DE1033804B

DE1033804B - Ionization chamber

Info

Publication number: DE1033804B
Application number: DES50716A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Kurt Herrmann
Original assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Current assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Priority date: 1956-09-29
Filing date: 1956-09-29
Publication date: 1958-07-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Ionisationskammer zur Strahlungsmessung.The invention relates to an ionization chamber for measuring radiation.

Bei einer Ionisationskammer üblicher Bauart tragen zur Ionisation der Gasmoleküle in ganz überwiegendem Maße die Streuelektronen bei, die von der zu messenden Strahlung, z. B. Röntgenstrahlung, in den Elektroden der Kammer ausgelöst werden. Die Kammerelektroden bestehen meist aus unter Strahleneinwirkung gut Streuelektronen abgebendem Material, für Röntgenstrahlung z. B. Blei oder Gold, das auf eine dünne, aber stabile Platte aus einem Material mit geringer Strahlenabsorption, z. B. aus Kunststoff, aufgedampft oder in Form einer Folie befestigt ist. Die durch Streuelektronen verursachte Ionisationsdichte, d. h. die pro Volum- und Zeiteinheit erzeugte Anzahl von Ionen, nimmt mit der Entfernung von dem streuenden Belag oder der Streufolie ab, da die Reichweite der Streuelektronen unterschiedlich ist und ihre Energie durch die Ionisiationsarbeit aufgezehrt wird.In the case of an ionization chamber of the usual type, the gas molecules largely contribute to the ionization of the gas molecules Measure the scattered electrons caused by the radiation to be measured, e.g. B. X-rays, triggered in the electrodes of the chamber. The chamber electrodes usually consist of radiation exposure material emitting scattered electrons well, for X-rays e.g. B. lead or gold, that on a thin but stable plate made of a material with low radiation absorption, e.g. B. made of plastic, vapor-deposited or attached in the form of a film. The ionization density caused by scattered electrons, d. H. the number of ions generated per unit of volume and time increases with distance from the scattering coating or the scattering film, since the range of the scattering electrons is different and their energy is consumed by the ionization work.

In den Fig. 1 a und 1 b sind diese Verhältnisse in einem Schaubild und einem dazugehörigen Diagramm veranschaulicht. Gemäß Fig. 1 a löst die Strahlung einer Röntgenröhre 1 in einem Bleibelag 2, der auf eine Kunststofftragplatte 3 aufgedampft ist, Streuelektronen aus, die einen Teil der Luftmoleküle hinter dem Belag 2 ionisieren. In dem Diagramm der Fig. 1 b ist die Ionisationsdichte hinter dem Belag 2 in Abhängigkeit von der auf der Abszisse aufgetragenen räumlichen Entfernung von dem Belag 2 dargestellt.In FIGS. 1 a and 1 b, these relationships are illustrated in a diagram and an associated diagram. Referring to FIG. 1 a radiation triggers an X-ray tube 1 in a lead lining 2, which is vapor-deposited on a plastic support plate 3, scattered electrons ionize some of the air molecules downstream of the lining 2. In the diagram of FIG. 1 b, the ionization density behind the covering 2 is shown as a function of the spatial distance from the covering 2 plotted on the abscissa.

Die Fläche unter der Kurve der Fig. 1 b bis zur Grenze χ gibt ein Maß für den durch die Streuelektronen des Belages 2 verursachten Ionenstrom, wenn man im Abstand χ von dem Belag 2 eine zweite Elektrode 4 anordnet und zwischen den Elektroden 2 und 4 eine hinreichend hohe Spannung anlegt, um eine ausreichende Feldstärke zum Absaugen aller Ionen zu erzeugen. The area under the curve of FIG. 1 b up to the limit χ gives a measure of the ion current caused by the scattered electrons of the coating 2 if a second electrode 4 is arranged at a distance χ from the coating 2 and a second electrode 4 is arranged between the electrodes 2 and 4 Apply a sufficiently high voltage to generate a sufficient field strength to suck out all ions.

Es ist daher für eine hohe Ausbeute einer Ionisationskammer erforderlich, daß nicht nur ein hoher Prozentsatz der absorbierten Röntgenstrahlenenergie in Streu- oder Photoelektronenenergie umgesetzt wird, sondern daß auch ein hoher Anteil der Streuelektronenenergie in nutzbare Ionisationsarbeit umgewandelt wird. Man wird daher anstreben müssen, daß der QuotientIt is therefore necessary for a high yield of an ionization chamber that not only a high one Percentage of absorbed X-ray energy converted into scattered or photoelectron energy is, but that a high proportion of the scattered electron energy is converted into usable ionization work will. One must therefore strive for the quotient

nutzbare Ionisationsenergie
absorbierte Röntgenenergieusable ionization energy
absorbed x-ray energy

möglichst groß ist.is as large as possible.

Um die ionisierende Wirkung der Streuelektronen möglichst auszunutzen, müßte man die zweite Elektrode 4 in relativ großem Abstand von dem Belag 2 anordnen, da die mittlere freie Weglänge der Elek-In order to utilize the ionizing effect of the scattered electrons as much as possible, the second electrode would have to be used 4 at a relatively large distance from the covering 2, since the mean free path of the elec-

Anmelder:
Siemens - Reiniger -WerkeApplicant:
Siemens - Reiniger -Werke

Aktiengesellschaft,
Erlangen, Luitpoldstr. 45-47Corporation,
Erlangen, Luitpoldstr. 45-47

Dipl.-Phys. Kurt Herrmann, Erlangen,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Phys. Kurt Herrmann, Erlangen,
has been named as the inventor

tronen in Gasen bei normalem Druck größenordnungsmäßig Dezimeter beträgt. Wegen der dazu erforderlichen hohen Betriebsspannung zur Erzeugung ausreichender Feldstärken und aus baulichen Gründen sucht man den Elektrodenabstand jedoch klein zu halten. Trotzdem erfordern Ionisationskammern für gewisse Zwecke noch Betriebsspannungen von über 1000 Volt. Derartige Spannungen sind technisch unerwünscht, da ihre Erzeugung und Isolation aufwendig ist.trons in gases at normal pressure is on the order of decimeters. Because of the necessary high operating voltage to generate sufficient field strengths and for structural reasons one tries, however, to keep the electrode spacing small. Even so, ionization chambers require for For certain purposes, operating voltages of over 1000 volts are required. Such tensions are technically undesirable, because their creation and isolation is expensive.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Ionisationskammer mit einer gegenüber einer Kammer gleicher baulicher Abmessungen verringerten Betriebsspannung zu schaffen, ohne die Stromausbeute der Kammer wesentlich zu erniedrigen und ohne die Strahlenabsorption der Kammer wesentlich zu erhöhen.It is the object of the invention to provide an ionization chamber with an ionization chamber that is the same as a chamber structural dimensions to create reduced operating voltage without reducing the current efficiency of the chamber to lower significantly and without significantly increasing the radiation absorption of the chamber.

Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck vorgeschlagen, bei einer Ionisationskammer mit mehreren nach Art eines Mehrplattenkondensators geschal-' teten, teils plattenartigen, teils gitterartigen Elektroden für mindestens eine Aufeinanderfolge von einer unter Strahleneinwirkung Streuelektronen emittierenden Plattenelektrode und zwei Gitterelektroden die Elektrodenspannungen und/oder die Elektrodenabstände derart zu wählen, daß zwischen der Plattenelektrode und der dieser Elektrode folgenden Gitterelektrode eine höhere Feldstärke erzeugbar ist als zwischen der vorgenannten Gitterelektrode und der darauffolgenden Gitterelektrode. So können z. B. zwischen zwei plattenartigen Wandelektroden und parallel zu diesen mindestens zwei Gitterelektroden angeordnet sein. Um eine Ionisationskammer mit möglichst geringer Strahlenabsorption zu erhalten, kann die Kammer nur eine plattenförmige, unter Strahleneinwirkung — vorzugsweise auf beiden Seiten ·— Streuelektronen emittierende ElektrodeAccording to the invention it is proposed for this purpose, in the case of an ionization chamber with several in the manner of a multi-plate capacitor, partly plate-like, partly grid-like electrodes for at least one sequence of one electrons scattered under radiation emitting plate electrode and two grid electrodes the electrode voltages and / or the electrode spacing to be chosen so that between the plate electrode and this electrode following Grid electrode a higher field strength can be generated than between the aforementioned grid electrode and the subsequent grid electrode. So z. B. between two plate-like wall electrodes and be arranged parallel to these at least two grid electrodes. To have an ionization chamber To obtain the lowest possible radiation absorption, the chamber can only have a plate-shaped, underneath Radiation exposure - preferably on both sides - Scattered electron emitting electrode

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aufweisen, der, vorzugsweise je auf beiden Seiten, mindestens zwei Gitterelektroden zugeordnet sind.have, which, preferably each on both sides, are assigned at least two grid electrodes.

Nachstehend soll der Gegenstand der Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert werden.The subject matter of the invention will be explained below using two exemplary embodiments.

In der Fig. 2 ist eine Ionisationskammer nach der Erfindung im Schnitt dargestellt. In einem Isolierrahtneu 5 sind zwei Wandplatten 6, 7 und zwei Gitterelektroden 8, 9 gehaltert. Die Wandplatten 6, 7 tragen auf ihren Innenseiten Goldbeläge 10, 11, die unter Röntgenstrahleneinwirkung Streuelektronen emit- ίο tieren und gleichzeitig als Elektroden dienen. Die Elektroden 9 und 10 sowie die Elektroden 8 und 11 sind untereinander elektrisch leitend je mit einem Pol einer Gleichspannungsquelle 12 verbunden. Ein Meßinstrument 13 dient zur Anzeige des Ionisationsstromes. In einem dem Diagramm der Fig. 1 b entsprechenden Diagramm ist in Fig. 3 dargestellt, wie sich die Ausbeute der Kammer gegenüber einer Kammer ohne Gitterelektroden verringert, wobei lediglich der von dem Belag 10 herrührende Anteil der ao Ionisation berücksichtigt ist. Gegenüber der Ausbeute einer normalen Kammer (ausgezogene Kurve) verringert sich die Ausbeute der erfmdungsgemäßen Kammer (gestrichelte Kurve) bei einer Elektronendurchlässigkeit der Gitterelektroden von 80% in dem Raum zwischen den Gitterelektroden 8 und 9 um 20% und in dem Raum zwischen den Elektroden 9 und 11 um 36%. Dieser Verlust wird jedoch teilweise durch die im Diagramm nicht berücksichtigte Ionisationswirkung derjenigen Streuelektronen ausgeglichen, die nun zusätzlich an den Gitterelektroden 8 und 9 ausgelöst werden. Dem geringen Stromausbeuteverlust der Kammer nach der Erfindung steht jedoch der Vorteil gegenüber, daß die zum Absaugen aller Ionen erforderliche Betriebsspannung wesentlich geringer ist als bei einer normalen Kammer mit sonst gleichen Verhältnissen (Abstand der Elektroden 10,11, Elektrodenmaterial, Gasfüllung und Gasdruck).In Fig. 2, an ionization chamber according to the invention is shown in section. Two wall plates 6, 7 and two grid electrodes 8, 9 are held in a new insulating wire 5. The wall panels 6, 7 have gold coatings 10, 11 on their inner sides, which emit scattered electrons under the action of X-rays and at the same time serve as electrodes. The electrodes 9 and 10 and the electrodes 8 and 11 are connected to one another in an electrically conductive manner, each with one pole of a DC voltage source 12. A measuring instrument 13 is used to display the ionization current. In a diagram corresponding to the diagram in FIG. 1b, FIG. 3 shows how the yield of the chamber is reduced compared to a chamber without grid electrodes, only taking into account the portion of the ao ionization originating from the coating 10. Compared to the yield of a normal chamber (solid curve), the yield of the chamber according to the invention (dashed curve) with an electron permeability of the grid electrodes of 80% in the space between the grid electrodes 8 and 9 is reduced by 20% and in the space between the electrodes 9 and 9 11 by 36%. However, this loss is partially compensated for by the ionization effect of those scattered electrons, which are not taken into account in the diagram, which are now additionally triggered at the grid electrodes 8 and 9. However, the low current loss of the chamber according to the invention is offset by the advantage that the operating voltage required to suck out all ions is significantly lower than in a normal chamber with otherwise the same conditions (distance between electrodes 10, 11, electrode material, gas filling and gas pressure).

Da die Ionisationsdichten, wie an Hand der Fig. 1 b erläutert, in der Nähe der Streuelektroden am größten sind und da die zum Absaugen aller Ionen erforderliche elektrische Feldstärke mit der Ionisationsdichte anwächst, sind die Abstände zwischen den Elektroden 8 und 10 sowie 9 und 11 geringer gewählt als der Abstand zwischen den Gitterelektroden 8 und 9. Auf diese Weise ist die elektrische Feldstärke zwischen je zwei Elektroden der zwischen ihnen herrschenden Ionisationsdichte angepaßt, wodurch man mit einer geringeren Betriebsspannung als bei einer Kammer mit äquidistanten Elektroden auskommt. Während bei äquidistanten Elektroden die Betriebsspannung auf einen Bruchteil verringert werden kann, der der Anzahl der durch die Gitterelektroden gewonnenen Zwischenräume entspricht, kann die Betriebsspannung bei Anordnung der Gitterelektroden mit unterschiedlichen Abständen noch weiter verringert werden. Bei äquidistanten Elektroden könnten zwar die Betriebsspannungen zwischen den Gitterelektroden niedriger gehalten werden als die Spannungen zwischen den äußeren Gitterelektroden und den Wandelektroden; diese Möglichkeit bringt jedoch keinen technischen Vorteil.Since the ionization densities, as explained with reference to FIG. 1 b, are greatest in the vicinity of the scattering electrodes and there the electrical field strength required to suck out all ions with the ionization density increases, the distances between the electrodes 8 and 10 and 9 and 11 are selected to be smaller than the distance between the grid electrodes 8 and 9. In this way the electric field strength is between two electrodes each adapted to the ionization density prevailing between them, whereby one requires a lower operating voltage than a chamber with equidistant electrodes. While the operating voltage can be reduced to a fraction with equidistant electrodes, which corresponds to the number of gaps obtained by the grid electrodes, the operating voltage when the grid electrodes are arranged at different distances, it is even further reduced will. In the case of equidistant electrodes, the operating voltages between the grid electrodes could are kept lower than the voltages between the outer grid electrodes and the wall electrodes; however, this possibility has no technical advantage.

In der Fig. 4 ist eine Ionisationskammer nach der Erfindung dargestellt, die für den Einbau in eine Röntgenröhrenhaube konstruiert ist und hier zur überwachung bzw. Anzeige der von einer Röntgenröhre abgegebenen Strahlendosis bzw. -dosisleistung dient. Die Kammer 14 hat die Form eines zylindrischen Kegelstumpfes und ist in der Strahlenaustrittsöffnung einer Röntgenröhrenhaube 15 derart angeordnet, daß der Mantellinienschnittpunkt des Kegelstumpfes im Brennffeck 16 der Röntgenröhre 17 liegt. In Fig. 4, an ionization chamber according to the invention is shown, which for installation in a X-ray tube hood is constructed and here to monitor or display the from an X-ray tube emitted radiation dose or dose rate is used. The chamber 14 has the shape of a cylindrical Truncated cone and is arranged in the beam exit opening of an X-ray tube hood 15 in such a way that that the surface line intersection of the truncated cone lies in the focal point 16 of the X-ray tube 17.

Um die Nutzstrahlung möglichst wenig zu absorbieren, hat die Kammer nur eine Elektrodenplatte 18, der beiderseits je zwei Gitterelektroden 19 bis 22 zugeordnet sind. Die Elektroden 18, 19, 22 sowie die Gitterelektroden 20 und 21 sind unter sich elektrisch leitend verbunden. Die Elektrodenkombination 18, 19, 22 ist leitend mit der geerdeten Röntgenröhrenhaube 15 verbunden, während die Gitterelektroden 20,5i"| über eine Spannungsquelle 23 an ein geerdetes Mikroamperemeter 24 zur Anzeige der Strahlendosisleistung angeschlossen sind.In order to absorb the useful radiation as little as possible, the chamber has only one electrode plate 18, which are assigned two grid electrodes 19 to 22 on both sides. The electrodes 18, 19, 22 and the Grid electrodes 20 and 21 are connected to one another in an electrically conductive manner. The electrode combination 18, 19, 22 is conductively connected to the grounded X-ray tube hood 15, while the grid electrodes 20.5i "| Via a voltage source 23 to a grounded microammeter 24 for displaying the radiation dose rate are connected.

Claims

Patent claims:

1. Ionization chamber with several connected in the manner of a multi-plate capacitor, partly Plate-like, partly grid-like electrodes, characterized in that for at least one Sequence of a plate electrode that emits scattered electrons when exposed to radiation and two grid electrodes, the electrode voltages and / or the electrode spacings in such a way are chosen that between the plate electrode and the grid electrode following this electrode a higher field strength can be generated than between the aforementioned grid electrode and the subsequent grid electrode.

2. Ionization chamber according to claim 1, characterized in that between plate-shaped Wall electrodes and are arranged parallel to these at least two grid electrodes.

3. ionization chamber according to claim 1, characterized in that only a plate-shaped, when exposed to radiation - preferably on both sides - scattered electrons emitting Electrode is provided, e.g. B. a freely stretched gold foil, which, preferably depending on at least two grid electrodes are assigned to both sides.

Publications considered:.,:;. ■

German Patent Nos. 889 956, 936 408; U.S. Patent No. 2,480,808.

1 sheet of drawings