lonisations-Zählröhre. In der gebräuchlichen Form -der Geiger- llülle:rschen Röhre, auch G-M-Röhre ge nannt, ist die röhrenförmige Kathode ver- Wiltnismässig lang und beträgt wenigstens fünfmal deren Durchmesser.
Diese langge- treckte Form wurde aus dem Grunde ge- -ählt, um zur Aufnahme kosmischer Strah- Inng oder Strahlung radioaktiver Stoffe, zu deren Nachweis und Messung die G-M Röhre gewöhnlich verwendet wird, eine mög- liehet grosse Kathodenoberfläche zu erhalten.
Bisher ist noch keine wirklich befriedigende Methode zum Aufstellen einer derartigen athode in dem die Aussenhülle der Röhre bildenden Glaskolben gefunden worden, der art, dass die Kathode genau koaxial zur zentralen Drahtanode bleibt. Es ist jedoch -iclrtig, dass sie in einer solchen Lage ver bleibt, da sonst eine Tendenz zur Bildung (-ines über:schlages zwischen der Anode und (lem nächstgelegenen Punkt der Kathode besteht.
Eine bekannte Methode zur Abstützung der Kathode besteht in der Bildung von (4nwärtsspringenden Geräten oder L?mfangs- bördelungen im Glaskolben. Diese Glasteile haben jedoch das Bestreben, wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Metallkathode und des Glases zu zerbre- elren,wenn die Röhre während ihrer Leerung auf der Pumpe einer hohen Einbrenntempe- rattir unterworfen wird.
Eine andere be kannte 3letho@de besteht darin, die Kathoden enden. mittels im Glas eingeschmolzener Metalldrähte abzustützen. Die Drähte kön nen sich jedoch während des Einbrennvor- ganges lockern und herausarbeiten, oder die Dr'ahteinschmelzstellen zerbrechen, wodurch die Kathode sich lockert und durch Vibra- tion leicht verschoben wird.
Federnde Katho denstützen sind nicht befriedigend, da nicht nur die Federn, weil unter Druck, Ermü- dungsbeansp ruchungen unterworfen sind, sondern da es in jedem Falle schwierig ist, mit Hilfe dieser lvT,ethode Gewähr dafür zu bieten, -dass -die Kathode, wenn auch nur anfänglich, in ihrer richtigen Lage gestützt wird.
Das Ziel vorliegender Erfindung ist nun die Konstruktion einer Ionisations-Zählröhre für den. Gebrauch als. Zählwerk zum Nach weis und zur Abschätzung der Strahlungs intensität relativ konzentrierter Strahlen bündel, z. B. Röntgen- oder Gammastrahlen, oder von Korpuskularenergie in Form ge ladener Teilchen, wieg z.
B. Alphateilchen. Ganz abgesehen von den Schwierigkeiten, die Elektroden wirkungsvoll abzustützen, ist die herkömmliche, eingangs, erwähnte Ausführungsform einer G-M-Röhre auch aus denn Grunde für die genannten Zwecke nicht sehr geeignet, da bei der Anwendung dieser Röhre eine "Lo,alwert"-Korrektion zufolge kosmischer Strahlung und lokaler Fremdstrahlung vorgenommen werden muss.
Vorliegende Erfindung basiert auf der Überlegung, dass, wo die Röhre zum Nach weis und zur Messung eines relativ konzen- trierten Strahlungsbündels oder Teilchen stromes verwendet wird, eine lange Kathode ganz unnötig ist, da nur derjenige Teil der selben zur Erzeugung von Elektronen bei trägt, der der :Strahlung ausgesetzt ist. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass die Kathode möglichst klein gemacht. werden soll.
Dies erleichtert den Gebrauch der Zählröhre für die ins Auge gefassten Zwecke beträchtlich, da Lokalwerte wegen der Kürze der Kathode im allgemeinen im Vergleich mit dem zu messenden Effekt auf solch unbedeutende Beträge herabge drückt werden, dass sie vernachlässigt wer den können.
Ebenso verschwinden die Schwierigkeiten .der Elektrodenabstützung. Überdies kann die Zählröhre-, da bei ihrer Zusammenstellung die beim Aufbau von Radiaröhren befolgte Praxis zur Anwendung gelangt, in Serien hergestellt werden, im Gegensatz zur bisherigen G-M-Röhre" die lediglich ein Laboratoriumsinstrument dar- stellt.
Die Erfindung sieht eine -aus folgenden Teilen .aufgebaute Ionisations-Zählröhre vor: ,ein äusserer, ein inertes Gas enthaltender Glmkdlben, ein in letzteren dicht eingefüg ter Sockelkolben, eine kurze zylindrische Kathode, die mittels Drähten auf dem Sockelkolben abgestützt ist und einen sich durch letzteren auf die Röhrenaussenseite erstreckenden Leitungsdraht aufweist, und eine auch mittels Drähten vom Sockel kolben getragene Anode,
die auch einen sich durch den Sockelkolben auf die Röhren- aussenseite erstreckenden Leitungsdraht auf weist, wobei die Anode innerhalb der Ka thode und koaxi@ail zu dieser angeordnet ist.
Mit dem Ausdruck "kurz", wie er hier und später gebraucht wird, soll gesagt wer den, dass die Länge der Kathode nicht wesentlich über ihrem Durchmesser liegt, während bei einer G-M-Röhre .die Länge der Kathode wenigstens fünfmal so lang ist wie ihr Durchmesser.
Damit wird die Sensi tivität der Zählröhre gegenüber kosmischer und störender lokaler Strahlung weitgehend reduziert und die Fabrikation der Zählröhre weitgehend vereinfacht, da die Elektroden vor dem Einfahren des Sockelkolbens in die Röhre auf dem .Sockelkolben montiert wer den können. Da die Elektroden kurz sind, zeigen die Stützdrähte keine Tendenz, sich zufolge unterschiedlicher Wärmeausdeh nung während des Einbrennens auf dem Sockelkolben zu lockern.
Wo die Röhre zur Untersuchung leicht absorbierbarer Strahlung oder Teilchen, z. B. Beta- oder Alphateilchen oder der mit wenig Energie geladenen Photone, wie sie in der Röntgenstrahlen@Spektralanalyse vor kommen, gebraucht wird, kann der äussert Glaskolben mit einem dünnen Fenster ver sehen werden, um die nachzuweisende Strah lung oder Teilchen ins Innere eintreten zu lassen.
Dieses Fenster besteht vorzugsweise aus Glas von ungefähr Seifenblasendiclie und wird, wie in der brit. Patentschrift Nr. 559181 beschrieben, in den Glaskolben eingeschmolzen. Die Röhre kann als reine Ionisationskammer benützt werden, wobei d@a.s Fenster im G lae!kolben zweckmässig so angeordnet ist, da.ss die eintretende Strah lung axial, oder im wesentlichen axial, in den Raum zwischen den Elektroden einfällt.
Vorzugsweise wird das Fenster jedoch im Kopf des Glaskolbens gegenüber dem Sockelkolben angeordnet, und die Elektro- denaixen stehen mindestens nahezu senkrecht auf dem durch das Fenster einfallenden Strahlenbündel. In diesem Falle ist die Kathode allgemein mit einer dem Fenster zugekehrten -Öffnung versehen, um die Strahlung oder Teilchen in den Raum zwi schen den Elektroden eintreten und auf die innere Kathodenoberfläche auftreffen zu lassen.
Die Wirkungsweise der Zählröhre glaubt. man wie folgt erklären zu können: Eine durch den Eintritt eines Teilchens oder Photons hervorgerufene leichte Ionisation des im Innern der Röhre befindlichen inerten Gases löst eine lawinenartig fortschreitende, kumulative Ionisation des Gases aus.
Die Zählröhre besitzt daher eine grosse innere <B>X</B> 'crstärhung. Diese Ionisation und Verstär- li nu- wird, in Fällen wo ,die Kathode geeig- iiet- präpariert ist, durch den Abwurf von Teilehen. von der Kathode weiter verstärkt.
Bei diesem Vorgang wird eine grosse Zahl Photonen ultravioletter Wellenlänge von den ionisierten Gasatomen ausgestrahlt, die da.-,; Bestreben haben, Photo-Elektronen aus der Kathode auszulösen.
Einige dieser Photo- E'lektronen heften sich an die Gasmoleküle und bilden negative Ionen niedriger Beweg- liehkeit, die ihrerseits unter dem Einfluss (les hohen Anodenpotentials ihre Elektronen freigeben. Dadureh werden neue Entla- dungszent.ren bebildet, und damit ergibt sich die Möglichkeit, da.ss der Vorgang ent weder die Passivzeit der Zählröhre (das heisst die Zeit,
während der sie gegenüber lonisierttngsteilehen unempfindlich ist) ver- 1 < ingert, oder an Stelle von Einzelentladun gen Vielfachentla,dungen erzeugt, wodurch (lie Ergebnisse irreführend werden.
Daher wird :die Verwendung einer Ka i Mode vorgezogen, die in der Nähe des sicht- Iia,ren Teils -des Spektrums im wesentlichen keine photoelektrische Emission aufweist. Ohsehon eine aus einem geeigneten Metall, z. B.
Kupfer, hergestellte Kathode beim Be- sUhuss mit Photonen von Röntgenstra,hlen- Z#VcIlenlänge Elektronen aussendet, ist es (loeli wünsehenswert, in Übereinstimmung rii.ii, der normalen Zählröhrenpraxis, der K a- tliodetiinnenfläche, eine solche Beseh@a.ffen- heit zu erteilen,
dass sie auf Photonen von Röntgenstrahlen-Wellenlänge und niedriger l#I'nergie ansprieht, aber gleichzeitig wenig Tendenz zeigt, Elektronen beim Beschuss mit Photonen sichtbarer oder ultravioletter Wellenlängen auszusenden. Es ist bekannt, diese Ziel durch eine passende Wahl des Kathodenmaterials und/oder, im Falle einer Mptallkathode, durch Aufbringen eines Oherfläehenfilms. z.
B. aus einem Hydrid oder Oxyd, zu erreichen, der den Durchtritt etwaiger vom, Metall liberierter P'hotoelek- iTonen unterbindet, oder dessen photoelek- triche Schwelle auf einer viel höheren Fre quenz als -diejenige der im Ionisationspro- zess erzeugten Photonen ultravioletter Wel lenlänge liegt.
Diese Sensibilisierung ist gänzlich verschieden von der in photoelek trischen Zellen verwendeten, welch letztere auf Photonen mit Wellenlängen in der Grösse von 2500-9500 A. E. ansprechen sollen, während Zählröhren auf Photonen von Rönt gensitrahlen-Wellerilänge, das heisst nicht mehr als auf z. B. 10 A. E. ansprechen sollen.
Die Gasfüllung besteht grundsätzlich aus einem inerten Gags., z. B. Argon, vorzugs weise zusammen mit etwa<B>10%</B> Trockenluft oder mit einem andern geeigneten polyato mischen Dampf, z. B. Alkohol oder Azeton, der eine Wiedervereinigung der Ionen und schnelle Löschung der Röhre herbeiführt. Der Gasdruck ist normalerweise relativ hoch, das heisst wenigstens etwa 3 cm Quecksilber- säule.
In der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel der erfindungsgemässen Ionisations- Zählröhre dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Röhre, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die Röhre und Fig. 3 eine Draufsicht.
Die Röhre besteht aus einem äussern Glaskolben 10, in welchem ein Sockelkalben 11 eingeschmolzen ist, und beide sind in einer normalen, aus Isoliermaterial herge stellten und mit Steckstiften 13 versehenen Radioröhrenfassung 12 montiert. Der Um stand, da.ss die Röhre auf einer Normalfas sung montiert ist, bietet beträchtliche Vor teile. So kann z. B. die Ersatzröhre beim Auswechseln einer defekten Röhre bequem in -den entsprechenden Normalsoekel der Nachweisvorrichtung, wovon die Zählröhre einen Teil bildet, eingesetzt werden.
Ein dünnes Glasfenster 14 ist in den Glaskölben 10 eingefügt, indem das Fenster glas mit den Rändern der Fensteröffnung im Glaskolben verschmolzen wird. Das Fenster hat vorzugsweise ungefähr die Dicke einer Seifenblase. Auf dem innern Sockelkolben 11 sind die beiden Elektroden abgestützt. Die zylin drische Kathode 15, die aus Kupfer besteht und auf ihrer Innenfläche einen Film aus Oxyd oder Hydrid aufweist, wird von den Drähten 16, 17 getragen.
Der genannte Film dient zur Unterbindung des Bestrebens der Kathode, Elektronen als Antwort auf die Einwirkung von Photoneu mit in der Nähe des sichtbaren Spektrumteils gelegenen Wel lenlängen auszusenden, aber es der Kathode niehtsdestoweniger zu ermöglichen, Elektro nen beim Beschuss mit Photoneu von Rönt- genstrahlen-Wellenlänge auszusenden.
Diese Drähte, ebenso wie die Anode tragenden Drähte 19 und 20, bestehen aus einem Metall oder einer Legierung mit im wesentlichen demselben Ausdehnungskoeffizienten wie das Glas des innern Sockelkolbens 11 und können z. B. im Falle von Hartglas aus Wolfram sein.
Der Draht 17 ist durch den innern Sockelkolben in einen -der Steckstifte 13 herausgeführt. Eine Wolframdrahtanode 18 wird von einem Paar Drähten 19, 20 keaxial in der Kathode getragen. Der Draht 20 ist durch den Sockelkoilben nach aussen in einen andern Steckstift 13 geführt.
Die Kopfteile der Drähte 19, 20 sind in rohrförmigen, aufwärtsgerichteten Stutzen 21 des Sockel kolbens eingeschlossen, an den Enden der Anode 18 mittels P:unktschweissung befestigt und tragen letztere koaxial innerhalb der Kahode 15.
Die Drähte 16, 17 sind an ihren obern Enden an einem Nickel- oder Molyb- dän-Kontaktstreifen 22 mittels Punkt schweissung befestigt. Lezterer umfa;
sst den Kathodenunterteil und. ist daran mittels Punktschweissung befestigt. Man beachte, d'ass der Innendurchmesser der Glasstutzen 21 grösser als der Durchmesser der Drähte 19, 20 ist, so dass letztere ivon einem Luft- mantel 24 umgeben sind,
der den Kriechweg zwischen liessen Drähten und der Kathode 15 vergrössert. Damit wird jegliche Tendenz für des Auftreten eines Kurzschlusses zwi schen den Drähten 19, 20 und der Kathode auf ein Minimum reduziert. Die Kathode besitzt an ihrem Kopfende, gegenüber dem Fenster 14, eine Öffnung 23,
um der durch letzteres eintretenden Strah lung direkten Zutritt zum Raum zwischen den Elektroden zu gewähren und sie auf die Innenfläche -der Kathode aufprallen zu lassen. Das Fenster 14 und die Öffnung 23 können in Bezug auf die Anode 18 versetzt angeordnet sein, so dass die eintretende Strahlung nicht direkt auf -die Anode auf trifft. Eine solche Anordnung ist jedoch nicht von Belang.
Die Elektroden werden auf dem Soekel- kalben vor dessen Einfahren in den äussern C2-laskolben montiert. Der Sockelkolben wird dann in den Glasko:lhen eingeschmolzen, und letzterer luftleer gemacht, worauf die erfor derliche Füllung mit inertem Gas vorgenom men wird. Dann wird der äussere Glaskolben zugeschmolzen, und auf seiner Fassung mon tiert. Dieses Montageverfahren geschieht in Übereinstimmung mit der Standardpraxis bei der Herstellung elektrischer Entladungs röhren.
Es soll hier jedoch erwähnt werden, dass 'die Elektroden vor dem Einfahren: des Sockelkolbens. in den äussern Glaskolben durch geeignete, Behandlung so weit als mög lich von jeglicher Befleckung mit radioak tiver Substanz befreit werden. Das inerte Gas besteht vorzugsweise aus einer Mischung von Argon und etwa<B>10%</B> Trockenluft, und ihr Druck schwankt zwischen 3-9 cm Quecksilbersäule, je nach der gewünschten Röhrencharakteristik.