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NECTAR

(Neutronen-Computer-Tomographie- und Radiographie)-Anlage

(Mitarbeiter: Dr. T. Bücherl, E. Kutlar)

 

Wissenschaftliche Zielsetzung

 

Die Radiographie- und Tomographieanlage mit schnellen Neutronen (NECTAR) ermöglicht die zerstörungsfreie Untersuchung einer Vielzahl unterschiedlicher Proben für die Beantwortung wissenschaftlicher und technischer Fragestellungen. Hierzu gehören die Bestimmung Wasserstoff-haltiger Substanzen in großvolumigen metallischen Objekten oder die Detektion von Rissen ebenso wie die generelle Bestimmung der Verteilung der linearen Schwächungskoeffizienten in einer unbekannten Probe.

Als praktische Anwendungen seien beispielhaft erwähnt:

 

Korrosionsprüfung in der Luft- und Raumfahrttechnik

 

Füllstandsmessungen

 

Fehleranalyse von Verbundwerkstoffen


Ein weiteres, in seinem Potenzial noch nicht abschätzbares Gebiet, stellt die Kombination der aus verschiedenen Computer-Tomographie-Anwendungen (mit Gamma- und Röntgenstrahlen sowie mit thermischen und schnellen Neutronen) gewonnenen Informationen dar. Diese unterschiedlichen, zum Teil komplementären Informationen ermöglichen eine umfangreiche zerstörungsfreie Charakterisierung unbekannter Proben und können so zu neuen wissenschaftlichen und technischen Anwendungen führen. Als Beispiel sei hier nur die zerstörungsfreie Elementanalyse großvolumiger, heterogener Proben genannt, für deren quantitativer Auswertung nach Neutronen-Aktivierung (NAA) die Verteilungen der linearen Schwächungskoeffizienten in der Probe für Neutronen und Gamma-Strahlen benötigt.

 

Allgemeine Beschreibung

Schematische Übersicht des Aufbaus der Anlage

Schematische Übersicht des Aufbaus der Computer-Tomographie und Radiographie-Anlage mit schnellen Neutronen

 

 

Das Computer-Tomographie und Radiographie-System mit schnellen Neutronen wird in der Experimentierhalle am Strahlrohr 10 (SR-10), der sogenannten Strahlrohrkonverteranlage (SKA), aufgebaut. Am SR-10 ist eine Abschirmburg aufgebaut in der sich zwei Bestrahlungsräume befinden. Der erste Raum wird für medizinische Anwendungen genutzt (hauptsächlich für die Therapie oberflächennaher Tumore), der zweite Raum für Tomographie und Radiographie. Nachfolgend wird der prinzipielle Aufbau der Tomographie und Radiographie-Anlage kurz beschrieben.
Unmittelbar vor die Nase des Strahlrohres SR-10 können zwei Konverterplatten geschoben werden. Diese bestehen aus Uransilizid (U3Si2) in einer Aluminium-Dispersion. Der Anreicherungsgrad des Urans (U-235) beträgt 93 %. Thermische Neutronen induzieren im Uran Kernspaltungen, wobei schnelle Neutronen im MeV-Energiebereich isotrop abgedampft werden. Neutronen, die in Richtung der Strahlrohrachse fliegen, können nahezu ohne Wechselwirkung durch das "Strahlrohrfenster" in das evakuierte Strahlrohr eindringen. In diesem sind 4 Drehverschlüsse eingebracht zum "abschalten" des nahezu unmoderierten Spaltspektrums. Das Strahlrohr dient dazu, die Neutronen weitestgehend ungestört aus dem Schwerwasser-Moderatortank durch das Reaktorbecken (H2O) und den biologischen Schild (Schwerbeton) zu den Messplätzen zu bringen. Das Strahlrohr endet an der Außenseite des biologischen Schilds. Hier schließt sich die sogenannte Beckenwandnische an, ein kleiner Raum in dem mehrere Hilfseinrichtungen untergebracht sind (Justierhilfen, Strahlendetektoren etc.). Hier befindet sich auch die Filterbank. Diese trägt Vorrichtungen zum Einfahren von Lochblenden zur Kollimation des Neutronenstrahls für Tomographiemessungen sowie von Polyethylen- und Bleiplatten unterschiedlicher Dicke für die Filterung des Neutronenspektrums. Der so manipulierte Neutronenstrahl gelangt durch eine Öffnung in der 1 Meter dicke Trennwand in den medizinischen Bestrahlungsraum. Verschiedene Kollimatoreinsätze, die in die Trennwandöffnung eingesetzt werden können, dienen zur Beschneidung der Querschnittsfläche des Neutronenstrahls. Die Neutronen fliegen durch den Bestrahlungsraum zur Rückwand, in der ein bei medizinischer Anwendung geschlossener Strahlverschluss angebracht ist. Für die Tomographie und Radiographie wird er vollständig geöffnet bzw. kann zur Beschneidung der vertikalen Neutronenstrahlhöhe eingesetzt werden. Hinter dem medizinischen Strahlverschluss, in der ebenfalls 1 Meter starken Trennwand, können weitere Kollimatoren zur horizontalen Beschneidung des Strahlprofils eingebracht werden. Der so beschnittene Neutronenstrahl tritt nun in den zweiten Bestrahlungsraum ein. Unmittelbar hinter der Trennwand befindet sich das Manipulatorsystem zur Positionierung des Messobjekts. Ebenfalls in diesem Bestrahlungsraum befindet sich die zugehörige Steuerelektronik. Hinter dem Manipulator ist eine (Hub-) Vorrichtung aufgebaut zur Aufnahme verschiedener Detektorsysteme zum (ortsaufgelösten) Nachweis der das Messobjekt durchdringenden Neutronenstrahlung. Abhängig von den jeweiligen Messanforderungen kann das geeignete Detektorsystem gewählt werden. Die noch verbleibende Reststrahlung, bestehend aus Neutronen und Gammastrahlen, wird in einem an der Rückwand befindlichen Strahlfänger absorbiert. Die Steuer-, Kontroll- und Auswerteeinheit ist in einem Messcontainer untergebracht, der seitlich der Rückwand der Abschirmburg aufgestellt wird.

 

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