Kapitel 7.4: Nachweismethoden für ionisierende Strahlung - PTB

7.4.9 Spezielle Methoden zum Nachweis von Neutronen 455
Photonenstrahlung mit einer Energie von 478 keV nachgewiesen wird. Die Spaltungsreaktion
ist Standard bei thermischen Energien und im Energiebereich von
0,1 MeV bis 20 MeV.
Die bei diesen Reaktionen freiwerdenden geladenen Teilchen werden mit verschiedenen
Detektoren wie Ionisationskammern, Proportionalzählrohren, Szintillationszählern
und Halbleiterdetektoren (s. 7.4.1) nachgewiesen. Wegen der hohen Reaktionsenergien
können die von Neutronen ausgelösten Signale in den meisten Fällen durch Impulshöhendiskriminierung
von den durch Photonen erzeugten abgetrennt werden, so daß sich
die Flußdichte der Neutronen auch in Anwesenheit intensiver Photonenstrahlung
bestimmen läßt.
Im Energiebereich langsamer Neutronen ist die Reaktionsrate wegen der 1/«-Abhängigkeit (d
Geschwindigkeit der Neutronen) der Wirkungsquerschnitte proportional zur konventionellen
Flußdichte (p^ (s. 7.6.6.1), wenn der Selbstabschirmungseffekt (s. 7.4.9.2) zu vernachlässigen ist.
Neutronen mit Energien oberhalb 0,5 eV tragen bei diesen Detektoren praktisch nur wenig zur
Reaktionsrate bei, so daß eine Cadmiumdifferenzmessung (s. 7.4.9.2) oft nicht notwendig ist.
Befinden sich die Neutronen im „thermischen Gleichgewicht", dann kann die spektrale Flußdichte
in bestimmten Fällen (Beckurts u. Wirtz (1964)) angegeben werden, und die wahre Flußdichte
läßt sich aus der gemessenen konventionellen Flußdichte berechnen (Gl. (7.147). Beträgt die
Neutronenansprechwahrscheinlichkeit (s. 7.6.6.1) des Detektors nahezu 100% („schwarzer Detektor"),
dann wird die Anzeige proportional zur Flußdichte unabhängig von der Energieverteilung
der Neutronen.
Als Detektoren (Schneider (1973)) werden häufig Proportionalzählrohre mit ^He- und
BF3-Füllung (oft mit '"B angereichert) verwendet. Wegen der großen Wirkungsquerschnitte
im thermischen Energiebereich kann die Neutronen-Ansprechwahrscheinlichkeit
bei Strahlung in Längsrichtung eines Zählrohres nahezu 100% betragen (Beckurts
u. Wirtz (1964), S. 56). Zur Verringerung von Wandeffekten und zur Verbesserung des
zeitlichen Auslösungsvermögens wird dem Gas häufig Krypton oder Argon beigemischt.
Ionisationskammern werden mit BFs-Gas oder mit '°B als Wandbelag betrieben.
Parallelplattenkammern mit Gitter und Halbleiterdetektoren, bei denen '®B in einer
dünnen Schicht aufgebracht ist, haben ein besseres Zeitauflösungsvermögen bei
geringerem Ansprechvermögen (Carlson (1977)).
^Li wird in Szintillatoren wie ®LiI(Eu) (nicht alterungsbeständig) und in Glasszintillatoren
verwendet (Harvey u. Hill (1979)). Mit ^Li belegte Ionisationskammern sind
seltener (Weston (1977)). Wegen des guten Zeitauflösungsvermögens werden 'Li-
Glasszintillatoren für Flugzeitmessungen eingesetzt, jedoch ist ihre Empfindlichkeit
gegenüber Photonenstrahlung zu beachten (Lamaze (1977)). Derartige Detektoren
haben schon bei wenigen Millimetern Dicke eine Neutronenansprechwahrscheinlichkeit
von nahezu 100%.
Thermische Neutronen können ferner mit Hilfe der bei der Spaltung von ^'^U freiwerdenden
Kernfragmente nachgewiesen werden. Allerdings ist zu beachten, daß der Wirkungsquerschnitt im
thermischen Bereich schon merklich von der l/u-Proportionalität abweicht. Das spaltbare Material
befindet sich dabei z. B. innerhalb einer Ionisationskammer (Spaltkammer; Gründl u. a. (1975),
s-a. Schneider (1973)). Der Nachweis der bei der Spaltung freiwerdenden Neutronen erfordert
große Neutronendetektoren mit hohem Ansprechvermögen. Die Verwendung von Spaltspurdetektoren
wird in 7.4.9.2 beschrieben.
Im Energiebereich mittelschneller und schneller Neutronen läßt sich die spektrale Flußdichte
mit Hilfe der Reaktionen 3He(n,p)5H und ^Li(n,a)3H messen (s. 7.6.6). Die
Wirkungsquerschnitte dieser Reaktionen verlaufen glatt und sind bis auf den Bereich