Upgrading and new applications of a neutron imaging facility

Abstract

This thesis describes the upgrading and new applications of the neutron imaging facility at a low power TRIGA Mark II research reactor at The Atomic Institute (ATI) in Vienna. This upgrading has improved the spatial resolution and made possible longer neutron tomography measurements to exploit the full dynamic range. The instrumental setup has been used successfully in various applications. The techniques of neutron imaging that have been employed include neutron radiography, neutron tomography and dynamic imaging. Interesting applications in the fields of engineering and geology based on hydrogen transport within samples have been made. The methods of neutron imaging have been applied to conservation and restoration projects in engineering geology where the distribution and penetration of stone consolidants inside building materials have been investigated. This method has been applied to assess conservation and restoration processes and for the selection of stone strengtheners based on their penetration and distribution for historical buildings and monuments. An application having value for the textile industry is the study of moisture transport in different fibers. The distribution of moisture in different textile fibers is important for comfort. Non-destructive imaging of radioactive samples relevant to the nuclear industry has also been presented. Neutron radiography and tomography techniques were applied to isotopic neutron sources to get information about their construction and density. Beam hardening correction was performed for the neutron tomography of a neutron source.<br />These applications show that high resolution neutron imaging can be performed at a low power research reactor and is thus encouraging for mobile neutron sources as well. Neutron imaging is therefore a suitable technique for non-destructive studies in various fields.

Die Arbeit beschreibt die Erneuerung und neue Anwendungen an der Neutronenradiographie- und Tomographiestation des Atominstitutes mit seinem TRIGA Mark II Forschungsreaktor. In diesem Rahmen wurde die räumliche Auflösung deutlich verbessert, und der dynamische Bereich der digitalen Detektoren kann jetzt auch bei tomographischen Messungen voll ausgeschöpft werden. Mit dem neuen Setup wurden Projekte auf den Gebieten Materialforschung, Geologie und Ingenieurgeologie durchgeführt.<br />In einem Konservierungs- und Restaurierungsprojekt wurde die Strahlschwächung durch Wasserstoff verwendet, um die Verteilung und das Eindringen von Steinfestigern und Konservierungsmitteln in Baumaterialien, historischen Gebäuden und Denkmäler zu untersuchen. Eine weitere Anwendung ist die Analyse des Feuchtetransportes in Textilfasern, die für den Tragekomfort maßgeblich ist. Mit unserem hochauflösenden Imaging Plate Detektor und dem neuen 100m Szintillationsdetektor konnten temperaturabhängige, materialspezifische Feuchtigkeitsverteilungen systematisch untersucht werden.<br />Anschließend wurden drei kompakte Neutronenquellen, zwei Plutonium-Beryllium und eine Americium-Beryllium Quelle, analysiert. Die Neutronentomographie ist die einzige Messmethode mit der die Mantel- und Quellgeometrie sowie die makroskopischen Wirkungsquerschnitte im Quellkern zerstörungsfrei rekonstruiert werden können. Mit Hilfe der von uns entwickelten Beam-Hardening-Korrektur konnte eine homogene Isotopenverteilung im Pu-Be Kern nachgewiesen werden, während in der Am-Be Quelle ein Bruch im Kern sichtbar wurde. Es ist bemerkenswert, dass tomographische Abbildungen von stark absorbierenden Proben auch bei nur 250 kW Reaktorleistung möglich sind.<br />Anhand dieser Anwendungen wurden die Vorteile der zerstörungsfreien Neutronenabbildungverfahren, sowie die Aktualität des Forschungsgebietes demonstriert.<br />