DE10035914A1 - Strahlungsdetektor mit einer Absorptionskammer und mehreren Lawinenkammern - Google Patents

Abstract

Um eine gute Absorption der in dem Detektorgas eines Strahlungsdetektors, insbesondere eines Röntgendetektors, zu detektierenden Strahlung zu erhalten, ist der Detektor so ausgebildet, dass die Strahlung parallel zum Zähldraht in den Detektor eintritt, wodurch ein Absorptionsweg mit jeder gewünschten Länge geboten wird. Gemäß der Erfindung ist eine Anzahl Lawinenkammern 50 benachbart zur Absorptionskammer 46 angeordnet, wobei die Lawinenkammern einen relativ kleinen Querschnitt haben. Die Lawinenkammern sind in solcher Weise mit Gittern 54 versehen, dass mit Hilfe der Gitterspannung in der Lawinenkammer Ladungsvervielfachung auftreten kann. Wegen des relativ kleinen Querschnitts der Lawinenkammern wird eine Verbreiterung der zu detektierenden Stromimpulse verhindert. Außerdem wird wegen der relativ langen Absorptionskammer eine gute Strahlungsabsorption erhalten, und indem mehrere Lawinenkammern vorgesehen werden ist eine gute Detektionsrate möglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Strahlungsanalyse mit Hilfe von analysierender ionisierender Strahlung, mit einem Strahlungsdetektor zum Detektieren der analysierenden Strahlung, welcher Detektor umfasst:

• - eine mit Gas gefüllte Absorptionskammer zum Absorbieren der zu detektierenden Strahlung, welche Absorptionskammer mit einem in einer Wand der Absorptionskammer angebrachten Eintrittsfenster versehen ist, das für die zu detektierende Strahlung durchlässig ist, und
• - zumindest einen in der Gasatmosphäre befindlichen Zähldraht, in dem die Oberfläche des Eintrittsfensters quer zur Längsrichtung des Zähldrahtes steht. Zudem betrifft die Erfindung einen Strahlungsdetektor zur Anwendung in einem derartigen Gerät.

Ein Strahlungsdetektor zur Anwendung in einem derartigen Gerät wird in dem US-Patent Nr. 3.952.197 beschrieben. Der dort beschriebene Strahlungsdetektor umfasst eine mit Gas gefüllte längliche Kammer, deren Wand eine erste Elektrode bildet. Parallel zur Längsrichtung dieser Kammer ist in einer schlitzförmigen Aussparung in der Wand eine stab- oder drahtförmige zweite Elektrode angebracht. Zwischen den beiden Elektroden herrscht ein Spannungsunterschied, wodurch in der länglichen Kammer ein sehr inhomogenes elektrisches Feld vorliegt. Die längliche Kammer ist an beiden Enden mit quer zur Längsrichtung stehenden Endplatten verschlossen, in denen ein Eintrittsfenster angebracht ist, das für die zu detektierende Strahlung durchlässig ist.

Die zu detektierende Strahlung fällt durch das Eintrittsfenster in die mit Gas gefüllte Kammer, nahezu parallel zur Längsrichtung der Kammer. Die einfallende Strahlung wird von dem Gas in der länglichen Kammer absorbiert, wobei Ionisationen entstehen. Die genannte Kammer hat somit die Funktion einer Absorptionskammer. Die bei diesen Ionisationen gebildeten (positiven) Ionen werden von dem vorhandenen elektrischen Feld zur zweiten Elektrode gezogen, die folglich die Ionisationen, also die ionisierende Strahlung detektiert. Bei einigen bekannten Strahlungsdetektoren erfolgt die Detektion durch das Detektieren einzelner Stromstöße, die gezählt werden können. Aus diesem Grund wird die zweite Elektrode auch als Zähldraht bezeichnet.

Bei diesen bekannten Strahlungsdetektor findet keine Verstärkung des zu detektierenden Ionenstroms in dem Strahlungsdetektor selbst statt. Daher ist der zu messende Strom bei einer gegebenen Strahlungsintensität sehr klein, oder es ist eine sehr hohe Intensität erforderlich.

In Strahlungsdetektoren, wie diese nach dem Stand der Technik allgemein bekannt sind, wird das Problem eines zu schwachen Detektionsstroms durch Erzeugen eines Lawineneffektes gelöst, d. h. dass die bei der Ionisation ausgelösten Teilchen vor dem Zusammenstoßen mit einem anderen Gasteilchen infolge des elektrischen Feldes einer solchen Beschleunigung unterliegen, dass sie bei diesem Zusammenstoß eine weitere Ionisation bewirken; dieser Prozess wiederholt sich anschließend noch viele Male mit den bei den weiteren Ionisationen ausgelösten Teilchen. Schließlich erreicht die Lawine aus ausgelösten Teilchen den Zähldraht, in dem wegen der großen Zahl ein viel größerer Stromstoß erzeugt wird als bei einem einzigen Teilchen.

Strahlungsdetektoren, in denen der Lawineneffekt verwendet wird, haben jedoch den Nachteil, dass die Impulsform des Stromstoßes vom Ort abhängt, wo die Ionisation, d. h. der Anfang der Lawine, auftritt. Diese Erscheinung hat ihre Ursache in der Tatsache, dass in derartigen Strahlungsdetektoren ein großer Gasweg für die einfallenden Röntgenquanten erforderlich ist, damit die Wahrscheinlichkeit einer Ionisation groß genug wird, so dass in ausreichendem Maße Röntgendetektion erfolgen kann. Das bedeutet, dass Ionisationen sowohl nahe beim Zähldraht als auch relativ weit entfernt davon auftreten können. Eine Ionisation in der Gasatmosphäre des Detektors verursacht eine Wolke von Elektronen, deren Größe von der Energie, d. h. der Wellenlänge der zu detektierenden Röntgenstrahlung abhängt. Unter Einfluss des elektrischen Feldes in der Umgebung des Zähldrahtes bewegt sich diese durch Ionisation verursachte Wolke zu diesem Draht. Auf dem Weg zum Zähldraht werden die Elektronen dieser Wolke infolge gegenseitiger elektrischer Abstoßung auseinander getrieben, so dass außer Verstärkung des Stromimpulses durch das Gas auch eine Verbreiterung dieses Impulses auftritt. Daher hat eine Ionisation nahe beim Zähldraht einen spitzen Impuls zur Folge und tritt bei einer Ionisation weit vom Zähldraht entfernt wegen der genannten gegenseitigen Abstoßung eine Verbreiterung des Impulses auf. Weil der Ladungsinhalt des Impulses gleich bleibt, findet dabei in gleichem Maße eine Erniedrigung des Impulses statt. Daher kann es vorkommen, dass zwei breite, kurz aufeinander folgende Impulse nicht unterschieden werden, sondern von der Verarbeitungselektronik als ein einziger Impuls mit höherer Energie angesehen werden, was zu einer falschen Interpretation der Messungen führt. Diesem Problem kann begegnet werden, indem die Detektion eines zweiten Impulses innerhalb einer vorgegebenen Zeit nach einem ersten detektierten Impuls nicht zugelassen wird; diese vorgegebene Zeit muss dann gleich der längstmöglichen Impulsdauer gewählt werden. Hierdurch wird der Detektor jedoch viel langsamer und dauern Messungen entsprechend länger.

Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, einen Strahlungsdetektor der eingangs erwähnten Art zu verschaffen, mit dem Impulse von relativ großer Stromstärke erhalten werden, ohne dass das zu Lasten der Zählgeschwindigkeit des Strahlungsdetektors geht.

Hierzu ist das Gerät zur Strahlungsanalyse erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor weiterhin mit zumindest zwei an die Absorptionskammer grenzenden und damit in atmosphärischem Kontakt stehenden Lawinenkammern versehen ist, um eine Lawine aus ausgelösten Ladungsteilchen zu erzeugen, welche Lawinenkammern jeweils versehen sind mit:

• - einem in der Gasatmosphäre befindlichen Zähldraht,
• - einem in der Gasatmosphäre befindlichen, um den Zähldraht herum angebrachten Gitter,
• - wobei die Zähldrähte der Lawinenkammern nahezu zueinander parallel verlaufen.

Weil die Oberfläche des Eintrittsfensters quer zur Längsrichtung des Zähldrahtes steht, fällt die zu detektierende Strahlung in der Absorptionskammer nahezu parallel zum Zähldraht ein. Die Absorptionskammer kann innerhalb weiter Grenzen mit willkürlicher Länge (d. h. der Abmessung in der Richtung parallel zum Zähldraht, also der einfallenden Strahlung) hergestellt werden. Daher kann die Absorption der einfallenden Strahlung im Verhältnis dazu groß gemacht werden. Dabei kann der Abstand von der Ionisation zum Zähldraht ungefähr konstant und klein sein, ungeachtet des Abstandes vom Eintrittsfenster zum Ort der Ionisation. Die Gitter der Lawinenkammern sind bezüglich der Absorptionskammer elektrisch so eingestellt, dass eine in der Absorptionskammer gebildete Elektronenwolke sich in Richtung der Zähldrähte verlagern wird, ohne dass die Elektronen in dieser Wolke dabei in der Absorptionskammer eine Lawine von Ionisationen bewirken. Wegen des geringen Abstandes jeder Ionisation zum Gitter wird die Elektronenwolke während dieser geringen Verlagerung kaum auseinander getrieben werden, so dass in diesem Raum keine Impulsverbreiterung verursacht wird. Wenn die Elektronenwolke in den Raum zwischen dem Gitter und den Zähldrähten gelangt (also in die Lawinenkammer), bewirkt diese Wolke eine Lawine von Ionisationen. Dies wird dadurch verursacht, dass die Zähldrähte in den Lawinenkammern bezüglich der Gitter elektrisch so eingestellt sind, dass hierfür in der Lawinenkammer ein genügend starkes elektrisches Feld vorhanden ist. Für alle in die Lawinenkammer eintretenden Elektronen beginnt die Lawine also in nahezu dem gleichen Abstand vom Zähldraht. Aufgrund des Entwurfs der Lawinenkammer kann dieser Abstand genügend klein gewählt werden, um eine Verbreiterung des zu detektierenden Stromimpulses zu verhindern, so dass die Impulsdauer immer kurz ist und die Zählrate somit hoch sein kann.

Weil mehrere Lawinenkammern vorhanden sind, kann die maximale Zählrate des Detektors höher werden als bei nur einer Lawinenkammer. Diese Erhöhung wird dadurch verursacht, dass aufeinander folgende Ionisationen im Allgemeinen an unterschiedlichen Stellen in der Absorptionskammer stattfinden, wodurch die zugehörigen Elektronenwolken sich auch zu verschiedenen Lawinenkammern verlagern werden. Während eine Lawinenkammer infolge eines Stromimpulses einige Zeit für einen folgenden Impuls nicht zugänglich ist (die "Totzeit"), kann eine andere Lawinenkammer doch einen Impuls verarbeiten. Somit hat die Totzeit einen stark verringerten Einfluss auf die Zählrate des Detektors, und bei einer genügend großen Zahl Lawinenkammern kann dieser Einfluss sogar vernachlässigbar klein gemacht werden. Weiterhin kann wegen der gewählten Konstruktion einer Absorptionskammer, die von den Lawinenkammern getrennt ist, die Aufhängung der Zähldrähte so ausgeführt werden, dass das von diesen Drähten erzeugte Lawinenfeld in den Lawinenkammern eine Form hat, die nicht von dem Ort in der Längsrichtung abhängt, wo das Elektron in die Lawinenkammer eintritt. Dieser Ort beeinflusst somit die Form des zu detektierenden Stromimpulses nicht, so dass das Messergebnis dadurch nicht falsch interpretiert werden kann.

Bei mit Gas gefüllte Strahlungsdetektoren unterscheidet man sogenannte Durchflussdetektoren und geschlossene Detektoren. Der erstgenannte Typ wird vor allem bei langwelliger Röntgenstrahlung verwendet. Weil diese Art Strahlung in einem Röntgenfenster leicht absorbiert wird, verwendet man dabei ein sehr dünnes Eintrittsfenster, häufig aus Kunststofffolie. Weil solche Fenster das Detektorgas leicht durchlassen, wird ständig Gas zugeführt, worauf der Name dieser Detektoren zurückzuführen ist. Der letztgenannte Typ von Detektoren wird vor allem bei kurzwelliger Röntgenstrahlung verwendet, wobei diese Detektoren keine Gasverluste aufweisen und daher geschlossen sein können. Es sei bemerkt, dass die Erfindung auf beide Typen von Strahlungsdetektoren angewendet werden kann.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Gitter aus nahezu parallel zum Zähldraht verlaufenden Gitterdrähten. Mit dieser Konstruktion wird ebenfalls ein gleichmäßig entlang der Längsrichtung des Zähldrahtes verlaufendes Lawinenfeld erhalten und ist ein robustes, relativ schwingungsunempfindliches Spannen der Gitterdrähte möglich. Außerdem ist es möglich, den Lawinenkammern, für die die Gitterdrähte die Begrenzung bilden, in einfacher Weise eine gewünschte Form des Querschnittes zu geben.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung grenzen die Lawinenkammern direkt aneinander. Wenn die Lawinenkammern nicht aneinander grenzen würden, entstünden in der Absorptionskammer Gebiete, wo die elektrische Feldstärke nahezu gleich null wäre, so dass die durch Ionisation ausgelöste Elektronenwolke sich nicht in Richtung einer Lawinenkammer bewegen würde und somit nicht detektiert würde. Durch die genannte Maßnahme kann man erreichen, dass eine in der Absorptionskammer durch Ionisation entstandene Elektronenwolke immer in einer Lawinenkammer ankommt und somit detektiert wird. Die Detektionswahrscheinlichkeit wird dadurch erheblich vergrößert.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bilden die Lawinenkammern und die Absorptionskammer eine aneinander anschließende Packung. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass alle in der Absorptionskammer durch Ionisation entstandenen Elektronen immer in einer Lawinenkammer ankommen, wobei dennoch die Abmessungen des Detektors begrenzt bleiben können. Dies kann z. B. erreicht werden, indem man den Kammern einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt gibt. Aufgrund einer solchen kompakten Packung können die einzelnen Lawinenkammern begrenzte Abmessungen haben, was die oben beschriebenen Vorteile hinsichtlich der Form des zu detektierenden Stromimpulses hat, während dennoch ein großes Volumen an Lawinenraum erhalten wird. Die Gleichmäßigkeit des entlang der Längsrichtung des Zähldrahtes verlaufenden Lawinenfeldes wird durch die quadratische Form des Querschnitts der Lawinenkammern nicht beeinflusst. Die Rotationssymmetrie des Lawinenfeldes wird allerdings durch die genannte, beispielsweise quadratische Form ein wenig beeinflusst, so dass ein Elektron, das in einer Ecke des Quadrats eintritt, ein anderes Feld durchläuft als ein Elektron, dass in der Mitte einer Seite des Quadrats eintritt. Der Einfluss dieser Erscheinung kann jedoch für praktische Zwecke vernachlässigt werden, weil hauptsächlich das elektrische Feld in der direkten Umgebung des Zähldrahtes von Bedeutung ist. Dieses letzte Gebiet des Feldes wird von einer quadratischen Form der Lawinenkammer kaum beeinflusst.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente bezeichnen. Es zeigen:

Fig. 1 eine globale Wiedergabe eines an sich bekannten Gerätes zur Röntgenanalyse, in dem die Erfindung angewendet werden kann;

Fig. 2 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors in Längsrichtung;

Fig. 3 eine Vorderansicht, teils im Querschnitt, des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors.

Die Erfindung soll anhand einer Ausführungsform beschrieben werden, in der das Gerät zur Strahlungsanalyse von einem Gerät zur Röntgenanalyse gebildet wird, insbesondere einem Gerät zur Röntgendiffraktion. Darin hat die analysierende ionisierende Strahlung die Form von Röntgenstrahlung. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch auf andere Geräte zur Strahlungsanalyse angewendet werden kann, in denen die analysierende Strahlung die Form von ionisierender Strahlung hat. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines an sich bekannten Gerätes zur Röntgendiffraktion. Hierin ist auf einem Gestell 2 ein Goniometer 4 angebracht. Dieses Goniometer 4 kann mit einem Winkelcodierer zum Messen der Winkeldrehung der darauf montierten Röntgenquelle 7 und der ebenfalls darauf montierten Detektoreinrichtung 9 versehen sein. Das Goniometer ist außerdem mit einem Probenträger 8 versehen, auf dem eine Probe 10 angebracht ist. Für die Fälle, bei denen eine Messung der Winkeldrehung der Probe wichtig ist, kann auf dem Probenträger ein Winkelcodierer angebracht sein. Die Röntgenquelle 7 umfasst einen Halter 12 für eine in dieser Figur nicht wiedergegebene Röntgenröhre, die mit einem Befestigungsring 20 in dem Halter befestigt ist. Diese Röntgenröhre ist mit einem Hochspannungsstecker 15 versehen, mit dem die Hochspannung und der Heizstrom für die Röntgenröhre über das Hochspannungskabel 18 zugeführt werden. An der gleichen Seite der Röntgenröhre sind die Zu- und Abfuhrleitungen 22 und 24 für das Kühlwasser der Röntgenröhre angebracht. Der Röhrenhalter 12 ist weiterhin mit einer Austrittsöffnung für Röntgenstrahlung 44 und einer Einheit 16 zum Parallellisieren des Röntgenstrahlenbündels (einer Soller-Spalt-Einheit) versehen. Die Platten der Soller-Spalt-Einheit 16 stehen parallel zur Zeichenebene, so dass das von der Röntgenquelle 7 erzeugte Strahlungsbündel die Probe 10 mit einem in der Zeichenebene divergenten Bündel bestrahlt. Die Detektoreinrichtung 9 besteht aus einem Halter 26 für eine Soller-Spalt-Einheit, einem Halter 28 für einen Monochromatorkristall und einem Detektor 30. Die Platten der Soller-Spalt-Einheit im Halter 26 stehen ebenfalls parallel zur Zeichenebene. Wenn sowohl die Röntgenquelle als auch der Detektor um die Probe drehbar sind, ist es nicht notwendig, dass die Probe drehbar montiert ist. Es ist jedoch auch möglich, die Röntgenquelle fest zu montieren, was für große und schwere Röntgenquellen manchmal notwendig ist. In diesem Fall müssen sowohl der Probenträger als auch der Detektor drehbar sein.

Das Gerät zur Röntgendiffraktion, wie es in Fig. 1 wiedergegeben wird, ist weiterhin mit einer Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung der verschiedenen gemessenen Daten versehen. Diese Verarbeitungseinrichtung besteht aus einer Zentraleinheit 32 mit einer Speichereinheit 36 und einem Monitor 34 zur Präsentation der verschiedenen Daten und zur Wiedergabe des gemessenen und berechneten Ergebnisses. Die auf dem Goniometer 4 montierte Röntgenquelle 7, die Detektoreinrichtung 9 und der Probenträger 8 sind alle mit einer (nicht abgebildeten) Einheit zum Bestimmen der Winkelstellung des betreffenden Elementes in Bezug auf die Skaleneinteilung des Goniometers versehen. Ein Signal, das diese Winkelstellung wiedergibt, wird über Verbindungsleitungen 38-1, 38-2 und 38-3 zur Zentraleinheit 32 übertragen.

In Fig. 1 wird ein sogenannter Bragg-Brentano-Aufbau wiedergegeben, was bedeutet, dass die von einem einzelnen Punkt ausgehenden Röntgenstrahlen nach der Reflexion an der Probe 10 wieder in einem Punkt fokussiert werden, wenn die Oberfläche der Probe einen durch den Ausgangspunkt und den Brennpunkt verlaufenden Kreis berührt. Die Probe 10 wird mit aus der Röntgenquelle 7 stammender Röntgenstrahlung bestrahlt. In dieser Röntgenquelle ist schematisch eine Anode 40 wiedergegeben, die Teil der in dieser Figur nicht weiter wiedergegebenen Röntgenröhre ist. In der Anode 40 wird die Röntgenstrahlung auf übliche Weise erzeugt, indem diese Anode mit hochenergetischen Elektronen bestrahlt wird. Dadurch wird in der Anode Röntgenstrahlung 42 erzeugt, die durch das Röntgenfenster 44 austritt. In dem Aufbau nach Fig. 1 wird der genannte Punkt, von dem aus die Röntgenstrahlen ausgehen, nicht von einem einzelnen Punkt gebildet, sondern von einer Brennlinie 41 auf der Anode, die senkrecht zur Zeichenebene steht. Der genannte Brennpunkt wird vom Punkt 43 des die Probe verlassenden Strahlenbündels 45 am Ort des Eingangs des Detektors 30 gebildet, wo die Strahlen dieses Strahlenbündels sich vereinigen. Dadurch hat dieser Aufbau nur in der Zeichenebene eine fokussierende Wirkung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Strahlungsdetektor in Längsrichtung. Der Detektor 30 besteht im Wesentlichen aus zwei Kammern, einer Absorptionskammer 46 und einer Lawinenkammer 50. Die zu detektierende Röntgenstrahlung tritt über einen Detektor-Kollimator 56 in den Detektor 30 ein, der in diesem Beispiel aus einem Stapel von parallelen Platten aus Röntgenstrahlung absorbierendem Material besteht, zwischen denen sich Spalte befinden. Mit diesem Kollimator wird Strahlung, die nicht aus dem Analysekristall stammt oder die nicht die richtige Richtung hat, ausgefiltert. Der Kollimator 56 liegt gegen das Röntgenstrahlung durchlassende Eintrittsfenster 48 an, das das Innere des Detektors gasdicht von der Umgebung abschließt. Die Absorptionskammer 46 ist mit einem Gas gefüllt, das durch die einfallende Röntgenstrahlung ionisiert werden kann, z. B. Argon oder Xenon, die eine Ionisationsenergie in der Größenordnung von 25 eV bis 30 eV haben.

Unmittelbar angrenzend an die Absorptionskammer 46 befindet sich die Lawinenkammer 50. Diese Lawinenkammer steht mit der Absorptionskammer in atmosphärischem Kontakt, d. h. dass in der Absorptionskammer 46 ausgelöste geladene Teilchen sich durch die Gasfüllung der beiden Kammern hindurch frei zur Lawinenkammer 50 bewegen können. Die Lawinenkammer 50 wird von der Absorptionskammer 46 durch ein Gitter getrennt, das in diesem Beispiel aus einer Anzahl paralleler Gitterdrähte 54 besteht. Diese Gitterdrähte umgeben einen Zähldraht 52 zum Teil, wie in Fig. 3 deutlicher wiedergegeben ist.

Das Gehäuse der Absorptionskammer 46 liegt auf Erdpotential. Die Gitterdrähte 54 sind in Bezug auf das Gehäuse auf eine Spannung in der Größenordnung zwischen +200 V und +500 V eingestellt, z. B. + 300 V, während der Zähldraht auf eine Spannung in der Größenordnung von z. B. 2 kV eingestellt ist. Die Zufuhr der Spannung zum Zähldraht 52 erfolgt von einer nicht wiedergegebenen Speisequelle aus über einen in einer isolierenden Durchführung 58 angebrachten leitenden Träger 60.

Ein in die Absorptionskammer 46 einfallendes Röntgenquant kann in dieser Kammer eine Anzahl Ionisationen des Gases bewirken, bei denen jeweils ein Elektron und ein positiv geladenes Ion gebildet werden. Die Anzahl Ionisationen pro Röntgenquant hängt von der Wellenlänge der Strahlung ab, also von der Energie des Quants. Der Detektor ist somit ein sogenannter energiedispersiver Detektor, d. h. dass der Detektor ein Signal abgibt, das zur Energie der detektierten Röntgenquanten proportional ist. Die bei der Ionisation gebildeten Elektronen bewegen sich unter dem Einfluss des von den Gitterdrähten 54 gebildeten elektrischen Feldes durch die Absorptionskammer in einer Richtung, die nahezu senkrecht zu den Gitterdrähten steht. Auf diese Weise ist bei einem willkürlich großen Absorptionsweg (d. h. dem Abstand der Ionisation bis zum Eintrittsfenster 48) der zurückzulegende Weg für die bei der Ionisation gebildeten Elektronen in Bezug auf den Absorptionsweg für alle Elektronen klein, ungeachtet der Länge des Absorptionsweges.

Sobald das Elektron am Ort der Gitterdrähte 54 angelangt ist, wird seine Bewegung durch das elektrische Feld bestimmt, das durch den Spannungsunterschied zwischen den Gitterdrähten 54 und dem Zähldraht 52 bewirkt wird. Dieses letztgenannte Feld ist viel stärker als das Feld in der Absorptionskammer 46, weil der Abstand von den Gitterdrähten 54 zum Zähldraht 52 kleiner ist als der Abstand von den Gitterdrähten 54 zur Wand der Absorptionskammer 46 und weil die Spannung zwischen den Gitterdrähten 54 und dem Zähldraht 52 viel höher ist als die zwischen den Gitterdrähten 54 und der Wand der Kammer 46. Infolge des starken Feldes in der Lawinenkammer 50 bewirkt ein in die Kammer eintretendes Elektron immer neue Ionisationen, welch Lawineneffekt eine Vervielfältigung von Ladungsträgern um einen Faktor in der Größenordnung 103 bis 104 zur Folge hat. Die durch den Lawineneffekt verursachte Wolke von Elektronen trifft schließlich auf den Zähldraht 52 und bewirkt dort einen Stromimpuls, der ausreichend stark ist, um leicht detektiert zu werden.

Unabhängig davon, wo in der Längsrichtung des Detektors (d. h. in der Richtung der Gitterdrähte 54 und des Zähldrahtes 52) die Ionisation eines Gasteilchens erfolgt, wird die Lawinenbildung immer in nahezu gleicher Weise ablaufen, weil das ionisierende Elektron elektrisch gesehen immer in der gleichen Umgebung in die Lawinenkammer eintritt und dort den gleichen Abstand zum Zähldraht 52 antrifft. Dies wird durch die Art der Befestigung des Zähldrahtes 52 und der Gitterdrähte 54 erreicht. Der Zähldraht 52 ist mit einem Ende an einem Isolator befestigt und mit dem anderen Ende am Eingang der (nicht abgebildeten) Signalverarbeitungselektronik. Die Gitterdrähte sind an beiden Enden leitend an der erforderlichen Gitterspannung befestigt. In Fig. 2 ist zu erkennen, dass diese Befestigungsstellen von der Absorptionskammer 46 abgeschirmt sind, so dass diese Befestigungsstellen von den Stellen, wo die Ionisationen erfolgen, nicht sichtbar sind. Eventuell von dieser Befestigung verursachte Feldverformungen werden dann doch nicht von den die Lawine bildenden Elektronen wahrgenommen. Abgesehen von statistischen Schwankungen, die dem Ionisations- und Lawinenprozess eigen sind, liefern alle Ionisationen infolge von Röntgenquanten von gleicher Energie dann im Zähldraht die gleichen Stromimpulse.

Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht, teils im Querschnitt, des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors 30. In dieser Figur wird im oberen Teil das Gehäuse der Absorptionskammer 46 wiedergegeben, wobei auch die Vorderseite des Kollimators 56 sichtbar ist. Unter dem genannten Gehäuse ist ein Schnitt durch drei Lawinenkammern 50-1, 50-2 und 50-3 dargestellt, jeweils mit ihrem eigenen Zähldraht 52-1, 52-2, 52-3 und Gitterdrähten 54-1, 54-2, 54-3. Die drei Lawinenkammern 50-i sind von der Absorptionskammer 46 durch die drei Sätze Gitterdrähte 54-I getrennt, wobei die Gitterdrähte die Zähldrähte 52-i nicht vollständig umgeben. Die Unterseiten der Lawinenkammern 50-I, ebenso wie auf Wunsch Zwischenwände zwischen diesen Kammern, können aus einer leitenden Platte gebildet sein, weil in dieser Konfiguration ja keine Elektronen aus der Richtung dieser Platte in die Lawinenkammern gelangen können. Die Gitter 54-i werden von einem leitenden Träger 62 an ihrem Platz gehalten. Durch die wiedergegebene Anordnung der drei Lawinenkammern in Bezug auf die Absorptionskammer werden die durch Ionisation in der Absorptionskammer gebildeten Elektronen in Richtung der Lawinenkammern getrieben, so dass, im Vergleich zu der Situation mit einer einzelnen Lawinenkammer, dadurch eine höhere maximale Zählrate erreicht wird.

Obwohl die Begrenzung der Lawinenkammern 50-i durch die Gitter in Fig. 3 zum Teil rund wiedergegeben worden ist, ist es gut möglich, diese Gitter mit einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auszuführen. Wenn alle Lawinenkammern einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt haben, kann der gesamte Raum um die Absorptionskammer 46 herum mit an sich relativ kleinen Lawinenkammern aufgefüllt werden, so dass damit alle durch Ionisation gebildeten Elektronen detektiert werden können, ohne dass dabei die Lawinenkammer(n) zu große Abmessungen zu haben brauchen, wodurch die Dauer der zu detektierenden Stromimpulse zu groß werden würde.

Claims (7)

1. Gerät zur Strahlungsanalyse mit Hilfe von analysierender ionisierender Strahlung, mit einem Strahlungsdetektor (30) zum Detektieren der analysierenden Strahlung, welcher Detektor umfasst:

• - eine mit Gas gefüllte Absorptionskammer (46) zum Absorbieren der zu detektierenden Strahlung, welche Absorptionskammer mit einem in einer Wand der Absorptionskammer angebrachten Eintrittsfenster (48) versehen ist, das für die zu detektierende Strahlung durchlässig ist, und
• - zumindest einen in der Gasatmosphäre befindlichen Zähldraht (52), in dem die Oberfläche des Eintrittsfensters (48) quer zur Längsrichtung des Zähldrahtes (52) steht,

dadurch gekennzeichnet,

• - dass der Strahlungsdetektor (30) weiterhin mit zumindest zwei an die Absorptionskammer (46) grenzenden und damit in atmosphärischem Kontakt stehenden Lawinenkammern (50-i) versehen ist, um eine Lawine aus ausgelösten Ladungsteilchen zu erzeugen, welche Lawinenkammern (50-i) jeweils versehen sind mit:
• - einem in der Gasatmosphäre befindlichen Zähldraht (52-i),
• - einem in der Gasatmosphäre befindlichen, um den Zähldraht (52-i) herum angebrachten Gitter (54-i),
• - wobei die Zähldrähte (52-i) der Lawinenkammern (52-i) nahezu zueinander parallel verlaufen.

2. Gerät zur Strahlungsanalyse nach Anspruch 1, wobei das Gitter (54) aus nahezu parallel zum Zähldraht verlaufenden Gitterdrähten besteht.

3. Gerät zur Strahlungsanalyse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lawinenkammern (50-i) direkt aneinander grenzen.

4. Gerät zur Strahlungsanalyse nach Anspruch 3, wobei die Lawinenkammern und die Absorptionskammer eine aneinander anschließende Packung bilden.

5. Gerät zur Strahlungsanalyse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses Gerät von einem Röntgendiffraktionsgerät gebildet wird.

6. Gerät zur Strahlungsanalyse nach einem der Ansprüche 1-4, wobei dieses Gerät von einem Röntgenfluoreszenzgerät gebildet wird.

7. Strahlungsdetektor zum Detektieren von ioniserender Strahlung wie in einem der Ansprüche 1-4 definiert.