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Geiger-Müller Zählrohr zur Anzeige von ss-Strahlung
Die Erfindung bezieht sich auf Geiger-Müller Zählrohre zum Anzeigen von ss-Strahlung.
Zählrohre vorerwähnter Art haben meistens eine zylindrische Kathode, die einen Teil der Rohrwand bildet, und eine drahtförmige Anode in der Achse dieses Zylinders. Zum Durchlassen der 0-Strahlung ist die Kathode meistens an einem Ende durch ein flaches, dünnes Fenster verschlossen. Solche Zählrohre können mit einem Gemisch aus einem Edelgas und einer kleinen Menge Halogen gefüllt sein, welches Halogen als Löschgas wirksam ist.
Zählrohre dieses Aufbaues haben den Nachteil einer grossen Nullwirkung und einer schlechten Konfiguration des elektrischen Feldes. Das Feld ist am Ende der drahtförmigen Anode gegenüber dem Fenster stark konzentriert und schwach an der Stelle des Überganges des Fensters in die Kathode. Infolgedessen ist der Wirkungsgrad der ss-Strahlenzählung verhältnismässig gering.
Zur Verbesserung solcher Zählrohre ist vorgeschlagen worden, die Anode nicht drahtförmig, sondern stabförmig und das dem Fenster gegenüberliegende Ende abzurunden. Da eine solche Abrundung bei einem Isolierfenster einen verhältnismässig grossen toten Winkel ergeben würde, in dem zwischen der Anode und dem Fenster keine Entladung auftreten kann, hat man bei dieser bekannten Bauart auch vorgeschlagen, das Fenster z. B. durchMetallisierung leitend zu machen und während des Betriebes des Rohres auf das gleiche Potential wie die Kathode zu bringen, z. B. indem die Metallisierung direkt mit der Kathode verbunden wird.
Die auf diese Weise zusammengebauten Zählrohre ergeben zwar einen verbesserten Wirkungsgrad für ss-Strahlen, aber haben noch den Nachteil einer grossen Nullwirkung ; die Erfindung bezweckt, ein Zählrohr solcher Bauart zu schaffen, dass auch dieser Nachteil vermieden wird, während gleichzeitig andere Vorteile erzielt werden, die weiter unten näher erläutert werden.
Ein Geiger-Müller Zählrohr nach der Erfindung hat eine Kathode, die einen Teil der Wand bildet, eine innerhalb derselben angeordnete Anode, die wenigstens auf der dem Fenster zugewendeten Seite kugelförmig oder annähernd kugelförmig ist, ein praktisch flaches Fenster zum Durchlassen von B-Strahlen, und ein Füllgas, das zu mindestens 0, 005 Volumenprozent aus Halogen besteht, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anode eine grösste Abmessung in einer zum Fenster parallelen Ebene hat, die mindestens gleich dem 0, 15 fachen und maximal gleich dem 0, 75 fachender grössten Abmessungder Kathode in einer zum Fenster parallelen Ebene ist, das Fenster auf der Innenseite leitend und elektrisch mit der Kathode verbunden ist, die grösste Höhe des Entladungsraumes senkrecht zum Fenster mindestens gleich dem 0,
25 fachen und maximal gleich dem 1, 5 fachen der grössten Abmessung des Fensters ist, und der kleinste Abstand der Anode von dem Fenster mindestens gleich dem 0, 1 fachen und maximal dem 0, 5 fachen der grössten Abmessung des Fensters ist.
Es hat sich gezeigt, dass ein Zählrohr nach der Erfindung eine sehr geringe Nullwirkung hat. Dies lässt sich wie folgt erklären :
Das die ss-Strahlen aussendende Präparat wird selbstverständlich stets möglichst nahe dem Fenster angeordnet. Die durch diese Strahlung in dem Zählrohr hervorgerufene, primäre Ionisierung findet somit namentlich in demjenigen Teil des gasgefüllten Raumes statt, der sich unmittelbar hinter dem Fenster befindet. Der weiter von dem Fenster entfernte Teil des Zählrohres trägt somit praktisch nicht zur Nutz-
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praktisch gleichmässig über das Zählrohr verteilt sein.
Indem der Entladungsraum des Zählrohres in einer zum Fenster senkrechten Richtung kurz gemacht wird, wird der Wirkungsgrad für die zu messende B-Strahlung praktisch nicht beeinflusst, aber die Nullwirkung wird wesentlich verringert.
Das vorerwähnte bekannte Zählrohr mit einer zylindrischen Kathode, einer stabförmigen Anode und einem leitenden Fenster hatte eine sehr grosse Länge, die wahrscheinlich durch die Anwendung eines organischen Löschgases bedingt war, da in diesem Falle ein grosser Entladungsraum vorteilhaft ist, weil dieses Gas im Betrieb der Rohre verhältnismässig schnell verschwindet, unter anderem infolge Zersetzung und Absorption. Je grösser der Entladungsraum und somit das Gasvolumen, umso länger ist das Rohr brauchbar.
Indem die Anode auf der dem flachen oder schwach gekrümmten Fenster gegenüberliegenden Seite annähernd sphärisch und das Fenster auf der Innenseite leitend gemacht und dieses Fenster mit der Kathode verbunden wird, erzielt man hinter praktisch dem ganzen Fenster eine zum Zählen von ss-Strahlen sehr günstige, regelmässige Feldverteilung. Bei Zählrohren, die Halogen als Löschgas enthalten, ist es zum Anzeigen von ss-Strahlung besonders wichtig, dass das elektrische Feld in dem Teil möglichst homogen und intensiv ist, wo die ss-Strahlung Ionisierung hervorrufen kann, d. h. hinter dem ganzen Fenster.
Die Feldverteilung ist am günstigsten, wenn das Verhältnis zwischen der grössten Abmessung der Anode in einer zum Fenster parallelen Ebene und der grössten Abmessung der Kathode in einer zum Fenster parallelen Ebene zwischen 0, 25 und 0, 50 liegt.
Die sphärische Form der Anode braucht nicht durchaus mathematisch verstanden zu werden. Die Anode kann z. B. ein Umdrehungsel1ipsoidoderein Teil desselben oder auch ein Zylinder mit stark abgerundetem Rand sein.
Da die Anode nicht drahtförmig ist, bringt die Durchführung nach der Aussenseite Schwierigkeiten mit sich. Ist die Anode z. B. eine Halbkugel mit einem sich darin anschliessenden, kurzen, zylindrischen Teil, so muss dieser kurze Zylinder isoliert durch die Rohrwand geführt werden. Obgleich im technischen Sinne die Durchführung eines verhältnismässig starken Zylinders durch einen Isolator, z. B. Glas, gut möglich ist, lässt sich ein dünner Draht wesentlich einfacher hindurchführen. Ausserdem wird bei einer dicken Durchführungsstelle die schädliche Kapazität des Zählrohres vergrössert. wodurch die gute Wirkung der Zählvorrichtung beeinträchtigt wird. Überdies wird bei einer dicken Anodendurchführung die Menge des Isolators gross.
Es hat sich nunmehr gezeigt, dass dies auch deshalb nachteilig ist, weil ein grösserer Isolator eine grössere Anzahl spontaner, d. h. nicht kontrollierbar und in beliebigen Augenblicken auftretender Entladungen als ein kleiner Isolator mit sich bringt. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass der Isolator durch Elektronen und/oder Ionen aus der Gasentladung aufgeladen wird.
Die Nachteile einer dicken Anodendurchführung können dadurch behoben werden, dass bei einer besonderen Ausführungsform eines Zählrohres nach der Erfindung die Anode auf der von dem Fenster abgewen- deten Seite von einem Draht abgestützt wird, der ausserdem Strom zuführungsdraht ist, dessen Durchmesser wenigstens innerhalb des Entladungsraumes kleiner ist als das 0, 1 fache der grössten Abmessung der Kathode in einem zum Fenster parallelen Querschnitt.
Der Stützdraht der Anode macht die Höhe des gasgefüllten Raumes zwar grösser als ohne Draht, aber eine passende Wahl der Stärke des Stützdrahtes. wie vorstehend erwähnt, kann verhüten, dass der zwischen dem Stützdraht und der Kathode liegende Teil des gasgefüllten Raumes für Gamma-und kosmische Strahlungen empfindlich wird, da die Zündspannung in diesem Teil durch die Wahl des Drahtdurchmessers wesentlich höher ist als in dem übrigen Teil des Entladungsraumes. Man kann die Speisespannung des Zählrohres dabei derart wählen, dass der Teil hinter dem Anodenkörper praktisch nicht zählt.
Der dünne Draht kann durch einen kleinen Isolator durchgeführt werden, der weniger zu spontanen Entladungen veranlasst.
Das Fenster kann aus verschiedenen Isoliermaterialien, z. B. Glimmer oder Glas, bestehen ; auf der Innenseite kann ein solches Fenster durch Anbringung, z. B. Aufdampfung eine : dünnen Metallschicht, z. B.
Chrom, leitend gemacht werden. Man kann auch, insbesondere bei einem Glasfenster, eine Leitfähigkeit durch leitendes Zinnoxyd erzielen. Statt eines leitend gemachten Isolierfensters kann ein Fenster aus einer dünnen Metallfolie, z. B. aus Chromeisen, verwendet werden.
Obgleich im allgemeinen eine Kathode verwendet werden wird, die über die ganze Länge zylindrisch ist, ist es zum Erzielen einer homogenen Feldverteilung vorteilhaft, das von dem Fenster abgewendete Ende der Kathode einigermassen abzurunden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Zeichnung näher erläutert, in der eine Anzahl verschiedener Ausführungsformen eines Zählrohres nach der Erfindung dargestellt sind ; die Abmessungen sind
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zweimal grösser angegeben, mit AusnÅahme der Stärke des Fensters, die in weiter vergrössertem Massstab dargestellt ist.
Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Ausführungsbrn : einesZähIrohresnaeh der Erfindung in dem die Anode aus einer massiven Halbkugel mit einem sich daran anschliessenden, massiven, kurzen Zylinder besteht, Fig. 2 zeigt im Schnitt eine Ausführungsform eines Zählrohres nach der Erfindung mit einer massiven halbkugelförmigen Anode, Fig. 3 im Schnitt eine Ausführungsform eines Zählrohres nach der Erfindung mit einer nicht massiven, halbkugelförmigen Anode, die von einem dünnen Draht abgestützt wird, Fig. 4 im Schnitt eine Ausführungsform eines Zählrohres nach der Erfindung mit einer massiven, kugelförmigen Anode, die von einem dünnen Draht abgestützt wird, und Fig.
5 im Schnitt eine Ausführungsform eines Zählrohres nach der Erfindung mit einer massiven Anode in Form eines Ellipsoids, die von einem dünnen Draht getragen wird.
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steht. Auf einer Seite ist diese Wand durch das Glimmerfenster 2 verschlossen, das auf der Innenseite mit einer mit der Kathode verbundenen, leitenden Schicht 3, z. B. aus Chrom, überzogen ist. Die Anode 4 besteht aus einem massiven Körper, z. B. aus Chromeisen, der, wie aus der Figur ersichtlich ist, aus einem halbkugelförmigen und einem sich daran anschliessenden, zylindrischen Teil besteht. Der zylindrische Teil ist durch einen ringförmigen Isolator 5, z. B. aus Glas, in der Kathode befestigt.
Zur Verdeutlichung der vorstehend erwähnten Bedingungen für die Abmessungen der verschiedenen Einzelteile des Zählrohres nach der Erfindung ist mit a der Durchmesser des Fensters, mit b der Minimalabstand der Anode von dem Fenster, mit c die grösste Abmessung der Anode in einer zum Fenster parallelen Ebene, mit d die grösste Abmessung der Kathode in einer zum Fenster parallelen Ebene (in der Ausführungsform nach Fig. 1 ist d gleich a, braucht dies aber nicht stets zu sein) und mit f die grösste Höhe des Entladungsraumes bezeichnet. Die vorerwähnten Bedingungen können somit wie folgt angegeben werden :
0, 15d < c < 0, 75d
0, 25 a < f < 1, 5 a
0, 1 a < b < 0, 5 a
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Zählrohres nach der Erfindung, die praktisch gleich der Aus- führungsform nach Fig. l ist.
Die Anode 6 ist jedoch halbkugelförmig und direkt in dem ringförmigen Isolator 7 in der Kathode festgeschmolzen.
Nach Fig. 3 ist die Kathode 8 auf der dem Fenster gegenüberliegenden Seite kugelförmig durch einen Teil 9 abgerundet. In diesem Teil 9 ist der Isolator 10, z. B. aus Glas, gasdicht befestigt. Die Anode ist in diesem Falle eine halbe, hohle Kugel 11, die an einem dünnen Draht 12, der gasdicht durch den Iso- lator 10 durchgeführt ist, befestigt ist. Das Fenster besteht, ähnlich wie bei den Ausführungsformen der Fig. l und 2, aus einer metallisierten Glimmerfolie 13, deren Stärke etwa 0, 01 mm beträgt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 besteht die Anode aus einer massiven Kugel 14, die durch einen dünnen Draht 15 in dem Isolator 16, z. B. aus Glas, gasdicht befestigt ist. Das Fenster besteht bei dieser Ausführungsform aus einer Chromeisenfolie 17, deren Stärke etwa 0, 02 mm beträgt. Der Durchmesser des innerhalb des Entladungsraumes liegenden Teiles des Drahtes 15 ist, gemäss der vorerwähnten Bedingung, kleiner als 0, 1 d (Fig. 1).
Fig. 5 zeigt ein Zählrohr, bei dem die Anode 18 ein Umdrehungsellipsoid ist. Diese Gestalt liefert eine noch bessere Feldhomogenität an der Stelle des Anschlusses des Fensters 19 und der Kathode 20.
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