DE1005743B - Verfahren zur Messung der Dicke von Auflagen aus Metall oder anderen Werkstoffen mittels einer Betastrahlenquelle - Google Patents

Verfahren zur Messung der Dicke von Auflagen aus Metall oder anderen Werkstoffen mittels einer Betastrahlenquelle

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DE1005743B DEF20003A DEF0020003A DE1005743B DE 1005743 B DE1005743 B DE 1005743B DE F20003 A DEF20003 A DE F20003A DE F0020003 A DEF0020003 A DE F0020003A DE 1005743 B DE1005743 B DE 1005743B
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Pierre Martinelli
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Description

DEUTSCHES
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Dicke von Auflagen aus Metall oder anderen Werkstoffen mittels einer Quelle von Betastrahlen, d. h. von Elektronen mit großer Geschwindigkeit.
Sie bezweckt inisbesondere die Ermöglichung der Benutzung einer sehr vereinfachten Apparatur für die Messung derartiger Dicken.
Die zerstörungsfreie Messung von. Schichtdicken ist insbesondere für Metallauflagen sehr wichtig. Sie ist im allgemeinen für Auflagen von nicht ferromagnetischen Metallen auf ebenfalls nicht ferromagnetischen Grundstoffen schwierig.
Es sind bereits zahlreiche Verfahren zur Messung der Dicke dieser Auflagen bekannt, und 'es sind bereits magnetische., chemische, mechanische, optische, mikroskopische, spektroskopische und radioaktive (mit Röntgenstrahlen oder radioaktiven Elementen) Verfahren beschrieben worden. Jedes dieser Verfahren besitzt ein sehr beschränktes Anwendungsgebiet, wodurch ihr Interesse stark vermindert wird. Außerdem erfordern die Messungen mit Röntgenstrahlen eine kostspielige Apparatur. Schließlich sind die Messungen mit Betastrahlen nur anwendbar, wenn ein erheblicher Unterschied zwischen der Atomnummer des Grundelements und der des die Auflage bildenden Metalls vorhanden ist.
Es ist bereits ein Verfahren zur Schichtdickenmessung bekannt, bei dem die zu messende Schicht einer Strahlung ausgesetzt wird, die beispielsweise einem radioaktiven Isotop entstammen kann. Anschließend wird die in die Meßkammer einfallende, von der Schicht zurückgeworfene Röntgenstrahlung bezügliah ihres gesamten Frequenzbereiches gemessen und durch Bestimmung der Rückstrahlintensität auf die Dicke der Schicht geschlossen.
Gegenstand der Anmeldung ist ein Verfahren zur Messung der Dicke von Auflagen aus Metall oder anderen Werkstoffen, bei dem ebenfalls die Auflage, deren Dicke gemessen werden soll, mit Elektronen großer Energie, z. B. mit einem radioaktiven Isotop entstammender Betastrahlung, bestrahlt wird. Gemäß der Erfindung wird nach Filterung durch einen die von der Auflage zurückgestreuten Betastrahlen absorbierenden Schirm eine für den die Auflage bildenden Werkstoff charakteristische Röntgenlinie festgestellt, und dann werden die dieser Röntgenlinie und den in einem schmalen Band um diese Linie herum liegenden Strahlungen entsprechendenEnergien (oder Frequenzen) ausgewählt. Aus der Stärke dieser Röntgenlinie wird die Dicke der Auflage bestimmt.
Die Dicke der zu messenden Schicht muß kleiner als der größte Weg sein, welchen die Betastrahlen in dem diese Schicht bildenden Werkstoff durchlaufen können. Für große Dicken wird dieser mögliche
Verfahren zur Messung der Dicke
von Auflagen aus Metall
oder anderen Werkstoffen
mittels einer Betastrahlenquelle
Anmelder:
Commissariat ä l'Energie Atomique
Administration d'Etat frangaise, Paris
Vertreter: Dr. phil. W. P. Radt, Patentanwalt,
Bochum, Heinrich-König-Str. 12
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 12. April 1955
Pierre Martinelli, Paris,
ist als Erfinder genannt worden
längste Weg durch Benutzung von sehr harten Betastrahlen vergrößert, während für geringe Dicken eine weniger kräftige Strahlung benutzt wird, was außerdem die Vergrößerung der Empfindlichkeit der Vorrichtung ermöglicht.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.
Fig. 1 zeigt das Prinzipschema einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung der Dicke von Metallauflagen;
Fig. 2 zeigt das Spektrum der Röntgenstrahlung, welche einerseits von dem Grundmetall und andererseits von dem mit seiner Auflage versehenen Grundmetall ausgesandt wird;
Fig. 3 zeigt ein Beispiel der Kurve, welche für eine gegebene Metallauflage die von dem Apparat in Abhängigkeit von der Dicke ■ der Auflage gemessene Aktivität angibt.
In dem Schema der Fig. 1 wird das Muster mit einer Metallauflage, deren Dicke zu messen ist, durch eine Grundplatte 1 mit einer Metallauflage 2 gebildet. Die Anordnung liegt auf einem Halter 3.
Erfindungsgemäß wird eine Quelle 4 von Betastrahlen auf der die Metallauflage 2 tragenden Seite der Probe in die Nähe derselben gebracht.
In dem bevorzugten Fall, ·ϊη welchem als Strahlenquelle 4 ein radioaktives Isotop benutzt wird, wird dieses in einen Zylinder 5 aus einem leichten Werk-
609 867/188

Claims (7)

  1. 3 4
    stoff, ζ. B. Aluminium oder einem die Strahlung Diese Aktivität ist erheblich stärker als die ent-
    aushaltenden plastischen Werkstoff, eingeschlossen, sprechende Aktivität der Unterlage allein und hängt
    welcher seinerseits in einem Schutzbehälter 6 unter- von der Dicke der Auflage ab.
    gebracht wird. Da die Art der Auflage häufig bekannt ist, ist auch : Man kann natürlich auch eine andere Quelle von 5 die Energie (oder Frequenz) einer charakteristischen Betastrahlen als ein radioaktives Isotop benutzen, Röntgenlinie derselben bekannt, was die Auswahl z. B. eine Glühkathode. erleichtert. Der Wähler kann auch auf eine bestimmte Die - durch- die Pfeile 7 dargestellte, von der Linie fest eingestellt werden, wenn eine Meßreihe an Quelle 4 ausgesandte Betastrahlung bestrahlt die gleichartigen Auflagen ausgeführt wird. Metallauflage 2, welche eine durch die welligen io Fig. 3 zeigt die Form der Kurve, welche für eine Pfeile 8 dargestellte Röntgenstrahlung aussendet. gegebene Unterlage mit einer gegebenen Metallauflage Die -Röntgenstrahlung 8 wird erfindungsgemäß von die von dem Gerät in Abhängigkeit von der Dicke der einem Photomultiplikator 9 aufgefangen und ver- Auflage gemessene Aktivität angibt. Diese Kurve stärkt, welcher durch eine stabilisierte Hoch- wurde dadurch erhalten, daß als Ordinaten die Spannungsquelle 12 gespeist wird und insbesondere 15 Aktivität der Röntgenstrahlung und als Abszissen die mit einem Kristall 10 aus mit Thallium aktiviertem Dicke der Auflage aufgetragen wurden. Natriumjodid versehen ist. Die Kurve der Fig. 3 wurde z. B. durch Versuche In den .Weg der Röntgenstrahlen ist vor dem erhalten, bei welchen eine Kupferplatte mit einer Photomultiplikator 9 ein Schirm 11 aus einem Goldauflage veränderlicher Dicke benutzt wurde. Die leichten Werkstoff (z. B. einem plastischen Werkstoff, 20 Betastrahlenquelle wurde durch Strontium 90 gebildet, Aluminium, Beryllium) eingeschaltet, welcher die dessen Halbwertzeit 25 Jahre beträgt. Es befand sich Betastörstrahlen zurückhält, welche von der Bremsung in einem Aluminiumzylinder, welcher seinerseits in der die einfallenden Betastrahlen bildenden Elek- einem Wismutbehälter untergebracht war. Als Antronen und der Rückstreuung derselben an der Metall- zeigegerät wurde ein Photomultiplikator mit einem auflage 2 und den umgebenden Gegenständen her- 25 durch Thallium aktivierten Natriumjodidkristall berühren, nutzt. Das Eingangsfilter bestand aus einem plasti-An dem Ausgang des Photomultiplikators 9 ge- sehen Werkstoff. Der Kanal des Wählers hatte eine statten ein Verstärker 13, ein Einkanalwähler 14 und Breite von 10 Kiloelektron-Volt. Das Gerät enthielt Zählmittel 15 die Verstärkung der der Strahlung des noch einen Integrator und ein elektronisches Redie Auflage 2 bildenden Metalls entsprechenden 30 gistrierpotentiotneter.
    Intensitäten bzw. die Trennung der Energien und die Die Kurve der Fig. 3 betrifft gerade dieses letztere Ermittlung der Dicke der Auflage aus der Intensität Beispiel. Die als Ordinate aufgetragene Aktivität derselben. wurde in Impulsen je Minute gezählt. Die als Abszisse Die Mittel 15 zur Zählung der Intensitäten oder aufgetragene Dicke der Auflage ist in Mikron anAktivitäten- (d. h. der in der Zeiteinheit empfangenen 35 gegeben.
    Zahl von Impulsen oder Stoßen) können z. B. durch Natürlich hat das obige Verfahren zur Messung ein Zählgerät oder auch durch einen Integrator ge- der Dicke von Metallauflagen mit Hilfe von Betabildet werden, welcher die Summierung der ver- strahlen ganz allgemeine Bedeutung. Es kann für eine schiedenen dem von dem Wähler 14 ausgewählten beliebige Metallauflage, eine beliebige Betastrahlen-Band entsprechenden Aktivitäten vornimmt. Es wird 40 quelle und beliebige Mittel zur Feststellung der zweckmäßig ein Gerät vorgesehen, welches eine un- charakteristischen Röntgenlinie dieses Metalls und mittelbare Ablesung der Dicke der Auflage 2 ge- zur Trennung der entsprechenden Energien (oder stattet. Frequenzen) benutzt werden.
    Der Vergleich mit einem Normal gestattet die Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Beperiodische Prüfung der Einstellung des Meßgeräts +5 nutzung einer bemerkenswert vereinfachten Apparatur und erforderlichenfalls seine Nachstellung. und von radioaktiven Strahlungsquellen mit langer Auf Fig. 2 ist das Spektrum der aufgefangenen Halbwerteeit. Es gestattet ferner die praktisch voll-Röntgenstrahlung dargestellt, wobei als Ordinaten die ständige Unterdrückung der Störstrahlung, welche Aktivitäten in dem durch den Wähler 14 bestimmten von der Bremsung der die Betastrahlung bildenden Kanal (oder Band) aufgetragen sind, wenn dieser den 50 Elektronen und ihrer Rückstreuung in dem Versuohsganzen Energiebereich (oder Frequenzbereich) der stück und den umgebenden Gegenständen herrührt. Röntgenstrahlen abtastet, während die Energien
    (oder Frequenzen) als Abszissen aufgetragen sind. Patentansprüche:
    Die Kurve yi betrifft die von der Unterlage allein
    reflektierte oder gebremste Strahlung, während die 55 1. Verfahren zur Messung der Dicke einer
    Kurve B sich auf die gleiche Strahlung bei Vor- Auflage aus Metall oder einem anderen Werkstoff,
    handensein einer Metallauflage auf der Unterlage bei dem die Auflage, deren Dicke gemessen werden
    bezieht. soll, mit Hilfe von Elektronen bestrahlt wird,
    Zur Zeichnung dieser Kurven werden zunächst mit welche eine Betastrahlung mit einer für die
    dem Kanal des Wählers 14 nacheinander alle Energien 60 Durchdringung dieser Dicke genügenden Energie
    (oder Frequenzen) der aufgefangenen Röntgenstrahlen bilden und vorzugsweise von einem radioaktiven
    abgetastet, wobei eine oder mehrere charakteristische Isotop herstammen, dadurch gekennzeichnet, daß
    Röntgenlinien der Auflage erscheinen, welche gegen- nach Filterung durch einen die von der Auflage
    über dem gleichmäßigen Grund eine verhältnismäßig rückgestreuten Betastrahlen absorbierenden Schirm
    starke Aktivität haben. 65 eine für den die Auflage bildenden Werkstoff
    Man wählt dann eine dieser Linien und gabelt sie charakteristische Röntgenlinie festgestellt wird,
    mit dem Band (oder Kanal) des Wählers 14 ein. worauf die dieser Röntgenlinie und den in einem
    Hierauf mißt man die Aktivität dieses Bandes, welche schmalen Band um diese Linie herum liegenden
    in Fig. 2 durch die schraffierte Zone der Kurve B Strahlungen entsprechenden Energien (oder Fre-
    dargastellt ist. 70 quenzen) ausgewählt werden und die Dicke der
    Auflage aus der Stärke dieser Röntgenlinie bestimmt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Betastrahlenquelle ein radioaktives Isotop benutzt wird, welches in einem Zylinder (5) aus einem leichten Werkstoff, z. B. Aluminium oder einem die Strahlung aushaltenden plastischen Werkstoff, enthalten ist, welcher seinerseits in einem Behälter (6), z. B. aus Wismut, untergebracht ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zurückhaltung der Betastörstrahlung oder der von der Auflage rückgestreuten Betastrahlung auf dem Weg der von der Auflage (2) ausgesandten Röntgenstrahlung (8) ein Schirm (11) aus einem leichten Werkstoff (plastischer Werkstoff, Aluminium, Beryllium) angeordnet wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Auflage ausgesandte Röntgenstrahlung mittels eines Photomultiplikators (9) festgestellt wird, welcher insbesondere durch eine stabilisierte Hochspannungs-
    quelle (12) gespeist wird und z. B. mit einem Kristall (10) versehen ist, welcher vorzugsweise durch durch Thallium aktiviertes Natriumiodid gebildet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des auf die Röntgenstrahlen ansprechenden Geräts ein Verstärker (13), ein Einkanalwähler (14) für die Energie (oder die Frequenz) und Zählmittel (15) zur Zählung der bestimmten Energien oder Energiebänder der Röntgenstrahlen entsprechenden Aktivitäten angeordnet werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählung durch einen Integrator erfolgt.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählung durch ein Gerät mit unmittelbarer Ablesung erfolgt, z. B. ein elektronisches Registrierpotentiometer.
    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 72, 1952, Nr. 16, . 945 und 946.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    © 609 867/188 3.
DEF20003A 1955-04-12 1956-04-10 Verfahren zur Messung der Dicke von Auflagen aus Metall oder anderen Werkstoffen mittels einer Betastrahlenquelle Pending DE1005743B (de)

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