DE1121236B

DE1121236B - Geiger-Mueller counter tube

Info

Publication number: DE1121236B
Application number: DEN16506A
Authority: DE
Inventors: Johannes Hermsen; Pieter Johannes Kraaijeveld; Nicolaas Warmoltz
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1958-04-08
Filing date: 1959-04-04
Publication date: 1962-01-04

Description

Geiger-Müller-Zählrohr Die Erfindung betrifft ein Geiger-Müller-Zählrohr zur Anzeige von Strahlung, insbesondere von a- oder i3-Teilchen und 7-Strahlung.Geiger-Müller counter tube The invention relates to a Geiger-Müller counter tube for displaying radiation, especially a- or i3-particles and 7-radiation.

Zur Anzeige von Strahlung sind Geiger-Müller-Zählrohre der verschiedensten Gestalt und mit sehr verschiedenen Elektrodenanordnungen bekannt. Mit dem Ausdruck »Geiger-Müller-Zählrohr« wird hier ein Zählrohr gemeint, dessen Elektrodenanordnung und Gasfüllung derart sind, daß für einen gegebenen Bereich der Betriebsspannung die Größe des von dem Zählrohr abgegebenen Impulses unabhängig von der von der einfallenden Strahlung herbeigeführten primären lonisierung ist.There are many different Geiger-Müller counter tubes for displaying radiation Shape and known with very different electrode arrangements. With the expression "Geiger-Müller counter tube" means a counter tube and its electrode arrangement and gas filling are such that for a given range of operating voltage the size of the pulse emitted by the counter tube is independent of that of the incident Radiation-induced primary ionization is.

Zur Verbesserung der Eigenschaften solcher Zählrohre ist es bereits bekannt, als Gasfüllung ein Gemisch von Gasen zu verwenden, welches zu wenigstens 0,001 °/o aus Halogen besteht. Argon, Neon, Xenon oder Krypton können dann bekanntlich den übrigen Teil der Gasatmosphäre bilden.To improve the properties of such counter tubes, it is already known to use a mixture of gases as gas filling, at least 0.001% of which consists of halogen. As is known, argon, neon, xenon or krypton can then form the remaining part of the gas atmosphere.

Von großer Wichtigkeit ist das sogenannte Auflösungsvermögen des Zählrohrs, das der Totzeit umgekehrt proportional ist. Bei kleineren Abmessungen des Zählrohrs ist im allgemeinen für die normalen Gasfüllungen das Auflösungsvermögen größer als bei Zählrohren mit einem größeren Volumen.The so-called resolving power of the counter tube is of great importance, which is inversely proportional to the dead time. With smaller dimensions of the counter tube the resolving power is generally greater than for normal gas fillings for counter tubes with a larger volume.

Die bei einer gegebenen Strahlungsintensität erreichbare Meßgen@migkeit wird unter anderem durch die Zählgeschwindigkeit bedingt. Zur Erzielung einer hohen Zählgeschwindigkeit ist eine große wirksame Oberfläche der Zählrohrc notwendig. Unter der wirksamen Oberfläche wird hier die Größe der projizierten Oberfläche des empfindlichen Teiles des Zählrohrs verstanden.The accuracy that can be achieved for a given radiation intensity is caused, among other things, by the counting speed. To achieve a high Counting speed, a large effective surface of the counter tube is necessary. Under the effective surface, the size of the projected surface of the understood sensitive part of the counter tube.

Bei einem Geiger-Müller-Zählrohr, das eine im Verhältnis zum Elektrodenraum große Hülle besitzt, welche einen Raum umschließt, der mit einem zu wenigstens 0,001% aus Halogen bestehenden Gasgemisch gefüllt ist, wird der Vorteil eines kleinen Zählrohres mit dem einer großen Oberfläche gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Hülle zwei einander benachbarte und über die Hülle miteinander in Verbindung stehende Teilräume unterschiedlicher Volumina umschließt, von denen das Volumen des größeren Teilraumes wenigstens fünfmal so groß ist wie das Volumen des kleineren, und sich in dem Raum mit dem kleineren Volumen die Kathode und die Anode des Zählrohres befinden, wobei die Verbindungsstelle zwischen den beiden Teilräumen so gewählt ist, daß die durch die Strahlung im größeren Volumen erzeugten Photonen oder Ladungsträger in das kleinere Volumen eindringen.In the case of a Geiger-Müller counter tube, the one in relation to the electrode space large shell, which encloses a space that is at least 0.001% a gas mixture consisting of halogen is filled, the advantage of a small counter tube achieved with a large surface area according to the invention in that the shell two adjacent and connected to one another via the shell Enclosing subspaces of different volumes, of which the volume of the larger Subspace is at least five times as large as the volume of the smaller, and itself the cathode and the anode of the counter tube are in the room with the smaller volume, wherein the junction between the two subspaces is chosen so that the photons or charge carriers generated by the radiation in the larger volume in penetrate the smaller volume.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß sich beim Einfallen der zu registrierenden Strahlen in ein Zählrohr durch lonisierung des Füllgases immer Photonen bilden. Diese Photonen vermögen das Zählrohr zu zünden. Es hat sich aber ergeben, daß es nicht notwendig ist, daß die Photonen nur zwischen der Kathode und der Anode erzeugt werden. Bei dem Zählrohr nach der Erfindung wird bei weitem der größte Teil der Photonen im größeren Teil des Zählrohrraumes gebildet, indem sich weder die Kathode noch die Anode des Zählrohres befindet, wodurch die Bildung von weiteren Lawinen ohne Potentialverzerrungen erleichtert ist, die von den nicht an den Entladungseffekten beteiligten Elektrodenteilen oder Zuführungen bedingt sind.The invention is based on the finding that when falling the rays to be registered in a counter tube by ionizing the filling gas always form photons. These photons are able to ignite the counter tube. It has but show that it is not necessary that the photons are only between the cathode and the anode. In the counter tube according to the invention is by far most of the photons in the larger part of the counter tube are formed by there is neither the cathode nor the anode of the counter tube, causing the formation is relieved by further avalanches without potential distortions, which is not relieved by the Electrode parts or leads involved in the discharge effects are.

Es ist obendrein erwünscht, daß ein beträchtlicher Teil der erzeugten Photonen den Raum zwischen der Kathode und der Anode des Zählrohres »sehen« und darin eindringen kann. Um dieses Eindringen zu verbessern, kann die Wand des größeren Teiles spiegelnd gewählt werden und eine besondere Gestalt haben.It is also desirable that a significant portion of the generated Photons "see" the space between the cathode and the anode of the counter tube and can penetrate into it. To improve this penetration, the wall of the larger Part can be chosen to be reflective and have a special shape.

Es ist zwar ein Geiger-Müller-Zählrohr bekannt, das innerhalb der Umhüllung eine Anode mit diese umgebender Kathode enthält. Dabei entsteht ein kleiner Elektrodenraum, der von einem großen Raum umgeben ist. Da die Zuleitungen zur Kathode und Anode jedoch durch den großen Raum nach außen geführt sind, erzeugen die von der Anode ausgehenden und auf den äußeren Kathodenzylinder sowie die Kathodenzuleitung auftreffenden Kraftlinien im größeren Raum ein unerwünschtes Kraftlinienfeld. Dieses Kraftlinienfeld ist ganz besonders hinderlich, wenn inner- oder außerhalb des größeren Raumes angeordnete elektrostatische oder elektromagnetische Mittel zur Beschleunigung und Konzentration der erzeugten Elektronen in Richtung auf die Öffnung zwischen den beiden Raumteilen des Zählrohres vorgesehen werden. Derartige elektrostatische oder elektromagnetische Mittel sind von zusätzlichem Vorteil, da sie die beim Einfallen von Strahlung gebildeten Elektronen, die das Zählrohr gleichfalls zum Zünden bringen können, auf die Öffnung zwischen den Zählrohrteifen konzentrieren. Die Konzentration kommt dabei aber erst zur Geltung, wenn die beiden Zählrohrräume benachbart und nur durch eine Öffnung miteinander verbunden sind.It is known that a Geiger-Müller counter tube is used within the Enclosure contains an anode with this surrounding cathode. This creates a small one Electrode space, which is surrounded by a large space. As the leads to the cathode and anode, however, are led to the outside through the large space, generate those of the anode outgoing and on the outer cathode cylinder as well as the Cathode lead Striking lines of force in the larger space create an undesirable field of force lines. This Line of force field is particularly a hindrance when inside or outside the larger one Space arranged electrostatic or electromagnetic means for acceleration and concentration of the generated electrons towards the opening between the two parts of the counter tube. Such electrostatic or electromagnetic means are of additional advantage, as they act upon the incidence electrons formed by radiation, which also cause the counter tube to ignite concentrate on the opening between the counter tubes. The concentration but only comes into play when the two counter tube spaces are adjacent and are only connected to each other through an opening.

Es ist auch eine Meßvorrichtung bekannt geworden, die aus einem einseitig offenen Geiger-Müller-Zählrohr und einer Vorratskammer zusammengebaut ist. Ein zu messendes Präparat befindet sich auf der dem Rohr gegenüberliegenden Seite dieser Kammer, die aber mit einem Gemisch aus Argon und Alkohol gefüllt ist, das zu einer Absorption von Photonen führt. Entladungen im Zählrohr, die durch in der Kammer erzeugte Photonen herbeigeführt werden könnten, werden durch das Gemisch aus Argon und Alkohol damit verhindert. Der beabsichtigte Effekt, die im größeren Raum erzeugten Photonen und Elektronen ungehindert und sogar unter Nachhilfe in das Zählrohr zu leiten, würde somit zunichte gemacht werden.It is also a measuring device has become known, which consists of a one-sided open Geiger-Müller counter tube and a storage chamber is assembled. One to The specimen to be measured is located on the opposite side of the tube Chamber, which is filled with a mixture of argon and alcohol that results in a Absorption of photons leads. Discharges in the counter tube, which through in the chamber Generated photons could be brought about by the mixture of argon and thus prevents alcohol. The intended effect that created in the larger room Photons and electrons unhindered and even with tutoring in the counter tube conduct would thus be wiped out.

Im Raumteil mit dem größeren Volumen können in Weiterbildung der Erfindung auch Elektronen angeordnet sein, die mit einer Gleichspannungs- oder Wechselspannungsquelle verbunden sind, so daß in diesem Raum ein Potentialfeld solcher Stärke erzeugt wird, daß Lawinenbildung und Gasvervielfachung auftritt. Dies führt naturgemäß zu einer größeren Nutzwirkung des ganzen Zählrohres.In a further development of the invention, in the part of the room with the larger volume electrons can also be arranged with a direct voltage or alternating voltage source are connected so that a potential field of such strength is generated in this space, that avalanche formation and gas multiplication occur. This naturally leads to a greater usefulness of the whole counter tube.

Es sind zum Nachweis von unsichtbarer, insbesondere ultraroter Strahlung bereits elektronenoptische Mittel bekannt, die eine Konzentration von Photoelektronen in einem Zählrohrentladungsraum herbeiführen. Diese elektronenoptischen Mittel sind für das Rohr nach der Erfindung jedoch ungeeignet.They are used to detect invisible, especially ultra-red radiation already known electron-optical means, which a concentration of photoelectrons bring about in a counter tube discharge room. These are electron optical means however unsuitable for the pipe according to the invention.

Man kann auch die Wand des größeren Raumteiles auf der Innenseite mit einer photoempfindlichen Schicht bedecken. Auf diese Weise wird insbesondere der Wirkungsgrad für y-Strahlung beträchtlich vergrößert.You can also use the wall of the larger part of the room on the inside cover with a photosensitive layer. This will be particular the efficiency for y-radiation is increased considerably.

Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung mit mehreren schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung und ein Zählrohr nach der Erfindung niit zwei koaxialen Zylinderteilen, Fig. 2 ein Zählrohr nach der Erfindung mit einem Spiegel zum Konzentrieren der Photonen, Fig. 3 ein Zählrohr und Vorrichtung nach der Erfindung mit Elektroden im größeren Teil des Entladungsraumes und elektromagnetischen Mitteln zur Konzentrierung von Elektronen und negativen Ionen, Fig. 4 ein Zählrohr nach der Erfindung, das aus zwei geradlinigen Kreiszylindern besteht und mit einem Fenster für den Durchlaß der zu registrierenden Strahlung versehen ist.The invention is based on a drawing with several schematic Figures explained in more detail. 1 shows a device and a counter tube of the invention with two coaxial cylinder parts, FIG. 2 shows a counter tube according to the invention with a mirror for concentrating the photons, Fig. 3 a counter tube and device according to the invention with electrodes in the larger part of the discharge space and electromagnetic Means for concentrating electrons and negative ions, Fig. 4 a counter tube according to the invention, which consists of two rectilinear circular cylinders and with one Window is provided for the passage of the radiation to be registered.

In Fig. 1 besteht das Zählrohr aus einem Zylinderteil 1, z. B. aus Glas, der an einer Seite mittels eines kreisförmigen Glasfensters 3 und an der anderen Seite mittels eines ringförmigen gläsernen Verschlußstücks 5 geschlossen ist. An die Öffnung 7 im Ring 5 schließt gasdicht ein Metallzylinder 9 an, der mit einer isolierenden, z. B. gläsernen Abdichtung 11 versehen ist. Durch die Abdichtung 11 ist eine stabförmige Elektrode 13 gasdicht hindurchgeführt. Die Elektroden 9 und 13 bilden die Kathode und die Anode des Zählrohres. Ein durch einfallende Strahlung im Zylinderraum 1 erzeugtes Photon wird das aus der Kathode 9 und der Anode 13 bestehende Zählrohr zum Zünden bringen, wenn im Betrieb die Kathode 9 mit dem negativen Pol einer Batterie 15 und die Anode mit dem positiven Pol dieser Batterie verbunden ist. Zwischen der Kathode 9 und dem negativen M der Batterie 15 befindet sich der Löschwiderstand 17. Die erzeugten Impulse werden einer Anzapfung des Widerstandes 17 entnommen und über den Kondensator 19 einem Zählapparat 21 zugeführt.In Fig. 1, the counter tube consists of a cylinder part 1, for. B. made of glass, which is closed on one side by means of a circular glass window 3 and on the other side by means of an annular glass closure piece 5. To the opening 7 in the ring 5, a metal cylinder 9 closes in a gas-tight manner, which is provided with an insulating, e.g. B. glass seal 11 is provided. A rod-shaped electrode 13 is passed through the seal 11 in a gas-tight manner. The electrodes 9 and 13 form the cathode and the anode of the counter tube. A photon generated by incident radiation in the cylinder chamber 1 will ignite the counter tube consisting of the cathode 9 and the anode 13 when the cathode 9 is connected to the negative pole of a battery 15 and the anode is connected to the positive pole of this battery during operation. The quenching resistor 17 is located between the cathode 9 and the negative M of the battery 15. The generated pulses are taken from a tap on the resistor 17 and fed to a counter 21 via the capacitor 19.

In Fig. 2 ist ein Zählrohr dargestellt, das aus einem Zylinderteil 23 mit einer Glaswand besteht, der an einem Ende in einen konischen Glasteil 25 übergeht, der mittels eines Glasfensters 27 verschlossen ist. Der Zylinderteil 23 ist mittels eines Glasstückes 29 verschlossen, in dem die Anode 31 gasdicht befestigt ist. Die Kathode des Zählrohres besteht aus einer Metallschicht 33 auf der Innenseite des Zylinders 23. Auf der Innenseite des Fensters 27 ist eine spiegelnde Metallschicht 35 angebracht. Die Krümmung des Fensters 27 und der Schicht 35 ist derart, daß die Öffnung zwischen dem Zylinderteil und dem konischen Teil des Zählrohres etwa im Brennpunkt des Spiegels 35 liegt.In FIG. 2, a counting tube is shown which consists of a cylinder part 23 with a glass wall, which merges at one end into a conical glass part 25 which is closed by means of a glass window 27. The cylinder part 23 is closed by means of a piece of glass 29 in which the anode 31 is fastened in a gas-tight manner. The cathode of the counter tube consists of a metal layer 33 on the inside of the cylinder 23. A reflective metal layer 35 is attached to the inside of the window 27. The curvature of the window 27 and the layer 35 is such that the opening between the cylinder part and the conical part of the counter tube lies approximately at the focal point of the mirror 35.

In Fig. 3 ist ein Zählrohr nach der Erfindung dargestellt, dessen Gestalt praktisch gleich der Gestalt des Rohres nach Fig. 1 ist. Im größeren Teil 37 dieses Rohres befinden sich die ringförmige Elektrode 39 und die plattenförmige Elektrode 41. Diese Elektroden werden mit dem positiven bzw. negativen Pol der Batterie 47 verbunden. Die Wand des kleineren Zylinderteiles bildet die Kathode 43 des Zählrohres. Die Anode ist mit 45 bezeichnet. Diese Elektroden sind auf gleiche Weise verbunden, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Wirkungsweise dieses Zählrohres kann kurz wie folgt beschrieben werden: Strahlung, entweder von elektromagnetischer oder korpuskularer Art, die in den größeren Raum 37 eintritt, ionisiert ein Gasmolekül, wobei ein Photon entsteht. Dieses Photon kann die Gasentladung zwischen der Anode 45 und der Kathode 43 des Zählrohres unmittelbar zum Zünden bringen. Entsteht gleichzeitig ein Elektron, so kann dieses infolge des elektrischen Feldes, das mittels der Batterie 47 zwischen den Elektroden 39 und 41 erzeugt wird, durch aufeinanderfolgende Ionisierungen zu einer Lawinenbildung führen. Weiterhin konzentriert dieses Feld die erzeugten Elektronen in Richtung auf die Öffnung 53 zwischen den Röhrenteilen.In Fig. 3 a counter tube according to the invention is shown, the shape of which is practically the same as the shape of the tube of FIG. The ring-shaped electrode 39 and the plate-shaped electrode 41 are located in the larger part 37 of this tube. These electrodes are connected to the positive and negative pole of the battery 47 , respectively. The wall of the smaller cylinder part forms the cathode 43 of the counter tube. The anode is labeled 45. These electrodes are connected in the same way as shown in FIG. The mode of operation of this counter tube can be briefly described as follows: Radiation, either of the electromagnetic or corpuscular type, which enters the larger space 37, ionizes a gas molecule, producing a photon. This photon can cause the gas discharge between the anode 45 and the cathode 43 of the counter tube to ignite immediately. If an electron is generated at the same time, this can lead to an avalanche formation as a result of the electric field which is generated by means of the battery 47 between the electrodes 39 and 41 through successive ionizations. Furthermore, this field concentrates the electrons generated in the direction of the opening 53 between the tube parts.

Die Lawinenbildung kann mittels des Feldes, das von der von der Batterie 51 gespeisten, den Zylinderteil 37 umgebenden Spule 49 erzeugt wird, etwas begünstigt werden. Außerdem erfolgt dann auch eine weitere Fokussierung der Elektronen auf die Öffnung 53 zwischen den beiden Teilen des Zählrohres. Dort bringen sie dann die Gasentladung zwischen der Kathode 43 und der Anode 45 zum Zünden. Da infolge der Gasvervielfachung im größeren Teil der Röhre eine viel größere Anzahl Elektronen zum Zünden der Gasentladung verfügbar ist, hat eine solche Vorrichtung eine sehr hohe Nutzleistung. In Fig. 4 ist ein Zählrohr nach der Erfindung dargestellt, das aus einem geradlinigen kreiszylindrischen Teil 55 und einem geradlinigen kreiszylindrischen Teil 57 besteht, dessen Durchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser des Teiles 55.The avalanche formation can be promoted somewhat by means of the field which is generated by the coil 49, which is fed by the battery 51 and which surrounds the cylinder part 37. In addition, the electrons are then further focused on the opening 53 between the two parts of the counter tube. There they then cause the gas discharge between the cathode 43 and the anode 45 to ignite. Since a much larger number of electrons are available for igniting the gas discharge in the larger part of the tube as a result of the gas multiplication, such a device has a very high useful power. 4 shows a counter tube according to the invention, which consists of a rectilinear circular cylindrical part 55 and a rectilinear circular cylindrical part 57 , the diameter of which is significantly larger than the diameter of the part 55.

Die ganze Wand der Röhre besteht aus Glas mit Ausnahme des Fensters 59, das aus einer dünnen Glimmerscheibe besteht. Wie aus der Figur ersichtlich, sind die Achsen der beiden Zylinder parallel. Die Öffnung zwischen den beiden Zylindern hat daher eine rechteckige Form. In der Achse des Zylinders 55 befindet sich die stabförmige Anode 61 des Zählrohres. Die Kathode besteht aus einem leitenden Belag 63, der sich über die ganze Wand des Teiles 55 erstreckt. Zur Vergrößerung des Wirkungsgrads für elektromagnetische Strahlung, insbesondere y-Strahlung, ist ein größerer Teil der Zylinderwand des Teiles 57 mit einer photoempfindlichen Schicht 65 bedeckt. Diese photoempfindliche Schicht kann aus bekannten photoempfindlichen Stoffen, z. B. Caesium-Antimon oder Caesium-Caesiumoxyd bestehen. Infolge der zylindrischen Gestalt des Belags 65 wird der Photonenstrom auch etwas auf die rechteckige öffnung zwischen den Teilen 55 und 57 konzentriert.The entire wall of the tube is made of glass with the exception of the window 59, which consists of a thin sheet of mica. As can be seen from the figure, the axes of the two cylinders are parallel. The opening between the two cylinders is therefore rectangular in shape. The rod-shaped anode 61 of the counter tube is located in the axis of the cylinder 55. The cathode consists of a conductive coating 63 which extends over the entire wall of the part 55. To increase the efficiency for electromagnetic radiation, in particular y radiation, a larger part of the cylinder wall of part 57 is covered with a photosensitive layer 65. This photosensitive layer can be made of known photosensitive materials, e.g. B. cesium antimony or cesium cesium oxide exist. As a result of the cylindrical shape of the coating 65, the flow of photons is also concentrated somewhat on the rectangular opening between the parts 55 and 57.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Geiger-Müller counter tube which has a sleeve which is large in relation to the electrode space and which encloses a space which is filled with a gas mixture consisting of at least 0.001% halogen, characterized in that the sleeve is two adjacent and above one another The shell encloses interconnected sub-spaces of different volumes, of which the volume of the larger sub-space is at least five times as large as the volume of the smaller, and the cathode and the anode of the counter tube are located in the space with the smaller volume, the connection point between the two subspaces is chosen so that the photons or charge carriers generated by the radiation in the larger volume penetrate into the smaller volume.

2. Geiger-Müller counter tube according to claim 1, characterized in that the wall of the larger part is reflective and has such a shape that a considerable part of the photons generated is concentrated on the connection opening between the two parts. 3. Geiger-Müller counter tube according to claim 1 or 2, characterized in that the larger part of the space contains means for generating a potential field which concentrates a considerable part of the electrons generated by the incident radiation on the connection opening between the two subspaces. 4. Geiger-Müller counter tube according to claim 1, 2 or 3, characterized in that there are electrodes in the larger part, between which a potential field of such strength is generated that avalanche formation and gas multiplication occurs. 5. Geiger-Müller counter tube according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the wall of the larger part is provided on the inside with a photosensitive material layer. 6. Geiger-Müller counter tube according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the envelope consists of two parallel, circumferentially intersecting circular cylinders with different diameters, the anode of the counter tube being in the axis of the cylinder with a smaller diameter and the cathode is attached to the wall of this cylinder. 7. Geiger-Müller counter tube according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, characterized in that there is a radiolucent window in the larger part of the space. Documents considered: German Patent No. 705749; British Patent No. 656681; Atompraxis, Vol. 2, 1956, No.

3, pp. 79 and 80; Nucleonics, Vol. 11, 1953, No. 9, p. 64.