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Anordnung zum Strahlungsnachweis Die Erfindung bezieht sich auf eine
Anordnung zum 5 trahlungsuachweis, bei der die nachzuweisende Strahlung in einem
räumlich ausgedehnten Körper durch Wechselwirkung primär oder sekundär eine elektromagnetische
Strahlung erzeugt.
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Es ist bekannt, radioaktive Strahlung und Röntgenstrahlung durch
die Schwärzung einer photographischen Schicht nachzuweisen. Die photometrisch bestimmte
Schwärzung ist dabei ein Maß für die in dem Zeitraum der Exposition am Ort der photographischen
Schicht wirksam gewesene Strahlungsmenge (Dosis).
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Zur Verbesserung der relativen Unempfindlichkeit zur Schwärzung eines
Filmes sind etwa 2 r (Röntgen) nötig - hat man auch schon die ionisierende Strahlung
auf einen Phosphor auffallen und die dadurch erzeugte Lumineszenzstrahlung auf lichtempfindliches
Material einstrahlen lassen. Hierzu wurde ein Phosphor mit einem Gehäuse in Berührung
gebracht, das ein lichtempfindliches Material enthielt.
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Weiterhin ist bekannt, die durch eine nachzuweisende Strahlung erzeugte
Lumineszenzstrahlung durch eine Photozelle zu messen oder mit dem Auge zu beobachten.
Dabei ist eine lumineszierende Flüssigkeit in einem kugelförmigen Behälter untergebracht.
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Bei den bekannten Anordnungen ist aber nachteilig, daß zur Messung,
insbesondere zur mindestens angenähert quantitativen Bestimmung, z. B. mittels Photometrierung,
nur ein verhältnismäßig enger Meßbereich mit erwünschter hoher Empfindlichkeit zur
Verfügung steht.
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Die erfindungsgemäße Anordnung weist über einen weiten, sich über
mehrere Zehnerpotenzen erstreckenden Meßbereich eine hohe Empfindlichkeit auf und
stellt eine auch in anderer Hinsicht vorteilhafte Ausbildung einer Anordnung zum
Strahlungsnachweis dar, und zwar besteht die Erfindung darin, daß mit einer Photoplatte
oder einem Film gleichzeitig mehrere Hohlkörper in optischem Kontakt stehen, in
denen jeweils ein Körper mit von den anderen verschiedener Größe angeordnet ist
und aus denen die erzeugte elektromagnetische Strahlung nur durch einen kleinen
Teil ihrer Oberfläche austritt und auf die Photoplatte oder den Film fällt.
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Nach der Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein, daR der Teil der
Oberfläche des jeweils einen räumlich ausgedehnten Körper umschließenden Hohlkörpers,
aus dem der Austritt der erzeugten elektromagnetischen Strahlung erfolgt, bei den
verschiedenen Hohlkörpern verschieden groß ist.
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Die dem räumlich ausgedehnten Körper zugekehrte Oberfläche der Hohlkörper
wird günstig aus einem Material hergestellt, das ein möglichst großes Reflexionsvermögen
für die von den räumlich ausgedehnten Körpern erzeugte elektromagnetische Strah-
lung
besitzt. Zweckmäßig kann weiterhin ein Strahlentransformator vorgesehen werden,
der den schwer nachzuweisenden Anteil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung
in eine leichter nachzuweisende umwandelt. Als Strahlentrausformator kann beispielsweise
ein durch ultraviolettes Licht erregbarer, langwelligere Strahlung aussendender
Phosphor verwendet werden, der zweckmäßig eine möglichst geringe Absorption für
die genannte, langwelligere Strahlung besitzt. Der Strahlentransformator kann vorteilhaft
derart angeordnet sein, daß die in dem räumlich ausgedehnten Körper durch Wechselwirkung
erzeugte elektromagnetische Strahlung, welche nur durch einen kleinen Teil des genannten
Hohlkörpers austritt, vor ihrem Auftreffen auf beispielsweise eine Nachweiseinrichtung
diesen Strahlentransformator durchsetzt. In einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform
umgibt der Strahlentrausformator den genannten Körper, der sich vorteilhafterweise
in einem Hohlkörper aus einem Material mit großem Reflexionsvermögen für die transformierte
Strahlung befindet.
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Die Nachweisempfindlichkeit kann durch Verstärkerfolien, beispielsweise
aus Blei, die die Wechselwi rkungswahrscheinlichkeit mit dem genannten räumlich
ausgedehnten Körper vergrößern, weiter erhöht werden.
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Es ist günstig, für die Hohlkörper eine solche Oberflächenform zu
wählen, daß die Zahl der Reflexionen der erzeugten Strahlung bis zum Austritt durch
deren nicht reflektierenden Teil möglichst klein ist. Zweckmäßig wird diese als
Polyeder- oder Kugeloberfläche ausgeführt. Vorzugsweise bildet die Innenfläche der
Hohlkörper
auch die Außenfläche der genannten räumlich ausgedehnten Körper.
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Als räumlich ausgedehnte Körper können lumineszierende Kristalle
oder lumineszierende Flüssigkeiten dienen. Zweckmäßig erfolgt die Auswahl eines
Kristalls oder einer Flüssigkeit so, daß die in dem von der genannten Oberfläche
umschlossenen Gebiet crzeugte elektromagnetische Strahlung vorwiegend im Gebiet
der größten Nachweisempfindlichkeit, bei spielsweise des auges und/oder einer photoelektrischen
Nachweiseinrichtung und/oder einer photographisch wirksamen Schicht, liegt. Weiter
wird darauf gerichtet, daß der verwendete lumineszierende Kristall (der die verwendete
lumineszierende Flüssigkeit die erzeugte Strahlung durch Eigenabsorption möglichst
wenig schwächt. Zum Beispiel kann als lumineszierender Körper mit Thallium aktiviertes
Natriumj odid oder mit Thallium aktiviertes Kaliumjodid bzw. bei Flüssigkeiten.
beispielsweise Terphenyl, gelöst z. B. in m-Xyiol, günstig verwendet werden. Sofern
die vorstehend genannten Forderungen von anderen lumineszierenden Stoffen, wie beispielsweise
Calciumwolframat. ATaphthalin, Anthrazen, Stilben usw.. erfüllt werden, lassen sich
auch diese für die erfindungsgem. ibe Anordnung verwenden.
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Will man die erfindungsgemäße Anordnung zum Neutronennachweis benutzen,
so werden den genannten Kristallen oder den genannten Flüssigkiten vorteilhafterweise
wasserstoffhaltige Substanzen oder Sulstanzen mit einem möglichst großen Ahsorptionsverschnitt
für langsame Neutronen, wie beispielswelse Bor, beigemischt oder die genannten Kristalle
bzw. die genannten Flüssigkeiten mit solchen Substanzen umgeben. Die genannten Substanzen
können in bekannter Weise auch außerhalb der Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet
sein.
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Im folgenden soll die erfindungsgemäße Anordnung an Hand einiger
in der Zeichnung schematisch rviedergegebener beispielsweiser Ausführungsformen
erläutert werden.
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Tn Fig. 1 ist ein an sich bekanntes Element der erfindungsgemäßen
Anordnung schematiscll im Schnitt und in der Aufsicht. nämlich ein quaderförmiger
lumineszierender Kristall 1 umgeben von einem Hohlkörper 2, dargestellt. Der Hohlkörper
2 wird in dem Ausführungsbeispiel durch eine den Kristall 1 umgebende reflektierende
Schicht gebildet. Als Material für den Hohlkörper 2 wird ein Stoff gewählt, der
für die in dem Kristall 1 durch Wechselwirlung erzeugte elektromagnetische Strahlung
ein möglichst großes REflexionsvermögen liesitzt.
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Trifft auf den Kristall 1 eine Strahlung, die durch Wechselwirkung
mit dem Kristall 1 eine lumineszierende Strahlung auslöst, so wird die erzeugte
Strahlung von dem den Kristlla 1 umgehenden Hohlkörper2 so oft reflektiert. bis
sie auf die Öffnung 3 fällt. Auf diese Weise wird ein verhältnismäßig großer Teil
der im Kristall 1 erzeugten Strahlung an der Öffnung 3 gesammelt, so daß sich an
der Öffnung 3 eine wesentli che Erhöhung der auftreffenden, sekundär erzeugten Lichtintensität
ergibt. Da jedoch durch jede Reflexion an dem Hohlkörper 2 etwas von der sekundär
erzeugten Strahlung absorbiert wird, ist es günstig, eine Form der Oberfläche des
Hilfskörpers 2 zu wählen. bei welcher die erzeugte elektromagnetische Strahlung
nach einer möglichst geringen Anzahl von Reflexionen auf die oeffnung 3 trifft.
Dieser Forderung genügt man zweckmäßig in entsprechender Abänderung des hekannen
Elementes nach Fig. 1 durch die Wahl einer Polyeder- oder Kugeloberfläche fiir den
den Kristall 1
umschließenden Hohlkörper 2. In einigen bevorzugten Ausführungsformen
kann es jedoch vorteilhaft sein, eine zylindrische Form des Kristalls und des umgebenden
Hohlkörpers zu wählen.
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In Fig. 2 und 3 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung
in zum Teil schematischer Darstellung gezeichnet; Fig. 2 zeigt einen Schnitt und
Fig. 3 eine Aufsicht. Die räumlich ausgedehnten Körper sind vier Kristalle 10, 11,
12, 13 verschiedener Größe. Jeder dieser Kristalle ist mit einer die erzeugte elektromagnetische
Strahlung reflektierenden Schicht umgeben, die dieHohlkörper 20, 21, 22, 23 bildet.
Zum Austritt der Strahlung ist in diesen Hohlkörpern jeweils eine Öffnung 30, 31,
32. 33 vorhanden. Die von den Hohlkörpern 20, 21. 22, 23 umseblossenen Kristalle
10, 11. 12, 13 stehen mittels der Öffnungen 30, 31, 32, 33 mit einer photographischen
Platte oder einem Film 15 in optischen Kontakt.
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Der Mefibereich einer Anordnung. wie sie beispielsweise in Fig. 2
und 3 schematisch dargestellt ist, erstreckt sich über mehrere Zehnerpotenzen. Wählt
man beispielsweise für eine empfindliche Anordnung einen Kristall von der Größe
einiger cm3. so gestattet eine derartige Anordnung den Nachweis einer Strahlung,
die von etwa 10-4 r bis zu den für direkte Bestrahlung erforderlichen etwa 2 r reicht.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
den Teil der Hohlkörperoberfläche, durch den die von den räumlich ausgedehnten Körpern
erzeugte elektromagnetische Strahlung austritt, bei den verschiedenen Hohlkörpern
im Verhältnis zu deren jeweiliger Gesamtoberfläche verschieden groß zu machen. Dadurch
kann die Empfindlichkeit der von einem räumlich ausgedehnten Körper g&)ildeten
Elemente der erfindungsgemäßen Anordnung ebenfalls verändert werden. Beispielsweise
kann die untere Grenze der Nachweismpfindlichkeit. die von dem größten räumlich
ausgedehnten Körper erhalten wird, noch verbessert werden, indem ein sehr kleiner
Teil für den Strahlungsaustritt gewählt wird. Die andere Grenze des Meßbereiches
kann entsprechend hinausgeschoben werden.
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Durch dei Vereinigung von verschiedenen großen räumlich ausgedehnten
Körpern (Kristalle 10. 11. 12, 13) werden für den Strahlungsuachweis gleichzeitig
verschieden große Strahlungsmengen elektromagnetischer Strahlung erzeugt. Von diesen
Strahlungsmengen, beispielsweise wachsender Größe. fällt nun eine oder mehrere in
den von dem Nachweismittel oder -gerät zu erfassenden Nachweisbereich. Damit ist
es aber möglich, sowohl für kleine als auch für große nachzuweisende Strahlungsmengen
bei einer Bestrahlung der erfindungsgemäßen Nachweisanordnung eine solche Strahlungsmenge
zu erzeugen, die einer genauen Bestimmung in einfacher Weise zugänglich ist. Das
Volumen des größten verwendeten Kristalls bestimmt dabei die untere Grenze der Nachweismöglichkeit.
Hierfür kann ein Volumen von mindestens einigen cm3, zweckmäßig jedoch von mindestens
einigen 1000 cmS, gewählt werden.
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Die direkte Schwärzung der photographisch empfindlichen Schicht 15
durch die einfallende. primäre Strahlung ist bei schwachen Strahlungen gegenüber
der Schwärzung der den Öffnungen 3 anliegenden Teilen der photographischen Schicht
zu vernachlässigen. Es ist deshalb möglich, auf dem photographischen Film oder der
Platte eine latente. geeichte Schwärzungsskala zu erzeugen durch eine Vergleichsbelichtung
vor der Entwicklung, vorzugsweise vor dem Einbringen in eine der beispielsweise
beschriebenen
Anordnungen. Die genannte Schwärzungsskala kann beispielsweise
auch schon bei der Fabrikation des photographisch empfindlichen Materials aufgebracht
werden. Eine besondere Berücksichtigung der Entwicklungsbedingungen erübrigt sich
bei der Verwendung einer latenten. vorstehend erläuterten Schwärzungsskala.
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In Fig. 4 ist schematisch eine photographisch empfindliche Platte
oder ein photographisch empfindlicher Film 15 dargestellt, bei dem durch eine Vergleichsbelichtung
vor der Entwicklung das latente Bild einer ringförmigen Schwärzungsskala erzeugt
wurde, so daß bei der Entwicklung eine geeichte Schwärzungsskala entsteht. Legt
man nun ein derartig vorhehandeltes, photographisch empfindliches Material 15 unter
eine Kristallanordnung, wie sie beispielsweise in Fig. 2 und 3 dargestellt ist,
und setzt sie einer Strahlung mit unbekannter Intensität aus, so entsteht bei der
Entwicklung eine Schwärzungsskala 40 und verschieden stark geschwärzte Stellen 41,
42. 43. 44.
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Nach einer Eichung der aufkopierten Schwärzungsskalen mittels einer
hekannten Strahlungsintensität kann dann bei einem vorgegebenen Kristallsystem die
in dem Zeitraum der Exposition am Ort des Kristallsvstems wirksam gewesene Strahlungsmenge
(Dosis) ohne weitere Hilfsmittel abgeschätzt werden. Dies ist ein besonderer Vorteil
der erfindungsgemäßen Anordnung. wie sie beispielsweise in Fig. 2 und 3 dargestellt
ist.
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Man kann daher Personen, die sich in strahlungsgefährdeten Räumen
aufhalten, eine vorstehend beseliriebene Anordnung tragen lassen und durch eine
einfache Entwicklung des photographisch empfindliegen Materials ohne größeren Aufwand
nicht nur feststellen, ob beispielsweise innerhalb eines Tages oder innerhalb einer
Woche die schädliche Toleranzdosis überschritten worden ist, sondern sogar die Größe
der aufgenommenen Dosis abschätzen. Zur gen;luen Untersuchung kann eine photometrische
Ausmessung der geschwärzten Stellen 41. 42. 43. 44 vor genommen werden.
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In Fig. 5 ist in einem Ausführungsbeispiel ein lichtdicht verschlossenes
Gehäuse mit einem Kristallsystem 52 und beispielsweise mit einem photographisch
empjindlichen Film 15 dargestellt, wie es von Personen, die sich in strahlungsgefährdeten
Räumen aufhalten. getragen werden kann. Das in Fig. 5 dargestellte Gehälse 51 besteht
aus einem Material geringer Dichte. so daß eine störende Sekundärstrahlung vermieden
wird. Das Kristallsystem 52 ist mit seinen Öffnungen 30. 31, 32, 33 dem Film 15
zugewandt. Die den photographisch empfindlichen Film oder die photographisch cmpfindliche
Platte enthaltende Kassette53 ist dabei derart angeordnet, daß die Schichtseite
des Films oder der Platte den Öffnungen 30, 31, 32, 33 des Kristallsystems 52 anliegt.
Mit Hilfe des Kassettenschiebers 54 wird die Belichtung für den Film 15 freigegeben
bzw. unterbrochen. Auf diese Weise ist auf einfache Art die Bestimmung der in einem
Zeitabschnitt ein fallenden Strahlung möglich.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kristall systems 52, das mit
einem photographisch empfindlichen Material 15 in optischen Kontakt gebracht werden
kann. ist in Fig. 6 dargestellt. Das Gehäuse 51 besteht wiederum aus einem Stoff
geringer Dichte. Als photographisch empfindliches Material ist in diesem Ausführungsbeispiel
ein Rollfilm 15 vorgesehen. Weiter enthält die Anordnung nach Fig. 6 eine nicht
dargestellte Vorrichtung zum Transport des Films 15, so daß mit dieser Anordnung
eine größere
Anzahl von Aufnahmen ohne Auswechseln des photographisoh empfindlichen
Materials durchgeführt werden kamin.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zum Strahlennachweis läßt sich aber
nicht nur in Verbindung mit einem photographisch empfindlichen Material zur Be-Bestimmung
der Dosis einer radioaktiven Strahlung oder Röntgenstrahlung anwenden, sondern ermöglicht
auch die unmittelbare Beobachtung der durch die Wechselwirkungen der nachzuweisenden
Strahlung mit einem Stoff bewirkten Lumineszenzerscheinung.
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PATENTANSPROCHE: 1. Anordnung zum Strahlungsnachweis, bei der die
nachzuweisende Strahlung in einem räumlich ausgedehnten Körper durch A% Techselwirkung
primär oder sekundär eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. dadurch gekennzeichnet,
daß mit einer Photoplatte oder einem Film gleichzeitig mehrere Hohlkörper in optischem
Kontakt stehen, in denen jeweils ein Körper mit von den anderen verschiedener Größe
angeordnet ist und aus denen die erzeugte elektromagnetische Strahlung nur durch
einen kleinen Teil ihrer Oberfläche austritt und auf die Photoplatte oder den Film
fällt.