Long Counter

Der „long counter“ ist ein durch eine wasserstoffhaltige Substanz (z. B. Paraffin) modifizierte Bortrifluorid-Zähler (BF₃-Zähler). Der BF₃-Zähler („boron counter“) ist ein einfacher und weitverbreiteter Teilchendetektor zum Nachweis langsamer und thermischer Neutronen.

Aufbau

Der Detektor besteht aus einem mit einem Zählgas gefüllten Rohr. Das Gas ist im Falle des BF₃-Zählers Bortrifluorid, das mit bis zu 96 % ¹⁰B 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. 1 kV) 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 Kunststoffschicht, ein ionisierbares Gas den Innen- und Außenleiter trennt.

boron counter

Gelangen nun langsame Neutronen in das Innere des Zählrohrs fängt der ¹⁰B-Kern das Neutron ein und zerfällt dabei in ⁷Li und ein α-Teilchen ¹⁰B(n,α)⁷Li (siehe Alphastrahlung).

Das positiv geladene α-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 (engl. „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 die Energie der in Längsrichtung einfallenden Neutronen (in Elektronenvolt), 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 ¹⁰B 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 5 MeV) erreicht werden. Der so modifizierte BF₃-Zähler wird dann als „long counter“ bezeichnet.

Weblinks

• Produktinformationen boron counter
• Wissenswertes über Neutronen (LEIFI-Physik)

Quellen

• Karl Heinz Beckurts, Karl Wirtz: Neutron Physics. Springer-Verlag, 1964, 444 Seiten, Hardback.