Kapitel 7.4: Nachweismethoden für ionisierende Strahlung - PTB

7.4.9 Spezielle Methoden zum Nachweis von Neutronen 459
(n, a)) erfolgen im Detektor oder (zusätzlich) in einer Radiatorfolie. Mit Rückstoßprotonen
lassen sich Neutronen mit Energien größer als etwa 100 keV nachweisen. Im
Energiebereich oberhalb 20MeV fällt das Ansprechvermögen ähnlich wie bei den
Kernspurfilmen ab, es wird durch Mehrfachprozesse (z. B. (n, 3a)) und durch entstehende
schwere Ionen beeinflußt (Luszik-Bhadra u.a. (1994)).
Mit Hilfe von speziellen Konvertern lassen sich geladene Teilchen durch thermische und
intermediäre Neutronen erzeugen (exotherme Reaktionen ®Li(n,a), "'B(n,a), '''N(n,p),
Spaltreaktionen). Das Ansprechvermögen hängt stark vom Ätzverfahren ab. Ätzspurdetektoren
sind unempfindlich für y-Strahlung mit Energien unterhalb 6 MeV.
Blasen-Detektoren (e.: bubble detectors). Diese Detektoren enthalten eine große Zahl
von winzigen, überhitzten Flüssigkeitströpfchen, die in einer anderen „trägen" Substanz
(z. B. einem Gel oder einem Polymer) über einen größeren Zeitraum im metastabilen
Zustand gehalten werden. Wird bei einer Neutronenbestrahlung durch erzeugte Ionen
zusätzliche Energie auf diese Flüssigkeitströpfchen übertragen, so werden diese zu
sichtbaren Dampfbläschen „aufgeblasen". Jedes Tröpfchen ist quasi eine strahlungsempfindliche
„Miniatur-Blasenkammer" (s. 7.7.1.4). Blasenbildung in einem Tröpfchen
beeinflußt den Zustand der anderen Tröpfchen nicht. Es hängt von der Temperatur des
Detektors und vom Massenbremsvermögen (s. 7.1.3.3) für die erzeugten Ionen ab, ob
eine Dampfblase eine kritische Größe erreicht und optisch oder akustisch nachgewiesen
werden kann oder kollabiert. Blasen-Detektoren befinden sich noch im Entwicklungszustand,
sie sind für y-Strahlung mit Energien kleiner als 6 MeV unempfindlich. Das
Ansprechvermögen für thermische und intermediäre Neutronen über (n,p)-Reaktionen
im Detektor ist bisher etwa 2 Größenordnungen kleiner als im MeV-Bereich, in dem sie
zu den empfindlichsten Detektoren zählen (Apfel u. a. (1985), Lo (1988), Ing (1986)).
Thermolumineszenz-Detektoren (TLDs). Bei diesem in 7.4.3.2 beschriebenen Effekt
werden in Kristallen durch ionisierende Strahlung metastabile Zustände erzeugt, die
über große Zeiten beständig sein können (Fading: s. 7.4.3.2) und bei Erhitzen Licht
aussenden. Für Neutronen haben TLDs aus "^LiF in der Personendosimetrie (s. 7.8.7.4)
Bedeutung. Über die ^Li(n, a)-Reaktionen werden dabei hauptsächlich thermische
Neutronen nachgewiesen. Schnelle Neutronen können über die Rückstoßteilchen
Energie an TLDs abgeben. Alle TLDs sind auch für y-Strahlung empfindlich.
Radiophotolumineszenz (RPL). Zum Neutronennachweis mit Phosphat-Gläsern
(s. 7.4.3.3) können Fluoreszenzzentren sowohl durch direkte Kernprozesse während der
Bestrahlung als auch nachträglich durch erzeugte radioaktive Kerne gebildet werden.
Beimischungen von spaltbarem Material (U, Th, Np) im Detektor oder in Konvertern
werden zusätzlich zum Neutronennachweis benutzt.
Andere Methoden Die in 7.4.6.1 beschriebenen Nachweismethoden mit Halbleitern für ionisierende
Strahlung sind auch zum Neutronennachweis über erzeugte Sekundärteilchen (Rückstoßkerle,
Protonen, Tritonen und a-Teilchen) geeignet. Die Sekundärteilchen werden meist in einer
Radiatorfolie erzeugt. Halbleiterdetektoren werden auch in Neutronen-Spektrometern benutzt
(s. 7.6.6.5), die lonisationsausbeute ist wesentlich größer als bei Ionisationskammern (s. 7.4.6.1).
^on Nachteil ist die y-Empfindlichkeit. In der Neutronendosimetrie finden auch Elektrete,
(geladene Isolatoren, die durch Strahlung entladen werden) und Pin-Dioden Anwendung
(s. 7.4.6.1). Die Einsatzfähigkeit für Neutronenflußdichtemessungen in Reaktionen ist für alle
Halbleiterdetektoren wegen der geringen Strahlenbelastbarkeit beschränkt (s. 7.4.6.1). Als Störeffekte
müssen Nebenreaktionen durch geladene Teilchen im Detektor, y- und Licht-Empfindlichkeit,
Rauschen und von außen eingestreute Rückstoßprotonen berücksichtigt werden.