Neutronenzähler

Neutronenzähler,

 

Neutronendetektor, Nachweisgerät für Neutronen. Neutronen wechselwirken kaum mit Elektronen und ionisieren Materie daher nur unwesentlich. Der Neutronennachweis muss deshalb über Kernreaktionen mit genügend großem Wirkungsquerschnitt erfolgen. Die Energieabhängigkeit solcher Wirkungsquerschnitte führt zu unterschiedlichen Methoden für den Nachweis langsamer oder thermischer und schneller Neutronen.

 

Zum Nachweis niederenergetischer oder thermischer Neutronen (< 0,2 eV) werden häufig mit Bortrifluorid, BF₃ gefüllte Zählrohre verwendet. Das im natürlichen Bor enthaltene Borisotop ¹⁰B absorbiert mit großem Wirkungsquerschnitt Neutronen gemäß der Kernreaktion ¹⁰B (n,α)⁷Li, wobei das entstehende α-Teilchen und der Lithiumkern mit großer Geschwindigkeit davonfliegen und das umgebende Gas ionisieren. Diese Ionisation liefert im Zählrohr einen nachweisbaren Spannungsstoß. Die Empfindlichkeit des Zählrohrs wird erhöht, wenn mit ¹⁰B (z. B. auf 96 %) angereichertes Bor eingesetzt wird. In analoger Weise arbeiten Ionisationskammern, deren Wand z. B. mit Bor belegt ist, und ⁶Li-haltige Szintillatoren, bei denen die Reaktion ⁶Li (n,α)³He zugrunde liegt. Thermische Neutronen können auch in Ionisationskammern, deren Wände mit ²³⁵U belegt sind (so genannten Spaltkammern), gezählt werden. Die hier bei der neutroneninduzierten Kernspaltung entstehenden Spaltfragmente ionisieren das Kammergas. Zum Nachweis von schnellen Neutronen ohne Energiemessung bremst man die Neutronen (z. B. durch Umhüllung des Nachweisgeräts mit einer Paraffinschicht) auf thermische Energien ab, weil thermische Neutronen bevorzugt absorbiert werden. Es kann aber auch die ionisierende Wirkung von Rückstoßprotonen benutzt werden, die bei der Streuung von schnellen Neutronen an Wasserstoffkernen entstehen, z. B. in Zählrohren, die mit Wasserstoff oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen gefüllt sind.