DE1965095A1

DE1965095A1 - Hydrogen content determination of a sub- - stance, using thermal neutrons

Info

Publication number: DE1965095A1
Application number: DE19691965095
Authority: DE
Inventors: Koch Alfred Edgar; Wilhelm Dr Rer Nat Muscheid
Original assignee: Total Foerstner and Co
Current assignee: Total Foerstner and Co
Priority date: 1969-12-27
Filing date: 1969-12-27
Publication date: 1971-07-01

Abstract

The unit has a source for fast neutrons, with addn. soft gamma emissions (below 100 keV); a detector for thermal neutrons which hardly registers soft gamma quantums; and a photo multiplier as a light receiver. At least the source and the detector are surrounded by the substance to be tested with a screening disc for soft gamma radition being positioned between the two. The detector consists of either a bottom 10 Zns (Ag)-scintillator, a lithium 6 ZnS (Ag)-scintillator, a boron trifluoride counter tube or a boron trifluoride counter chamber.

Description

Meßeinrichtung zum Bestimmen des Wasserstoffgehaltes einer Substanz mittels thermischer Neutronen Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zum Bestimmen des Wasserstoffgehaltes einer Substanz mittels thermischer Neutronen, mit einer Quelle für schnelle Neutronen mit zusätzlicher weicher Gamma-Emission (unter 100 keV), einem weiche Gamma-Quanten nicht merklich registrierenden Detektor für thermische Neutronen sowie einem Lichtempfänger, wobei zumindest die Quelle und der Detektor von der Substanz umgeben sind. Measuring device for determining the hydrogen content of a substance by means of thermal neutrons The invention relates to a measuring device for determining the hydrogen content of a substance by means of thermal neutrons, with a Source for fast neutrons with additional soft gamma emission (below 100 keV), a soft gamma quantum detector for thermal Neutrons and a light receiver, at least the source and the detector are surrounded by the substance.

In einer derartigen bekannten Meßeinrichtung werden zur Messung des Feuchtigkeits- bzw. Wasserstoffgehaltes einer Substanz schnelle Neutronen in diese geschickt. Der Wasserstoff moderiert die Neutronen, d. h., er bremst sie auf thermische Neutronenenergie ab. Die thermischen Neutronen werden in einem geeigneten Detektor mit einem n-Alpha-Prozeß oder mit einem n-Gamma-Prozeß in einem Szintillator nachgewiesen. Der Nachweis der im Szintillator erzeugten Lichtblitze erfolgt üblicherweise durch einen Lichtemp£änger, beispielsweise einen Fotomultiplier. In such a known measuring device are used to measure the Moisture or hydrogen content of a substance fast neutrons into it sent. The hydrogen moderates the neutrons, i. that is, it brakes it on thermal Neutron energy. The thermal neutrons are in a suitable detector detected with an n-alpha process or with an n-gamma process in a scintillator. The light flashes generated in the scintillator are usually detected by a light receiver, for example a photomultiplier.

Als Quelle verwendete man oft eine Radium-Beryllium-Quelle, welche neben der Neutronenstrahlung noch eine sehr harte Gamma-Strahlung abgab, die zusätzliche Abschirmmaßnahmen erforderlich machte. Um die äußere Abschirmung zu erleichtern, verwendet man neuerdings Neutronenquellen, die nur eine weichere Oamma-Strahlung aussenden, wie beispielsweise Americium-Berylllum-241 und Calirornium-Berylllum. Hierbei verwendete man Detektoren, die beispielsweise bei 107 Gamma-Quanten pro Neutron keine Gamma-Quanten anzeigten, wenn man eine genügend hohe Anzeigeschwelle einstellte; eine Blei-Abschirmung schien nicht erforderlich. A radium-beryllium source was often used as a source, which in addition to the neutron radiation emitted a very hard gamma radiation, the additional Shielding measures made necessary. To facilitate the outer shielding, one uses recently neutron sources, which only a softer oamma radiation emit, such as americium beryllium-241 and calirornium berylllum. Detectors were used for this, for example at 107 gamma quanta per neutron did not display gamma quanta if a sufficiently high display threshold was set; lead shielding did not seem necessary.

Es hat sich gezeigt, daß Meßeinrichtungen der beschriebenen Art mit Quellen, die eine weiche Gamma-Strahlung aussenden, verschiedene Nachteile haben: Die Gamma-Strahlung belastet den Szintillator derart, daß er nur einen Bruchteil der ihn treffenden thermischen Neutronen anzeigt. Darüberhinaus ist die Anzeige des Szintillators temperaturabhängig; beispielsweise wurde beobachtet, daß bei einer Schwellenspannung von ca. 5 V die Impulsrate im Temperaturbereich von 200C bis 450c um ca. 30 zunahm. It has been shown that measuring devices of the type described with Sources that emit soft gamma radiation have several disadvantages: The gamma radiation loads the scintillator in such a way that it is only a fraction of the thermal neutrons hitting it. In addition, the display is of the scintillator as a function of temperature; for example, it has been observed that in one Threshold voltage of approx. 5 V the pulse rate in the temperature range from 200C to 450c increased by about 30.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die der minderung der Neutronen-I.mpularate am Detektor durch die Camma-Strahlung und eine Störung der Anzeige des Detektors durch den Temperaturkoeffizienten zu vermindern. The invention is based on the task of reducing the neutron I.mpularate at the detector due to the camma radiation and a disturbance of the display of the detector to be reduced by the temperature coefficient.

Diese Aufgabe wird bei einer Meßeinrichtung der eingangs geschilderten Art erindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Quelle und Detektor eine Abschirmscheibe, vorzugsweise eine Bleischeibe von wenigen Millimetern Dicke, vorgesehen ist, welche die weiche Gamma-Strahlung abschirmt. Die Dicke der Abschirmscheibe kann Je nach den Eigenschaften des Szintillators und der Energie der weichen Gamma-Strahlung derart bemessen sein, daß der durch Temperaturschwankungen des als Szintillator ausgebildeten Detektors bewirkte Temperaturkoerfizienider Meßeinrichtung ein Minimum hat. - Bei Verwendung einer Quelle mit weicher Gamma-Emission hielt man bisher die Anbringung einer Abschirmung für die Gamma-Quanten nicht erforderlich, sondern glaubte, diese durch eine niedere Nachweisschwelle ersetzen zu können. In the case of a measuring device, this task becomes the one outlined at the beginning Art in accordance with the invention in that between the source and detector a shielding disk, preferably a lead disk a few millimeters thick is provided which shields the soft gamma radiation. The thickness of the shielding disk can depend on the properties of the scintillator and the energy of the soft gamma radiation be dimensioned such that the by temperature fluctuations as a scintillator trained detector caused Temperaturkoerfizienider measuring device a minimum Has. - When using a source with soft gamma emission, the Installation of a shield for the gamma quanta is not required, but believed this by a lower detection threshold to be able to replace.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben. Advantageous embodiments of the invention are set out in the subclaims and described in the following description of the figures.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist eine Quelle Q auf, welche schnelle Neutronen und weiche Gamma-Quanten gleichmäßig in alle Richtungen des Raumes, also in die umgebende Substanz S, aussendet. Die weichen Gamma-Quanten werden von der wenige Millimeter starken Bleischicht Pb abgeschirmt und gelangen daher nur in stark verminderter Intensität zudem Detektor D, an den sich ein Lichtempfänger L anschließt. Die gesamte Anordnung befindet sich innerhalb der Substanz S, beispielsweise dem Sand, dessen Feuchtigkeit zu untersuchen ist. The arrangement according to the invention has a source Q which is fast Neutrons and soft gamma quanta evenly in all directions of space, that is into the surrounding substance S. The soft gamma quanta are derived from the a few millimeters thick lead layer Pb shielded and therefore only get in strong reduced intensity to detector D, to which a light receiver L is connected. The entire arrangement is located within the substance S, for example the Sand, the moisture of which is to be examined.

Mit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung kann man die Feuchtigkeit oder den Wasserstoffgehalt einer Substanz mit hoher Genauigkeit bestimmen. Da die weiche Gamma-Strahlung der Quelle weitgehend abgeschirmt wird, wird der Szintillator von dieser Gamma-Strahlung nicht gestört, so daß die Zahl der von dem Szintillator registrierten thermischen Neutronen bei gleicher Neutronendichte, beispielsweise um eine Größenordnung, anwächst. With the measuring device according to the invention you can measure the humidity or determine the hydrogen content of a substance with high accuracy. Since the soft gamma radiation from the source is largely shielded, the scintillator becomes not bothered by this gamma radiation, so that the number of the scintillator registered thermal neutrons with the same neutron density, for example by an order of magnitude.

Hierdurch wird entweder die Meßgenauigkeit verbessert oder man kann eine kleinere Strahlenquelle verwenden. In letztem Fall wird die gesamte Meßeinrichtung billiger und die äußere Abschirmung kann vermindert werden.This either improves the measurement accuracy or one can use a smaller radiation source. In the latter case, the entire measuring device cheaper and the outer shield can be reduced.

Die Verwendung einer relativ dünnen Abschirmscheibe hat den Vorteil, daß Quelle Q und Detektor D sehr nahe beieinander liegen können. Hierdurch wird die Anzahl der in den Detektor gelangenden thermischen Neutronen und damit die Meßgenauigkeit erhöht. The use of a relatively thin shielding disk has the advantage of that source Q and detector D can be very close to each other. This will the number of thermal neutrons entering the detector and thus the measurement accuracy elevated.

Bei Verwendung eines Lithium 6 ZnS (Ag)-Szintillators, einer Americium-Beryllium-Quelle und eines mit einer Schwelle von 1 V arbeitenden Transistor-Verstärkers beträgt der Temperaturkoeffizient der Meßeinrichtung zwischen +200C und +450C (Temperatur des Szintillators) 60%; durch eine zwischen dem Szintillator und der Am-Be-Quelle angeordnete Blei-ScheIbe von 3 mm Dicke wird dieser'Temperaturkoeffizient auf unter 3% vermindert. When using a Lithium 6 ZnS (Ag) scintillator, an americium beryllium source and a transistor amplifier operating at a threshold of 1V the temperature coefficient of the measuring device between + 200C and + 450C (temperature of the scintillator) 60%; by one between the scintillator and the Am-Be source arranged lead washer of 3 mm thickness this'Temperature coefficient to below 3% reduced.

Claims

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1 Meßeinrichtung zum Bestimmen des Wasserstoffgehaltes einer Substanz mittels thermischer Neutronen, mit einer Quelle für schnelle Neutronen mit zusätzlicher weicher Gamma-Emission (unter 100 keV), einem weiche Gamma-Quanten nicht merklich registrierenden Detektor für thermische Neutronen sowie einem Lichtempfänger, wobei zumindest die Quelle und der Detektor von der Substanz umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Quelle (Q) und Detektor (D) eine Abzchirmscheibe (Pb) für weiche Gamma-Strahlung vorgesehen ist. 1 measuring device for determining the hydrogen content of a substance by means of thermal neutrons, with a source of fast neutrons with additional soft gamma emission (below 100 keV), a soft gamma quantum not noticeable registering detector for thermal neutrons and a light receiver, whereby at least the source and the detector are surrounded by the substance, characterized in that that between source (Q) and detector (D) a shielding disc (Pb) for soft gamma radiation is provided.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmscheibe eine Bleischeibe von wenigen Millimetern Dicke ist. 2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the Shielding disk is a lead disk a few millimeters thick.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Absohirmscheibe (Pb) derart bemessen ist, daß der durch Temperaturschwankungen des Detektors (D) bewirkte Temperaturkoeffizient der Meßeinrichtung ein Minimum hat. 3. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that that the thickness of the Absohirmscheibe (Pb) is dimensioned such that the temperature fluctuations of the detector (D) brought about a minimum temperature coefficient of the measuring device Has.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger ein Fotomultiplier ist 4. Measuring device according to claim 1 or the following, characterized in that that the light receiver is a photomultiplier

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (D) ein Bor 10 ZnS <AS)-Szintillator ist.5. Measuring device according to claim 1 or following, in particular according to claim 3, characterized in that the detector (D) is a Boron 10 ZnS <AS) scintillator.

6. Meßeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzichnet, daß der Detektor (D) ein Lithium 6 ZnS (Ag)-Szintillator ist. 6. Measuring device according to at least one of claims 1 to 4, characterized marked that the detector (D) is a lithium 6 ZnS (Ag) scintillator.

7. Meßeinrichtung naoh Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzoichnot, daß der Detektor (D) ein Bor-Trifluorid- Zählrohr ist. 7. Measuring device naoh claim 1 or the following, characterized gekennzoichnot, that the detector (D) is a boron trifluoride Counter tube is.

8. Meßeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (D) eine Bor-Trifluorid-Zählkammer ist. 8. Measuring device according to at least one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the detector (D) is a boron trifluoride counting chamber.