Long Counter

Der "long counter" ist ein, durch eine wasserstoffhaltige Substanz (z.B. Paraffin) modifizierter, $BF_{3}$ -Zähler. Der $BF_{3}$ -Zähler (engl. "boron counter") ist ein einfacher und weitverbreiteter Detektor zum Nachweis langsamer und thermischer Neutronen. Er besteht aus einem, mit einem Zählgas gefüllten Rohr. Das Gas ist im Falle des $BF_{3}$ -Zählers Bor-trifluorid ( $BF_{3}$ ), das mit bis zu 96% ${}^{10}\mathrm {B}$ angereichert ist. Es ist auch möglich die Wände des Rohrs mit Bor zu beschichten und im Innenraum ein normales Zählgas zu verwenden. Der Trick des Zählers besteht nun darin, dass sich in der Mitte des Rohrs über die gesamte Länge ein unter hoher elektrischer Spannung (ca. 1kV) stehender Draht befindet, durch den ionisierende Vorgänge im Innern des Zählers registriert werden können. Der Aufbau ist ähnlich einem Koaxialkabel, nur das statt einer isolierenden Kunstoffschicht, ein ionisierbares Gas den Innen- und Aussenleiter trennt.

Gelangen nun langsame Neutronen in das Innere des Zählrohrs fängt der ${}^{10}\mathrm {B}$ -Kern das Neutron ein und zerfällt dabei in ${}^{7}\mathrm {Li}$ und ein $\alpha$ -Teilchen ${}^{10}\mathrm {B} (n,\alpha )Li^{7}$ (siehe Alphastrahlung).

Das positiv geladene $\alpha$ -Teilchen erzeugt auf seinem Weg durch das Zählgas eine Spur freier Ladungen die vom stark positiv geladenen Draht aufgenommen und als Signalpuls an eine angeschlossene Elektronik weitergeleitet und verarbeitet wird. In das Zählrohr eindringende Gammastrahlung erzeugt ebenfalls Elektronen im Zählgas und damit messbare Pulse, welche sich jedoch durch geeignete Elektronik ("integral discriminator") von den Neutronen- ereignissen unterscheiden lassen. Bedingung dafür ist allerdings eine hohe Reinheit des Zählgases, da das Pulsspektrum ansonsten durch Elektroneneinfang "verschmieren" kann und dadurch eine klare Unterscheidung einzelner Pulsereignisse schwierig wird.

Bezeichnet p den Druck des Gases, l die Länge des Zählrohres und E in eV die Energie der in Längsrichtung einfallenden Neutronen, dann kann die Detektionseffizienz $\epsilon$ folgendermaßen angegeben werden:

$\epsilon =1-exp(-1,7\cdot 10^{-2}{\frac {pl}{\sqrt {E}}})$

Der für den Nachweis erforderlich Kernprozess des Neutrons mit dem Kern des ${}^{10}\mathrm {B}$ findet allerdings nur bei langsamen bzw. thermischen Neutronen statt. Um das Detektionsintervall zu vergrößern und Neutronen höherer Energien ebenfalls Nachweisen zu können muss der "boron counter" mit z.B. Paraffin ummantelt werden. Dies bremst die schnellen Neutronen so weit ab, dass sie die für den Kernprozess nötigen Geschwindigkeiten aufweisen. Durch eine ausgeklügelte Geometrie der Paraffinummantelung kann ein Nachweis schneller Neutronen nahezu unabhängig von ihrer Energie und über einen weiten Energiebereich (bis zu 5MeV) erreicht werden. Der so modifierte $BF_{3}$ -Zähler wird dann als "long counter" bezeichnet.

Weblinks

Quellen

BECKURTS, K H AND K WIRTZ Neutron Physics

Springer-Verlag, 1964, 444 pp. Hardback