12.09.2006 H. Gerstenberg - VDI Expertentreffen 1
Forschungsneutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II)
Si-Dotierung, Aktivierungsanalyse und weitere Anwendungen der FRM II Bestrahlungsanlagen
H. Gerstenberg, X. Li
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Rohrpost RPA Si Dotierung
Angelschnur-Bestrahlung
Wasserrohrpost KBA
Bestrahlung im Regelstab
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Si-Dotierung - Prinzip und Anforderung
30Si (n,γ) 31Si – β- → 31P (HWZ ≈ 2,6 h)
• Inhomogenität der Dotierung < 5%
• Zielwiderstand des Si: 720 Ωcm > ρ > 20 Ωcm ↔0,5 h < tirr < 24 h
• Freigabe zu uneingeschränkten Weiterverwendung ↔Restaktivität < 0,5 Bq/g bzw. 0,5 Bq/cm²
• Durchsatz typischerweise 20 kg/batch (Ø = 150 mm)
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AB
CD
E F
4
5
6
AB
CD
E F
1
2
3
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
100 105 110 115 %
posi
tion
(cm
)
sidecenter
Messung des Neutronenflussdichteprofils
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Si Ni
graduelle Abschirmung von Neutronen (schematisch)
Reaktorkern
ΦungestörtLinerΦkorr
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AB
CD
E F
4
5
6
AB
CD
E F
1
2
3
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
95% 100% 105% 110% 115%
posi
tion
(cm
)
without liner
with liner
Berechnetes Neutronenflussdichteprofil mit/ohne Liner
Rechnung:
Dr.Röhrmoser
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Gemessenes Neutronenflussdichteprofil im Si-Stab
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Handling von Si-Kristallen mit Vakuumgreifer
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55
60
65
70
Ave
rage
resi
stiv
ity
G1-
2
G1-
3
G2-
1
G2-
2
G2-
3
G2-
4
G 3
-1
G 3
-2
G 3
-4
G 3
-5
G 3
-6
G 4
-1
G 4
-2
G 4
-3
G 4
-4
G 4
-5
G 4
-6
G 5
-1
G 5
-2
G 5
-3
G 5
-4
G 6
-1
G 6
-2
Irradiation number
Bestrahlungsergebnisse
Auftragsumfang in 2006 (3 Reaktorzyklen):
Bestrahlung von 117 Batches Si = 2000 kg Si
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Arbeiten im Umfeld der Entwicklung von Radiopharmakamittels Bestrahlung an KBA und im Regelstab:
• Bestrahlung von Gold in kolloidaler Form zur Bestimmung biokinetischer Verteilungsfunktionen bei Nagetieren:197Au (n,γ) 198Au – β- → 198Hg + 412 keV (HWZ ≈ 2,7 d)
• Erzeugung von 177Lu(NO3)3176Lu (n,γ) 177Lu – β- → 177Hf (HWZ ≈ 6,7 d)
• Erzeugung von 188Re (52d-Bestrahlung im Regelstab)186W (n,γ) 187W (n,γ) 188W – β- → (HWZ ≈ 69 d) 188Re – β- → 188Os (HWZ ≈ 16.7 h)
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Beladung
Lager- und Abklingpos.
Dosisleistungs-messung
Pb-Behälter
Lift
Kapselbestrahlung KBA
• Be- und Entladeeinrichtuung
• Verwaltung der Bestrahlungskapseln
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Kapselbestrahlungsanlage: Bestrahlungskapseln• Material: AlMg3 + Al
• Masse: ≈ 48g (total)
• max. Zuladung: 250g
• ø = 25 mm
• l ≈ 60 mm
• max n-Dosis: unbegrenzt
• wasserdichte Verpackung
• individuelles Label
• Mehrfachverwendung
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KBA- Neutronenflussdichten
Bestrahlungs-kanal
Φth(cm-2s-1)
Φepi(cm-2s-1)
Φf(cm-2s-1)
Φth/ Φf
KBA1-1 1.3E14 2.6E11 3.9E11 333
KBA1-2 9.3E13 9.9E10 2.0E11 465
KBA2-1 1.1E14 7.5E10 2.1E11 524
KBA2-2 7.7E13 3.9E10 1.0E11 770
Bestrahlung bei kleiner Leistung während des Anfahrens
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AngelschnurverfahrenKurzzeitbestahlung großer Probenvolumina
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• Anwendungsbeispiele:- Geochronologie- Bioproben
• Kurzzeitbestrahlungen
• einfache Festlegung weiterer Bestrahlungs-positionen
• Φth = 1.2E13 cm-2s-1
• Φth/Φf = 1200
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Rohrpostbestrahlungsanlage – NAA
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Kanal Φth(cm-2s-1)
Φepi(cm-2s-1)
Φf(cm-2s-1)
Φth/ Φf
RPA1-1 3.6E13 6.7E09 2.0E09 18.000RPA1-2 1.5E13 3.2E09 4.1E08 36.500RPA1-3 4.8E12 7.6E08 7.2E07 66.600RPA2-1 7.3E13 2.4E10 5.6E10 1.300RPA2-2 3.9E13 1.2E10 5.9E09 6.600RPA2-3 7.1E12 1.2E09 1.5E08 47.300
Rohrpostbestrahlung: Neutronenflussdichten
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• Material: PE
• Masse: ≈ 10g
• Zuladung ≤ 10g
• ø = 15.2 mm
• l ≈ 100 mm
• max. n-Fluenz:5E16 n/cm-2
• nummeriert
• Einmalverwen-dung
Rabbit für Rohrpostbestrahlung
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Bestrahlungsumfang
01020304050607080
1 2 3 4 5 6
Reaktorzyklus
Anz
ahl B
estra
hlun
gen
RCMAuswärtigeDepartmentFRM II
Gesamtzahl Bestrahlungen nach IBS: 341
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit