DE1018168B - Messkammer fuer weiche Roentgenstrahlen und Vorrichtung mit einer solchen Messkammer - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die. Erfindung' bezieht sich auf eine Meßkammer für Röntgenstrahlen, die aus einer Hülle besteht, dia einen mit strablenabsoirbierendem ionisier barem Gas gefüllten Raum umschließt, in dem Elektroden vorgesehen¹ sind. Bed der Durchführung' von. Messungen wird ednei elektrische Spannung zwischen die Elektroden gelegt. Die Hülle besitzt ein, Fenster, das Röntgenstrahlen in möglichst geringem Maße absorbiert und meist aus Glimmer oder Beryllium hergestellt ist. ίο

Eine derartige Meißkammer ist im Gebiete der Röntgenstrahlung¹ mit Wellenlängen größer als etwa 1,5 Ä nicht gut brauchbar, weil das Fenster zu viel Strahlen absorbiert. Dadurch ergaben sich Schwierigkeiten beim Messen der Fluoireszenzstrahlung voni Elementen, aus- dem periodischen System, deren: Ordnungszahl geringer als 20' ist. Die charakteristische Fluoreszeinzstrahlung des Elementes Kalzium mit der Ordnungszahl 20 ist bereits 3 Ä. Es gibt unzählige Verbindungen, dieses Elementes mit anderen Stoffen. Dies gilt auch für Natrium,, Magnesium, Aluminium, Silizium, Phosphor, Schwefel und Kalium, deren Ordnungszahlen! niedriger als 20 sind. Sehr viele Gl as arten, enthalten Silizium und Natrium, während Zement in unterschiedlichem Arten Natrium, Magnesium,, SiIizium und Kalzium enthält. Legierungen, in denen Aluminium verarbeitet ist, werden in, ausgedehntem Umfang für technische Zwecke angewandt. Die Untersuchung der Zusammensetzung· von Stoffen mit Hilfe von Röntgenstrahlen zum Nachweis der im Stoff vorhandenen Elemente und zur Messung der Mengen jedes dieser Elemente ist somit nicht vollständig, wenn ein oder mehrere Bestandteile nicht oder nicht genau genug ermittelt werden können.

Bei einer üblichen Vorrichtung zum Durchführen, dieser Untersuchungen wird die charakteristische Fluoreszenzstrahlung benutzt, die jedes Element bei Bestrahlung mit Röntgenstrahlen hinreichender Intensität abstrahlt. Ein Teil der erzeugten Strahlung fällt auf einen; drehbar angeordneten Kristall, wodurch die Strahlung in die verschiedenen in. ihr enthaltenem Wellenlängen zerlegt wird. Eine an richtiger Stelle angeordnete Meßkammer ermöglicht es, die Intensität und die Wellenlänge der unterschiedlichen, Bestandteils zu messeni, wenn die Strahlung in hinreichendem Maße in die Meßkammer eindringt. Deshalb ist eis wichtig, daß Strahlen, deren Wellenlänge größer als der bereits erwähnte Wert ist, möglichst wenig absorbiert werden, bevor sie die Meßkammer erreicht haben. Sie werden in Luft verhältnismäßig stark absorbiert und zur besseren Anpassung der Vorrichtung an dia erwähnte Untersuchung kann sie als Ganzes in einer¹ Hülle angeordnet werden, die entlüftet oder mit einem Gas mit einem niedrigeren Absorptionskoeffizientem als Luft, Meßkammer für weiche Röntgenstrahlen und Vorrichtung mit einer solchen

Meßkammer

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Januar 1956

Charles Franklin Hendee, Hartsdale, N. Y.,

und Samuel Fine, New York, N. Y. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

beispielsweise Helium, gefüllt wird. Bei der Verwendung von Helium unter Atmosphärendruck wird, die Fluoreszenzstrahlung von Aluminium auf einem Abstand von 30 cm zu 85 °/o hindurchgelassen.

Die wichtigste: Ursache¹ der Schwächung der Strahlung ist die im Fenster der Meßkammer erfolgende Absorption. Ausgedehnte Versuche haben gezeigt, daß es· unmöglich ist, ausreichend dünne und dennoch luftdichte Fenster herzustellen zur Erhöhung der Durchlässigkeit auf ein brauchbares Maß. Das Fenster kann jedoch nicht fortgelassen werden, weil das strahl en absorbieirende Gas in dar Meßkammer von dem für die Strahlung gut durchlässigen Gas im Raum zwischen dem Gegenstand und der Meßkammer getrennt sein muß.

Die Erfindung bezwackt, diese Nachteile zu vermeiden. Gemäß der Erfindung ist die Meßkammer dadurch für weiche Röntgenstrahlen geeignet gemacht, daß diei Dicke des Fensters geringer als die kleinste Abmessung ist, die erforderlich ist, um zu verhüten,, daß das Fenster das ionisierbare oder ein anderes Gas hindurchläßt, wobei Mittel vorgesehen, sind, durch die während der Durchführung der Messungen. Gas unter dem in der Kammer erforderlichen Druck in die Hülle eingeführt wird. Auf diese Weise werdein die Leckverluste, durch das Fenster hindurch ausgeglichen,.

Eine weitere Schwierigkeit beisteht darin, daß von außen her Gas in die Meßkammer eindringt, wodurch sich, die Zusammensetzung des· strahlenabsoirbierendlen Gases ändert und auch die Oberflächenbeschaffenheiit der Elektroden, in der Meßkammer beeinträchtigt

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wird. Bekanntlich müssen die Elektroden sehr sorgfältig bearbeitet werden, besonders mit Rücksicht auf dia Entgasung, während die Oberflächen sehr sauber sein müssen.. Nur wenn diese Bedingungen erfüllt sind und die Gasfüllung der vorgeschriebenen Zusammensetzung genau entspricht, ist die Meßkammeir geeignet, um mit der bei der Röntgenstrahlungsanalyse¹ erforderlichien: Genauigkeit Messungen durchzuführen. Die Erfindung bezweckt waiter, zu verhüten, daß ein-

Nähe der Meßkammer 17 ist die Hülle mit einem Einlaßrohr 21 verseilen, mit dem ein Rohr 22 verbunden· ist, das zu einem Meßgerät 23 führt. Zwischen dem Meßgerät 23 und einem Vorratsgefäß 9 sind ein 5 Regelventil 25 mit einem Druckmesser 26 und ein Absperrventil 24 vorgesehen,. Das Vorratsgefäß 9 enthält irgendein Gas, das langwellige Röntgenstrahlen! in geringerem Maße als die Luft absorbiert. Geeignete Gase sind Helium und Wasserstoff. In der Nähe der

dringende Fremdgase die Meßergebnisse beeinflussen. i₀ Röntgenröhre 10 ist die Hülle mit einem Ablaß rohr Zu diesem Zweck wird das der Hülle zugeführte Gas 27 mit einem Absperrventil 28 versehen, durch dlas durch, eine Ablaßöffnung hindurch abgeführt, so¹ daß hindurch das. Gas aus der Hülle entweichen kann. Mit sich: innerhalb, der Hülle eine dauernde Durchströmung Hilfe des Absperrventils 28 ist die in der ZeitStiitoterit ergibt. Zur Beibehaltung einer erzielten) Meßgenauig- durch die Hülle hindurchströmende Gastntinge; regelbar keit ist es erwünscht, daß die. Geschwindigkeit, des i₅ und der Druck des Gases einstellbar. Das Gas besitzt strömenden Gases, konstant und bei dar Durchführung vorzugsweise Atmosphärendruck oder einen etwas, verschiedener Messungen die gleiche ist. Die Erfindung höheren Druck, um sicherzugehen, daß die gesamte beruht ferner auf der Beobachtung, daß eine bestimmte Luft in, der Hülle von dem angewandten Gas- ersetzt Durchströmungsgaschwindigkeit d,es Gases die Gleich- wird. Bei der Verwendung von Helium werden etwa hext der Meßeirgebnisse fördert, so daß die Maßkammer ₂₀ 85 % der charakteristischen Strahlung von Aluminium bei Bestrahlung mit einer bestimmten, Fluoreszenz- durchgelassen, wenn der Abstand des Gegenstandes strahlung zu verschiedenen Zeitpunkten die gleiche _VOn der Meßkammer 30 cm beträgt, elektrische' Information- liefert. Mit einer Vorrichtung Die Meßkammer 17 ist vorzugsweise als Propor-

zur Röntgenstrahlungsanalyse, bei der der Raum für tionalzähler wirksam und besteht aus einem Zylindfcrdie Fluoreszenzstrablung mit Helium gefüllt ist und ₂₅ mantel 30, beispielsweise aus Cbromeisen, der die dia eine solche Meßkammer enthält, sind bei der Er- Kathode bildet. An den Enden, ist der Zylinder durch mittlung dar erwähnten Elemente überraschend gute Wände! 31 abgeschlossen, in denen, Durchführungs-Ergebnisse erzielt. isolatoren, 32 angeordnet sind, zwischen denen der In der Zeichnung ist in koaxial angebrachte Anodendraht 33 befestigt ist. Der Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer derartigen ₃₀ Mantel 30 enthält ein Fenster 35. Zwischen dem Vorrichtung dargestellt, während Mantel 30 und der Anode 33 liegt eine passende

elektrische Spannung, die von; der Spannungsquelle: 36 geliefert wird. In Reihe mit der Spannungsqueile 36 liegt der Widerstand 37. Die Stromänderungen in dletr 35 Meßkatnmer führen, in Widerstand Spannumgsändlerungen herbei, die einer Registriervorrichtung zugeführt werden,.

Das Fenster 35 befindet sich in einer öffnung im Mantel 30 und besteht aus einer sehr dünnen Schicht

wodurch jedes Element die zugehörige charakteristi- ₄₀ eines Materials,, das die Strahlen gut durchläßt. Vorsehe FluO'reszenzstrahlunig emittiert. Ein Teil dieser zugsweise findet eine Berylliumfolie Verwendung, Fluoreiszenzstrablung geht durch einen Richtkörper 12 deren Dicke geringer als 0,025 mm ist. Eine solche hindurch, der aus parallel nebeneinander angeordneten, dünne Folie ist porös. Es können auch Materialien flachen Platten besteht, zwischen denen sich enge angewandt werden, die unter den Namen »Mylar« und Schlitze ergeben, und trifft auf die Kristallplatta 14 45 »Formvar« bekannt sind. Das erster© ist ein Polyester, eines Goniometers 15. Die Kristallplatte¹ 14 besteht der ein Reaktionsprodukt von Äthyfcnglycol und Tereaus tertiärem Ammoniumphosphat und ist auf einer phthalsäure ist, und das zweite ist Polyvinylformal. Drehwelle 16 befestigt. Gemäß dem Braggschen Gesetz Die Folien, aus letzterem Material können 100 A dielt werden die Strahlen selektiv in Richtung der Meß- sein, wobei sie mindestens 75 % der charakteristischen kammer 17 abgebogen;. Zwischen der Meßkammer 17 50 Strahlung von Aluminium hindurchlassen. Solche und der Kristallplatte 14 ist eimeBleinde 18 vorgesehen, dünnen Fenster sind undicht, vorwiegend infolge von die mit einer Öffnung versahen ist, welch© die abge- Gasdiffusion durch das Material hindurch, bogenen Strahlen hindurchläßt. Die Meßkammer 17 Dem Fenster 35 gegenüber ist im Mantel 30 ein

und die Blende 18 sind auf bekannte Weise mit der zweites Fenster 38 vorgesehen, durch das hinduircnl ein Welle 16 der drehbar angeordneten Kristallplatte 14 55 Teil der Strahlung, der nicht in der Gasfüllung der derart gekuppelt, daß bei Drehung der Welle 16 die
Meßkammer und die Blende sich mit einer Winkelgeschwindigkeit bewegen, die das· Doppelte derjenigen
der Kristallplatte 14 ist. ^Λ

Der Strahlengang von. der Röntgenröhre! 10 bis zur 60 Meßkammer 17 verläuft innerhalb einer Hülle, wobei die Röntgenröhre 10, der Gegenstand 11 und der Richtkörper 12 in einem'; Teil 19 angeordnet sind, dessen Wand steif ist, wäHrend der Teil 20 der Hülle,

in dem die beweglichen Teile, d. h. die Kristallplatte 65 öffnung 40. In. der Zuführleitung 41 sind ein Gats-14, die Blende 18 und die^Meßkammer 17, angeordnet ventil 43 und ein, Meßgerät 42 zum Messen der durchsind, flexibel ist und beispielsweise aus gewelltem strömenden: Gasmenge angebracht. Ferner sind ein, Blattmaterial, z. B- Neopren, hergestellt ist. Der Druckmesser 44 und ein Reduzierventil 45 vorgesehen, Körper 11 ist durch eine, mit einem Deckel 29 ver- während die Leitung 41 an das Vorratsgefäß 46 angeschlossene Öffnung in dar Wand 19 erreichbar. In der 70 schlossen ist. Das letztere enthält das Füllgas für die

Fig. 2 an Hand einiger Kurven die Empfindlichkeit der Meßkammer der Vorrichtung nach Fig. 1 im bezug auf die Durchströmungsgeschwindigkeit des Gases darstellt.

Röntgenstrahlen) aus der Röntgenröhre 10 treffen auf den Gegenstand 11 auf, dessen, Zusammensetzung untersucht wird. Die Elemente, die der Gegenstand enthält, warden von den Röntgenstrahlen, angeregt,

Meß kammer absorbiert ist, entweicht, ohne dien Mantel 30 zu treffen. Dieses Fenster kann, ähnlich wie das Fenster 35 ausgebildet sein, es darf jedoch· auch, eine größere Dicke aufweisen.

Bei 39 ist ein Gaszuführungsrofor 41 mit dem Mantel 30 der Meßkammer verbunden, und am anderen Ende befindet sich, eine Ablaßöffnung 40. Das Gas, das durch die Verbindung 39 zugeführt wird, durchströmt die Meßkammer und entweicht durch die

Meßkammer, meist Argon mit einem Lösehgaiszusatz. Eine übliche Zusammensetzung besteht aus- 90% Argon und 10 % Methan. An Stelle vom Argon, können, auch Neon und Stickstoff Verwendung finden.

Das dünne Fenster 35 ist sehr zerbrechlich, und deshalb ist as erwünscht, daß der Druck innerhalb' und außerhalb der Meßkammer der gleiche ist, wenigstens daß der Druckunterschited sehr gering ist. Der Druck in der Meßkammer ist mit Hilfe des Reduzierventils 45 einstellbar.

Wenn die Vorrichtung im Betrieb ist, strömt dauernd Gas unter konstantem Druck durch die Meßkammer. Mit Hilfe dies Gasvemtils 43 kaum die Gasmetnge, die in der Zeiteinheit die Meßkammer durchströmt, eingestellt werden. Versuche haben: gezeigt, daß das- mit der Meßkammer erzielte Ergebnis vom dlar Stromdichte des Gases abhängig ist.

Fig. 2 zeigt zwei graphische Darstellungen!. Die Kurve 50 ist ein Maß für die Impulshöhe dar in der Meßkammer ausgelösten, Entladungen als Funktion, der Stromdichte, und die Kurve 51 zeigt die Einwirkung der Stromdichte des Gases auf die Impulsfrequenz bei einer bestimmten, von der Meßkammer abgefangenen: Strahlung. Die Messungen sind mit einer 8 cm langen Meßkammer durchgeführt, deren; Durchmesser 2 cm und deren Rauminihalt etwa, 24 cm³ war. Die elektrische SpanniUtig zwischen Anode und Kathode war 1650V. Die öffnung 39 hatte einen Durchmesser von 3mm und die Öffnung40 von etwal,75mm. Als Füllgas wurde ein Gemisch aus 90% Argon und 10% Methan unter Atmosphärendruck verwendet.

Im Gebiet 52 zwischen den- beiden senkrechten gestrichelten: Linien weisen beide Kurven einem nahezu- waagerechten. Teil auf. Diese Linien geben, die Grenzern an, innerhalb welcher die Stromdichte des Gases eingestellt sein muß. Diese bisher unbekannte Eigenschaft ermöglicht es-, mit der Meßkammer reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen,, weil unter im übrigein gleichen Verhältnissen das Meißergebnis nicht durch unvermeidliche kleine Änderungen-, in der Stromdichte des Gases beeinflußt wird. Bei den erwähntem Versuchen war die Stromdichte etwa das Dreifache des Kammervolumens in der Minute, während der brauchbare Bereich, sich zwischen, dem Einfachen, und dem Fünffachem- des Kammervolumens in der Minute erstreckte¹.

Der flache Teil der Kurven, wird beibehalten,, wenn die Abmessunigan der Meßkammer geändert werden oder ein anderes Gas Anwendung findet. Mit einer dreifach vergrößerten Kammer wird das gleiche Ergebnis erzielt und gleichfalls bei der Verwendung von Neon und Methan.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist nicht ausschließlich für Untersuchungen bestimmt, bei denen die Fluoreszemzstrahlung des zu untersuchenden Gegenstandes benutzt wird. Sie ist auch bei Absorptionsmessumgem mit weichem Röntgenstrahlen! brauchbar, wie beispielsweise bei der Untersuchung biologischer Stoffe und der Beuigungsunitarsuchung vom Präparaten mit kleinen Ablenkwinkeln.

Die Meßkammer kann, nicht nur als proportionaler Zähler, sondern auch als Geigerzähler oder als. Ionisationskammer angewandt werden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Meßkammer für weiche Röntgenstrahlen), die aus einer mit einem s-trahlenabsorbierenden, ioni-

65 sierbaren Gas gefüllten Hülle besteht, in der Elektroden angeordnet sind und in deren Wand ein für die zu messenden, Strahlern gut durchlässiges Fenster angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Fensters geringer als die kleinste Abmessung ist, die erforderlich ist, um zu verhüten, daß das Fernster das ioni-sierbaira oder ein anderes Gas hindurchläßt, wobei Mittel vorgesehen sind, durch die während der Durchführung der Messungen: Gas unter dem in dar Meßkammer erforderlichem Druck innerhalb d!er Hülle zugeführt warden kann.

2. Meßkammer mach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Hülle zugeführte Gas durch eine AbI aß öffnung abgeführt wird, soi daß sich eine dauernde Durchströmung innerhalb der Hülle ergibt.

3. Meßkammer nach· Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster weniger als 25 μ dick und aus Beryllium hergestellt ist.

4. Meßkammer mach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gaszufuhr- und eine Gasabfuhröffnung derart angebracht sind, daß das Gas, wenn es von der einen, zur anderem· Öffnung strömt, die maximale Strecke durch die Kammer zurücklegt.

5. Vorrichtung mit einer Meßkammer nach einem dar vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufubröffmumg der Meßkammer mit einem Vorratsgefäß für das iomisiarbarei strahlemabsorbierende Gas verbunden ist und daß in der Zuführleitung ein Reduzierventil mit einem Druckmesser und ein Gerät zum Messen des Gasstroms angebracht sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das- Gas aus einem Gemisch aus 90% Argon und 10% Methan besteht,

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Gases in der Kammer nahezu der gleiche wie der Druck der Umgebung außerhalb der Kammerwand ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 zur Untersuchung von Stoffen mit Hilfe von Röntgenstrahlen, dadurch gelcennzeichniet, daß die Meßkammer in die Wand einer Hülle eingebaut ist, die die¹ Strahlenbahn umgibt, die sich zwischen- der Röntgenröhre¹ und dam Fenster der Meßkammer erstreckt, wobei die Röntgenstrahlen zumächst auf den zu untersuchendem Stoff auftreffen und dann durch, eine drehbar angeordnete Kristallplatte abgebogen werden, während die Hülle mit einem Gas gefüllt ist, das die. Röntgenstrahlen in geringerem Maße als die: Luft absorbiert.

9. Vorrichtung nach Anspruch· 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zu untersuchende Stoff unter der Einwirkung von Bestrahlung mit Röntgenstrahlen Fluoreszemzstrahlung emittiert, deren Wellenlänge größer als 3 Ä ist, während die Hülle mit Heilium gefüllt ist, dessen, Druck nahezu gleich dem Druck des die Meßkammer füllenden Gases ist, wobei die Gaszufuhr nach der Meßkammer auf einem Wert eingestellt ist, bei dem geringe Änderungen· in der Stromdichte des Gases die durch die Fluoreszenzstrahlung in der Kammer herbeigeführten Entladungserscheimungem nicht beeinflussen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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