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Neue Cf-252-Quelle für die Bestrahlungsanlage mit Neutronenquellen der PTB

08.07.2014

Für Kalibrierungen und Bestrahlungen von Neutronen-Dosimetern werden in der PTB hauptsächlich 252Cf-Neutronenquellen verwendet. Aufgrund der Halbwertszeit von 252Cf von 2,645 Jahren konnte mit der vorhandenen, 10 Jahre alten Quelle die für bestimmte Bestrahlungsbedingungen erforderliche Dosisleistung nicht mehr erreicht werden. Es wurde eine neue 252Cf-Quelle mit einer ca. 10-mal größeren Quellstärke im Vergleich zu der aktuell stärksten Neutronenquelle der PTB angeschafft. Die Neutronenemissionsrate der neuen Quelle wurde vom National Physical Laboratory, Teddington (UK) mit der primären Mangan-Bad Methode mit einer relativen Unsicherheit von 0,53 % bestimmt.

Trotz der geringen Größe der zylinderförmigen Quelle von 8 mm x 10 mm (Durchmesser x Höhe) entspricht ihre Neutronenemission bedingt durch den inneren Aufbau und aufgrund der Form des Gehäuses der Quelle nicht der Emission einer Punktquelle, wie es idealerweise der Fall wäre. Die richtungsabhängigen Abweichungen von einer isotropen Emission betragen bis zu ± 3 % und müssen als Korrekturfaktoren berücksichtigt werden. Die Richtungsabhängigkeit der Neutronenemission wurde vor dem Einbau der Quelle in die Bestrahlungsanlage detailliert in der PTB charakterisiert. Dazu wurden mit einem so genannten Long Counter Messungen der polaren und azimutalen Abhängigkeit der Neutronenemission durch Rotation der Quelle in zwei verschiedenen Ebenen durchgeführt. Abb. 1 zeigt die mit dem Raumwinkel gewichteten Abweichungen von der mittleren Emission in Abhängigkeit vom Winkel zwischen Messgerät und Zylinderachse der Neutronenquelle. In Abb. 2 sind die auf den Mittelwert normierten Zählraten für eine Rotation der Quelle um die Zylinderachse dargestellt. Aus diesen beiden Messreihen wird der Anisotropiefaktor für Bestrahlungen unter einem Winkel von 90° bezogen auf die Zylinderachse berechnet. Es ergibt sich ein Wert von 1,0122 mit einer relativen Unsicherheit von 0,35 %.

Durch einen Vergleich mit den vorhandenen Quellen wurde gezeigt, dass die Quellstärke der neuen 252Cf-Quelle unter Berücksichtigung der Anisotropie und des jeweiligen zeitlichen Abfalls im Rahmen der Unsicherheiten mit der Quellstärke der bisher als nationales Normal verwendeten Quelle übereinstimmt.

Abbildung 1: Bestimmung der Anisotropie der Neutronenemission der neuen 252Cf Neutronenquelle. Dargestellt ist die auf den Mittelwert normierte Raumwinkel gewichtete Zählrate des Long Counters in Abhängigkeit vom Winkel zwischen Long Counter und Zylinderachse.

Abbildung 2: Abhängigkeit der Neutronenemission vom azimutalen Winkel bei Rotation der Quelle um die Zylinderachse. Durch die asymmetrische Anordnung des aktiven Materials (8 Stäbe, jeweils ca. 1 mm Durchmesser mit einer Länge zwischen 2,5 und 3,5 mm) innerhalb der Quelle ergibt sich der beobachtete ungleichmäßige Verlauf, der die Unsicherheit des aus diesen Messungen abgeleiteten Anisotropiefaktors wesentlich bestimmt.