Neutronendetektor

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Neutronendetektoren dienen dem Nachweis, der Messung der Flussdichte und der Spektroskopie von freien Neutronen (Strahlenschutzüberwachung, Grundlagenforschung in Kernphysik und Festkörperphysik (u.a. Neutronenstreuung)). Da Neutronen selbst nicht ionisierend wirken, müssen sie über Streuung an Atomkernen oder über Kernreaktionen nachgewiesen werden, bei denen ionisierende Strahlung entsteht.

[Bearbeiten] Schnelle Neutronen

1. Die Detektion schneller Neutronen ist möglich durch Abbremsung der Neutronen in einem Moderator und anschließenden Nachweis der thermischen Neutronen über eine geeignete Kernreaktion, z.B. 10B (n, α) 7Li (Lithium). Ein Vorteil dieser Detektoren ist ihre hohe Nachweiswahrscheinlichkeit. Nachteile sind (1) das nötige große Volumen des Moderators, das fein lokalisierte Messungen verhindert, und (2) der Verlust der Information über die primäre Energie der Neutronen. Beispiel: Long Counter; Anwendung: für Strahlenschutzaufgaben.
2. Für Neutronen mit kinetischen Energien oberhalb etwa 50 keV ist der direkte Nachweis durch Streuung an Wasserstoffkernen und Registrierung des von den Rückstoßprotonen erzeugten Signals in einer Ionisationskammer, einem Proportionalzähler oder einem Szintillationszähler möglich. Diese Detektoren sprechen auch auf Gammastrahlung an, die in schnellen Neutronenfeldern meist vorhanden ist; organische Flüssig-Szintillatoren erlauben es, den Gammauntergrund durch eine Impulsform-Diskriminierung von den Neutronen zu unterscheiden.
3. Nachweis in photographischen Kernspuremulsionen. Hier verursachen die Rückstoßprotonen aus der (n,p)-Streuung Spuren. Anwendung: Personendosimeter für die Strahlenschutzüberwachung.
4. Nachweis über die Messung der Aktivität von Materialproben, die durch Kernreaktionen mit Neutronen aktiviert wurden.

[Bearbeiten] Langsame Neutronen

Langsame, insbesondere thermische Neutronen werden über geeignete Kernreaktionen mit großen Wirkungsquerschnitten nachgewiesen, wie z. B. ¹⁰B(n,α)⁷Li , ⁶Li(n,α)³H oder ³He(n,p)³H .

Die Reaktionssubstanz kann gasförmig oder als Wandschicht in Ionisationskammern oder Zählrohren verwendet werden, z. B. Bortrifluorid-Zählrohre, Bor-Ionisationskammern, Szintillationskristall aus Lithiumjodid (LiJ).

Zur Überwachung des Neutronenflusses in Kernreaktoren wird auch die neutroneninduzierte Spaltung von ²³⁵U in Spaltkammern (Ionisationskammern, in denen eine Elektrode mit angereichertem Uran beschichtet ist) verwendet.

Der Nachweis über Aktivierung von Materialproben ist mit geeigneten Materialien auch bei langsamen Neutronen möglich.