu erzeugen,
daß man' die Sekundärelektronen oder die von einem Hilfsglühdraht ausgehenden Elektronen
durch geeignete Form der Elektroden und/oder Hilfselektroden auf eine beispielsweise
die erste der obengenannten Zwischenelektroden auftreffen läßt, so daß die Elektronen
nur einen kleinen Teil der- gesamten Spannung durchlaufen.
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Unter Umständen will man aber bei der Durchstrahlung mit Röntgenstrahlung
zur Erlangung eines genügend kontrastreichen Bildes vor allen Dingen -mit relativ
weicher Röntgenstrahlung durchleuchten. Wenn die Ionen beschleunigende Spannung
des Neutronenrohres relativ groß ist, so erhält man in den oben beispielsweise geschilderten
Anordnungen aber immer ein -relativ hartes Röntgenspektrum. Man kann aber ohne weiteres
ein Röntgenspektrum von. gewünschter Weiche oder Härte erzielen, wenn man in den
Raum, in den die Ionen nach ihrer Beschleunigung hineinlaufen, eine Hilfselektrode
derart anbringt, daß die Sekundärelektronen oder die von einem Hilfsglühdraht ausgehende
Elektronen nur auf -diese neu eingeführte Hilfselektrode beschleunigt werden.
Man kann dann jede gewünschte Härte und jede gewünschte Intensität einstellen.
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Man kann die gewünschte Härte des Röntgenspektrums schließlich auch
dadurch einstellen, daß man die Elektronen von einem Hilfsglühdraht ausgehen läßt-
und diesen Hilfsglühdraht auf ein so hohes negatives Potential aufladet, daß die
Elektronen von diesem Glühdraht auf einen kleinen Fleck der geerdeten Hülle des
Neutronenrohres konzentriert werden und von der Aufprallstelle die Röntgenstrahlen
ausgehen.
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In anderen Fällen kann es zweckmäßig sein, nicht direkt mit der von
der Anode ausgehenden Röntgenstrahlung zu arbeiten, weil diese z. B. zu hart sein
kann. Dann kann man die Einrichtung so treffen, daß man die relativ intensive Röntgenstrahlung,
die von der Anode ausgeht, erst auf einen Streukörper treffen läßt und erst mit
der von dem Streukörper ausgehenden Röntgenstrahlung die Gegenstände durchstrahlt.
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Die Abbildungen zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele
der Vorrichtung nach der Erfindung. Die von dem Ionenstrahl i beim Auftreffen auf
die Reaktionsschicht 2, die die Neutronen liefert, ausgelösten Sekundärelektronen
werden durch das die Ionen beschleunigende Feld in entgegengesetzter Richtung wie
die Ionen beschleunigt. Der auf diese Weise erzeugte Elektronenstrahl q. trifft
auf den Röntgenstrahlen aussendenden Körper bei 5 auf. Zur Bündelung des Elektronenstrahls
werden in an sich bekannter Weise elektrische oder magnetische Felder benutzt, da
es vorteilhaft ist, einen möglichst kleinen Brennfleck zu er= zeugen. Die Neutronen
treten bei dem in den Abb. i, 2 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel durch den
Kanal i i aus dem die Neutronen verlangsamenden Körper .3., beispielsweise einer
wasserstoffhaltigen Substanz, aus. In der gleichen Richtung treten die vom Brennfleck
5 ausgehenden Röntgenstrahlen aus.
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Bei dem in Abb.2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Sekundärelektronen
auf die seitlich angeordnete Antikathode 6 beschleunigt, der ein gegenüber der Reaktionsschicht
2 hohes positives Potential durch die Hochspannungsleitung 7 zugeführt wird. Die
Neutronen werden entweder in der Richtung des Ionenstrahls durch den Kanal i i oder
beispielsweise senkrecht dazu durch einen anderen Kanal 1a dem zu untersuchenden
Körper zugeführt. Die Röntgenstrahlen gehen vom Brennfleck nach allen Richtungen
des vor der Antikathode- liegenden Halbraumes aus, so daß auch Röntgenstrahlen in
Richtung der Kanäle ii und 12 austreten.
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Bei der in Abb.3 dargestellten Anordnung werden die Röntgenstrahlen
mittels der Bleiblenden 8 und 9 ausgeblendet. Die Anordnung unterscheidet sich im
übrigen nicht. von der nach Abb. z. Unter Umständen ist es zweckmäßig, die Antikathode,
wie in Abb. 4. angedeutet ist, so anzuordnen, daß ihre Stirnfläche mit der die Neutronen
abgebenden Fläche nur einen kleinen Winkel bildet und sie in einem schräg angesetzten
seitlichen Arm unterzubringen. Auf diese Weise werden nämlich in der Nähe der Neutronenquelle
zur Neutronenerzeugung nicht benötigte Metallteile vermieden. Dieselben Anordnungen
können auch mit einem Glühdraht als Elektronenquelle versehen werden. Dabei wird
der Glühdraht zweckmäßig in einem seitlicheij, außerhalb des Ionenstrahls liegenden
Teil des Entladungsgefäßes so angeordnet, daß die Elektronen auf die Antikathode
beschleunigt werden können. ..
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Abb. 5 zeigt eine besonders für sehr hohe Spannungen geeignete Anordnung.
Zur Abbildung werden nicht primäre Röntgenstrahlen verwendet, es werden vielmehr
die mit einer der Anordnungen nach Abb. i bis 4
erzeugten Röntgenstrahlen
auf einen Streukörper io gerichtet, in dem sekundäre Röntgenstrahlen erzeugt werden,
die durch die Kanäle ii bzw. 12 dem zu bestrahlenden Körper zugeführt werden. Auch
bei dieser Anordnung kann in ähnlicher Weise, wie in Abb. 3 dargestellt ist, mittels
Bleiblenden 8 und 9 ein enges Röntgenstrahlenbündel ausgesondert werden. Der Vorteil
dieser Anordnung ist, daß Strahlen geringerer Härte auch mit Entladungsröhren erzeugt
werden können, bei denen zur Erzeugung der Neutronen sehr hohe Spannungen verwendet
werden. Der Streukörper kann außerhalb des Entladungsraumes auswechselbar angebracht
sein.