DE1931099B2 - Verfahren und vorrichtung zur modulation oder stabilisierung eines von einem ionenbeschleuniger erzeugten neutronenflusses - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur modulation oder stabilisierung eines von einem ionenbeschleuniger erzeugten neutronenflussesInfo
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Description
Die Erfindung betri.Tt ein Verfahren zur Modu-I,-tion
oder Stabilisierung eines Neutronenfiusses, der durch Beschüß eines Targets durch Ionen erhalten
wird, die gepulst sind, wobei die Impulsfrequenz des Ionenstrahl moduliert oder stabilisiert wird, sowie
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
(vgl. Le Journal de Physique et Ie Radium, Physique
Appllquee, Supplement en Nr. 11, Tome 22, Novembre
1%1, S. l'J4A bis 198A).
Ein gegenwärtig verwendetes Verfahren zur NeutronenerzeugMng
besteht im Beschüß eines Targets
so aus Metalltritiumverbindupgen (wie mit Titan oder
Zirkon) durch einen Deuieronensfahl von einem Teilchenbeschleuniger, wobei die Neutronen nach
der Reaktionsgleichung T (d, n) \ 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 betragen kann, zu stabilisieren.
Fun übliches Verfahren besteht im dire!:fen Modulieren
und Stabilisieren de Intensität des Ionenstrahl
vom Beschleuniger, indem die Ah «-^geschwindigkeit
dieses Strahls entsprechenil dei gewünschten Gesetzmäßigkcit
gesteuert wird.
Ein zweites Verfahren besteht in der elektrostatischen Abler.Kung 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.
Dei Wirkungsgrad dieser Verfahren ist jedoch
unbefriedigend, insbesondere wegen des Verschleißes des Targets, dessen fehlender Homogenität und dessen
Schwankungen der Neutron., ner/.eugung in Abhängigkeit
von der Zusammensetzung des Deutcror.enstrahls. Daher folgt die Modulation oder Stabilisierung
des Neutronenfiusses der aufgeprägten Modulation oder Stabilisierung nur mit einer Genauigkeit
von nicht mein als 15" n.
Uni diese Genauigkeit /u verbessern, ist bereits in
FrwäiMing gezogen worden. trot7 einer Beibehaltung
der elektrostatischen Ablenkung des Ionenstrahl die Modulation oder Stabilisierung der an den Ablenkplatten
angelegten Spannung durch die Ausgangsspanmmg eines Neutronendetektors zu regeln. Wenn
auch dieses Verfahren eine Genauigkeit von l°/o für Frequenzen unter 100 Hz erlaubt führen jedoch unter
diesem Wert die Verzerrungen und Zählschwankungen zu größeren Fehlern. Außerdem isit 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 parasi-
tare 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, einerseits unter Verwendung einer gepulsten Ionenquelle,
deren Zündfrequenz moduliert oder konstant gehalten wird, die Verwendung einer digitalen elektronischen
Steuerung zu erlauben, die viel genauer als die .>ana!og£« Einrichtung ist, die für die Ablenksystcmc
verwendet wird, und andererseits wahrend des Experiments eine genau definierte Geometrie der
Neutronenquelle zu gewährleisten.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß to
der Neutronenfluß vom Target ständig gemessen und die Impulsdauer des Ionenstrahl durch diese
Neutronenflußmessiing gesteuert.
Es wird ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben, die gekennzeichnet ist
durch eine gepulste ionenquelle, ein die Teilchen empfangendes neutronenerzeugendes Target, eine in
der Nähe des Targets ungeordnete Detektoreiuheit zur Messung des Neutronenflusses, einen Generator
zur Erzeugung von modulierter oder Gleichspannung, eine elektronische Taktschaltung zur Erzeugung von
Impulsen variabler Frequenz, die durch den Generator gesteuert ist, und eine elektronische Schaltung
zur Steuerung der Teilehem|uelle, die von der Taktscliaiiung
Auslöseimpulse und von der Detektoreinheit .Sperrimpulse erhält.
Die Verwendung von Halbleiterdetektoren zur ständigen Messung des Neutronenflusses in Neutronengeneratorrn
ist für sich bekannt; vgl. Nuclear Instruments & Methods, Vol. 21, 1963, S. 49 bis 52.
Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung
und
Fig. 2 das Blockschaltbild der elektronischen Schallung, die die Steuerung der Frequenz und der
Dauer Cjt Teilchenwolken zum Beschießen des Targets
vornimmt.
Gemäß I-ig. 1 beschießt ein Tjilchenbeschleuniger
1 mit Deuteronen ein Target 2 aus einer Metalltritiumverbindung, das Neutronen gemäß der
Reaktionsgleichung T (d. n) \ erzeugt. Der dadurch erzeugte Neutronenfluß soll entsprechend eine; gegebenen
Gesetzmäßigkeit moduliert oder auf einem konstanten Wert gehalten werden.
Gemäß der Erfindung werden die Deuteronen in Wolken durch eine Ionenquell·.1 3 erzeugt.
Eine Taktschaltung 4 gibt Impulse ab, deren Taktfrequenz
variabel ist. Eine Steuerschaltung 4' wird durch die Taktschaltung 4 ausgelöst und erzeugt
Rechteckimpulse, deren Pulsfrequenz durch den Wert der Modulations- oder Stabilisierungsspannung bestimmt
ist. Die Dauer der Rechteckimpulse wird durch die Anzahl dir vom Target 2 abgegebenen
Neutronen bestimmt. Die modulierte Taktschaltung toll weiter unten genauer beschrieben werden.
Der Ausgang der Steuerschaltung 4' ist an eine itnpedanzverringernde Differentiationsschaltung 5 angeschlossen,
und das erhaltene Signal wird durch ein Koaxialkabel 6 in die Primärwicklung eines Impulstransfornvaturs
7 eingespeist, dessen Sekundärwicklung auf Hochspannungspotential liegt. Um das durch diese Anordnung difTerentierte Rechtecksignal
zu regenerieren, speist die Sekundärwicklung die Impulse in einem Mu'.'ivibrator 8 ein, auf den ein Verstarker
9 folgt, wobei der Multivibrator 8 und der Verstärker 9 im Hochspannungskopf angeordnet
sind. Das Ausgaiigssignal des Verstärkers 9 nimmt
das Sperren oder Auslösen eines Hoehl'requenzoszillators 10 vor.
In den Zeitintervallen, in denen der Hochfrequenzoszülator
IO ausgelöst ist, erzeugt er eine starke Ionisation in einer Röhre 3, durch ein zwischen zwei
Ringelektroden 13 und 14 angelegtes elektrisches Hochfrequenzfeld. Der Neutronenfluß von der
Quelle ist dann maximal, und es wird eine Neutronenwolke mit einer Dauer gleich der des Deuteronenimpulses
erzeugt. Dagegen ist in den. Zeitintervallen, in denen der Oszillator gesperrt ist, kein Hochfrequenzfeld
in der Röhre vorhanden, so daß die Ionisation Null ist. Die Quelle ist dann außer Betrieb,
so daß keine Neutronen en:eugt weiden.
Gegenüber dem Target 2 erlaubt ein Halbleiterdetektor 15, dessen Achse genau unter 138° zu dem
einfallenden Deuteronenstrahl geneigt ist, eint- Zählung
der 3-MeV-\-TeiIcher die durch die Reaktion T (d, n) \ erzeugt werden. Die von dem Halbleiterdetektor
15 abgegebenen Signale werden in einer Schaltung 16 verstärkt, diskriminiert und geformt
sowie danach um einen Faktor N durch einen Del.qdenuntersetzer
17 untersetzt, bevor sie in die Steuerschaltung 4' gleichzeitig wie die Impulse der
Taktschaltung 4 eingespeist werden, deren Frequenz durch einen Generator 18 moduliert oder konstant
gehalten wird.
Die Taktschaltung ist genauer in Fig. 2 abgebildet. Ein Differenzverstärker 19, der ate Impedanz verringert,
ist an seinen beiden Eingängen einerseits an den Generator 18 und andererseits an eine Quelle 20
variabler Gleichspannung angeschlossen, um den mittleren Pegel einzuregeln. Der Ausgang des Verstärkers
19 ist an einen Stromgenerator angeschlossen, der ebenfalls durch einei. gefengekoppelten
Differentialverstarker 21 gebildet wird, der eine Kapazität 22 auflädt, an deren Anschlüsse ein Unijunktionstransistor
23 angeschlossen ist. Wenn die Spannung an den Anschlüssen der Kapazität 22 den Schwdlwcrt für die Leitung eines Transistors 23 erreicht,
wird sie durch diesen entladen, so daß ein Taktsignal abgegeben wird, wonach der Takt von
neuem beginnt. Man erhält auf diese Weise eine Folge elektrischer Signale, deren Folgefrequenz von
der vorn Generator 18 abgegebenen Spannung und von dem Wert der Kapazität 22 abhängt. Um
über mehrere Frequenzbereiche verfügen zu können,
kann vorteilhafterweise zwischen mehreren parallel geschalteten Kondensatoren umgeschaltet
werden.
Dieser Trktimpuls, der von dei Basis ß 1 des Unijunktionstransistors
23 empfangen wird, wird in die Steuerschaltung 4' eiigespeist, die durch ein Flipflop
gebildet ν ird, das ais zwei Transistoren besteht, die zwischen dem Zustand Null und dem Zustand Eins
umgeschaltet werden, wodurch auch der Rechteckimpuls erzeugt wird, der den Hochfrequenzoszillator
10 sperrt, der das Zünden der Ionenquelle 3 auslöst. Die von der Neutronendetektoreinheit stammenden
Impulse wer.ien ebenfalls über den Dekadenuntersetzer 17 in dieses Flipflop eingespeist, das sie auf
den Zustand Null zurücksetzen, so daß der Oszillator 10 gesperrt und damit die Ionenquelle ausgeschaltet
wird. Der folgende Taktimpuls bewirkt ein erneutes Zünden der Quelle, so daß der gleiche Vorgang sich
wiederholt.
Auf diese Weise gewährleistet der Generator 18 die Modulation nach einer eewissen Gesetzmäßig-
rU
eil
\vi
d«
d
tf
u:
N
eil
\vi
d«
d
tf
u:
N
π
e
g
a
f
e
g
a
f
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 verhindert jedoch, daß die Dauer
dieser Rechteckimpulse nicht kleiner als das Zeitintervall (etwa 7 jisec) wird, das notwendig ist, um
die Ionenquelle vollständig zu ionisieren. Eine derartige Vorrichtung erlaubt eine sinusförmige Modulation
oder Stabilisierung eines Neutronenflusses rnit einer Genauigkeit von einigen Prozent.
Ein Anthrazenszintillator 25, der sich in der Näh des Targets 2 befindet und an einen Fotovervielfache
26 angeschlossen ist, auf den ein pegeländernder Im pulsformer27 folgt, kann ebenfalls zur Messung de
Neutronenflusses durch Messung der in dem Szin tillator erzeugten Riickstoßprotonen verwende
werden.
Ein Mehrkanalanalysator 28, der mehrere Pege hat und an den Ausgang der Detcktoreinheit auge-
ίο schlossen ist, erlaubt durch Speicherung in den aufeinanderfolgenden
Kanälen der während gcgebenei Zeitintervalle auftretenden Impulse auf einem Schirm
seines Oszillographen die Überwachung des Neutronenflusses vom Target. Er ist an den Generator
18 angeschlossen, von dem er ein Synchronisationssignal erhält, das den Beginn der Analyse auslöst.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
2153
Claims (7)
1. Verfahren zur Modulation oder Stabilisierung eines Neutronenllusses, 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 Neuironenfluß
vom Target ständig gemessen wird und die Impulsdauer des Tonenstrahls durch diese
Neutroiienllußmessung gesteuert wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren:·,
nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gepuKu.- Ionenquelle, ein neutronenerzeugendes
Target (2), eine in der Nähe des Targets angeordnete Detektoreinheit zur Messung des
Neutronenflusses, einen Generator (18) zur Erzeugung
von modulierter oder Gleichspannung, eine elektronische TaktschaltL.ng (4) zur Erzeugung
von Impulsen variabler Frequenz, die durch den Geneiator gesteuert ist, und eine elektronische
Steuerschaltung zur Steuerung der Teilchenquelle,
die von der Taktschaltung Auslöseiinpulse
unrj ν ·η der Detektoreinheit Sperrimpulse erhält.
3. Vorrichtung nach Ansps.ich 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die gepulste Ionenquelle gebildet ist durch ein Gefäß (3), üas mit einem Gas
gefüllt ist, dessen Ionisation die: 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 Teilchenstrahl
geschützt ist, und einen Impulsformer (16) hat, der an den Halbleiterdetektor angeschlossen
ist, um die während der Reaktion zur Erzeugung der Neutronen emittierten \-Teilchen zu zählen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektoreinheit einen in der Nähe des Targets (2) angeordneten Anthrazcnszintillator
(25), einen an den Szintillator angeschlossenen Photovervielfaiher (26) und einen
Impulsformer (27) für die vom Photovervielfacher 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 Unijunktionstransistor (23), der an die Anschlüsse der Kapazität angeschlossen ist und
deren Entladung ermöglicht, wenn die Spannung an deren Anschlüssen seiniä Leitungsspannung
erreicht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Schaltung, die verhindert, daß die
Impulse nicht kurzer als das Zeitintervall sind, das für eine vollständige Ionisation der Teilchenquelle
erforderlich ist.
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