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Dokumentenidentifikation DE3103262C2 26.11.1992
Titel Fahrbare Neutronenstrahlkanone
Anmelder LTV Aerospace and Defense Co., Dallas, Tex., US
Erfinder Dance, William Elijah, Dallas County, Tex., US;
Bumgardner jun., Harry Marvin, Tarrant County, Tex., US
Vertreter Kuhnen, R., Dipl.-Ing.; Wacker, P., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing., Pat.-Anwälte, 8050 Freising
DE-Anmeldedatum 31.01.1981
DE-Aktenzeichen 3103262
Offenlegungstag 23.12.1982
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.11.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.11.1992
IPC-Hauptklasse G21K 5/04
IPC-Nebenklasse H05H 3/06   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs, und zwar eine fahrbare Neutronenstrahlkanone zur Erzeugung eines richtungseinstellbaren Neutronenstrahls.

Die Neutronenradiographie hat sich für die zerstörungsfreie Prüfung von Werkstoffen äußerst zweckmäßig erwiesen, da thermische Neutronen durch Wasserstoffkerne, also Protonen, zwar absorbiert, gestreut und abgebremst werden, jedoch verhältnismäßig unabgeschwächt durch zahlreiche Metalle treten. Ein richtig eingestellter Neutronenstrahl kann daher durch zwei miteinander organisch verklebte Metallteile dringen, wobei als Klebeschicht ein Epoxidharz oder ein ähnlicher Kleber verwendet ist, und auf einen geeigneten fotografischen Film oder eine Platte fallen, auf der eine bildartige Aufzeichnung der Klebstoffdichte erzeugt wird. Auf diese Weise lassen sich Lücken in der Klebeschicht zwischen den Metallteilen leicht feststellen. Ein derartiges zerstörungsfreies Prüfen ist deswegen so wertvoll, weil mittels der Neutronenradiographie versteckte Fehler in dem beispielsweise in der Flugzeugindustrie weit verbreitet verwendeten Verbundmaterial feststellbar sind. Das zerstörungsfreie Prüfen ist aber nicht nur für Verbundstrukturen zweckmäßig, sondern auch dort, wo Zwischenräume oder andere Fehler aufgrund von Korrosion oder übermäßiger Belastung aufzuspüren sind.

Bislang waren Neutronenradiographieapparate an feste Aufstellpunkte gebunden und enthielten eine von einem Moderator oder einem Abschirmungsmaterial eingeschlossene Neutronenquelle. Der Neutronenstrahl wurde durch einen Kollimator aus dem Moderator oder der Abschirmung entnommen.

Da es jedoch nur wenige stationäre Neuutronenquellen gibt, hat die Neutronenradiographie bislang keine weite Verbreitung gefunden. Isotope, die geeignete Neutronen aussenden, beispielsweise Californium Cf²&sup5;², erfordern massive Abschirmungen, so daß sie nicht fahrbar sind. Da derartige Isotope andauernd Neutronen aussenden, und zwar unabhängig davon, ob sie radiographisch eingesetzt werden oder nicht, stellen sie andauernd eine Gefährdung des Bedienungspersonals dar. Für radiographische Zwecke ist außerdem der Neutronenfluß derartiger Quellen verhältnismäßig gering und nimmt ferner konstant ab, so daß die Belichtungszeiten vergrößert werden müssen und die Neutronenflußdichte stets neu zu berechnen ist. Aus diesen sowie aus zahlreichen anderen Gründen haben sich radioaktive Isotope in Verbindung mit fahrbaren Neutronenquellen für die Radiographie äußerst unzweckmäßig erwiesen.

Es sind jedoch bereits Neutronengeneratoren für andere Zwecke entwickelt worden. So erzeugt man beispielsweise hochenergetische oder sogenannte schnelle Neutronen dadurch, daß man einem Ionenstrahl in einem geschlossenen Beschleunigerrohr auf ein geeignetes Ziel bzw. Target lenkt, von dem dann schnelle Neutronen ausgehen. Derartige Generatoren werden üblicherweise als Analysegeräte verwendet, wobei das Prüfmaterial mit schnellen Neutronen bestrahlt und anschließend die Zusammensetzung des Prüfmaterials durch Analyse der ausgesandten Strahlung bestimmt wird. Für radiographische Zwecke sind jedoch solche hochenergetischen Neutronen nicht besonders geeignet. Die schnellen Neutronen müssen nämlich durch einen geeigneten Moderator abgebremst werden, um den Prüfgegenstand mit langsamen oder sogenannten thermischen Neutronen zu bestrahlen. Da jedoch thermische Neutronen richtungsunabhängig sind, läßt sich ein gerichteter thermischer Neutronenstrahl nur dadurch erhalten, daß man praktisch alle schnellen Neutronen in einem das Target umgebenden Moderator abbremst und einen kollimierten Strahl mit Hilfe eines Kollimators entnimmt, der in den Moderator eingesetzt ist und ein Einlaßfenster in der Nähe der schnellen Neutronenquelle aufweist. Es ist klar, daß derartige Neutronenquellen nicht besonders für mobile Anwendungszwecke geeeignet sind, insbesondere dann nicht, wenn eine einfache Strahlausrichtung gefordert wird. Da ferner der thermische Neutronenfluß in einem ein Beschleuniger-Target umgebenden Moderator räumlich nicht homogen ist, muß die räumliche Zuordnung des Kollimator-Einlaßfensters mit dem Target festgehalten werden. Eine Richtungseinstellung eines Neutronenstrahls ist daher bei den bekannten Neutronenquellen nicht möglich, ohne daß gleichzeitig die gesamte Neutronenquelle, der Moderator und der Kollimator zusammen bewegt werden müssen.

Schnelle Neutronengeneratoren weisen im allgemeinen ein längliches Rohr auf, an dessen einem Ende ein Target und an dessen gegenüberliegendem Ende eine Ionenstrahlquelle angeordnet ist. Eine Hochspannungsquelle ist normalerweise an das Ionenquellenende des Generatorrohres über eine Anzahl schwerer Koaxialkabel angeschlossen. Ein scharfes Krümmen oder Biegen der halbfesten Hochspannungsversorgungskabel an den Durchführungsstellen im Ende des Beschleunigerrohres beschädigt in unvermeindlicher Weise letztlich die Anschlußverbindungen, so daß es praktisch unmöglich ist, einen kollimierten thermischen Neutronenstrahl auf ein bestimmtes Ziel auszurichten. Die bekannten Neutronenquellen sind daher entweder fest aufgestellt oder nur in einer Ebene bewegbar, beispielsweise über die Bodenfläche.

Eine derartige Neutronenstrahlkanone, der auch die Merkmale nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 umfaßt, ist aus der DE-OS 28 05 111 bekannt, wobei die Neutronenquelle mitsamt einem Beschleuniger, einem Target und einer Abschirmung in einem Gehäuse untergbracht ist, welches um eine Achse schwenkbar ist. Bei dieser Neutronenstrahlkanone wird der Schwenkbereich des Gehäuses durch Versorgungsleitungen für den ebenfalls im Gehäuse befindlichen Beschleuniger beschränkt. Ferner ist bei dieser Neutronenstrahlkanone kein Neutronenmoderator zur Abbremsung von schnellen Neutronen vorgesehen. Weiterhin wird es als Nachteil angesehen, daß bei dieser Neutronenstrahlkanone der Kollimator zur Bündelung der Neutronen außerhalb des Gehäuses und von diesem getrennt vorgesehen ist.

Aus der DE-OS 21 18 426 ist ein Neutronenkollimator mit Schichten zur Abbremsung von hochenergetischen Neutronen bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine fahrbare Neutronenstrahlkanone gemäß dem Oberbegriff des Patentansprchs 1 dahingehend weiter zu entwickeln, daß die Probleme im Zusammenhang mit der Einstellbarkeit des Neutronenstrahls beim Stand der Technik bezüglich der Versorgungskabelführung vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Demnach weist eine Neutronenstrahlkanone ein im wesentlichen kugelförmiges Gehäuse mit einem flüssigen Moderator auf, wobei eine Neutronenquelle auf einer Achse des Kugelgehäuses liegt. Die Kugel weist einen starr am Gehäuse montierten Kollimator auf, der in bezug auf die Neutronenquelle fest ausgerichtet ist. Die Kugel ist um diejenige Achse drehbar, auf der die Neutronenquelle sitzt. Die Neutronenquelle steht bezüglich eines Armes oder einer Haltevorrichtung der Kugel fest. Die Kugel und damit der Kollimator sind um diejenige Achse drehbar, auf der die Neutronenquelle angeordnet ist, so daß das Kollimator-Einlaßfenster in bezug auf die Strahlungsquelle unverändert ausgerichtet bleibt, während sich die Achse des thermischen Neutronenstrahls einstellen läßt.

Da sich das den Kollimator tragende Gehäuse um die Neutronenquelle drehen läßt, während die Neutronenquelle feststeht, werden die Hochspannungsversorgungskabel für den Neutronengenerator bei einer Drehung des Kollimators nicht gebogen oder geknickt. Auf diese Weise lassen sich der Kollimator und damit der Neutronenstrahl in gewünschter Weise ausrichten, ohne daß ein Abknicken oder verbiegen der Hochspannungskabel erfolgt. Da das Kollimator-Einlaßfenster jedoch in bezug auf die schenlle Neutronenquelle ausgerichtet bleibt, bleibt auch die Flußdichte der thermischen Neutronen des gerichteten Neutronenstrahls relativ konstant, und zwar unabhängig davon, in welche Richtung der Neutronenstrahl eingestellt ist. In dem die Neutronenstrahlkanone an einem horizontal und/oder vertikal verschwenkbaren Arm an einem verfahrbaren Wagen angebracht ist, läßt sie sich sowohl örtlich als auch richtungsmäßig ausrichten, so daß radiographische Untersuchungen mit Hilfe thermischer Neutronen an zu prüfenden Gegenständen, beispielsweise an Flugzeugen oder Raketen vor Ort vorgenommen werden können. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht einer ausrichtbaren Neutronenstrahlkanone der Vorrichtung gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 eine Einzelheiten darstellende Schnittansicht der Halterung und Abdichtung eines in der Drehachse des Moderator-Behälters aufgehängten Neutronengenerators, wobei ein Neutronenstrahlkollimator um diese Achse schwenkbar ist.

Fig. 1 zeigt einen im wesentlichen kugelförmigen Teil einer Neutronenstrahlkanone, im folgenden als Prüfkopf 10 bezeichnet der auf einem fahrbaren Wagen 30 montiert ist. Der Wagen 30 weist einen mit Rädern versehenen Rahmen 31 auf, der eine Hochspannungsquelle 32 und einen vertikal einstellbaren Arm 33 aufweist. Das freie Ende des Armes 33 trägt den Prüfkopf 10. Der Wagen 30 kann die verschiedensten Formen aufweisen; in einer Ausführung ist er selbst verfahrbar, in einer anderen Ausführung ist er zusätzlich fernsteuerbar. Der Wagen 30 trägt außerdem Steuergeräte für die Einstellung des Armes 33, Steuergeräte für einen Neutronengenerator 24 sowie Kühleinrichtungen für den Neutronengenerator. In der dargestellten Ausführung besteht der Arm 33 aus zwei miteinander verbundenen parallelen Armen 33a und 33b, die jeweils mit einem Ende über Schwenkzapfen 35 mit einem Rahmenteil 34 des Rahmens 31 verbunden sind. Der Arm 33 ist mit dem Rahmenteil 34 außerdem über Einstelleinrichtungen 36 gekoppelt, beispielsweise über Stellschrauben oder Hydraulikzylinder, so daß beim Ausfahren oder Einfahren der Einstelleinrichtungen 36 der Arm 33 um den Schwenkzapfen 35 geschwenkt wird und damit den Prüfkopf 10 anhebt oder absenkt. Dies erfolgt im allgemeinen in vertikaler Richtung.

Fig. 2 zeigt eine geschnittene Draufsicht des drehbaren Kopfstücks 10, das in der dargestellten bevorzugten Ausführung ein Kugelgehäuse 11 aufweist. Ein Kollimatorgehäuse 12 ist an das Kugelgehäuse 11 angeformt und steht von diesem in radialer Richtung vor. Das Kugelgehäuse 11 ist um seine Horizontalachse (A-A) schwenkbar, indem ein außen an das Kugelgehäuse 11 angebrachter und horizontal verlaufender Zapfen 13 in einem am freien Ende des Armes 33a vorgesehenen Stützlager 14 liegt. Der Zapfen 13 trägt außerdem ein Zahnrad 17a, das über eine Schnecke 17 von einem ebenfalls von dem Arm 33a getragenen Antriebsmotor 16 getrieben wird. Eine bezüglich des Zapfens 13 koaxial gerichtete Bohrung 18 ist an dem diametral gegenüberliegenden Ende des Kugelgehäuses 11 vorgesehen. Die Bohrung 18 weist einen sich in axialer Richtung erstreckenden Flansch 19 auf, der in einem am freien Ende des anderen Arms 33b montierten Lager 20 liegt. Bei Aktivierung des Motors 16 wird somit das Kugelgehäuse 11 um seine Horizontalachse (A-A) in den Lagern 14 und 20 gedreht. An einer Seite ist jedoch eine verhältnismäßig große Öffnung vorgesehen, die konzentrisch zur Gehäuseachse liegt.

Eine vom Arm 33b getragene ringförmige Flanschnabe 22 paßt in die Bohrung 18. Zwei O-Ringe 23 sind in Ringnuten an der Innenseite des axial verlaufenden Flansches 19 eingelegt und dichten den Flansch 19 gegenüber der Flanschnabe 22 ab. Es ist klar, daß auch eine andere Anzahl von Dichtungsringen zweckmäßig sein kann. Das Kugelgehäuse 11 läßt sich somit um seine Achse drehen, wobei der Flansch 19 zwischen dem Lager 20 und der Flanschnabe 22 konzentrisch gedreht wird, wobei das Lager 20 den Flansch 19 trägt und die O-Ringe 23 das Kugelgehäuse 11 und die feststehende Flanschnabe 22 abdichten.

Das Kugelgehäuse 11 wird somit von den und zwischen den parallelen Armen 33a und 33b getragen und ist um seine Horizontalachse schwenkbar. Die Flanschnabe 22 bildet dabei eine ringförmige Nabe, die am Arm 33b gelagert ist. Ein Neutronengenerator oder eine andere Strahlenquelle, die innerhalb der Flanschnabe 22 montiert ist, bleibt somit gegenüber dem Arm 33b feststehend, während das Kugelgehäuse 11 gedreht werden kann.

In der dargestellten Ausführung ist ein Neutronengenerator 24 mit einem länglichen Gehäuse 25 in die Flanschnabe 22 eingesetzt, wobei seine Längsachse mit der Horizontalachse des Kugelgehäuses 11 zusammenfällt. Obgleich Neutronengeneratoren unterschiedliche Größen, Bauformen etc. haben, bestehen sie jedoch im allgemeinen aus einem länglichen, evakuierten Rohr, wobei eine hochenergetische Ionenquelle an einem Ende und ein Target an dem gegenüberliegenden anderen Ende angeordnet ist. Ein derartiger Generator ist beispielsweise das Modell A-711 von der Kaman Sciences Corporation. Dieser 14 MeV Neutronengenerator 24 hat ein geschlossenes zylindrisches Gehäuse 25 mit einem Target 26 an einem Ende und einer Anzahl von Hochspannungseingängen 27 am anderen Ende. Weitere erforderliche elektrische und mechanische Anschlüsse, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind, beispielsweise Steuerleitungen und Leitungen für Kühlfluid für den Neutronengenerator 24, sind durch Durchführungen in das Innere des zylindrischen Gehäuses geführt. Der Innendurchmesser der ringförmigen Flanschnabe 22 ist so bemessen, daß das zylindrische Gehäuse 25 darin einsetzbar ist und sich das Gehäuse 25 soweit einschieben läßt, bis das Target 26 an der gewünschten Stelle liegt, nämlich vorzugsweise geringfügig exzentrisch zum geometrischen Mittelpunkt des Kugelgehäuses 11, jedoch auf der Drehachse. Eine Anzahl von Verstellbolzen 28 ist an der Flanschnabe 22 sowie an einem am Gehäuse 25 angebrachten Flansch 29 befestigt, um das Target 26 an die gewünschte Stelle zu bringen und das Gehäuse 25 in der Flanschnabe 22 festzulegen. Ein O-Ring 37, der von einem Schulterring 38 gehalten wird, dichtet das Gehäuse 25 gegenüber der Flanschnabe 22 ab.

Es ist klar, daß die von dem Target 26 ausgehenden schnellen Neutronen nicht zur Neutronenradiographie geeignet sind. Sie müssen daher durch einen Moderator abgebremst werden, um die für radiographische Zwecke geeignete thermische Energie zu haben. Das Abbremsen der schnellen Neutronen erfolgt in einem Moderatorfluid, in welches das Target 26 taucht. Als Moderatorfluid ist üblicherweise Wasser oder ein organisches Fluid, beispielsweise ein hochreines Öl geeignet. Das Kugelgehäuse 11 ist daher mit einem derartigen Moderatorfluid gefüllt. Die vom Target 26 ausgehenden schnellen Neutronen stoßen mit den Wasserstoff-Protronen des Moderatorfluids zusammen und übertragen einen Teil ihrer Energie an den Moderator, während sie durch diesen laufen. Der Radius des Kugelgehäuses 11 bestimmt sich daher aus der Energie der ausgesendeten schnellen Neutronen sowie aus dem vorgesehenen Moderatorfluid, um die vom Target 26 ausgehenden schnellen Neutronen durch Mehrfachstöße soweit abzubremsen, daß sie während des Durchlaufs durch das Kugelgehäuse 11 abgebremst sind. Um schließlich einen Strahl thermischer Neutronen zu erhalten, ist ein Kollimator 40 vorgesehen.

Der Kollimator 40 ist ein abgeschirmtes Rohr, wobei sich seine Innenabmessungen von einem verhältnismäßig kleinen Einlaßfenster zu einer verhältnismäßig großen Auslaßöffnung entsprechend der gewünschten Strahldicke vergrößern. Derartige Kollimatoren sind bekannt und haben unterschiedliche Bauformen. Das Einlaßende des Kollimators 40 ist durch das Fenster 41 abgeschlossen, während sein Auslaßende durch eine Staubkappe 12a oder einen ähnlichen Schutz abgedeckt ist. Das Fenster 41 dient dazu, das Moderatorfluid am Eintritt in den Kollimator 40 zu hindern und gleichzeitig thermische Neutronen verhältnismäßig unabgeschwächt hindurchzulassen.

Da das Target 26 üblicherweise eine ebene Platte ist und in einer Normalebene zur Längsachse des zylindrischen Gehäuses 25 liegt, ändert sich der thermische Neutronenfluß an jeder Stelle im Inneren des Kugelgehäuses 11 in Abhängigkeit von deren Entfernung zum Target sowie in Abhängigkeit von der räumlichen Ausrichtung dieser Stelle in bezug auf die Ebene der Hauptfläche des Targets 26. Das Fenster 41 muß daher bezüglich des Targets 26 räumlich ausgerichtet bleiben, um einen konstanten thermischen Neutronenfluß durchzulassen. Wird die räumliche Lage des Fensters 41 in bezug auf das Target 26 verändert, dann ändert sich auch der durchgelassene Neutronenfluß. Da die Mitte des Targets 26 jedoch auf der Drehachse (A-A) des Gehäuses 11 liegt und das Target 26 mit seiner Hauptfläche eine Normalebene auf die Achse des Gehäuses 25 aufspannt, ist der thermische Neutronenfluß an jeder Stelle eines Kreises mit gleichem Radius und auf der Achse des Gehäuses 25 liegendem Mittelpunkt praktisch konstant. Liegt das Fenster 41 in einem radialen, festem Abstand zum Target 26 und ist der Kollimator 40 um die Längsachse des länglichen Gehäuses 25 drehbar, dann beschreibt der Weg des Fensters 41 einen Kreis mit konstantem Radius um die Achse (A-A) des Kugelgehäuses 11 und damit des Neutronenquellen-Gehäuses 25. Dieser Kreis liegt in einer Parallelebene zur Ebene der Hauptfläche des Targets 26. Der thermische Neutronenfluß an der Stelle des Fensters 41 bleibt daher unabhängig von der jeweiligen Lage des Kollimators 40 verhältnismäßig konstant. In der in Fig. 2 dargestellten Ausführung liegt die Achse des Kollimators 40 in einer Normalebene zur Achse des länglichen Gehäuses 25. Es ist klar, daß die Achse des Kollimators 40 jedoch nicht unbedingt einen Winkel von 90° zur Achse des länglichen Gehäuses 25 einschließen muß. Dieser Winkel kann zwischen 0° und 90° gemessen bezüglich der Achse des Neutronenquellen-Gehäuses 25, betragen, sofern das Fenster 41 in axialer Richtung einen unveränderten Abstand zum Target 26 einhält und solange das Fenster in einem Kreis um die Achse des Gehäuses 25 drehbar ist, durch dessen Mittelpunkt die Längsachse des Gehäuses 25 verläuft.

Man erkennt anhand von Fig. 1, daß eine Drehung des Gehäuses 11 den Neutronenstrahl in jede beliebige Richtung einer Vertikalebene lenken kann, ohne daß der Neutronengenerator 24 bewegt zu werden braucht, da dieser in bezug auf den Arm 33 fest montiert ist. Die Hochspannungskabel 27 und andere aus dem Ende des länglichen Gehäuses 25 austretenden Leitungen werden daher bei einer Drehung des Gehäuses 11 nicht gebogen bzw. abgeknickt. Da die Kabel 27 am Arm 33b befestigt sind, bringt ein Anheben oder Absenken des Prüfkopfes 10 durch Ausfahren oder Einfahren der Einstelleinrichtungen 36 ein Verbiegen der Kabel 27 mit sich. Die Biegestelle der Kabel 27 liegt dabei jedoch weit von der Eintrittsstelle in den Neutronengenerator 24 entfernt und die Durchbiegung läßt sich außerdem über eine verhältnismäßig große Kabellänge verteilen. Es werden daher keine übermäßigen Belastungen auf die Eingangsanschlüsse am Ende des Neutronenquellen-Gehäuses 25 ausgeübt. Es sind aber auch andere Steuer- und Kühlleitungen verwendbar, die am Arm 33b befestigt sind und im Bereich der Schwenkzapfen 35 flexible Stücke aufweisen. An der Neutronenquellen-Gehäuseplatte können daher alle Anschlüsse starr sein.

Da der Wagen 30 außerdem fahrbar ist, läßt sich der Neutronenstrahl in gewünschter Weise ausrichten. Ein Anheben oder Absenken des verstellbaren Armes 33 sowie eine Drehung des Kugelgehäuses 11 läßt den Strahl außerdem unter jeder beliebigen Richtung einfallen. Wie bereits erwähnt, braucht die Achse des Kollimators 40 nicht senkrecht auf der Drehachse des Kugelgehäuses 11 zu stehen. Die gleichen Ergebnisse werden mit einem Kollimatorachsenwinkel zwischen 90° und 0° erreicht. Außerdem sind die Arme 33 in einer anderen Ausführung ebenfalls um ihre Längs- oder Rollachse drehbar anbringbar. Dies erhöht die Einstellmöglichkeiten für die Strahlrichtung weiterhin. Ist in einer anderen Ausführung der Arm 33 derart gebaut, daß er um seine Rollachse drehbar ist, die durch eine im Abstand zum Kugelgehäuse 11 liegende Stelle verläuft, dann wird ein Abknicken der Kabel 27sowie anderer Leitungen ebenfalls eine beträchtliche Distanz von dem Neutronenquellen-Gehäuse weg verlegt, so daß einer Verdrehung der Kabel ohne deren Beschädigung oder deren Durchführung durch einen zusätzlichen Durchhang sowie durch flexible Stücke in den anderen Leitungen entgegengewirkt wird, die in Entfernung zum Neutronenquellen-Gehäuse liegen. Die Drehachse des Kugelgehäuses 11 braucht auch nicht die Horizontalachse zu sein. Es lassen sich ähnliche Ergbnisse erzielen, wennn die Drehachse von der Horizontalachse abweicht, solange das Neutronenquellengehäuse 25 von den Armen 33a und b getragen wird und bezüglich dieser feststeht, während der Kollimator 40 um die Längsachse des Neutronenquellen- Gehäuses 25 drehbar ist.

Die Abmessungen des Kugelgehäuses 11 lassen sich daher in gewünschter Weise im Sinne einer Anpassung an unterschiedliche Neutronenquellen verändern, die Neutronen verschiedener Energie und Flußdichte erzeugen. Das Gehäuse 11 braucht auch nicht unbedingt kugelförmig zu sein, sondern es sind auch andere Formen geeignet.

Das Kollimatorgehäuse 12 ist in einer Ausführung in seiner Länge einstellbar, um den Abstand des Fensters 41 zu der Drehachse verändern zu können. Auf diese Weise ist der durch das Fenster 41 gehende Neutronenfluß in gewünschter Weise verstellbar.

Da bei dem Kugelgehäuse 11 an einer Seite das Kollimatorgehäuse 12 ansetzt, ist an der gegenüberliegenden Seite ein Gegengewicht 15 angebracht, um eine gleichmäßige Belastung auf die Lager auszuüben und eine gleichmäßige Lastübertragung vom Motor 16 auf die Zahnräder zu gewährleisten.

Da das Moderatorfluid im Kugelgehäuse 11 die schnellen Neutronen auf thermische Neutronen abzubremsen hat, werden die Größe und Form des Kugelgehäuses 11 von der Wahl der Neutronenquelle und des Moderators bestimmt. Da ferner das Kugelgehäuse 11 vollständig abgeschlossen ist und sich das Moderatorfluid bei Temperaturänderungen ausdehnen oder zusammenziehen kann, ist es zweckmäßig, Einrichtungen vorzusehen, die das Gehäuse stets mit Fluid gefüllt halten. Der Wagen 30 weist zu diesem Zweck in einer Ausführung einen aufgrund der Schwerkraft befüllten oder unter Druck stehenden Überströmbehälter auf, der über Leitungsverbindungen, die durch die Flanschnabe 22 verlaufen, an das Kugelgehäuse 11 angeschlossen ist.

Wie bereits erwähnt, sind Verstellbolzen 28 vorgesehen, die in ihrer Länge verstellbar sind und zusammen mit dem Flansch 29 das Target 26 an die gewünschte Stelle auf der Drehachse des Kugelgehäuses 11 bringen. Der axiale Abstand des Targets 26 zum Fenster 41 läßt sich somit in gewünschter Weise einstellen. Eine radiale Abstandseinstellbarkeit des Fensters 41 zur Drehachse wird dadurch erreicht, daß das Kollimatorgehäuse 12 in seiner Länge verstellbar ausgeführt ist. In der dargestellten Ausführung ist das Ende des Kollimatorgehäuses 12 mit einem Außengewinde versehen und greift in ein Innengewinde einer den Kollimator 40 tragenden Kappe 12a.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine Neutronenquelle mit einem Target beschrieben, das im wesentlichen eben und derart ausgerichtet ist, daß die von seiner Hauptebene aufgespannte Ebene normal auf die Längsachse des Strahlenquellengehäuses steht. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Es läßt sich jede Neutronenquelle verwenden, die Neutronen aussendet und eine verhältnismäßig konstante Neutronenflußdichte an jedem beliebigen Punkt liefert, der auf einem Kreis mit dem Mittelpunkt auf der Drehachse des Kugelgehäuses 11 liegt. In anderer Ausführung ist das Target 26 somit kegelförmig oder zylindrisch, wobei die Achse des Kegels oder Zylinders auf der Drehachse des Gehäuses 11 liegt. Die Neutronenquelle kann ferner ein radioaktives Isotop, beispielsweise Cf252 sein, das in einem geeigneten Behälter eingeschlossen und bezüglich der Drehachse auf die gleiche Weise wie das Quellengehäuse 25 um die Drehachse symmetrisch zentriert ist.

Mit Hilfe der Neutronenstrahlkanone läßt sich jedoch nicht nur Radiographie durchführen, sondern es können auch andere Bestrahlungen vorgenommen werden. Vorzugsweise wird die Temperatur des Moderatorfluids geregelt, in dem beispielsweise in oder auf dem Kugelgehäuse 11 Kühlschlangen vorgesehen sind.


Anspruch[de]
  1. 1. Fahrbare Neutronenstrahlkanone zur Erzeugung eines richtungseinstellbaren Neutronenstrahls, welche aufweist:
    1. (a) ein von mindestens einem Arm (33) getragenes geschlossenes Gehäuse (11), das um eine Achse (A-A) drehbar ist;
    2. (b) eine Neutronenquelle (24, 25, 26);
    3. (c) einen von dem Motor (11) getragenen Kollimator (40) mit einem im Gehäuse (11) liegenden Fenster (41) und mit einer außerhalb des Gehäuses (11) liegenden Auslaßöffnung, wobei das Fenster (41) derart angeordnet ist, daß es entlang mindestens eines Teiles eines Kreises, dessen Mittelpunkt auf der Achse (A-A) liegt, bewegbar ist, wenn das Gehäuse (11) um die Achse (A-A) gedreht wird;
  2. dadurch gekennzeichnet,
    1. (d) daß die Neutronenquelle (24, 25, 26) sich wenigstens teilweise in das Gehäuse (11) erstreckt,
    2. (e) daß das Gehäuse (11) im wesentlichen mit einem die Neutronenquelle (24, 25, 26) umgebenden Moderatorfluid gefüllt ist,
    3. (f) daß das Gehäuse (11) drehbar an dem Arm (33) gelagert ist, wobei die Drehbewegung vom Gehäuse (11) bezüglich der Neutronenquelle (24, 25, 26) entkoppelt ist.
  3. 2. Neutronenstrahlkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle (24, 25, 26) auf der Achse (A-A) axial verschiebbar ist.
  4. 3. Neutronenstrahlkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (41) in bezug auf die Achse (A-A) radial verschiebbar ist.
  5. 4. Neutronenstrahlkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle (24, 25, 26) ein Beschleunigerrohr (25) aufweist, dessen Längsachse im wesentlichen mit der Achse (A- A) zusammenfällt und das ein Target (26) trägt, das symmetrisch bezüglich der Achse (A-A) zentriert ist.
  6. 5. Neutronenstrahlkanone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (26) eine im wesentlichen ebene Platte ist, deren Hauptfläche eine Normalebene auf die Achse (A-A) aufspannt.
  7. 6. Neutronenstrahlkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (33) an einem fahrbaren Wagen (30) angebracht ist und das geschlossene Gehäuse (11) in der Achse (A-A) trägt, wobei das Gehäuse (11) vertikal anhebbar ist.
  8. 7. Neutronenstrahlkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (33) am Wagen (30) drehbar gelagert ist.
  9. 8. Neutronenstrahlkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Kollimators (40) mit der Achse (A-A) einen Winkel von 0° bis 90°, vorzugsweise 90°, einschließt.






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