Vorrichtung zum Messen der Strahlendosis und Dosiergeschwindigkeit mit einem Scintillationszähler
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Strahlendosis und Dosiergeschwindigkeiten bei Bestrahlung mit Röntgen- oder Gammastrahlen mittels eines Scintillationszählers.
Scintillationszähler haben einen verhältnismässig hohen Dunkelstrom, und der Nachteil ist, dass dieser Strom nicht konstant, sondern unregelmässig ist und mit der Zeit und der Temperatur für jede Röhre verschieden ist. Es ist bekannt, für Strahlungsmessungen Scintillationszähler zu verwenden, wenn die Dosiergeschwindigkeit genügend gross ist, wobei der Nachteil des ungünstigen Dunkelstromes weniger Einfluss hat.
Dabei wird dann der Vorteil ausgenutzt, dass das Verhältnis zwischen den niedrigsten und höchsten Zählgeschwindigkeiten etwa 105 ist, gegenüber einem Verhältnis von 103 bei Geiger-Müller-Zählern.
Die Erfindung bezweckt, die Verwendung von Scintillationszählern auch bei niedrigen Dosiergeschwindigkeiten zu ermöglichen, bei denen der hohe Dunkelstrom bisher diese Verwendung verhinderte.
Die Vorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die im Scintillationszähler erzeugten Impulse nacheinander einen Verstärker und einen Schwellendiskriminator durchlaufen, von denen letzterer zwei Ausgänge aufweist, und derart ausgebildet ist, dass er nur Impulse durchlässt, die einen bestimmten Schwellenwert überschreiten, welche Impulse über den einen Ausgang einem weiteren Verstärker zugeführt werden, während der andere Ausgang mit einem Impulsgenerator verbunden ist, welcher bei jedem vom Diskriminator durchgelassenen Impuls einen Impuls erzeugt, der praktisch die gleiche Spannungsoder Strom-Zeitfläche aufweist wie der vom Diskriminator unterdrückte Impulsteil, wobei diese Impulse mit den vom Diskriminator durchgelassenen Impulsteilen im weiteren Verstärker zusammengefügt und einem Indikator zugeführt werden.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 und Fig. 3-5 zeigen Oszillogramme, und
Fig. 2 zeigt die Teile der Vorrichtung in Blockform.
Fig. 6 zeigt Beispiele von zwei Impulsen sehr verschiedener Amplitude.
Fig. 7 zeigt das völlige Schaltbild einer beispielsweisen Vorrichtung nach der Erfindung.
Das Oszillogramm aus Fig. 1 ist ein Zählgeschwindigkeitsdiagramm, das eine Anzahl von Impulsen verschiedener Höhe aufweist, die den Dunkelstrom, dessen unregelmässiger Verlauf auffällt, übersteigen. Die veränderliche Stärke des Dunkelstromes kann auf schwache Impulse, also bei niedrigen Dosiergeschwindigkeiten, einen bedeutenden Einfluss ausüben.
In Fig. 2 sind 1 und 2 die Scintillationsröhre, von denen 1 der Phosphor und 2 eine Vervielfacherröhre mit photoelektrischer Kathode ist. Die Signale der Vervielfacherröhre 2 gehen zu einem Verstärker 3 und geraten in verstärkter Form in den Schwellendiskriminator 4. Dieser lässt Impulse durch, die grösser sind als ein bestimmter Wert, der Schwelle genannt wird und höher liegt als die Amplituden der Dunkelrotsignale.
Aus dem Schwellendiskriminator 4 wird ein Signal abgeleitet, das einen Impulsgenerator 5 bedient.
Jedesmal wenn in den Diskriminator 4 ein Signal kommt, das grösser ist als der Schwellenwert, so wird vom Generator 5 ein Impuls geliefert, dessen Inhalt gleich dem Teil des eintreffenden Impulses ist, der im Schwellendiskriminator 4 unterdrückt wird.
Dieser zusätzliche Impuls wird einem Sammelverstär ker 6 zugeführt und in ihm dem vom Diskriminator 4 durchgelassenen Teil des eintreffenden Impulses zugefügt. Die Impulse, die den Sammelverstärker 6 verlassen, entsprechen dann den eintreffenden Impulsen im Diskriminator 4, und der Einfluss der Anderungen des Dunkelstromes ist behoben.
Der Diskriminator 4 steuert den Generator 5, der ein monostabiler Multivibrator sein kann. Jeder Impuls, der höher ist als der Schwellenwert, verursacht eine Betätigung des Multivibrators, der dann einen Impuls liefert, der dem nicht vom Diskriminator durchgelassenen Teil A (Fig. 3) entspricht.
In den Fig. 4 und 5 sind diese zusätzlichen Impulse P den vom Diskriminator durchgelassenen Teilen der eintreffenden Impulse hinzugefügt. Der Durchschnittswert der Impulse kann an einem Messinginstrument 8 abgelesen werden. Man misst dann die Dosiergeschwindigkeit. Um die Strahlendosis zu messen, müssen die Impulse integriert werden, zu welchem Zweck das Glied 7 verwendet wird.
Fig. 6 a zeigt einen Impuls mit grosser Amplitude und Fig. 6 b einen Impuls mit kleiner Amplitude.
Die Zeitkonstante, die hauptsächlich durch die Abklingcharakteristik des Phosphors bestimmt wird, ist für beide Impulse gleich, so dass die Spitzenamplitude c in der Zeit t2 auf c2 abfällt. Ist der Impuls gross und übersteigt das Gebiet bcd das Schwellenniveau des Diskriminators, so lässt dieser diesen Teil des Impulses durch. Das Gebiet abde wird nicht vom Diskriminator durchgelassen. Für den kleinen Impuls aus Fig. 6 b gilt, dass der durchgelassene Teil des Impulses klein ist, aber dass das Gebiet, das unterhalb der Schwelle liegt, gleich gross ist, wodurch das Verhältnis zwischen den Gebieten in beiden Fällen ganz verschieden ist. Dadurch wird das Verhältnis zwischen den integrierten Impulsen als Funktion ihrer respektiven Amplituden nicht linear.
Fig. 7 zeigt eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung, mit der der obenbeschriebene Nachteil dadurch behoben wird, dass die vom Diskriminator durchgelassenen Impulse derartige Zusätze erhalten, dass die ursprünglichen Impulse wiederhergestellt werden.
In Fig. 7 ist ein Phosphor 1 optisch mit einer Vervielfacherröhre 2 gekoppelt. Die exponentiell abklingenden Impulse, die daraus erhalten werden, werden durch den Transistor 100 in der Schaltungsanordnung 3 verstärkt. Wenn grössere Verstärkung erwünscht ist, können mehrere Transistoren verwendet werden. Die verstärkten Impulse werden dem Schwellendiskriminator 4 zugeführt, der einen Transistor 101 in einer Ermitterfolgerschaltung aufweist, wobei der Basis des Transistors 101 eine elektrische Spannung zugeführt wird, die von der Ordnung von einigen hundert Millivolt sein kann. Die Eingangs impulse zur Diskriminatorschaltung 4 werden auch der Schaltung 5 zugeführt. Diese enthält die Transistoren 102 und 103, die in Form eines emittergekoppelten Multivibrators geschaltet sind vom Typ, der Schmidt-Kipp schaltungsanordnung genannt wird.
Die Eingangsempfindlichkeit des Kreises 5 wird durch das Potentiometer 104 auf einen derartigen Wert eingestellt, dass Impulse, die das Schwellenniveau des Diskriminators übersteigen, in diesem Kreis wirksam sind.
Die Schmidt-Kippschaltungsanordnung 5 wird normalerweise einen rechteckigen Impuls liefern, der dem Gebiet abt:, aus Fig. 6 entspricht. Durch einen Kondensator 105, der parallel zur Kollektorbelastung 106 geschaltet ist, wird erreicht, dass der genannte rechteckige Impuls während der Periode d bis e in Fig. 6 exponentiell abklingt, wobei die Zeit e im wesentlichen der Nachleuchtdauer des Phosphors 1 entspricht.
Das Ergebnis ist, dass für jeden vom Diskriminator 4 durchgelassenen Impuls bcd, der Impuls aus der Schmidt-Kippschaltungsanordnung 5 im wesentlichen eine Wellenform abde aufweist. Diese zwei Impulse werden jetzt im Verstärkerkreis 6 zusammengefügt, der einen Transistor 108 aufweist einer solchen Polarität, dass er jeden ganzen Impuls ace, dessen Spitze den Schwellenwert des Diskriminators 4 übersteigt, genau wiedergibt.
Der rekonstruierte Impuls wird der Schaltungsanordnung 7 zugeführt, die einen Emitterfolgertransistor 109 und einen Gleichrichtkreis mit Diode 110 und das Glättungsnetzwerk 111, 112, 113 aufweist.
Der Durchschnittswert der rekonstruierten Impulse nach Gleichrichtung wird mit einem normalen Gleichstromdrehspulinstrument 8 angezeigt.
Mittel zur Verlängerung der Impulse, z. B. eine Verzögerungsleitung, können in den Kreis 7 aufgenommen werden, um den Durchschnittswert des Gleichstroms, der dem Anzeigeinstrument 8 zugeführt wird, zu vergrössern und dadurch die Empfindlichkeit des Gerätes zu erhöhen, wenn die Dosiergeschwindigkeit sehr niedrig ist, d. h. wenn die Impulsfrequenz sehr niedrig ist.
Device for measuring the radiation dose and dosing speed with a scintillation counter
The invention relates to a device for measuring the radiation dose and dosing rates in the event of exposure to X-rays or gamma rays by means of a scintillation counter.
Scintillation counters have a relatively high dark current, and the disadvantage is that this current is not constant but rather irregular and differs for each tube over time and temperature. It is known to use scintillation counters for radiation measurements if the metering speed is sufficiently high, the disadvantage of the unfavorable dark current having less of an influence.
The advantage is then used that the ratio between the lowest and highest counting speeds is around 105, compared to a ratio of 103 for Geiger-Müller counters.
The aim of the invention is to enable scintillation counters to be used even at low metering speeds at which the high dark current has hitherto prevented this use.
The device according to the invention is characterized in that the pulses generated in the scintillation counter successively pass through an amplifier and a threshold discriminator, the latter of which has two outputs, and is designed in such a way that it only lets through pulses that exceed a certain threshold value, which pulses can be fed via one output to a further amplifier, while the other output is connected to a pulse generator, which generates a pulse with each pulse passed by the discriminator which has practically the same voltage or current-time area as the pulse part suppressed by the discriminator, these pulses are combined with the pulse parts let through by the discriminator in the further amplifier and fed to an indicator.
The invention is explained in more detail using the drawing, for example.
Figs. 1 and 3-5 show oscillograms, and
Fig. 2 shows the parts of the device in block form.
Fig. 6 shows examples of two pulses of very different amplitude.
Fig. 7 shows the complete circuit diagram of an exemplary device according to the invention.
The oscillogram from FIG. 1 is a counting speed diagram which has a number of pulses of different heights that exceed the dark current, the irregular course of which is noticeable. The variable strength of the dark current can have a significant influence on weak pulses, i.e. at low dosing speeds.
In Fig. 2, 1 and 2 are the scintillation tube, of which 1 is the phosphor and 2 is a multiplier tube with a photoelectric cathode. The signals from the multiplier tube 2 go to an amplifier 3 and get in amplified form into the threshold discriminator 4. This lets through pulses that are greater than a certain value, called the threshold, and are higher than the amplitudes of the dark red signals.
A signal that operates a pulse generator 5 is derived from the threshold discriminator 4.
Whenever a signal comes into the discriminator 4 that is greater than the threshold value, the generator 5 delivers a pulse, the content of which is equal to that part of the incoming pulse that is suppressed in the threshold discriminator 4.
This additional pulse is fed to a collecting amplifier 6 and added to the part of the incoming pulse that is let through by the discriminator 4. The pulses which leave the collecting amplifier 6 then correspond to the pulses arriving in the discriminator 4, and the influence of the changes in the dark current is eliminated.
The discriminator 4 controls the generator 5, which can be a monostable multivibrator. Each pulse which is higher than the threshold value causes the multivibrator to be actuated, which then delivers a pulse corresponding to part A (FIG. 3) not allowed through by the discriminator.
In FIGS. 4 and 5, these additional pulses P are added to the parts of the incoming pulses that are allowed through by the discriminator. The average value of the pulses can be read on a brass instrument 8. The dosing speed is then measured. In order to measure the radiation dose, the pulses must be integrated, for which purpose the member 7 is used.
FIG. 6 a shows a pulse with a large amplitude and FIG. 6 b shows a pulse with a small amplitude.
The time constant, which is mainly determined by the decay characteristics of the phosphor, is the same for both pulses, so that the peak amplitude c drops to c2 in time t2. If the impulse is large and the area bcd exceeds the threshold level of the discriminator, the discriminator lets this part of the impulse through. The area abde is not let through by the discriminator. For the small pulse from FIG. 6 b, the part of the pulse that is allowed to pass through is small, but that the area which lies below the threshold is of the same size, as a result of which the ratio between the areas is completely different in both cases. As a result, the relationship between the integrated pulses as a function of their respective amplitudes does not become linear.
7 shows a circuit arrangement according to the invention, with which the disadvantage described above is eliminated in that the pulses passed by the discriminator are given such additions that the original pulses are restored.
In FIG. 7, a phosphor 1 is optically coupled to a multiplier tube 2. The exponentially decaying pulses that are obtained therefrom are amplified by the transistor 100 in the circuit arrangement 3. If greater gain is desired, multiple transistors can be used. The amplified pulses are fed to the threshold discriminator 4, which has a transistor 101 in a detector follower circuit, the base of the transistor 101 being fed with an electrical voltage which can be of the order of a few hundred millivolts. The input pulses to the discriminator circuit 4 are also fed to the circuit 5. This contains the transistors 102 and 103 which are connected in the form of an emitter-coupled multivibrator of the type called the Schmidt-Kipp circuit arrangement.
The input sensitivity of the circuit 5 is set by the potentiometer 104 to such a value that pulses which exceed the threshold level of the discriminator are effective in this circuit.
The Schmidt flip-flop circuit arrangement 5 will normally deliver a rectangular pulse which corresponds to the area of FIG. A capacitor 105, which is connected in parallel with the collector load 106, ensures that the aforementioned rectangular pulse decays exponentially during the period d to e in FIG. 6, the time e essentially corresponding to the afterglow duration of the phosphor 1.
The result is that for each pulse bcd transmitted by the discriminator 4, the pulse from the Schmidt flip-flop circuit arrangement 5 essentially has a waveform abde. These two pulses are now combined in the amplifier circuit 6, which has a transistor 108 of such a polarity that it accurately reproduces every whole pulse ace whose peak exceeds the threshold value of the discriminator 4.
The reconstructed pulse is fed to the circuit arrangement 7, which has an emitter follower transistor 109 and a rectifying circuit with diode 110 and the smoothing network 111, 112, 113.
The average value of the reconstructed pulses after rectification is displayed with a normal direct current moving coil instrument 8.
Means for lengthening the pulses, e.g. B. a delay line, can be included in the circuit 7 in order to increase the average value of the direct current supplied to the indicating instrument 8 and thereby increase the sensitivity of the device when the dosing speed is very low, i.e. H. when the pulse frequency is very low.