DE1064156B - Messgeraet zum Messen von energiereichen Strahlungen aller Art - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zum Messen von energiereichen Strahlungen aller Art mittels einer Ionisationskammer, deren Beläge durch radioaktive Isotope aufgeladen werden und deren Ionisation durch ein Elektroskop angezeigt wird.

Es ist an sich bekannt, ein Meßgerät zum Messen von Strahlungen nach dem Kompensationsverfahren mit einem Elektroskop, das gleichzeitig einen Teil einer Ionisationskammer bildet, aufzubauen, in dem das Elektroskop durch ein in einer weiteren Kammer angeordnetes radioaktives, vorzugsweise /5-Strahlen aussendendes Präparat aufgeladen und durch einen parallel geschalteten veränderbaren Widerstand so entladen wird, daß der Elektrometerausschlag konstant bleibt. Die Einstellung des veränderbaren Widerstandes dient dabei zur Anzeige der Strahlungsintensität. Die hierbei benötigten Widerstands werte sind jedoch sehr hoch, so daß ihre Herstellung, insbesondere in bezug auf Reproduzierbarkeit und Kriechstromfreiheit, auf erhebliche Schwierigkeiten stößt.

Es ist weiterhin bekannt, einstellbare niedrige Ströme dadurch zu erzeugen, daß in einer durch eingebrachte radiaktive Partikeln ionisierten Gaskammer durch eine äußere Spannungsquelle hoher Spannung ein Ionenstrom erzeugt wird, in dessen Weg ein bewegbares Schild gestellt ist, so daß auf zwei Abnahmeelektroden nur ein vorbestimmbarer Bruchteil des gesamten Ionenstromes fällt. Diese Vorrichtung benötigt also eine fremde Spannungsquelle und ist daher als Teil eines am Körper tragbaren Strahlungsmeßgerätes nicht geeignet.

Ein anderes bekanntes Strahlungsmeßgerät weist neben einer Ionisationskammer noch eine Elektrometerkammer und eine Vakuumkammer zur Erzeugung einer hohen Spannung durch /9-Strahlen eines auf der einen Elektrode dieser Kammer aufgebrachten radioaktiven Isotops auf. Die zur Spannungserzeugung dienende Strahlungsmenge kann dabei durch eine von einem äußeren Magnetfeld beeinflußbare Blende reguliert werden. Dieses Gerät besitzt durch die zwei Vakuumkammern und eine Ionisationskammer einen komplizierten Aufbau, der seiner Verwendung als billiges und robustes Anzeigegerät hinderlich ist.

Bei der Anordnung eines tragbaren Strahlungsmeßgerätes dieser Art wird ein besonders einfacher und kompakter Aufbau dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die zylindrische Ionisationskammer und eine das radioaktive Isotop sowie das Elektrometer enthaltende koaxiale zylindrische Vakuumkammer in an sich bekannter Weise zwei Teile eines isolierenden zylindrischen Gefäßes bilden, die durch eine gemeinsame, senkrecht zur Längsachse des Gefäßes liegende isolierende Scheidewand getrennt und von zwei Leitern Meßgerät zum Messen von energiereichen Strahlungen aller Art

Anmelder:
Erath & Futterknecht,
Beuren (Kr. Nürtingen)

Rudolf Futterknecht, Stuttgart-Wangen, ist als Erfinder genannt worden

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durchzogen sind, von denen der in der Längsachse des Gefäßes angeordnete, die Innenelektrode der Ionisationskammer tragende Leiter mit einem das radio-

ao aktive Material aufweisenden Kathodenzylinder verbunden ist und als Drehachse für einen konzentrisch dazu angeordneten Blendenschirm dient, während der die Außenelektrode tragende, längs der Innenwandung der Vakuumkammer verlaufende Leiter mit einem konzentrisch zum Kathodenzylinder angeordneten Anodenschirm verbunden ist.

Die für das einwandfreie Arbeiten des als Strahlungsmesser dienenden Ionometers erforderliche, einmal eingestellte Spannung wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch konstant gehalten, daß durch eine vorgegebene öffnung in dem in seiner Abblendstellung befindlichen Blendenschirm hindurch geladene Korpuskeln der Strahlungsquelle hindurchgelassen werden, deren Menge die durch Isolationsmängel, Kriechströme u. dgl. bedingten Spannungsverluste gerade kompensiert.

Zum Bestimmen der jeweiligen Spannung zwischen den Elektroden der Ionisationskammer ist in Weiterbildung der Erfindung in dem die die Spannung erzeugende Strahlungsquelle enthaltenden Hochvakuumraum ein Elektrometer vorgesehen, daß als Nullinstrument verwendet werden kann und in einfachster Weise die Konstanz der Spannung zwischen den Elektroden der Ionisationskammer zu kontrollieren gestattet.

Zwecks Ermittlung der Stärke einer Strahlung (Dosisleistung) mittels der Ionisationskammer wird nach dem sogenannten Kompensationsverfahren gearbeitet, wobei die Menge der aus dem Isotop austretenden und auf den Anodenschirm auftreffenden elektrisch geladenen Korpuskeln, welche erforderlich ist, um bei Bestrahlung die vorgegebene Spannung zwischen den Elektroden der Ionisationskammer aufrechtzuerhalten, an der jeweiligen Stellung des Blendenschirmes einstellbar und ablesbar ist, zu welchem

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Zwecke die Ableseskala unmittelbar in r/h od. dgl. geeicht sein kann.

Als Spannungsquelle für das nach diesem Prinzip arbeitende Strahlungsmeßgerät nach der Erfindung sind in einem Hochvakuumgefäß zwei zur Ionisationskammer geführte Elektroden vorgesehen, wobei sich auf einer Elektrode ein radioaktives Isotop befindet und die andere Elektrode ein von der Strahlung dieses Isotops getroffener Auffangkörper in Form eines zylindrischen Schirmes ist. Dabei befindet sich in dem \'akuumgefäß noch ein zwischen diesen Elektroden angeordneter Blendeuschirm, der durch Einwirkung von außen zu dem oben angeführten Zweck, beispielsweise mittels magnetischer Felder, verstellbar ist.

Die mit dem radioaktiven Isotop versehene Elektrode ist ein innerhalb des ringförmigen Anodenschirmes befindlicher konzentrischer Trägerzylinder, der von einem etwa die Form eines Halbringes aufweisenden Blendenschirm umgeben ist. Der Blendenschirm ist um einen zentralen, nach außen geführten Stift oder Draht, an dem der Trägerzylinder des Isotops befestigt ist, drehbar und mit einem ferromagnetischen Körper oder einem permanenten Magneten verbunden, der mit einem außerhalb des Vakuumgefäßes befindlichen, vorzugsweise um eine koaxiale Achse drehbaren ferromagnetischen Körper oder permanenten Magneten (Steuerorgan) zusammenwirkt dergestalt, daß der Blendenschirm jeweils die durch das außerhalb des Vakuumgefäßes befindliche Steuerorgan bestimmte Stellung einnimmt.

Weiterhin ist an dem Gehäuse des Strahlungsmeßgerätes nach der Erfindung eine besondere Skala angeordnet, an welcher die jeweilige Stellung des Steuerorgans und damit auch die jeweilige Stellung des Blendenschirmes ablesbar ist.

Als radioaktives Isotop kann ein reiner α-Strahler oder ein reiner ^-Strahler verwendet werden, in letzterem Falle vorzugsweise ein künstliches Isotop mit weicher Strahlung, beispielsweise Tritium, das bekanntlich von gewissen metallischen Körpern, wie z. B. Zirkonium, Paladium oder Titan, absorbiert oder adsorbiert wird und eine durch seine Halbwertzeit bestimmte Menge von /?-Strahlen aussendet.

Das radioaktive Isotop wird in Weiterbildung der Erfindung auf einem Umfangsbereich des ihn tragenden Zylinders angebracht, dessen Zentriwinkel kleiner ist als der Zentriwinkel des Ringsektorblendenschirmes, so daß die Strahlung vollständig abgeschirmt, die dem Anodenschirm erteilte Spannung also konstant gehalten werden kann, mit Ausnahme der Spannungsverluste, welche durch schlechte Isolation, Kriechströme oder Verluste in der Ionisationskammer, wie z. B. durch harte Strahlung, durchdringende Höhenstrahlung od. dgl., entstehen können.

Das dabei bevorzugt als Träger für das aktive Tritium dienende metallische Titan kann beispielsweise mittels an sich bekannter AIethoden auf den Trägerzylinder aufgedampft werden. Zwecks Absorption von etwa frei werdendem Tritium oder Wasserstoff kann in dem Vakuumgefäß zusätzlich nicht mit Tritium beladenes Titan verwendet werden, beispielsweise in Form eines schmalen Streifens längs einer Begrenzungslinie der mit Tritium beladenen Titanschicht (Getterwirkung).

Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit in Abhängigkeit von der Zahl der bei einer bestimmten Blendenstellung auf die Anodenplatte auf treffenden geladenen Partikelchen, insbesondere bei der Verwendung des Elektrometers als Nullindikator, wird die aktive Schicht auf dem Mantel des Trägerzylinders in Form einer Fläche

aufgebracht, deren Ausdehnung parallel zur Zylinderachse eine bestimmte Funktion des zugehörigen Zentriwinkels ist, beispielsweise die Form eines rechtwinkligen Dreiecks besitzt.
Zum Messen der zwischen den Elektroden der Spannungsquelle und damit der Ionisationskammer herrschenden Spannung dient das innerhalb des Vakuumgefäßes untergebrachte Elektrometer. Als zweckmäßig hat sich ein Elektrometer erwiesen, dessen beweglicher

ίο Teil die Form einer Uhrspirale hat, deren äußeres Ende festliegt, während ihr inneres Ende — mit einem Zeiger versehen — über einer z. B. in Volt oder r/h geeichten Skala — entsprechend dem Potential relativ zu einer mit der anderen Elektrode leitend verbundenen Gegenplatte od. dgl. —· spielt.

Der Benutzer des Strahlungsmeßgerätes gemäß der Erfindung kann sich also durch einen einfachen Blick auf die Skala des Elektrometers davon überzeugen, ob und gegebenenfalls welche Spannung zwischen den Elektroden herrscht.

Bei dem Strahlungsmeßgerät befindet sich die Ionisationskammer koaxial zu dem Vakuumgefäß in dessen Fortsetzung und ist lediglich durch eine Querwand innerhalb des im wesentlichen zylindrischen Glasgefäßes von dem Hochvakuumteil getrennt. In der Achse der beiden koaxialen Kammern befindet sich ein durchgehender, vorzugsweise drahtförmiger Leiter, der — außer mit dem Trägerzylinder für das radioaktive Isotop in der Vakuumkammer — mit der vorzugsweise ebenfalls zylindrischen Innenelektrode der Ionisationskammer leitend verbunden ist. Die andere Elektrode der Ionisationskammer wird durch eine die Innenelektrode umgebende Ringplatte gebildet, die leitend mit dem ebenfalls ringförmigen, die die Spannung erzeugende Strahlenquelle einschließenden Anodenschirm innerhalb des Vakuumgefäßes verbunden ist. Das Füllgas der Ionisationskammer und sein Druck wird entsprechend der Natur der nachzuweisenden Strahlung und entsprechend dem gewünschten Meßbereich gewählt.

Das zylindrische Zwillingsrohr, welches sowohl die Vakuumkammer als auch die Ionisationskammer bildet, wird zweckmäßigerweise unter Zwischenschaltung von elastischen Pufferkörpern in einem Schutzgehäuse aus Kunststoff, Metall od. dgl. untergebracht, das auf der Höhe der Elektrometerskala Durchsichtslöcher, gegebenenfalls mit einer Vergrößerungslinse, aufweist. In der längs einer Skala drehbaren Bodenkappe des Schutzgehäuses ist ein das Steuerorgan des Blendenschirmes bildender permanenter Magnet angeordnet dergestalt, daß aus der Skalenstellung der Bodenkappe die jeweilige Stellung des Blendenschirmes, die in beliebigen Meßgrößen geeicht sein kann, angezeigt wird.

Zwecks Berücksichtigung des Energieabfalls des radioaktiven Isotops kann zwischen der drehbaren Bodenkappe und dem Gehäusemantel noch ein besonderer drehbarer Skalenring angeordnet sein mit Skalenstrichen, bei deren Berücksichtigung der abnehmenden Aktivität entsprechend dem Alter des Gerätes Rechnung getragen werden kann.

Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der ein Ausführungsbeispiel eines Strahlungsmeßgerätes gemäß der Erfindung dargestellt ist. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das in einem Gehäuse befindliche Meßgerät,

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II der Fig. 1,

Claims (4)

Fig. 3 einen Ouerschnitt gemäß Linie III-III der Fig. 1. Der zylindrische, beispielsweise aus Kunststoff bestehende Gehäusemantel 1 trägt einen durch Schrauben, Kleben, Schweißen od. dgl. befestigten Deckel 2. Das entsprechend verjüngte untere Ende des Gehäusemantels trägt die drehbare, gegen Verlieren durch geeignete Querbolzen od. dgl. gesicherte Bodenkappe 4, zwischen deren oberem Rand und einer Außenschulter des Gehäusemantels der drehbare Skalenring 3 liegt, der zur Anpassung der Ablesewerte an die im Laufe der Zeit abnehmende Aktivität des radioaktiven Isotops dient. Innerhalb des Gehäuses befindet sich das zylindrische Meßrohr 6, das durch geeignete Gummipolster 5 *5 od. dgl. gegen mechanische Stöße gesichert ist. Das Meßrohr ist durch die Querwand 10 in die Hochvakuumkammer 8 und die Ionisationskammer 9 unterteilt. Der ebene Boden der Hochvakuumkammer 8 trägt den axialen zylindrischen Glasbolzen 7, in den der Mittelleiter 11 eingeschmolzen ist, der durch die mittlere Querwandeinschmelzung 12 der Zwischenwand 10 in die Ionisationskammer 9 geführt ist. Auf dem Glasbolzen 7 ruht die Blendenschirmnabe 17, deren Achsbolzen durch den unteren Teil des Mittelleiters 11 gebildet wird. Sie trägt den Blendenmagneten 18, auf dem der halbringförmige Blendenschirm 16 befestigt ist. Oberhalb der Blendenschirmnabe 17 ist an dem Mittelleiter 11 der etwa becherförmige Trägerzylinder 15 befestigt, auf dessen vertieft liegender Mittelfläche sich ein maximal über einen Zentriwinkel von knapp 180° erstreckender Belag eines radioaktiven Isotops in Form eines rechtwinkligen Dreiecks angebracht ist, der vorzugsweise aus einer aufgedampften, mit Tritium beladenen Titanschicht besteht. In der Nähe der Wandung der Hochvakuumkammer 8 befindet sich auf der Höhe des Trägerzylinders 15 der Anodenschirm 20, der durch den an der Seite verlaufenden Leiter 14 getragen wird, der durch die seitliche Einschmelzung 13 der Querwand 10 in die Ionisationskammer führt und hier die Ionisationskammer-Außenelektrode 27 trägt. Zwischen Anodenschirm 20 und Querwand 10 ist an dem Seitenleiter 14 die pilzförmige Elektrometeranode 21 befestigt. Auf ihrer Höhe ist an dem Mittelleiter 11 der Elektrometerkathodenhalter 22 befestigt, der die Elektrometerspirale 23 trägt, deren freies, in der Achse nach links gerichtetes Ende als Zeiger 25 rechtwinklig abgebogen ist und über der Skala 24 spielt, welche die jeweilige Spannung zwischen Mittelleiter 11 und Seitenleiter 14 anzeigt. Auf dieser Höhe sind in der Gehäusewand 1 die Fenster 28 (Fig. 2) und 29 angebracht, in welch letzterem zur besseren Beobachtung der Skala 24 die Vergrößerungslinse 30 eingesetzt ist. An dem in die Ionisationskammer 9 (Fig. 1) hineinragenden oberen Ende des Mittelleiters 11 ist die Innenelektrode 26 der Ionisationskammer befestigt. In der drehbaren Gehäusebodenkappe 4 ist der beispielsweise aus einem kräftigen permanenten Magneten bestehende Steuermagnet 19 angeordnet, mit dem der Blendenmagnet 18 durch die Glaswandung hindurch ständig gekoppelt ist. In dem Blendenschirm 16 ist eine nicht gezeichnete öffnung — beispielsweise in Form eines Schlitzes — angebracht, deren Größe so bemessen ist, daß die für jede Sorte der erfindungsgemäßen Strahlungsmeßgeräte eigentümlichen Verluste durch Kriechströme od. dgl. jeweils ausgeglichen werden dergestalt, daß auch über lange Zeiträume die Konstanz der Spannung gewährleistet ist. Es liegt auf der Hand, daß das Strahlungsmeßgerät gemäß der Erfindung sowohl als Dosismesser verwendet werden kann, in welchem Falle der an der Skala des Elektrometers abgelesene Spannungsabfall bestimmt wird, als auch als Dosisleistungsmesser, in welchem Falle das Gerät gleichsam als Nullindikator dient, wobei der Blendenschirm so eingestellt wird, daß der unter der zu messenden Strahlung eintretende Spannungsabfall durch eine entsprechende Anzahl von in dem Vakuumgefäß an den Anodenschirm 20 gelangenden Elektronen gerade kompensiert wird. In diesem Falle ist die Skala für die Gehäusebodenkappe 4 entsprechend zu eichen. Patentansprüche:

1. Meßgerät zum Messen von energiereichen Strahlungen aller Art mit einer Ionisationskammer, deren Beläge durch radioaktive Isotope aufgeladen werden und deren Ionisation durch ein Elektrometer angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Ionisationskammer (9) und eine das radioaktive Isotop sowie das Elektrometer enthaltende koaxiale zylindrische Vakuumkammer (8) in an sich bekannter Weise zwei Teile eines isolierenden zylindrischen Gefäßes (6) bilden, die durch eine gemeinsame, senkrecht zur Längsachse des Gefäßes liegende isolierende Scheidewand (10) getrennt und von zwei Leitern (11, 14) durchzogen sind, von denen der in der Längsachse des Gefäßes (6) angeordnete, die Innenelektrode (26) der Ionisationskammer tragende Leiter (11) mit einem das radioaktive Material aufweisenden Kathodenzylinder (15) verbunden ist und als Drehachse für einen konzentrisch dazu angeordneten Blendenschirm (16) dient, während der die Außenelektrode (27) tragende, längs der Innenwandung der Vakuumkammer (8) verlaufende Leiter (14) mit einem konzentrisch zum Kathodenzylinder (15) angeordneten Anodenschirm (20) verbunden ist.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbar angeordnete, in bekannter Weise durch Magnetfelder einstellbare, die Kompensationsspannung regelnde Blendenschirm (16) auch in seiner Abblendstellung durch eine in ihm vorgesehene Öffnung —■ beispielsweise einen Schlitz — geladene Korpuskeln hindurchläßt, so daß auch die durch Kriechströme bedingten Spannungsverluste kompensiert werden.

3. Meßgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Messen der zwischen den Elektroden (15, 20) der Spannungsquelle und den mit ihnen leitend verbundenen Elektroden (26,27) der Ionisationskammer (9) herrschenden Spannung dienende, in der Vakuumkammer (8) angeordnete Elektrometer mit seinem beweglichen, etwa die Form einer Unruhspirale aufweisenden Teil (23) an dem Leiter (11) befestigt ist, wobei das äußere Ende der Spirale festliegt, während das innere Ende, mit einem Zeiger (25) versehen, über einer Skala (24) bewegt wird und der als Anodenplatte (21) ausgebildete feste Teil des Elektrometers an dem Leiter (14) befestigt ist.

4. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der radioaktive Stoff auf einem Umfangsbereich des ihn tragenden Kathodenzylinders (15) angebracht ist, dessen Zen-