DE1147328B

DE1147328B - Einrichtung mit einer fluoreszierenden Substanz zum Nachweis und Messen von energiereichen Strahlen

Info

Publication number: DE1147328B
Application number: DEA38559A
Authority: DE
Inventors: Dr Rudolf Blank; Dr Heinrich Gold; Dr Karl Ludwig Huppert; Dr Reinhart Metejec; Dr Roderich Raue; Dr Otto Dann
Original assignee: Agfa AG
Current assignee: Agfa Gevaert NV
Priority date: 1961-10-14
Filing date: 1961-10-14
Publication date: 1963-04-18
Also published as: BE623553A; GB1020817A; GB1020816A; GB1020815A

Description

Einrichtung mit einer fluoreszierenden Substanz zum Nachweis und Messen von energiereichen Strahlen Es sind eine Reihe von Einrichtungen zum Nachweis und Messen der Intensität energiereicher Strahlen, wie Röntgen-, Gamma- und Korpuskularstrahlen, bekannt. Die Wirkungsweise beruht dabei auf unterschiedlichen chemischen oder physikalischen Gesetzmäßigkeiten.
Bei einer der bekannten Einrichtungen wird eine Eigenschaft verschiedener anorganischer und organischer Verbindungen ausgenutzt, die darin besteht, bei Anregung durch energiereiche Strahlen eine im ultravioletten und sichtbaren Bereich des Spektrums liegende Fluoreszenzstrahlung zu emittieren. Das dieser Nachweismöglichkeit zugrunde liegende Prinzip wird in der Praxis in verschiedenen Ausführungsformen ausgenutzt. So verwendet man z. B. in der kernphysikalischen Meßtechnik zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Röntgen-, Gamma-und Korpuskularstrahlen Szintillatoren verschiedenen Aufbaues, die derartige Substanzen enthalten. Man kennt in diesem Zusammenhang sogenannte Plastikszintillatoren, die aus einem Fluoreszenzstoff enthaltenden, zu einer geeigneten Form verarbeiteten Kunststoff bestehen. Ferner sind Gelszintillatoren oder Flüssigkeitsszintillatoren bekannt. Bei allen diesen Ausführungsformen wird das ausgestrahlte Fluoreszenzlicht zum Nachweis benutzt.
Eine weitere Anwendung besteht in den Leuchtfolien oder Leuchtschirmen, die in der Röntgen-, Fernseh- und Radartechnik eine große Bedeutung gewonnen haben.
In zunehmendem Maße finden vor allem organische Fluoreszenzstoffe Verwendung zur Steigerung der photographischen Empfindlichkeit solcher Filme, die zur Messung und Aufzeichnung energiereicher Strahlen dienen. In diesem Fall wird die fluoreszierende Substanz entweder in Verstärkerfolien angewendet oder direkt der strahlenempfindlichen Emulsion zugesetzt. Fluoreszenzstoffe sind jedoch nicht nur geeignet, die Empfindlichkeit des photographischen Filmes gegenüber energiereicher Strahlung an sich zu steigern, sondern es wird außerdem noch eine Verminderung der Energieabhängigkeit der Empfindlichkeit der Silberhalogenidemulsion erreicht.
Die Empfindlichkeit der Halogensilberemulsionen fällt oberhalb etwa 30 keV mit steigender Quantenenergie ab. Diese fallende Charakteristik der Filmempfindlichkeit kann in eine konstante Charakteristik umgewandelt werden, indem man einerseits durch Metallfilter die Halogensilberempfindlichkeit bei kleineren Quantenenergien (30 bis 100 keV) herabdrückt, andererseits diese Empfindlichkeit bei hohen Quantenenergien durch Fluoreszenzstoffe steigert.
Als organische Fluoreszenzstoffe sind bisher insbesondere kondensierte aromatische Verbindungen, wie Anthracen, Phenanthren, oder auch Verbindungen, die Benzolringe durch eine einfache Bindung aneinandergekettet enthalten, wie beispielswPise Diphenylderivate, Triphenyl oder Terphenyl, benutzt worden.
Alle die bekannten Substanzen besitzen jedoch eine relativ geringe Quantenausbeute, wobei unter Quantenausbeute die Anzahl der emittierten Lichtquanten zu verstehen ist, die auf eine bestimmte Anzahl Quanten der eingestrahlten energiereichen Strahlen entfallen. Angesichts der immer größer werdenden Anforderungen an die Meßtechnik und der Tatsache, daß auch die Strahlentoleranzdosis immer mehr herabgesetzt wird, besteht ein dringender Bedarf an neuen Fluoreszenzstoffen mit besonders hoher Quantenausbeute zur Verfeinerung der bekannten Meßmethoden.
Dies gilt für alle oben beschriebenen Anwendungsformen, insbesondere jedoch für Einrichtungen, die sich strahlenempfindlicher photographischer Materialien zum Nachweis der Röntgen-, Gamma- oder Korpuskularstrahlen bedienen. Zur Erzielung einer genügend hohen Strahlenempfindlichkeit der photographischen Dosismeßfilme ist man auf Fluoreszenzstoffe angewiesen, die bei Gamma- oder Röntgenbestrahlung eine möglichst hohe Fluoreszenzlichtausbeute ergeben. Je stärker nämlich die Ausbeute an Fluoreszenzlicht ist, um so weniger braucht man zur Erzielung einer energieunabhängigen Filmempfindlichkeit die Halogensilberempfindlichkeit bei kleinen Quantenenergien durch die oben beschriebenen Metallfilter zu drücken, d. h. um so größer ist die Absolutempfindlichkeit der Dosismeßfilmanordnung, und um so niedriger ist aus physikalischen Gründen die Quantenenergie, oberhalb derer diese Anordnung die Strahlung energieunabhängig registriert.
Die Brauchbarkeit eines Fluoreszenzkörpers im Dosismeßfilm ist nicht nur von der absoluten Fluoreszenzlichtausbeute abhängig, sondern auch von der Zunahme dieser Fluoreszenzlichtausbeute mit steigender Quantenenergie. Der Fluoreszenzkörper darf die photographischen Eigenschaften der Halogensilberemulsion nicht nachteilig beeinflussen. Ferner muß das Emissionsspektrum des Fluoreszenzkörpers zumindest teilweise mit dem Empfindlichkeitsspektrum der photographischen Halogensilberemulsion zusammenfallen.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß bestimmte Verbindungen der Cumarin-, Benzthiophendioxyd-, Dibenzthiophendioxyd- und Pyrazolinreihe für den vorliegenden Verwendungszweck besonders vorteilhafte Eigenschaften besitzen. Dein -gemäß besteht bei einer Einrichtung mit einer fluoreszierenden Substanz zum Nachweis und Messen von energiereichen Strahlen wie Röntgen-, Gamma-oder Korpuskularstrahlen und mit einer Vorrichtung, welche die von dieser Substanz emittierte ultraviolette oder sichtbare Fluoreszenzstrahlung registriert, erfindungsgemäß die fluoreszierende Substanz aus am Benzolring substituierten Cumarinderivaten, Benzthiophendioxyd oder dessen Derivaten, Dibenzthiophendioxyd oder Substitutionsprodukten davon, 1,3-Diphenylpyrazolin oder dessen Derivaten oder Gemischen dieser Substanzen. Es handelt sich um Verbindungen der folgenden allgemeinen Formeln: Cumarin Hierin bedeutet R = H, Alkyl, Rl = H, Phenyl, Naphthyl, Carboxyl, Carbonsäureester, Carbonamid, Alkylsulfon, Arylsulfon, Nitril; A stellt einen beliebigen Substituenten, vorzugsweise in 7-Stellung, dar. A kann ferner einen weiteren ankondensierten Benzolring bedeuten, der vorzugsweise in 5,6-Stellung mit dem in der Formel angegebenen Benzolring verbunden ist.
Benzthiophendioxydderivate Hierin bedeuten R2 bzw. R3 = H, Alkyl, Alkoxy, Aryloxy, Aryl, Aralkyl, Carbonsäureester, Carbonamid, Halogen, Cyan.
Dibenzthiophendioxydderivate Hierin bedeuten R4 und R5 Wasserstoff oder gleiche oder verschiedene Substituenten, z. B. Alkyl, Alkoxy, Aryloxy, Aryl, Aralkyl, Carbonsäureester, Carbonamid, Halogen, Cyan.
Pyrazolinderivate Hierin bedeuten X = H, Aryl, Rs und R7 = gleiche oder verschiedene Substituenten wie Carbonsäureester, Carbonamid, Halogen, Cyan, Alkyl, Aryl, Aralkyl, Alkoxy, Aryloxy und H.
Substanzen des oben beschriebenenAufbaues zeigen eine besonders hohe Fluoreszenz bei Einwirkung von Röntgen-, Gamma- oder Korpuskularstrahlen.
Auf Grund der gegenüber den bekannten Fluoreszenzstoffen wesentlich höheren Quantenausbeute ist es bei Einsatz der Verbindungen nach der Erfindung im Rahmen der oben beschriebenen Einrichtung möglich, den Meß- bzw. Nachweisbereich bei Szintillatoren, Leuchtschirmen oder photographischen Materialien erheblich zu erweitern. Die Stoffe gestatten nun, wesentlich geringere Strahlen dosen zu messen bzw. nachzuweisen.
Da die Substanzen die photographischen Eigenschaften von Halogensilberemulsion nicht beeinflussen, sind sie besonders geeignet zur Verwendung in oder in Kombination mit derartigen photographischen Materialien. Hierbei können die erfindungsgemäßen Verbindungen entweder direkt (z. B. nach dem in der deutschen Auslegeschrift 1082120 beschriebenen Verfahren) der strahlenempfindlichen Emulsion zugesetzt werden oder als Verstärkerfolien in Kombination mit Röntgen- oder Dosismeßfilmen üblichen Aufbaues eingesetzt werden. Eine derartige Verstärkerfolie kann in bekannter Weise hergestellt werden, indem die Fluoreszenzstoffe in einem filmbildenden Kunststoff gelöst werden und diese Lösung zu einer Folie gewünschter Dicke vergossen wird.
Die Konzentration der Fluoreszenzstoffe in einer derartigen Verstärkerfolie oder einem Szintillationskörper liegt etwa zwischen 10-3 und 50/0. An definierten Verbindungen, die für die Einrichtung nach der Erfindung geeignet sind, seien beispielsweise die folgenden genannt:

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung mit einer fluoreszierenden Substanz zum Nachweis und Messen von energiereichen Strahlen, wie Röntgen-, Gamma- oder Korpuskularstrahlen, und mit einer Vorrichtung, welche die von dieser Substanz emittierte ultraviolette oder sichtbare Fluoreszenzstrahlung registriert, dadurch gekennzeichnet, daß die fluoreszierende Substanz aus am Benzolring substituierten Cumarinderivaten, Benzthiophendioxyd oder dessen Derivaten, Dibenzthiophendioxyd oder Substitutionsprodukten davon, 1,3-Diphenylpyrazolin oder dessen Derivaten oder Gemischen dieser Substanzen besteht.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit photographischen Filmen als Registriervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die fluoreszierende Substanz in Form von Verstärkerfolien mit den Filmen kombiniert oder unmittelbar der photographischen Emulsion zugesetzt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als wirksame Verbindungen Cumarinderivate der folgenden allgemeinen Formel verwendet werden: worin R Wasserstoff und Alkyl und R, Wasserstoff, Phenyl, Naphthyl, Carboxyl, Carbonsäureester, Carbonamid, Alkylsulfon, Arylsulfon, Nitril bedeutet.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als wirksame Substanzen Benzthiophendioxydderivatefolgender allgemeiner Formel verwendet werden: worin R2 und R3 Wasserstoff, Alkyl, Alkoxy, Aryloxy, Aryl, Carbonsäureester, Carbonamid, Halogen, Cyan bedeuten.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als wirksame Substanzen Dibenzthiophendioxydderivate folgender allgemeiner Formel verwendet werden: worin R4 und R5 Wasserstoff oder gleiche oder verschiedene Substituenten, z. B. Alkyl, Alkoxy, Aryloxy, Aryl, Aralkyl, Carbonsäureester, Carbonamid, Halogen, Cyan, bedeuten.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als wirksame Substanzen 1,3-Diphenylpyrazolinderivate folgender allgemeiner Formel verwendet werden: worin X Wasserstoff und Aryl, R6 und R7 gleiche oder verschiedene Substituenten, wie Carbonsäureester, Carbonamid, Halogen, Cyan, Alkyl, Aryl, Aralkyl, Alkoxy, Aryloxy und Wasserstoff, bedeuten.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung der folgenden fluoreszierenden Substanz:
8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung der folgenden fluoreszierenden Substanz:
9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung der folgenden fluoreszierenden Substanz:
10. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung der folgenden fluoreszierenden Substanz:
11. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung der folgenden fluoreszierenden Substanz:
12. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung der folgenden fluoreszierenden Substanz: