Bestimmung der anisotropen Emission der Am-241-Be-Quelle

Die anisotrope Neutronenemission einer ²⁴¹Am-Be-Kalibrierquelle wurde gemessen. Der zugehörige Korrektionsfaktor, der zuletzt 1993 bestimmt wurde, konnte bestätigt werden.

Für die Kalibrierung von Neutronenmessgeräten im Strahlenschutz werden verschiedene Radionuklidquellen entsprechend des internationales Standards ISO 8529 „Reference neutron radiation fields“, Teil 1 bis 3, empfohlen. Die meistgenutzten Quellen sind ²⁵²Cf-Quellen, deren Neutronenemission auf Spontanspaltung zurückzuführen ist und Alpha‑Beryllium‑Quellen, wie ²⁴¹Am-Be, die den hohen Wirkungsquerschnitt für die (α,n)‑Reaktion im Beryllium ausnutzen. Der Vorteil der ²⁴¹Am‑Be‑Quelle ist ihre mit 432,6 Jahren lange Lebensdauer, ihr Nachteil die aufgrund ihrer geringeren spezifischen Aktivität benötigte hohe Menge an aktivem Material, also ihre verhältnismäßig großes Volumen.

Die für Kalibrierungen und Bestrahlungen genutzte ²⁴¹Am-Be-Quelle der PTB ist zylinderförmig mit einer Höhe und einem Durchmesser von 25,2 mm und hat aktuell eine Neutronenemissionsrate von (2,94 ± 0,07) 10⁶ s^-1. Diese ist rückführbar auf das Primärnormal des National Physical Laboratory (NPL), das britische Metrologieinstitut, bestimmt und beschreibt die Neutronenemission in den gesamten Raumwinkel.

Durch die Verteilung des aktiven Materials in Neutronenquellen und durch die Gehäuseart und -form ist die Emission von Neutronenquellen i. allg. nicht isotrop. Diese Anisotropie ist charakteristisch für jede einzelne Quelle und kann abhängig von Größe und Quellenart bis zu 20 % betragen und dabei bis zu 5 % in der Kalibrierrichtung (polar, 90°) ausmachen. Die Anisotropie geht als Korrektion in die Berechnung der Neutronenflussdichte aus der Neutronenemissionsrate ein und ist damit ein wichtiger Beitrag bei der Bestimmung der Referenzwerte bei Kalibrierungen und Bestrahlungen. Der Korrektionsfaktor für die ²⁴¹Am‑Be‑Quelle der PTB wurde zuletzt 1993 bestimmt. Im Rahmen der Revision des Standards ISO 8529 wurde die Anisotropiemessung an dieser Quelle wiederholt.

Zur Bestimmung der Anisotropie wird das Verhältnis der Emissionsrate unter einem bestimmten Winkel zur Emissionsrate einer entsprechenden Punktquelle bestimmt. Dazu wird die Quelle auf einen Winkeltisch im Zentrum des Bestrahlungsraumes positioniert und in 5° Schritten bewegt. Für die Messung wird ein Precision Long Counter genutzt (PLC). Dieser besteht aus einem BF₃-Zählrohr in einem Paraffinzylinder, ummantelt mit Borplastik und durch ein Einfallsfenster mit einer ausgezeichneten Einfallsrichtung. Der Detektor ist so aufgebaut, dass ihn bezüglich der Energie der einfallenden Neutronen ein nahezu konstantes Ansprechvermögen auszeichnet. Die Messungen wurden bei zwei verschiedenen Abständen zwischen Quellenmittelpunkt und Bezugspunkt des PLCs durchgeführt und die Zählraten totzeitkorrigiert und mittels einer Schattenkörpermessung um den Anteil gestreuter Neutronen korrigiert.

Für zylindrische ²⁴¹Am-Be Quellen, bei denen AmO₂ gemischt mit Be‑Pulver gepresst wird, ist eine isotrope azimuthale Emission zu erwarten. Die aktuellen Messungen haben dies bestätigt.

Im Fall der polaren Messung (als Funktion des Winkels zwischen der Symmetrieachse der Quelle und der Verbindungslinie zwischen Quellenmittelpunkt und Bezugspunkt) werden die Zählraten zusätzlich raumwinkelkorrigiert. Das Ergebnis für die polare Anisotropie ist in Abbildung 1 zu sehen. Der Vergleich der neuen Ergebnisse, die in den überarbeiteten internationalen Standard mit eingehen, mit den 1993 bestimmten Werten ist in Tabelle 1 aufgeführt. Die Werte stimmen überein. Für Kalibrierungen wird der Korrektionsfaktor für einen Polarwinkel von 90° genutzt, der hier aufgrund einer geringeren statistischen Unsicherheit mit höherer Präzision bestimmt wurde.

Abb. 1:  Ergebnisse für den Anisotropiefaktor F(θ), dem Verhältnis der Emissionsrate im Vergleich zur Emissionsrate eines entsprechenden Punktstrahlers in Abhängigkeit vom Winkel, bei einem Abstand von 130 cm und 205 cm zwischen Quellenmittelpunkt und Bezugspunkt des Detektors (PLC).

Tabelle 1: Der Korrektionsfaktor für die Anisotropie Fθ für 0°, 90° und 180° gemessen 1993 und 2020 im Vergleich.

Ansprechpartnerin:

D. Radeck, Fachbereich 6.4, Arbeitsgruppe 6.44