DE102008011665A1

DE102008011665A1 - Method for controlling alpha-radiation in cover glass for radiation-sensitive sensors, involves determining concentrations of uranium and thorium

Info

Publication number: DE102008011665A1
Application number: DE102008011665A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Weber; Ralf Dr. Eiden; Holger Wegener
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2009-09-10

Abstract

The method involves determining the concentrations of uranium-238 and thorium-232. The gamma-radiation of the relative radioactive decay products of uranium and thorium are measured. The alpha-radiation is determined from the concentrations of uranium-238 and thorium-232 and from the measurement of gamma-radiation of the relative radioactive decay products of uranium and thorium. The nuclide-specific radium-226 and thorium-228 or radium-226 and radium-228 are selected as relevant decay products. An independent claim is included for a device for executing the alpha-radiation controlling method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle der alpha-Strahlung bei Abdeckgläsern für strahlungsempfindliche Sensoren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method for controlling the alpha radiation for cover glass for radiation-sensitive sensors and an apparatus for carrying out the method.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Für bestimmte Sensoren auf Halbleiterbasis, wie CCD-Sensoren, werden für das Packaging außerordentlich strahlungsarme Gläser benötigt. Ein derartiger CCD-Sensor (Charge-coupled Device; ladungsgekoppeltes Bauteil) ist ein intergrierter Schaltkreis zur Lichtdetektion, welcher beispielsweise in Digital- oder Videokameras Verwendung findet, und ein lichtempfindliches elektronisches Bauteil zur ortsauflösenden (fein gerasterten) Messung der Lichtstärke darstellt. CCDs sind aus Halbleitern aufgebaut und gehören deshalb zu den Halbleiterdetektoren.For certain semiconductor-based sensors such as CCD sensors extremely low-radiation for packaging Glasses needed. Such a CCD sensor (batch-coupled Device; charge-coupled device) is an integrated circuit for light detection, which, for example, in digital or video cameras Use, and a photosensitive electronic component for spatially resolved (finely scanned) measurement of the light intensity represents. CCDs are made of semiconductors and therefore belong to the semiconductor detectors.

Bei derartigen Sensoren wird insbesondere die α-Strahlung als besonders kritisch bewertet. Der negative Effekt radioaktiver Strahlung auf CCD-Sensoren ist zum Beispiel beschrieben in TECHNICAL No. TH-1087 und in JP 04-308669 . Wenn sich beispielsweise Spuren der radioaktiven Elemente Uran und Thorium in einem Glas befinden, wird der mit diesem Glas abgedeckte Sensor durch deren Strahlung, insbesondere deren α-Strahlen, massiv beeinträchtigt.In such sensors, in particular the α-radiation is evaluated as particularly critical. The negative effect of radioactive radiation on CCD sensors is described, for example, in TECHNICAL NO. TH-1087 and in JP 04-308669 , If, for example, traces of the radioactive elements uranium and thorium are in a glass, the sensor covered by this glass is massively impaired by their radiation, in particular their α-rays.

Gläser mit einer geringen α-Eigenstrahlung sind bekannt, wobei im Stand der Technik insbesondere die Verunreinigungen des Glases mit Uran und Thorium kontrolliert und auf ein möglichst geringes Niveau gebracht werden. Für Abdeckgläser mit niedriger alpha-Strahlung werden daher geringe Gehalte an Uran bzw. Thorium, bevorzugt Uran < 5 μg/kg und bevorzugt Thorium < 15 μg/kg, gefordert. Weiterhin soll die Rate der alpha-Strahlung möglichst gering sein, vorzugsweise unter 0,0013 counts/cm² und h liegen.Glasses with a low α-radiation are known, wherein in the prior art in particular the impurities of the glass with uranium and thorium are controlled and brought to the lowest possible level. For cover glasses with low alpha radiation, therefore, low contents of uranium or thorium, preferably uranium <5 μg / kg and preferably thorium <15 μg / kg are required. Furthermore, the rate of alpha radiation should be as low as possible, preferably below 0.0013 counts / cm ² and h.

Nachfolgend sind einige Vorschläge aus dem Stand der Technik zu strahlungsarmen Abdeckgläsern beschrieben:
Beispielsweise beschreibt die JP 04-308669 einen Bildsensor mit einem Farbfilter, der in einem Package vorgesehen ist. Hierbei ist ein Abdeckglas im oberen Teil des Packages angebracht und liegt dem Sensor gegenüber. Das Glas weist eine Gesamtkonzentration von Uran und Thorium von 30 μg/kg oder weniger auf.Some proposals from the prior art for low-radiation cover glasses are described below:
For example, this describes JP 04-308669 an image sensor with a color filter provided in a package. Here, a cover glass is mounted in the upper part of the package and is opposite to the sensor. The glass has a total uranium and thorium concentration of 30 μg / kg or less.

Um ein Glas mit zusätzlich geringer Eigenstrahlung an β- und γ-Strahlen zu erzeugen, wurde weiterhin vorgeschlagen, dass die Gläser kein Kalium enthalten, da die Elemente Kalium, Uran und Thorium als bekannte radioaktive Quellen in kleinen bis sehr kleinen Mengen in vielen Mineralien und Gesteinen zusammen vorkommen. Deshalb empfiehlt es sich, kaliumfreie Gläser einzusetzen, wie dies z. B. in den Schriften JP 2000233939 oder JP 2001185710 beschrieben ist. So offenbart die JP 2000233939 ein Abdeckglas, insbesondere Borosilikatglas, dessen K₂O-Gehalt auf < 0,2 Massen-% eingestellt ist. Die α-Strahlen aussendenden Elemente sollten hier generell in Gehalten ≤ 100 μg/kg vorliegen und die Mengen an Fe₂O₃, TiO₂, PbO und ZrO₂, die von α-Strahlern, wie Uran, Thorium und Radium, schwer zu trennen sind, sollten im Glas in Gehalten ≤ 100 ppm vorliegen. Die von den Gläsern noch emittierten α-Strahlen sollten einen Wert von 0,05 counts/cm²h nicht überschreiten.In order to produce a glass with additionally low own radiation at β- and γ-rays, it was further suggested that the glasses do not contain potassium, since the elements potassium, uranium and thorium are known radioactive sources in small to very small amounts in many minerals and Rocks occur together. Therefore, it is recommended to use potassium-free glasses, as z. B. in the writings JP 2000233939 or JP 2001185710 is described. So revealed the JP 2000233939 a cover glass, in particular borosilicate glass whose K ₂ O content is set to <0.2% by mass. The α-ray emitting elements should generally be present at levels ≤ 100 μg / kg and the amounts of Fe ₂ O ₃ , TiO ₂ , PbO and ZrO ₂ , those of α-emitters such as uranium, thorium and radium difficult to separate should be in glass at levels ≤ 100 ppm. The α-rays still emitted by the glasses should not exceed a value of 0.05 counts / cm ² h.

In ähnlicher Weise beschreibt die JP 2001185710 ein Borosilikatglas, das einen Uran-Gehalt ≤ 50 μg/kg und einen Thorium-Gehalt ≤ 50 μg/kg aufweist und im Wesentlichen kein K₂O enthält. Die β-Strahlung wird auf einen Wert unterhalb 5 × 10^–6 μCi/cm² reduziert. Erwähnt ist auch, dass möglichst kein ZrO₂ oder BaO enthalten sein sollte, um eine zusätzliche Belastung mit Uran oder Thorium, die häufig zusammen mit dem Rohmaterial dieser Oxide vergesellschaftet vorhanden sind, zu vermeiden.Similarly, the JP 2001185710 a borosilicate glass which has a uranium content ≤ 50 μg / kg and a thorium content ≤ 50 μg / kg and contains substantially no K ₂ O. The β-radiation is reduced to a value below 5 × 10 ^-6 μCi / cm ² . It should also be mentioned that as far as possible no ZrO ₂ or BaO should be included in order to avoid additional exposure to uranium or thorium, which is often present together with the raw material of these oxides.

Wie bereits erläutert, ist es demnach zweckmäßig, zur Herstellung strahlungsarmer Gläser strahlungsarme Rohstoffe einzusetzen, wobei insbesondere nur auf Rohstoffe geachtet wird, die sich durch einen niedrigen Uran- und Thoriumgehalt auszeichnen. Hierbei ist insbesondere auf einen niedrigen Uran- und Thoriumgehalt des Siliziumdioxids zu achten, weil dieser Rohstoff üblicherweise einen Anteil von > 50 Gewichtsprozent oder mehr im Gemenge hat.As already explained, it is therefore appropriate for the production of low-radiation glasses low-radiation raw materials particular attention is paid to raw materials, which are characterized by a low uranium and thorium content. This is especially due to a low uranium and thorium content of the silicon dioxide, because this raw material usually a share of> 50 Weight percent or more in the batch.

Ferner hat sich gezeigt, dass es nicht ausreicht nur den Uran- und Thorium-Gehalt, wie dies im Stand der Technik üblich ist, zu kontrollieren. Es wurde vielmehr festgestellt, dass ein entsprechend niedriger Gehalt an Uran und Thorium eine notwendige aber noch keine hinreichende Bedingung für ein α-strahlungsarmes Glas ist. So wurde überraschenderweise festgestellt, dass ein Glas mit Uran- und Thorium-Gehalt von jeweils < 10 μg/kg trotzdem eine signifikant hohe α-Strahlung zeigt. Die Erfinder haben nun festgestellt, dass diese Strahlung von Zerfallsprodukten von Uran und Thorium herrührt. Durch geophysikalische und geochemische Vorgänge kann Uran und Thorium zwar vor oder während der Genese von natürlichen Glasrohstoffen abgetrennt werden, jedoch verbleiben die Zerfallsprodukte im Ausgangsmaterial zurück. Diese Vorgänge können ebenfalls durch die chemische Aufbereitung beim Hersteller erfolgen, so dass neben dem Uran- und Thorium-Gehalt auch der Gehalt der jeweiligen Zerfallsprodukte spezifiziert und kontrolliert werden sollte.Further it has been shown that it is not enough just the uranium and thorium content, As is common in the art, to control. It was rather found that a correspondingly lower Content of uranium and thorium a necessary but not sufficient Condition for a α-radiation glass is low. So it was surprisingly found that a glass with uranium and thorium content of <10 μg / kg nevertheless a significant shows high α-radiation. The inventors have now found that this radiation from decay products of uranium and thorium arises. By geophysical and geochemical processes Although uranium and thorium may be present before or during genesis be separated from natural glass raw materials, however the decomposition products remain in the starting material. These processes can also be due to the chemical Processing by the manufacturer, so that in addition to the uranium and Thorium content also specified the content of the respective decomposition products and should be controlled.

Für die Glasherstellung sind wegen des natürlichen Ursprungs der meisten entsprechenden Rohstoffe und Feuerfestmaterialien insbesondere die natürlichen radioaktiven Stoffe der U238- und Th232-Zerfallsreihen relevant. Nach einer bestimmten Zeit nach der Genese bzw. Bildung eines U238 oder Th232 enthaltenden Stoffes hat sich entlang der jeweiligen Zerfallsreihe das radioaktive Gleichgewicht eingestellt, d. h. alle Tochternuklide liegen in der gleichen spezifischen Aktivität vor wie das Mutternuklid mit der längsten Halbwertszeit in der Kette, hier also U238 bzw. Th232. Dabei besitzen die jeweiligen Mutternuklide U238 und Th232 je sieben bzw. sechs Tochternuklide, die ebenfalls beim Zerfall alpha-Strahlung aussenden. Dies bedeutet wiederum, dass U238 oder Th232 enthaltende Stoffe, bei denen das radioaktive Gleichgewicht besteht, etwa die sieben- bzw. sechsfache alpha-Strahlung aussenden als die Radionuklide U238 bzw. Th232 alleine. In 1, 2 und 3 sind die Zerfallsreihen von Thorium und Uran-Radium zusammen mit den Zerfallszeiten in Jahren und den auftretenden Strahlungstypen wiedergegeben.Due to the natural origin of most of the corresponding raw materials and refractories, the natural radioactive substances of the U238 and Th232 decay series are particularly relevant for glass production. After a certain time after the genesis or formation of a substance containing U238 or Th232, the radioactive equilibrium has ceased along the respective decay series, ie all daughter nuclides are in the same specific activity as the mother nuclide with the longest half-life in the chain, in this case U238 or Th232. The respective parent nuclides U238 and Th232 each have seven or six daughter nuclides, which also emit alpha radiation on decay. This in turn means that substances containing U238 or Th232 in which the radioactive equilibrium exists emit about seven or six times the alpha radiation than the radionuclides U238 or Th232 alone. In 1 . 2 and 3 The decay series of thorium and uranium-radium are given together with the decay times in years and the occurring types of radiation.

Je nach Genese/Bildung oder auch Aufbereitung von Glasrohstoffen oder Feuerfestmaterialien kann das radioaktive Gleichgewicht aber auch gestört sein. Zum Beispiel werden Barium-haltige Rohstoffe im Allgemeinen aus Bariumsulfatmineralien hergestellt, bei denen während der Genese Uran und Thorium von deren Tochternukliden Ra226 bzw. Ra228 abgetrennt wurden, so dass hier deutlich höhere spezifische Aktivitäten für Ra226 und Ra228 und deren Tochternuklide zu beobachten sind als für U238 bzw. Th232. Grundsätzlich kann das radioaktive Gleichgewicht auch durch Aufbereitung von Stoffen gestört werden, beispielsweise durch chemische Umwandlung oder Reinigung. Es ist daher notwendig, neben den Gehalten oder spezifischen Aktivitäten von Uran und Thorium auch die Gehalte oder spezifischen Aktivitäten von deren radioaktiven Zerfallsprodukten zu kennen, wenn man die alpha-Strahlung von Gläsern spezifizieren bzw. kontrollieren möchte.ever after genesis / education or even preparation of glass raw materials or Refractory materials can also affect the radioactive balance be disturbed. For example, barium-containing raw materials generally made of barium sulfate minerals, in which during genesis, uranium and thorium from their daughter nuclides Ra226 and Ra228 were separated, so that here significantly higher specific activities for Ra226 and Ra228 and whose daughter nuclides are to be observed than for U238 or Th232. Basically, the radioactive balance be disturbed by treatment of substances, for example by chemical transformation or purification. It is therefore necessary in addition to the levels or specific activities of uranium and thorium also the levels or specific activities of their radioactive decay products, if you know the Specify or control alpha radiation of glasses would like to.

Wie oben geschildert, gibt es zwar derzeit strahlungsarme Gläser mit geringem Uran- und Thorium-Gehalt für diese Anwendungen, jedoch liegen keine ausreichend detaillierten Angaben und Untersuchungen über deren tatsächliche alpha-Strahlung unter Berücksichtigung der Zerfallsprodukte vor.As described above, there are currently low-radiation glasses low uranium and thorium content for these applications, however, no sufficiently detailed information and investigations are available considering their actual alpha radiation of the decay products.

Es wäre demnach sinnvoll, die alpha-Strahlung auch der relativ geringen Aktivitäten der Zerfallsprodukte zu messen. Dies ist jedoch bislang nicht ohne weiteres möglich. Eines der wenigen derzeit auf dem Markt erhältlichen Systeme zur Bestimmung von alpha-Strahlen auch bei geringen Intensitäten der alpha-Strahler ist das LACS 4000M von Sumika Chemical Analysis Service (SCAS) aus Japan. Das Messprinzip ist in 4 dargestellt. Zur Messung wird die Probe auf eine Platte gelegt, über die Zählgas, beispielsweise aus 90%Argon und 10% Wasserstoff übergeleitet wird, das durch die in der Probe enthaltenen alpha-Strahler ionisiert wird. Die gebildeten Zählgas-Ionen und Elektronen können dann durch eine Spannung beschleunigt und als Spannungs-Signal bestimmt werden.It would therefore be useful to measure the alpha radiation also the relatively low activity of the decay products. However, this is not readily possible so far. One of the few systems currently available on the market for determining alpha rays, even at low intensities of the alpha emitters, is the LACS 4000M from Sumika Chemical Analysis Service (SCAS) of Japan. The measuring principle is in 4 shown. For measurement, the sample is placed on a plate over which counting gas, for example of 90% argon and 10% hydrogen is transferred, which is ionized by the alpha-emitters contained in the sample. The formed counting gas ions and electrons can then be accelerated by a voltage and determined as a voltage signal.

Es wurde jedoch festgestellt, dass die Messvorrichtung nicht empfindlich genug ist und nicht in ausreichender Weise an sehr geringe alpha-Strahlungsniveaus angepasst ist, um insbesondere bei sehr geringen Aktivitäten von Zerfallsprodukten in reproduzierbarer Weise verlässliche Ergebnisse zu liefern. Dies liegt zum Teil an den Besonderheiten der alpha-Strahlung, die sehr hohe Energiedichten, aber eine sehr kurze Reichweite hat. Ein weiteres Problem neben der hohen Meßunsicherheit ist, dass die Messung mit Hilfe des LACS 4000M von der Oberflächenbeschaffenheit, Partikelgröße und -form der Probe sowie einer Reihe an weiteren Parametern, wie der Untergrundstrahlung, Geometrie des Messaufbaus bzw. der Probe und dergleichen abhängig ist, so dass eine große Zahl an Fehlermöglichkeiten bei der Messung der alpha-Strahlung resultiert.It However, it was found that the measuring device is not sensitive is enough and not enough to very low alpha radiation levels is adapted, in particular, at very low activities of decomposition products in a reproducible manner reliable Deliver results. This is partly due to the specifics the alpha radiation, the very high energy densities, but a very has short range. Another problem besides the high uncertainty is that the measurement using the LACS 4000M of the surface condition, Particle size and shape of the sample and a Range of other parameters, such as background radiation, geometry the measurement structure or the sample and the like is, so a large number of possible errors results in the measurement of alpha radiation.

Die im Stand der Technik zur Verfügung stehende Technologie ermöglicht es somit nicht, die alpha-Strahlung, insbesondere bei geringen alpha-Strahlungsniveaus, zuverlässig zu messen, da die Messtechnik hierfür nicht ausgereift und keine verlässlichen Werte erhältlich sind. Es besteht somit ein Bedarf, ein verlässliches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu entwickeln, die dies ermöglichen.The technology available in the prior art thus does not allow the alpha radiation, in particular at low alpha radiation levels, to reliably measure because the measurement technology for this not mature and no reliable Values are available. There is thus a need, a reliable method and a corresponding device to develop that make this possible.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem es möglich wird, die alpha-Strahlung von Abdeckgläsern, die zur Verwendung im Halbleiterbereich, insbesondere zur Abdeckung von Sensoren, gedacht sind, nicht nur für Uran und Thorium, sondern auch deren relevante Zerfallsprodukte zu bestimmen, um deren Eigung für den beabsichtigten Verwendungszweck sicherzustellen. Schließlich sollte auch eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt werden.Of the The present invention is therefore based on the object, a method to make available with which it becomes possible the alpha radiation of cover glasses for use in the semiconductor field, especially for covering sensors are not only for uranium and thorium, but also theirs Determine relevant decay products to determine their propensity for to ensure the intended use. After all should also be a suitable device for carrying out the Be provided method.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Kontrolle der alpha-Strahlung eines Abdeckglases für strahlungsempfindliche Sensoren, insbesondere in der Halbleitertechnologie, gemäß Anspruch 1, wobei neben den Gehalten oder spezifischen Aktivitäten von Uran und Thorium auch die Gehalte oder spezifischen Aktivitäten von deren relevanten radioaktiven Zerfallsprodukten berücksichtigt werden. Die relevanten radioaktiven Zerfallsprodukte, deren Aktivität zusätzlich zu bestimmen ist, sind, wie aus 3 ersichtlich, insbesondere Ra226 und Ra228 bzw. Th228, je nach Vorliegen des radioaktiven Gleichgewichts, d. h. das erfindungsgemäße Verfahren wird nuklidspezifisch eingesetzt.According to the invention the object is achieved by a method for controlling the alpha radiation of a cover glass for radiation-sensitive sensors, in particular in semiconductor technology, according to claim 1, wherein in addition to the contents or specific activities of uranium and thorium, the contents or specific activities of their relevant radioactive Decay products are taken into account. The relevant radioactive decay Products whose activity is to be additionally determined are as follows 3 in particular Ra226 and Ra228 or Th228, depending on the presence of the radioactive equilibrium, ie the method according to the invention is used in a nuclide-specific manner.

Anstatt die alpha-Strahlung der Zerfallsprodukte zu messen wird die gamma-Strahlung der Zerfallsprodukte bestimmt und hierdurch der Gehalt an Zerfallsprodukten bestimmt, und damit auf die alpha-Strahlung, die von den Zerfallsprodukten ausgestrahlt wird, zurückgeschlossen. Dies hängt damit zusammen, dass die Messgenauigkeit der auf dem Markt erhältlichen Geräte für alpha-Strahlung nicht ausreichend ist, um die Zerfallsprodukte überhaupt feststellen zu können. So liegt die Nachweisgrenze zur Prüfung auf den Gehalt an Uran und Thorium in Gläsern mittels beispielsweise eines ICP-MS-Verfahrens (Inductive Coupled Plasma Mass Spectrometry) bei maximal 2 μg/kg. Eine Bestimmung der Zerfallsprodukte von Uran und Thorium gelingt damit nicht, da deren relevante Gehalte um Größenordnungen geringer als 1 μg/kg sind.Instead of The gamma radiation will measure the alpha radiation of the decay products the decomposition products and thereby the content of decomposition products determined, and thus on the alpha radiation produced by the decay products is broadcast, closed back. This depends Together with that, the measurement accuracy of the available on the market Equipment is not sufficient for alpha radiation, to be able to determine the decay products at all. Thus, the detection limit for testing is based on the content of uranium and thorium in glasses by means of, for example, one ICP-MS method (Inductive Coupled Plasma Mass Spectrometry) maximum 2 μg / kg. A determination of the decay products of Uranium and thorium do not succeed, as their relevant contents order of magnitude less than 1 μg / kg are.

Erfindungsgemäß gelingt die Bestimmung der relevanten Zerfallsprodukte von Uran und Thorium jedoch mittels der gamma-Strahlung, was darauf zurückzuführen ist, dass es sich bei den interessierenden Zerfallsprodukten um solche mit hoher Halbwertszeit handelt, die durch gamma-Strahlung bestimmt werden können.According to the invention succeeds the determination of the relevant decay products of uranium and thorium however, by means of gamma radiation, which is due is that it is at the decay products of interest those with high half-life are those caused by gamma radiation can be determined.

Erfindungsgemäß wird demnach ein Verfahren zur Kontrolle der alpha-Strahlung in Abdeckgläsern für strahlungsempfindliche Sensoren bereitgestellt mit den Schritten

(a) Bestimmen des U238- und Th232-Gehalts,
(b) Messen der gamma-Strahlung der relevanten radioaktiven Zerfallsprodukte von Uran und Thorium; und
(c) Bestimmen der alpha-Strahlung aus der Bestimmung gemäß Schritt (a) und der Messung gemäß Schritt (b)

According to the invention, a method for controlling the alpha radiation in cover glasses for radiation-sensitive sensors is thus provided with the steps

(a) determining the U238 and Th232 content,
(b) measuring the gamma radiation of the relevant radioactive decay products of uranium and thorium; and
(c) determining the alpha radiation from the determination according to step (a) and the measurement according to step (b)

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es daher möglich ein Abdeckglas auf seine Eignung zu überprüfen, ob es die gewünscht niedrige alpha-Strahlung aussendet und für strahlungsempfindliche Sensoren zum Einsatz kommen kann. Dies gelingt in unerwarteter Weise über den Umweg der Bestimmung der gamma-Strahlung.By the method according to the invention is therefore possible to check a cover glass for its suitability whether it emits the desired low alpha radiation and are used for radiation-sensitive sensors can. This succeeds in an unexpected way via the detour the determination of gamma radiation.

Mit dem Begriff „Zerfallsprodukte” sind die Produkte der Zerfallsreihe von Uran (U238) und Thorium (Th232) gemeint, wie diese beispielsweise aus den 1 bis 3 hervorgehen, welche gamma-Strahlen aussenden und damit über Bestimmung der gamma-Strahlung quantifiziert werden können. Unter „relevanten Zerfallsprodukten” sind erfindungsgemäß die Isotope Ra226 und Ra228 bzw. Th228 zu verstehen, die erfindungsgemäß von besonderem Interesse sind.By the term "decay products" is meant the products of the decay series of uranium (U238) and thorium (Th232), such as these from the 1 to 3 emerge, which emit gamma rays and thus can be quantified by determining the gamma radiation. According to the invention, "relevant decomposition products" are the isotopes Ra226 and Ra228 or Th228, which are of particular interest in accordance with the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auch anhand der gemessenen gamma-Strahlung bzw. bestimmten alpha-Strahlung des untersuchten Abdeckglases auf die Ausgangsmaterialien und deren gamma- bzw. alpha-Strahlung zurück zu schließen. Wird zum Beispiel festgestellt, dass kein strahlungsarmes Abdeckglas vorliegt, können die Ausgangsmaterialien entsprechend kontrolliert und modifiziert werden, beispielsweise indem die Ausgangsmaterialien einer weiteren Reinigung unterzogen werden, um zu einem Abdeckglas mit geringer Eigenstrahlung zu gelangen.The inventive method also allows by reference the measured gamma radiation or specific alpha radiation of the examined cover glass on the starting materials and their gamma or alpha radiation to close. For example, it is found that no low-radiation cover glass is present, the starting materials can be controlled accordingly and modified, for example, by the starting materials to be further cleaned to become a cover glass to arrive with low own radiation.

Die Begriffe „strahlungsarm” oder „mit geringer Eigenstrahlung” sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung so verstanden werden, dass diese Materialien nur noch eine α-Strahlung in einem Maß aussenden, dass ein sich in unmittelbarer Nachbarschaft befindlicher Sensor hiervon nicht negativ beeinflusst wird. Bezüglich der α-Strahlung wird u. a. in JP 2004238283 eine Strahlungsintensität von < 0,0013 counts/cm² × h gefordert, um ein Glas mit ausreichend niedriger α-Strahlung zu beschreiben. Die strahlungsarmen Abdeckgläser, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als geeignet eingestuft werden, weisen demnach vorteilhafterweise einen Uran-, Thorium- und Zerfallsprodukt-Gehalt in der Höhe auf, dass die α-Strahlung eine Strahlungsintensität von < 0,0020 counts/cm² × h, bevorzugt eine Strahlungsintensität von < 0,0015 counts/cm² × h, besonders bevorzugt eine Strahlungsintensität von < 0,0013 counts/cm² × h aufweist. In Einzelfällen kann auch eine Strahlungsintensität < 0,0010 counts/cm² × h eingestellt werden. Demnach liegen der Uran-, Thorium- und Zerfallsprodukt-Gehalt im Abdeckglas in einem Bereich, dass eine derartige geringe Eigenstrahlung resultiert. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der U238-, Th232-, Ra226- und Ra228- bzw. Th228-Gehalt jeweils in einem derartigen Bereich, so dass die resultierende alpha-Strahlung die oben bezeichneten Grenzen unterschreitet.In the context of the present invention, the terms "low-radiation" or "with low intrinsic radiation" should be understood to mean that these materials only emit α-radiation to such an extent that a sensor located in the immediate vicinity thereof is not adversely affected. With respect to the α-radiation, inter alia, in JP 2004238283 a radiation intensity of <0.0013 counts / cm ² × h is required to describe a glass with sufficiently low α-radiation. The low-radiation cover glasses, which are classified as suitable by the method according to the invention, therefore advantageously have a uranium, thorium and decomposition product content in the height such that the α radiation has a radiation intensity of <0.0020 counts / cm ² × h , preferably has a radiation intensity of <0.0015 counts / cm ² × h, more preferably has a radiation intensity of <0.0013 counts / cm ² × h. In individual cases, a radiation intensity <0.0010 counts / cm ² × h can be set. Accordingly, the uranium, thorium and decay product content in the cover glass in a range that results in such a low intrinsic radiation. According to a preferred embodiment of the invention, the U238, Th232, Ra226 and Ra228 or Th228 content is in each case in such a range that the resulting alpha radiation falls below the limits described above.

In der vorliegenden Erfindung sind neben U238 und Th232 aufgrund der langen Halbwertszeiten die Zerfallsprodukte Ra226 und Ra228 bzw. Th228 aus der Zerfallsreihe von Uran und Thorium von Bedeutung, um eine Aussage über die relevante alpha-Strahlung eines Glases treffen zu können. Die nach dem Stand der Technik relevanten Gehalte an Uran bzw. Thorium überschreiten in der Regel 5 μg/kg bzw. 15 μg/kg nicht. Diese Gehalte entsprechen spezifischen Aktivitäten von je 0,06 Bq/kg für U238 bzw. Th232. D. h. bei gegebenem radioaktivem Gleichgewicht sollten auch die jeweiligen Tochternuklide spezifische Aktivitäten von je 0,06 Bq/kg nicht überschreiten. Diese spezifische Aktivität bzw. die entsprechenden Konzentrationen von 1,7 × 10^–6 μg/kg für Ra226 bzw. 7 × 10^–9 μg/kg für Ra228 bzw. Th228, können jedoch mit konventioneller Radioanalytik oder Elementanalytik, z. B. ICP-Massenspektrometrie, im Gegensatz zu den relevanten Gehalten an U und Th in Gläsern nicht bestimmt werden.In the present invention, apart from U238 and Th232, because of the long half-lives, the decay products Ra226 and Ra228 or Th228 from the decay series of uranium and thorium are of importance in order to be able to make a statement about the relevant alpha radiation of a glass. The levels of uranium or thorium relevant in the prior art do not generally exceed 5 μg / kg or 15 μg / kg. These levels correspond to specific activities of 0.06 Bq / kg for U238 and Th232, respectively. Ie. given a radioactive equilibrium, the respective daughter nuclides should not exceed specific activities of 0.06 Bq / kg each. This specific activity or the corresponding concentrations of 1.7 × 10 ^-6 μg / kg for Ra226 and 7 × 10 ^-9 μg / kg for Ra228 and Th228, however, can be measured by conventional radioanalytics or elemental analysis, e.g. As ICP mass spectrometry, in contrast to the relevant levels of U and Th in glasses can not be determined.

Unter der „spezifischen Aktivitäten” wird dabei im Rahmen der Erfindung die Zerfälle pro Zeit bezogen auf die Masse des Zerfallsprodukts verstanden, beispielsweise ausgedrückt in Bq/g oder Bq/kg.Under the "specific activities" will be included in the context of the invention, the decays per time based on the mass of the decay product understood, for example expressed in Bq / g or Bq / kg.

Die Bestimmung des U238- und Th232-Gehalts kann beispielsweise durch ICP-MS oder photometrische Verfahren durchgeführt werden.The Determination of the U238 and Th232 content can be carried out, for example, by ICP-MS or photometric methods are performed.

Anschließend wird die spezifische Aktivität von Ra226 und Ra228 bzw. Th228 gammaspektrometrisch gemessen. Die Verhältnisse der spezifischen Aktivitäten von U238/R226 und Th232/Ra228 bzw. Th228 geben Aufschluss darüber, ob in den beiden Zerfallsketten radioaktives Gleichgewicht vorliegt.Subsequently the specific activity of Ra226 and Ra228 Th228 measured by gamma spectrometry. The ratios of specific activities of U238 / R226 and Th232 / Ra228 or Th228 provide information about whether in the two decay chains radioactive equilibrium is present.

Die Bestimmung der alpha-Strahlung gelingt dann erfindungsgemäß über die Messung der gamma-Strahlung und der chemischen Bestimmung der U238- und Th232-Gehalte mit ICP-MS oder Photometrie. Jedoch sind konventionell betriebene Gammaspektrometer für die Bestimmung der Zerfallsprodukte nicht ausreichend empfindlich, so dass diese entsprechend modifiziert werden müssen.The Determination of the alpha radiation then succeeds according to the invention the measurement of gamma radiation and the chemical determination of the U238 and Th232 levels with ICP-MS or photometry. However, they are conventional operated gamma spectrometer for the determination of the decomposition products not sufficiently sensitive so that it is modified accordingly Need to become.

So ist es zweckmäßig, dass die Messung der gamma-Strahlung bzw. die zur Messung der gamma-Strahlung verwendete Vorrichtung besondere Bedingungen erfüllt:
So ist es sinnvoll Langzeitmessungen durchzuführen und die Messungen zu kumulieren. Vorzugsweise können Messungen über einen Zeitraum von mehreren Tagen, bevorzugter über ein oder mehrere Wochen bis zu Monaten durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt wird > 7 Tage gemessen.Thus, it is expedient that the measurement of the gamma radiation or the device used to measure the gamma radiation fulfill special conditions:
So it makes sense to perform long-term measurements and to cumulate the measurements. Preferably, measurements may be taken over a period of several days, more preferably over one or more weeks to months. Most preferably,> 7 days is measured.

Weiterhin ist es zweckmäßig, die Hintergrundstrahlung während der Messung besonders niedrig einzustellen.Farther it is expedient to background radiation during To set the measurement very low.

Es ist von Vorteil, wenn die Messung in einem Raum, bevorzugt einem unterirdischen Laboratorium, mit spezieller Abschirmung vorgenommen wird. Der Vorteil von Labors unter der Erde ist, dass Hintergrundstrahlen, beispielsweise in Form kosmischer Strahlung, deutlich unterdrückt bzw. abgeschirmt werden können.It is advantageous when measuring in a room, preferably one underground laboratory, with special shielding is made. The advantage of underground laboratories is that background rays, for example in the form of cosmic radiation, clearly suppressed or shielded.

Als Detektoren zur Bestimmung von gamma-Strahlen im Niedrig-Niveau-gamma-Strahlen-Bereich (low level gamma radiation) oder Ultra-Niedrig-Niveau-gamma-Strahlen-Bereich (ulta low level gamma radiation) haben sich hochreine (high purity HP) Germanium-Detektoren mit einer passiven Abschirmung als besonders vorteilhaft erwiesen. Beispiele geeigneter Detektoren gehen beispielsweise aus „Deep underground measurements of 60Co in steel exposed to the Hiroshima atomic bomb explosion” von M. Hult, J. Gasparro, R. Vasselli, K. Shizuma, M. Hoshi, D. Arnold und S. Neumaier in Applied Radiation and Isotopes 61 (2004) S. 173–177 hervor, deren Offenbarung durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung mit aufgenommen wird.As detectors for the determination of gamma rays in the low-level gamma radiation or ultra-low-level gamma radiation, ultrapure (high purity HP ) Germanium detectors with a passive shielding proved to be particularly advantageous. Examples of suitable detectors are for example M. Hult, J. Gasparro, R. Vasselli, K. Shizuma, M. Hoshi, D. Arnold, and S. Neumaier in Applied Radiation and Isotopes. 61 "Deep underground measurements of 60Co in steel exposed to the Hiroshima atomic bomb explosion" (2004) p. 173-177 whose disclosure is incorporated by reference into the present specification.

Eine geeignete Abschirmung ist beispielsweise in dem Artikel „The PTB underground laboratory for dosimetry and spectrometry” von S. Neumaier, D. Arnold, J. Böhm und E. Funck in Applied Radiation and Isotopes 53 (2000), S. 173–178 beschrieben und stellt von außen nach innen dar: 15 cm Pb (²¹⁰Pb < 6 Bq/kg), 2 cm Pb (²¹⁰Pb < 1 Bq/kg) und 8 cm elektrolytisch gewonnenenes Kupfer. Der Innenteil kann zusätzlich mit Stickstoffgas geflutet werden. Die Offenbarung dieses Artikels soll ebenfalls Bestandteil der vorliegenden Offenbarung sein.A suitable shield is for example in the article S.Teumaier, D. Arnold, J. Bohm and E. Funck in Applied Radiation and Isotopes 53 (2000), pp. 173-178, "The PTB underground laboratory for dosimetry and spectrometry" from outside to inside: 15 cm Pb ( ²¹⁰ Pb <6 Bq / kg), 2 cm Pb ( ²¹⁰ Pb <1 Bq / kg) and 8 cm electrolytically recovered copper. The inner part can additionally be flooded with nitrogen gas. The disclosure of this article is also intended to be part of the present disclosure.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dann festzustellen, ob ein untersuchtes Abdeckglas die hohen Anforderungen an ein strahlungsarmes Abdeckglas zum Einsatz beispielsweise in der Halbleitertechnologie erfüllt. Hierzu kann zum Beispiel anhand der gemessenen gamma-Strahlung auf die Menge an vorhandenen Zerfallsprodukten und damit der ausgesendeten alpha-Strahlung zurückgeschlossen werden. Alternativ kann auch anhand einer vorbestimmten Grenze für die gemessene gamma-Strahlung festgelegt werden, ob die untersuchten Abdeckgläser eine geeignete alpha-Strahlung aufweisen oder nicht.The inventive method allows then determine if an examined cover glass meets the high requirements to a low-radiation cover glass for use, for example in of semiconductor technology. For this purpose, for example based on the measured gamma radiation on the amount of existing Decay products and thus the emitted alpha radiation inferred become. Alternatively, it can also be based on a predetermined limit for the measured gamma radiation can be determined, whether the examined coverslips have suitable alpha radiation or not.

So hat sich herausgestellt, dass bei gegebenem radioaktivem Gleichgewicht die vorbestimmte Grenze für die gamma-Strahlung vorzugsweise so zu wählen ist, dass die jeweiligen Zerfallsprodukte spezifische Aktivitäten von je 0,06 Bq/kg nicht überschreiten, um eine alpha-Eigenstrahlung zu haben, die im akzeptablen Bereich liegt, d. h. die oben genannte Grenze nicht übersteigt. Eine spezifische Aktivität von je 0,06 Bq/kg ist beispielsweise für Ra226 und Ra228 bzw. Th228 mit einer entsprechenden Konzentration von 1,7 × 10^–6 μg/kg („ppb”) für Ra226 und 7 × 10^–9 μg/kg für Ra228 bzw. Th228 korreliert, die somit nicht überschritten werden sollte.Thus, it has been found that for a given radioactive equilibrium, the predetermined limit for the gamma radiation is preferably to be chosen so that the respective decay products do not exceed specific activities of 0.06 Bq / kg each in order to have alpha self-radiation within the acceptable range, ie does not exceed the above limit. A specific activity of 0.06 Bq / kg is for example for Ra226 and Ra228 or Th228 with a corresponding concentration of 1.7 × 10 ^-6 μg / kg ("ppb") for Ra226 and 7 × 10 ^-9 μg / kg for Ra228 and Th228 respectively, which should therefore not be exceeded.

Zur Bestimmung der alpha-Strahlungsaktivität aus der Messung der gamma-Strahlung in Gläsern liegt eine Abschätzung der Aktivität pro Fläche über die Volumenaktivität zugrunde, wie nachfolgend in Einzelheiten erläutert wird.to Determination of alpha radiation activity from the measurement gamma radiation in glasses is an estimate the activity per area over the volume activity as explained in detail below.

Mit der Langzeit-Gammaspektrometrie können niedrige spezifische Aktivitäten von alpha-Strahlern in Glas bestimmt werden. Um Informationen über die spezifische Aktivität der alpha-Strahler pro Fläche zu erhalten, muss abgeschätzt werden, welcher Anteil der alpha-Strahler aus einem Volumen aus dessen Oberfläche austreten kann.With the long-term gamma spectrometry can be low specific activities of alpha-ray be determined in glass. In order to obtain information about the specific activity of alpha-emitters per area, it must be estimated what proportion of the alpha-emitters can escape from a volume of its surface.

Da in einem interessierenden Glas nur die Nuklide der natürlichen Zerfallsreihen des U238 und des Th232 in relevanten Aktivitäten auftreten, werden für die Abschätzung der Flächenaktivitäten nur diese betrachtet.There in a glass of interest only the nuclides of the natural Decay series of the U238 and the Th232 in relevant activities occur for the estimation of area activities just look at these.

Der Abschätzung liegen hierbei folgende Annahmen bzw. Vereinfachungen zu Grunde:
Die Energie der Alphateilchen aus den Zerfallsreihen U238 und Th232 beträgt im Mittel etwa 5,7 MeV. Damit beträgt die durchschnittliche Austrittstiefe der Alphateilchen aus Glas etwa 22 μm.The estimation is based on the following assumptions or simplifications:
The energy of the alpha particles from the decay series U238 and Th232 is on average about 5.7 MeV. Thus, the average exit depth of alpha particles made of glass is about 22 microns.

Für die Abschätzung wird der Fall betrachtet, dass eine plane, glatte Glasoberfläche vorliegt. Hier wird zunächst betrachtet, welcher Anteil der in einer 22 μm dicken Oberlächenschicht entstehenden Alphateilchen an die Oberfläche gelangen kann. Da der Austrittswinkel zur Oberfläche die Weglänge im Glas beeinflusst, besitzen z. B. nur 20% der Alphateilchen in einer Tiefe von 18 μm eine Weglänge von unter 22 μm im Glas. Somit ergibt sich, dass aus der gesamten Schicht von 22 μm etwa 31,5% der Alphateilchen an der Oberfläche aus dem Glas austreten können.For the estimate is considered the case that a plane, smooth glass surface is present. Here is first considers what proportion of in a 22 micron thick surface layer Emerging alpha particles can reach the surface. Because the exit angle to the surface is the path length influenced in the glass, z. B. only 20% of alpha particles in a depth of 18 microns a path length of below 22 μm in the glass. Thus, that results from the entire 22 μm layer contains about 31.5% of the alpha particles on the surface can escape from the glass.

Weiterhin wird angenommen, dass das radioaktive Gleichgewicht in der U238-Zerfallsreihe ab Ra226 und in der Th-232-Zerfallsreihe ab Ra228 gilt.Farther It is assumed that the radioactive equilibrium in the U238 decay series from Ra226 and in the Th-232 decay series from Ra228 applies.

Damit wird aus den Konzentrationen von U und Th (beispielsweise bestimmt mit ICP-MS) und den spezifischen Aktivitäten (pro Masse; bestimmt mit Langzeit-Gammaspektrometrie) von Ra226 und Ra228 oder von Th228, falls das radioaktive Gleichgewicht ab Th232 besteht, die Gesamtaktivität an alpha-Strahlern im Volumen abgeschätzt. Über die Betrachtungen zur Austrittstiefe gelangt man schließlich zu der Gesamtaktivität an (aus dem Glas austretenden) alpha-Strahlern pro Fläche.In order to is determined from the concentrations of U and Th (for example with ICP-MS) and the specific activities (per mass; determined by long-term gamma spectrometry) of Ra226 and Ra228 or of Th228, if the radioactive equilibrium exists from Th232, the total activity of alpha emitters in volume is estimated. about the considerations on the exit depth are finally reached the total activity of (emanating from the glass) alpha emitters per area.

Mit den obigen Annahmen kann somit aus einer gemessenen gamma-Strahlung auf die alpha-Strahlung zurückgeschlossen werden. In der nachfolgenden Tabelle wird ein repräsentatives Beispiel hierfür gezeigt.With The above assumptions can thus be obtained from a measured gamma radiation be deduced to the alpha radiation. In the following Table will be a representative example of this shown.

Aus der Tabelle ergibt sich, dass eine Glasprobe mit 3,5 μg/kg („ppb”) U238 und 9 μg/kg („ppb”) Th232 und 0,045 Bq/kg Ra226 und 0,039 Bq/kg Th228 in Form einer Glasscheibe eine spezifische Aktivität von alpha-Strahlern pro Fläche von etwa 10,2 mBq/m² bzw 0,0018 [counts/(cm²·h)] aufweist.

The table shows that a glass sample containing 3.5 μg / kg ("ppb") U238 and 9 μg / kg ("ppb") Th232 and 0.045 Bq / kg Ra226 and 0.039 Bq / kg Th228 in the form of a glass sheet specific activity of alpha-emitters per unit area of about 10.2 mBq / m ² or 0.0018 [counts / (cm ² · h)] has.

Die Abdeckgläser, die erfindungsgemäß untersucht werden können, sind im Rahmen der Erfindung nicht besonders beschränkt. Insbesondere geeignete Glaszusammensetzungen sind vorzugsweise ausgewählt aus Alumosilikatgläsern, Alumoborosilikatgläsern, Borosilikatgläsern, insbesondere alkalifreien Borosilikatgläsern, oder Kalknatronsilikatgläsern. Bevorzugte Gläser sind beispielsweise alkalihaltige Floatgläser, wie z. B. Borosilikatgläser (z. B. D 263, Borofloat 33, Borofloat 40, BK 7, Duran von Schott AG, Mainz) genauso wie alkalifreie Gläser (z. B. AF 37, AF 45 von Schott AG, Mainz), Alumosilikatgläser (z. B. Fiolax, Illax von Schott AG, Mainz), Erdalkali-Gläser (z. B. B 270 von Schott AG, Mainz), Li₂O-Al₂O₃-SiO₂-Floatglas oder entfärbtes Floatglas mit einer Eisenkonzentration unterhalb 100 μg/kg.The cover glasses, which can be investigated according to the invention, are not particularly limited within the scope of the invention. Particularly suitable glass compositions are preferably selected from aluminosilicate glasses, alumoboro silicate glasses, borosilicate glasses, in particular alkali-free borosilicate glasses, or soda lime silicate glasses. Preferred glasses are, for example, alkali-containing float glasses, such as. Borosilicate glasses (eg D 263, Borofloat 33, Borofloat 40, BK 7, Duran from Schott AG, Mainz) as well as alkali-free glasses (eg AF 37, AF 45 from Schott AG, Mainz), aluminosilicate glasses (eg eg Fiolax, Illax from Schott AG, Mainz), alkaline earth glasses (eg B 270 from Schott AG, Mainz), Li ₂ O-Al ₂ O ₃ -SiO ₂ float glass or decolourised float glass with an iron concentration below 100 μg / kg.

Bei Verwendung von BaO in einer der Glaszusammensetzungen ist insbesondere darauf zu achten, dass kein Radium-haltiges Barium zum Einsatz kommt, wodurch der Anteil der α-Strahlung deutlich ansteigen würde.at Use of BaO in one of the glass compositions is particular to make sure that no radium-containing barium is used, whereby the proportion of α-radiation would increase significantly.

Besonders bevorzugt kommen Abdeckgläser zum Einsatz, die bereits einen geringen Uran- und Thorium-Gehalt haben, d. h. auf ihre Eignung als strahlungsarme Abdeckgläser überprüft werden sollen.Especially Preferably cover glasses are used, which already have a low uranium and thorium content, i. H. on their suitability checked as low-radiation cover glasses should be.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die obigen Erläuterungen für das Verfahren gleichermaßen auf die Vorrichtung anwendbar sind.object The invention is also a device for implementation the method according to the invention, wherein the above Explanations for the procedure alike are applicable to the device.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommt eine Messeinheit zur Bestimmung der gamma-Strahlen von Zerfallsprodukten von Uran und Thorium in Abdeckgläsern für strahlungsempfindliche Sensoren zur Anwendung, wobei die Messeinheit zur Niedrig-Niveau-gamma-Strahlen-Bestimmung (low level gamma radiation) oder Ultra-Niedrig-Niveau-gamma-Strahlen-Bestimmung (ulta low level gamma radiation) ausgelegt ist.In the device according to the invention comes a measuring unit for the determination of the gamma rays of decay products of uranium and thorium in cover glasses for radiation-sensitive Sensors for use, wherein the measuring unit for low-level gamma-ray determination (low level gamma radiation) or ultra-low-level gamma-ray determination (ultra low level gamma radiation) is designed.

Damit die Vorrichtung die Messung der gamma-Strahlen im Niedrig-Niveau-gamma-Strahlen-Bereich oder Ultra-Niedrig-Niveau-gamma-Strahlen-Bereich durchführen kann, kann beispielsweise vor der Messung eine Kalibrierung vorgenommen werden, damit die Messeinheit zur Niedrig-Niveau-gamma-Strahlen-Bestimmung oder Ultra-Niedrig-Niveau-gamma-Strahlen-Bestimmung geeignet ist. Die Kalibrierung kann zum Beispiel durch spezielle Software erfolgen, anhand derer die geeigneten geometrischen Daten des aktiven Teils des Detektors entsprechend bestimmt und modifiziert werden können. Für Einzelheiten wird verwiesen auf „Reference measurements of low levels of 60Co in steel”, M. Köhler, M. Hult, D. Arnold, M. Laubenstein, J.-L. Reyss, in Applied Radiation and Isotopes 61 (2004), S. 207–211 , deren Offenbarung hier vollumfänglich in die vorliegende Beschreibung aufgenommen sein soll.For example, to allow the device to measure the gamma rays in the low-level gamma-ray or ultra-low-level gamma-ray regions, a calibration may be performed prior to the measurement to cause the measuring device to become low. Level gamma-ray determination or ultra-low-level gamma-ray determination is suitable. The calibration can be carried out for example by special software, by means of which the suitable geometric data of the active part of the detector can be determined and modified accordingly. For details refer to "Reference measurements of low levels of 60 Co in steel", M. Kohler, M. Hult, D. Arnold, M. Laubenstein, J.-L. Reyss, Applied Radiation and Isotopes 61 (2004), pp. 207-211 , the disclosure of which is hereby incorporated in full in the present description.

Weiterhin kann die Vorrichtung vorzugsweise speziell auf die Messung der Zerfallsprodukte Ra226 und Ra228 bzw. Th228 ausgelegt sein, wobei die Messeinheit eine Bestimmung der spezifischen Aktivität von ≤ 0,06 Bq/kg für Ra226 und ≤ 0,06 Bq/kg für Ra228 bzw. Th228 vornehmen kann, die korreliert ist mit einer entsprechenden Konzentration von ≤ 1,7 × 10^–6 μg/kg für Ra226 und ≤ 7 × 10^–9 μg/kg für Ra228 bzw. Th228.Furthermore, the device may preferably be designed specifically for the measurement of the decay products Ra226 and Ra228 or Th228, wherein the measuring unit has a determination of the specific activity of ≤ 0.06 Bq / kg for Ra226 and ≤ 0.06 Bq / kg for Ra228 or Th228 correlated with a corresponding concentration of ≤ 1.7 x 10 ^-6 μg / kg for Ra226 and ≤ 7 x 10 ^-9 μg / kg for Ra228 and Th228, respectively.

Die weiteren Bedingungen, welche die Vorrichtung vorzugsweise erfüllt, wurden bereits beschrieben.The further conditions, which the device preferably fulfills, have already been described.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind außerordentlich vielschichtig:
So gelingt es durch das erfindungsgemäße Verfahren zu bestimmen, ob ein Abdeckglas zur Verwendung als strahlungsarmes Abdeckglas mit geringer alpha-Eigenstrahlung überhaupt geeignet ist und die Anforderungen erfüllt. Ferner kann durch Erkenntnisse über das Abdeckglas eine Kontrolle der eingesetzten Ausgangsmaterialien erfolgen, die dann entsprechend zu modifizieren und/oder zu reinigen sind.The advantages of the present invention are extremely complex:
Thus, it is possible by the method according to the invention to determine whether a cover glass is suitable for use as a low-radiation cover glass with low alpha self-radiation and meets the requirements. Furthermore, by insights into the cover glass, a check can be made of the starting materials used which are then to be modified and / or cleaned accordingly.

Die im Stand der Technik bislang nicht berücksichtigte zusätzlich alpha-Strahlung, welche von den Zerfallsprodukten des Urans und Thoriums herrührt, führt erfindungsgemäß zu einem Gesamtbild über die relevante alpha-Strahlung, die bislang nicht bestimmt wurde. Der erfindungsgemäße Umweg über die Messung der gamma-Strahlen, die auch bis zu sehr geringen Niveaus der Strahlung derzeit schon möglich ist, gelingt der Rückschluss auf die alpha-Strahlung, um so tatsächlich zu Abdeckgläsern zu gelangen, die eine geringe relevante alpha-Eigenstrahlung aufweisen.The not previously considered in the prior art alpha radiation, which is derived from the decay products of uranium and Thorium originates, leads according to the invention an overall picture of the relevant alpha radiation, the has not been determined yet. The inventive Detour over the measurement of gamma rays, which also up to very low levels of radiation already possible is, the conclusion on the alpha radiation succeeds so to actually get to cover glasses, the have a low relevant alpha natural radiation.

Von besonderem Vorteil bei Messung der gamma-Strahlung gegenüber der alpha-Strahlung ist es weiterhin, dass die gamma-Strahlung unabhängig von der Probenform und Oberflächenbeschaffenheit der Probe durchgeführt werden kann. Eine wesentliche Fehlerquelle, wie diese bei Messung der alpha-Strahlung auftritt wird damit vermieden. Weiterhin sind die Messungen der gamma-Strahlung auch für sehr geringe gamma-Strahlungsniveaus möglich und führen zu verlässlichen und reproduzierbaren Werten. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass es ausreichend ist, neben U238 und Th232 nuklidspezifisch diejenigen Zerfallsprodukte der Uran und Thorium-Reihe zu messen, welche die längste Halbwertszeit aufweisen und damit die relevanten alpha-Strahler in den Zerfallsreihen darstellen. Dies sind im vorliegenden Fall Ra228 bzw. Th228, je nach vorliegendem radioaktiven Gleichgewicht, und Ra226.From particular advantage in measuring the gamma radiation over The alpha radiation continues to show that the gamma radiation is independent of the sample shape and surface texture of the sample can be carried out. A major source of error How this occurs when measuring the alpha radiation is thus avoided. Furthermore, the measurements of gamma radiation are also for very low gamma radiation levels possible and result to reliable and reproducible values. Another Advantage of the method according to the invention is that it is sufficient in addition to U238 and Th232 nuclide specific ones To measure the decay products of uranium and thorium series, which the have the longest half-life and thus the relevant represent alpha emitters in the decay series. These are in the present Case Ra228 or Th228, depending on the radioactivity present, and Ra226.

Weiterhin ist es für die vorliegende Erfindung sinnvoll die U238- und Th232-Gehalte zu bestimmen, insbesondere um Rückschlüsse darüber zu gewinnen, ob das radiochemische Gleichgewicht gestört ist oder nicht. Dies gelingt beispielsweise mit dem ICP-MS-Verfahren oder über chemische Photometrie, welche ergänzend zum erfindungsgemäßen Verfahren herangezogen werden. Somit werden erfindungsgemäß 4 alpha-Strahler berücksichtigt, d. h. U238, Ra226, Th232 und Ra228 bzw. Th228. Dadurch werden die relevanten alpha-Strahlen in den beiden Zerfallsketten erfasst. Hierdurch werden indirekt über kurzlebige Zerfallsprodukte, die gamma-Strahlung aussenden, die beschriebenen alpha-Strahler miterfasst.Furthermore, it is useful for the present invention to determine the U238 and Th232 contents, In particular, to draw conclusions about whether the radiochemical balance is disturbed or not. This is achieved, for example, with the ICP-MS method or via chemical photometry, which are used in addition to the method according to the invention. Thus, according to the invention, 4 alpha emitters are considered, ie U238, Ra226, Th232 and Ra228 and Th228, respectively. This captures the relevant alpha rays in the two decay chains. As a result, indirectly via short-lived decay products that emit gamma radiation, the described alpha emitters are included.

Nachfolgend wird ein beispielhafter Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von 5 gezeigt, der lediglich zur Illustration der erfindungsgemäßen Lehre dient. Dieser ist lediglich als mögliche, exemplarisch dargestellte Ausführungsform zu verstehen, ohne die Erfindung auf deren Inhalt zu beschränken.Hereinafter, an exemplary construction of a device according to the invention will be described with reference to FIG 5 shown, which serves only to illustrate the teaching of the invention. This is to be understood merely as a possible embodiment illustrated by way of example, without limiting the invention to its content.

Ausführungsbeispielembodiment

Zur Messung der gamma-Strahlung wurde vorzugsweise die in 5 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 100 verwendet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 weist einen Probenbehälter 10 auf, im vorliegenden Beispiesl ist dies ein Marinelli-Becher 10 mit einem Volumen von 1 Liter. Es können aber auch größere oder kleinere Behälter zum Einsatz kommen. In den Marinelli-Becher 10 wird die Probe, beispielsweise ein zu untersuchendes Abdeckglas gegeben. Die Form der Probe spielt keine Rolle; diese kann beispielsweise in gemahlenem Zustand in den Becher 10 gegeben werden. Der Marinelli-Becher 10 befindet sich im Detektor-System 20. Dieses kann beispielsweise ein hochreiner Germanium-Kristall sein. Selbstverständlich können auch andere geeignete Detektoren verwendet werden. Die Abschirmung 30 wurde im vorliegenden Beispielfall aus Bleiplatten mit einer Dicke von 20 cm gewählt. Weiterhin wird zur Abschirmung der von Blei möglicherweise ausgesandten gamma-Strahlung zusätzlich hochreines Kupfer verwendet. Zur Verbesserung der Abschirmung wird diese mit flüssigem Stickstoff aus einem Dewar-Behälter 40 geflutet. Die Messung wird mit einer geeigneten Software durchgeführt und über ein Computer-System 50 gesteuert. Die Messungen werden vorzugsweise für mehr als 7 Tage in einem Untertagelaboratorium durchgeführt.For the measurement of the gamma radiation was preferably in 5 illustrated inventive device 100 used. The device according to the invention 100 has a sample container 10 In this example, this is a Marinelli cup 10 with a volume of 1 liter. However, larger or smaller containers may also be used. In the Marinelli mug 10 the sample is given, for example, a cover glass to be examined. The shape of the sample does not matter; this can, for example, in a ground state in the cup 10 are given. The Marinelli mug 10 is in the detector system 20 , This may be, for example, a high purity germanium crystal. Of course, other suitable detectors may be used. The shield 30 was chosen in the present example of lead plates with a thickness of 20 cm. Furthermore, high-purity copper is additionally used to shield the gamma radiation possibly emitted by lead. To improve the shielding, this liquid nitrogen from a Dewar container 40 flooded. The measurement is carried out with suitable software and via a computer system 50 controlled. The measurements are preferably carried out for more than 7 days in an underground laboratory.

1010: Marinelli-BecherMarinelli beaker
2020: Detektor-SystemDetector system
3030: Abschirmungshielding
4040: Dewar-BehälterDewar
5050: Computer-SystemComputer System
100100: erfindungsgemäße Vorrichtunginvention contraption

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- JP 04-308669 [0003, 0005]
- JP 2000233939 [0006, 0006]
- JP 2001185710 [0006, 0007]
- JP 2004238283 [0024]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- "Deep underground measurements of 60Co in steel exposed to the Hiroshima atomic bomb explosion" by M. Hult, J. Gasparro, R. Vasselli, K. Shizuma, M. Hoshi, D. Arnold and S. Neumaier in Applied Radiation and Isotopes 61 (2004) p. 173-177 [0033]
- "The PTB underground laboratory for dosimetry and spectrometry" by S. Neumaier, D. Arnold, J. Bohm and E. Funck in Applied Radiation and Isotopes 53 (2000), pp. 173-178 [0034]
- "Reference measurements of low levels of 60 Co in steel", M. Köhler, M. Hult, D. Arnold, M. Laubenstein, J.-L. Reyss, Applied Radiation and Isotopes 61 (2004), pp. 207-211 [0051]

Claims

Method for controlling the alpha radiation in cover glasses for radiation-sensitive sensors with the steps (A) Determining the U238 and Th232 content, (b) measuring the gamma radiation the relevant radioactive decay products of uranium and thorium; and (C) Determining the alpha radiation from the determination according to step (a) and the measurement according to step (b).

Method according to claim 1, characterized in that that carried out long-term measurements of gamma radiation become.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the long-term measurements take one to several days, one to several Weeks or one to several months, preferably> 7 days.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the determination of the U238 and Th232 content carried out by ICP-MS or photometric methods becomes.

Method according to at least one of the preceding Claims 1 to 4, characterized in that based on the particular U238 and Th232 content on the presence of a radioactive equilibrium is closed back.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the background radiation during the measurement of gamma radiation is set particularly low.

Method according to at least one of the preceding Claims 1 to 6, characterized in that the measurements the gamma radiation in a room with special shielding, in particular an underground laboratory.

Method according to at least one of the preceding Claims 1 to 7, characterized in that given a radioactive Equilibrium based on a predetermined limit of gamma radiation It is determined whether the cover glasses for a their purpose suitable alpha radiation or not.

Method according to claim 8, characterized in that that at a given radioactive equilibrium the predetermined limit the gamma radiation is chosen so that the respective relevant decay products specific activities of not exceed 0.06 Bq / kg.

Method according to at least one of the preceding Claims 1 to 9, characterized in that the measurement of the gamma radiation is carried out in a nuclide-specific manner.

Method according to at least one of the preceding Claims 1 to 10, characterized in that nuclide-specific selected as relevant decay products Ra226 and Th228 or Ra226 and Ra228 become.

A method according to claim 11, characterized in that for a given radioactive equilibrium, the predetermined limit of gamma radiation is chosen such that the specific activity of 0.06 Bq / kg for Ra226 and 0.06 Bq / kg for Ra228 or Th228 with a corresponding concentration of 1.7 × 10 ^-6 μg / kg for Ra226 and 7 × 10 ^-9 μg / kg for Ra228 or Th228.

Method according to at least one of the preceding Claims 1 to 12, characterized in that before the Measurement a calibration is performed.

Contraption ( 100 ) for carrying out the method according to one of claims 1 to 13, comprising a measuring unit for determining the gamma rays of selected relevant decay products of uranium and thorium in cover glasses for radiation-sensitive sensors, wherein the measuring unit for low-level gamma-ray determination or Ultra-low-level gamma-ray determination is designed.

Contraption ( 100 ) according to claim 14, characterized in that prior to the measurement, a calibration is performed so that the measuring unit for low-level gamma-ray determination or ultra-low-level gamma-ray determination is set.

Contraption ( 100 ) according to one of claims 14 or 15, characterized in that the measuring unit is designed for long-term measurements.

Contraption ( 100 ) according to claim 16, characterized in that the long-term measurements lasting one to several days, one to several weeks or one to several months, preferably> 7 days.

Contraption ( 100 ) according to at least one of the preceding claims 13 to 17, characterized in that the device comprises means for determining the U238 and Th232 content in order to deduce the presence of a radioactive equilibrium from the determined U238 and Th232 contents.

Contraption ( 100 ) after at least one of preceding claims 13 to 18, characterized in that the device ( 100 ) and / or measuring unit in a room, preferably an underground laboratory, is housed with special shielding.

Contraption ( 100 ) according to at least one of the preceding claims 13 to 19, characterized in that the measuring unit is designed for a determination of the gamma radiation of the decay products with a specific activity of ≤ 0.06 Bq / kg by appropriate calibration.

Contraption ( 100 ) according to at least one of the preceding claims 13 to 20, characterized in that the measuring unit is designed for a nuclide-specific measurement of the gamma radiation.

Contraption ( 100 ) according to at least one of claims 13 to 21, characterized in that the measuring unit for the nuclide-specific measurement of the relevant decomposition products Ra226 and Ra228 or Ra226 and Th228 is set up.

Contraption ( 100 ) according to claim 22, characterized in that the measuring unit for determining the gamma radiation of the decay products Ra226 and Ra228 or Ra226 and Th228 with a specific activity of ≤ 0.06 Bq / kg for Ra226 and ≤ 0.06 Bq / kg for Ra228 or Th228 with a corresponding concentration of ≤ 1.7 x 10 ^-6 μg / kg for Ra226 and ≤ 7 x 10 ^-9 μg / kg for Ra228 or Th228 by appropriate calibration.