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Autor Thema: Erzeugung und Detektion schneller Neutronen  (Gelesen 1198 mal)

stoppi

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Erzeugung und Detektion schneller Neutronen
« am: 20. November 2019, 12:58 »
Hallo!

Aktuell versuche ich mich gerade bei der Erzeugung und Detektion schneller Neutronen (für eine spätere vorwissenschaftliche Arbeit zur Matura/Abitur).

Als Neutronenquelle kommt ein Alphastrahler + Beryllium zum Einsatz. Ich habe gelesen, dass dabei die Neutronenausbeute sehr bescheiden ist. Nur etwa 1 Neutron auf 12500 Alphateilchen.

Ein erster Versuch mit 4 Americium-241 Quellen (jede < 0.8 µCi) scheiterte. In anbetracht der Ausbeute auch nicht verwunderlich. Denn dies sollte eine Rate von nur ca. 1 Neutron/sek ergeben.

Auf der Suche nach einem stärkeren Alphastrahler bin ich dann auf den staticmaster (https://www.adorama.com/cpsmr3.html) gestoßen. Dessen Aktivität beträgt bereits 500 µCi, also mehr als das 100-fache verglichen mit meinen Americiumquellen. Damit müsste doch die Detektion gelingen.

Als Detektor kommt ein Photomultiplier + Plastikszintillator zum Einsatz. Beim Plastikszintillator dürfte es sich laut Angabe des Verkäufers (https://www.ebay.com/itm/Plastic-Scintillation-Material-Radiation-Scintillator-Crystal/200664890714?hash=item2eb88f3d5a:g:Mu4AAOSwu1VW3nMq) um Bicron BC-408 handeln. Dieser ist laut Datenblatt zwar nicht geeignet für schnelle Neutronen (https://www.crystals.saint-gobain.com/sites/imdf.crystals.com/files/documents/bc400-404-408-412-416-data-sheet.pdf), andererseits hat Bicron mir geantwortet, dass der Typ 408 sowie 412 sehr wohl auf schnelle Neutronen (per Protonenstoß) reagieren sollte (siehe auch https://www.crystals.saint-gobain.com/products/bc-408-bc-412-bc-416).

Die Elektronik besteht einerseits aus einem Selbstbau-HV-Netzteil auf Basis eines CCFL-Inverters und andererseits aus einem invertierenden Verstärker mit nachgeschalteten Komparator + Monoflop. Diese funktioniert soweit ganz gut und wenn ich einen Alphastrahler direkt ins Gehäuse zum Plastikszintillator gebe, dann erhalte ich auch Pulse am Ausgang.

Momentan ist noch ein Zylinder aus Beryllium auf den Weg zu mir, da sich dieser besser vor dem Alphastrahler positionieren lässt als die bereits vorhandenen Beryllium-Splitter (siehe Abbildung).

Hat jemand von euch bereits Erfahrungen mit Neutronen (z.B. erzeugt mit einem Fusor)?

Die Polonium-210 Quelle muss ich auch erst bestellen (stolze 50 USD Versand aus den USA  :o)

Fusor

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Re: Erzeugung und Detektion schneller Neutronen
« Antwort #1 am: 08. September 2020, 15:28 »
Moin!

Mein Fusor ist inzwischen an eine Universität verkauft- hat aber gut funktioniert!

Gemessen habe ich die Neutronen mit einem Snoopy und
Einem russischen BF3 Zahlrohr an einem Nin Bin (beides jetzt bei der Uni und leider nicht mehr zu "vertretbaren" Preisen zu bekommen)

Jetzt habe ich noch mehrere BF3 Röhren hier, welche ich in einer Metall Farbdose gefüllt mit Paraffin moderiere. Als Messgerät habe ich ein Eberline E600 sowie ein Bicron Surveyor M- funktioniert beides toll!
Wollte als ich den Fusor noch hatte Mal etwas mit Plastik Szintillator bauen- hab es aber dann gelassen weil meine Messgeräte gut funktionieren...
Derzeit keine Neutronen Quelle mehr, will aber eventuell wieder einen Fusor bauen...
Kann Dir nur zu einem geeigneten Zahlrohr (BF3 oder besser noch Helium 3) mit passendem Messinstrument raten....
Hätte noch ein E600 (mein Ersatz Gerät) eventuell zu verkaufen...

Ansonsten jede Menge Info hier:
https://fusor.net/board/viewtopic.php?t=6286

Greets Roman

Fusor

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stoppi

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Re: Erzeugung und Detektion schneller Neutronen
« Antwort #3 am: 21. November 2020, 14:42 »
Danke Fusor für den Link  ;)

Auch hier geht es (langsam) weiter. Habe mir ja einen weiteren Plastikszintillator (Bicron BC412) gekauft, denn dieser sollte laut Datenblatt im Gegensatz zum BC408 auch auf schnelle Neutronen (und Gammastrahlen) reagieren.

Als Photomultiplier kommt ein kürzlich erworbener Valvo XP2011 zum Einsatz. Gestern konnte ich die Sonde zusammenbauen und heute testen. Sie spricht wie erhofft auf Gammastrahlen (Cäsium-137) an.

Pulslängen sind wieder so um die 3 µs, was eigentlich für Plastikszintillatoren eigentlich sehr lange ist.  :unknw:

Die Energieauflösung ist wie zu erwarten war nicht gut (siehe Theremino-Spektrum). Aber dafür habe ich mir den Plastikszintillator auch nicht besorgt. Ich will ja nur schnelle Neutronen mit ihm detektieren ohne Pulshöhenauswertung. Da stört es (hoffentlich) auch nicht, dass die Pulse zu Beginn ein ringing zeigen.

NoLi

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Re: Erzeugung und Detektion schneller Neutronen
« Antwort #4 am: 21. November 2020, 15:28 »
Als Neutronenquelle kommt ein Alphastrahler + Beryllium zum Einsatz. Ich habe gelesen, dass dabei die Neutronenausbeute sehr bescheiden ist. Nur etwa 1 Neutron auf 12500 Alphateilchen.
...
Ein erster Versuch mit 4 Americium-241 Quellen (jede < 0.8 µCi) scheiterte. In anbetracht der Ausbeute auch nicht verwunderlich. Denn dies sollte eine Rate von nur ca. 1 Neutron/sek ergeben.
...
Hat jemand von euch bereits Erfahrungen mit Neutronen (z.B. erzeugt mit einem Fusor)?

Ich habe es vor vielen, vielen Jahren (also in meiner Jugend als "Strahlenschützer") mal mit einer aus einem US-Militär-Jeep stammenden Leuchtfarben-Tacho-Scheibe mit ca. 2 µg (= 74 kBq) Ra-226 ausprobiert. Den Tacho hatte ich vom Flohmarkt (die kamen gerade auf), die Frontscheibe aus Plexi war beschädigt und rissig.

Auf die im Kontrollbereich(!) ausgebaute Tacho-Scheibe legte ich auf die Oberseite ein dünnes Beryllium-Blech, nahm einen AEG-Neutronenmonitor mit zwei Bortrifluorid (BF3)-Zählrohren (eines für schnelle, eines für langsame Neutronen) und siehe da, die Zählrate der schnellen Neutronen erhöhte sich deutlich (so etwa alle 5 bis 10 Sekunden ein Impuls, bei aufgelegter Sonde. Nullrate war so um die 1 Impuls pro Minute).

Leider (oder besser Gott sei Dank?) befindet sich heute das Strahler-Ensemble in irgendeinem gelben Abfallfass in der ASSE... :( :)

Gruß
Norbert
« Letzte Änderung: 22. November 2020, 11:24 von NoLi »

Henri

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Re: Erzeugung und Detektion schneller Neutronen
« Antwort #5 am: 21. November 2020, 15:43 »

Ich habe es vor vielen, vielen Jahren (also in meiner Jugend als "Strahlenschützer") mal mit einer aus einem US-Militär-Jeep stammenden Leuchtfarben-Tacho-Scheibe mit ca. 2 µg (= 74 kBq) Ra-226 ausprobiert. Den Tacho hatte ich vom Flohmarkt (die kamen gerade auf), die Frontscheibe aus Plexi war beschädigt und rissig.
(...)
Auf die im Kontrollbereich(!) ausgebaute Tacho-Scheibe legte ich auf die Oberseite ein dünnes Beryllium-Blech (...)

Wilde Zeiten!  :D  >:(  :D

stoppi

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Re: Erzeugung und Detektion schneller Neutronen
« Antwort #6 am: 21. November 2020, 15:57 »
Noch die fehlenden Bilder...

Henri

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Re: Erzeugung und Detektion schneller Neutronen
« Antwort #7 am: 21. November 2020, 18:48 »
Wie willst Du eigentlich die Neutronen von den Gammas unterscheiden? Da muss man doch die Impulsform für auswerten, oder?

stoppi

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Re: Erzeugung und Detektion schneller Neutronen
« Antwort #8 am: 21. November 2020, 19:49 »
@Henri: Das stimmt, Gamma und Neutronen unterscheiden sich etwas in der Pulsform...

Aber mit Polonium-210 müsste das eigentlich auch so funktionieren, da es im Gegensatz zu Am-241 keine Gammastrahlen emittiert. Ich lege einfach die Poloniumquelle zuerst ohne Beryllium neben die Sonde und dann eben mit Beryllium in der Hoffnung, dass die Zählrate steigt...

Henri

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Re: Erzeugung und Detektion schneller Neutronen
« Antwort #9 am: 22. November 2020, 10:45 »

Aber mit Polonium-210 müsste das eigentlich auch so funktionieren

Mir ist immer noch nicht klar, wie Du das ohne nennenswerte Turbulenzen zuerst mit dem Zoll und danach mit der Staatsanwaltschaft importieren willst  :unknw:

Zur Zeit gibt es ja sehr günstig BF3 und HE3 Zählrohre. Warum nimmst Du nicht so was? Da reicht dann ein einfacher Diskriminator aus. Mit dem Plastik hast Du ohne Pulsformanalyse immer das Problem, nur Neutronen nachweisen zu können, von denen Du weißt, dass sie da sind, bzw. die Du "an- und abschalten" kannst. Aber Du kannst z.B. nicht mit dem Gerät mal eine alte Uranmine besuchen und schauen, ob da mehr Neutronen rumschwirren als außen, weil Du nie Deinen reinen Gamma-Hintergrund kennst.

Eine einfache Pulsformanalyse macht man, indem man eine Schwelle setzt und dann die Zeit misst, während der der Impuls die Schwelle überschritten  hat. Dafür haben aktuelle Mikrocontroller tolle Hardware-Funktionen (Timer). Zusammen mit der Höhe des Impulses kann man dann auf die Form schließen.
Damit bräuchtest Du dann auch keine Quelle mehr, die so stark ist, dass sie sich statistisch signifikant vom Gamma-Hintergrund absetzt.