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Anordnung zur Messung radioaktiver Strahlung mit in Antikoinzidenz
geschaltetem Abschirmdetektor Es sind Anordnungen zum Messen der radioaktiven Strahlung
einer Probe bekannt, bei denen der Einfluß der Umgebungsstrahlung und kosmischer
Strahlung durch Anwendung sogenannter Antikonizidenzschaltungen unterdrückt wird.
Bei derartigen Anordnungen ist ein erster, zum Messen der Strahlung einer radioaktiven
Probe dienender Detektor von einer Detektoranordnung umgeben, die auf die kosmische
Störstrahlung anspricht. Die von beiden Detektoranordnungen gelieferten Impulse
werden einer Antikoinzidenzschaltung- in der Weise zugeführt, daß die Schaltung
keine Zählimpulse liefert, wenn beide Detektoranordnungen Signalimpulse liefern
oder nur die den Meßdetektor umgebende, auf die kosmische Störstrahlung ansprechende
Abschirmdetektoranordnung einen Signalimpuls liefert. Gezählt werden nur die Signalimpulse
des Meßdetektors, sofern nicht gleichzeitig, wie eben angegeben, von der den Meßdetektor
umgebenden Abschirmdetektoranordnung ein Signalimpuls geliefert wird.
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Es ist bekannt, die gesamte Meßanordnung, d. h. einschließlich der
Abschirmdetektoranordnung, für die Zwecke der Abschirmung von Gammastrahlen mit
einem Bleimantel zu umgeben.
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Eine derartige Anordnung hat jedoch, wie noch anschließend näherrdargelegt
wird, den Nachteil, daß von der Zählung solche Signalimpulse nicht ausgeschlossen
werden, die durch Sekundärstrahlung bs dingt sind, welche durch die kosmische Strahlung
in dem abschirmenden Bleimantel oder in dem Abschirmdetektor selbst ausgelöst werden.
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Die Erfindung bezweckt die Unterdrückung des Einflusses derartiger
störender Sekundärstrahlungen.
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Eine Anordnung zum Messen der radioaktiven Strahlung einer Probe
mit einem für die zu messende Strahlung empfindlichen Meßdetektor, mit einem den
Meßdetektor und die Probe umgebenden, auf die kosmische - Strahlung ansprechenden
und mit dem Meßdetektor zur Unterdrückung des Störeffekts der kosmischen Strahlung
in Antikoinzidenz geschalteten Abschirmdetektor und mit einer den Meßdetektor und
die Probe ebenfalls umgebenden Gammastrahlungsabschirmung kennzeichnet sich gemäß
der Erfindung dadurch, daß sowohl der Meßdetektor mit der radioaktiven Probe als
auch die Gammastrahlungsabschirmung innerhalb des Abschirmdetektors angeordnet sind.
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Zweckmäßigerweise ist zur Unterdrückung des Einflusses von Neutronenstrahlung
ein Neutronenschirm um den Abschirmdetektor herum angeordnet.
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Die Erfindung, ihre Wirkungsweise und Vorteile
werden im folgenden
an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt Fig 1 eine teilweise schematische Ansicht
eines im großen und ganzen herkömmlichen Detektorsystems für Betastrahlen, an der
das Problem nichtkompensierter Anzeige von kosmischer Sekundärstrahlung erläutert
wird, Fig.2 eine teilweise schematische Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten
B etastralilendetektorsystems, daß dieses Problem vermeidet, F i g. 3 eine teilweise
aufgeschnittene Vorderansicht einer Ausführungsform der Erfindung, Fig.4 eine teilweise
aufgeschnittene Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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In F i g. 1 ist ein herkömmliches Betastrahlendetektorsystem 10 zur
Messung der Betastrahlung gezeigt, die von einer Probe 11 erzeugt wird. Die Probe
11 ist innerhalb oder in der Nähe eines Meßdetektors 12 angeordnet, der gegenüber
Bestrahlung hochempfindlich ist. Der Meßdetektor 12 ist von einem Abschirmdetektor
13 umgeben, der gegenüber kosmischen Strahlen, wie z. B. Mikromesonen, empfindlich
ist. Der Abschirmdetektor 13 ist wiederum von einer dicken Abschirmung 14 umgeben.
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Die elektrischen Ausgangsimpulse jedes der Detektoren 12 und 13 gelangen
an eine Antikoinzidenzschaltung 15, deren Ausgangimpulse wiederum einem Zählgerät
16 zugeführt werden. Auf diese Weise reagiert das Zählgerät 16 nur auf solche Zählimpulse
vom Meßdetektor 12, bei denen nicht gleichzeitig im Abschirmdetektor 13 ebenfalls
ein Impuls auftritt.
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Im Betrieb arbeitet das Betastrahlendetektorsystem nach F i g. 1
wie folgt: Die von der Probe 11 ausgehenden Betastrahlen werden vom Meßdetektor
12 nachgewiesen, aber gelangen nicht bis zum Abschirmdetektor 13 und werden von
ihm nicht angezeigt. So werden die durch solche Betastrahlen erzeugten Zählimpulse
ohne Kompensation durch die Schaltung 15 an den Zähler 16 weitergeleitet.
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Ein kosmischer. Strahl, der durch die Abschirmung 14 und durch beide
Detektoren 12 und 13 hindurchgeht, erzeugt praktisch gleichzeitig Impulse sowohl
im Abschirmdetektor als auch in dem - Meßdetektor, da der Meßdetektor 12 ja im allgemeinen
auch auf primäre kosmische Strahlung anspricht.
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Da die Antikoinzidenzschaltung im wesentlichen zur gleichen Zeit
elektrische Impulse von den Detektoren 12 und 13 erhält, löschen diese sich ge genseitig
aus, und. daher liefert das Zählgerät 16 infolge des Einfallens eines kosmischen
Strahles A keine Anzeige.
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Geht ein kosmischer Strahl B durch die Abschirmund 14 und den Abschirmdetektor
13 hindurch, aber nicht durci- -den,M,eßdetektor 12, so unterdrückt die Antikoinzidenzschaltung
15 den Impuls vom Abschirmdetektor her, da nicht gleichzeitig ein Impuls vom Meßdetektor
herkommt. In anderen Worten, die Antikoinzidenzschaltung 15 ist so aufgebaut, daß
sie nur Impnise v0bi Meßdetektor an den Zähler 16 weiterleitet. Und zwar geschieht
dies nur dann, wenn die vom Meßdetektor herrührenden Impulse nicht zur gleichen
Zeit mit Impulsen vom Abschirmdetektor 13- auftreten Auf diese Weise reduziert das
Betastrahlenanzeigemeßsystem nach F i g. 1 in wirksamer Weise die Untergrundanzeige
des Systems infolge primärer kosmischer Strahlung.
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Obwohl das Betastrahlendetektorsystem nach Fig.1 auf diese Weise
wirksam den Einfluß priinärer kosmischer Strahlung ausschaltet, ist es nicht in
der Lage, Untergrundeffekte zu kompensieren, die infolge von durch kosmische Strahlung
verursachten Sekundäreffekten auftreten. So kann z. B. der kos iiische Strahl vollkommen
durch die äußere Strahlungsabschirmungl4- hindurchgehen, ohne daß er durch den Abschirmdetektor
13 hindurchgeht. Dabei gibt der Primärstrahl C einen Teil seiner Energie ab, um
Sekundärstrahlung C' zu erzeugen, die in den Meßdetektor 12 gelangt Ebenso kaim
ein kosmischer Strahl von-der Abschirmungl4 abgebremst werden und so einen SekundärstrahlD'
erzeugen, der ebenso an den Meßdétektor 12 gelangt.
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Beide Detektoren, sowohl der Abschirmdetektor 13 als der Meßdetektor
12, sind im Hinblick auf die Messung von kosmischen Sekundärstrahlen, wie z. B.
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C' und D', von sehr niedrigem Wirkungsgrad (typische Wirkungsgrade
dafür liegen in der Größenordnung von 1°/o). Daher werden typischerweise ungefähr
1 leto der kosmischen Sekundärstrahlen, die bis zum Meßdetektor 12 hindurchgelangen,
von diesem angezeigt werden.
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Lediglich 1 ovo derselben oder einer in 10 000 wird
zur gleichen Zeit
vom Abschirmdetektor angezeigt werden und daher in der Antikoinzidenzschaltung 15
den Impuls im Detektor 12 ausgleichen. Das Ergebnis ist, daß das Betastrahlendetektorsystem
nach F i g. 1 einen Gesamtwirkungsgrad für die Anzeige der Störstrahlung von O,99o
für kosmische Sekundärstrahlen hat, die innerhalb der Abschirmungf4 erzeugt werden.
Nur 1 o der kosmischen Sekundärstrahlen, die von dem Meßdetektor angezeigt werden,
wird ebenso von dem kosmischen Strahlendetektor angezeigt und daher in der Koinzidenzschaltung
ausgeglichen. Ein Wirkungsgrad für die Anzeige von Störstrahlung in dieser Höhe
ist von Bedeutung in Anwendung, die eine präzise Messung von Betastrahlung geringen
Strahlungspegels verlangten.
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In F i g. 2 ist ein Betastrahlendetektorsystem 100 nach der vorliegenden
Erfindung gezeigt, das Bauteile 111 bis 116 enthält, die den Bauteilen 11 bis 16
in dem Detektorsystem nach Fig. 1 entsprechen.
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Der Meßdetektor 112 kann irgendein beliebiger Betastrahlendetektor,
wie z. B. ein Geigerzähler, ein Gasproportionalítätszähler, ein Flüsslgkeits-Szintillationszähler
mit Plastikszintillator, ein Funkenzähler oder ein vorgespannter Kristaildetektor
sein. Der Abschirmdetektor 113 kann irgendein Detektor sein, der imstande ist, die
in der kostnischen Strahlung enthaltenen Mikromesonen nachzuweisen.
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Aus Fig. 2 geht hervor, daß die Lage des Abschirilldetektors 113
und der Abschirmung 114 gegenüber der Lage der entsprechenden Bauteile in dem Detektorsystem
nach Fig 1 vertauscht worden ist Demgemäß umgibt die Strahlungsabschirmung 114 vollkommen
den Meßdetektor 112 und liegt zwischen dem Meßdetektor .und dem -Abschirmdetektor
113; Der Abschirmdetektor umgibt seinerseits einen genügend großen -Teil der Abschitmung
114, so daß er im wesentlichen auf die gesamte (praktisch mindestens 95/o, vorzugsweise
99o) kosmische Strahlung, die auf die Abschirmung 114 einfällt, anspricht, Die Abschirmung
114 sollte dick genug sein, um die Wirkungen der um das Petektorsystem herum in
der Umgebung entstehenaen:.'Gammastrahlung und der sekundären Zerfallprodükte zu
verhindern, die dadurch entstehen, daß- die Mikromesonen in der Umgebung außerhalb,
der Abschirmung 114 reagieren.
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Um diese beiden Anfordërungen zu çrfüllen, ist es meist erforderlich,
daß die Abschirmung aus Blei von mindestens 7 cm Dicke oder aus Stahl oder Kupfer
von mindestens 14 cm Dicke oder aus Kombinationen beider Materialien besteht. Das
Material, aus dem die Abschirmung hergestellt ist, muß frei jeglicher Art von radioaktiven
Verunreinigungen sein.
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Es geht aus P i g. 2 hervor, daß es bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten
Strahlungsdetektorsystem nicht möglich ist, daß ein durch kosmische Strahlen in
der Abschirmung 114 erzeugter Sekundärstrahl von dem Meßdetektor 112 angezeigt wird,
ohne daß gleichzeitig ein diese Anzeige wieder kompensierender Impuls von dem Abschirmdetektor
113 erzeugt wird. Das geschieht infolge des anfänglichen Einfallens desselben primären
kosmischen Strahles, der dann innerhalb der Abschirmung zerfallen ist, um den angezeigten
sekundären Strahl zu erzeugen. Das ist beispielsweise in F i g. 2 erläutert. Der
einfallende kosmische PrimärstrahlE erzeugt einen sekundären kosmischen- StrahlE'
in der Abschirmung 114. Der letztere Sekundärstrahl gelangt zum Meßdetektor t12.
Der zur Erzeugung des Sekundärstrahls notwendige
Primärstrahl muß
notwendigerweise auch durch den Abschirmdetektor 113 hindurchgehen und dort angezeigt
werden. Wenn daher der kosmische SeRundärstrahl E' vom Meßdetektor angezeigt wird,
so daß vom Detektor 112 an die Antikoinzidenzschaltung 115 ein Impuls geleitet wird,
so wird dort auch ein diese Anzeige ausgleichender Impuls vom Abschirmdetektor 113
zur Verfügung stehen, um eine Zählung dieses kosmischen Sekundärstrahles zu verhindern.
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Geht ein kosmischer Primärstrahl F durch beide Detektoren 112 und
113 hindurch, dann werden die dadurch erzeugten Impulse in der gleichen Art und
Weise gegeneinander ausgeglichen werden, wie das bei dem Detektorsystem nach F i
g. 1 der Fall ist.
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Tritt ein kosmischer Primärstrahl G durch den Abschirmdetektor 113
hindurch, ohne entweder auf die Abschirmung 114 oder auf den Meßdetektor 112 aufzufallen,
dann ist die Betriebsweise die gleiche wie für den Strahl B in F i g. i. Der Impulszähler
116 wird nicht ansprechen.
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Auf diese Weise eliminiert das Betastrahlenanzeige- und -meßsystem
nach Fig.2 in wirksamer Weise die Untergrund anzeige, die die Folge von kosmischen
Sekundärstrahlen ist, und bildet somit ein wesentlich präzisere Betastrahlenmeßgerät
mit niedrigem Störpegel, als das mit dem herkömmlichen System nach Fig. 1 der Fall
ist. Die Unterschiede in der Wirksamkeit der Strahlungsmessung für beide Systeme
sind in den folgenden Tabellen aufgezeigt: Tabelle I Detektorsystem nach F i g.
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| Wirkungsgrad r Wirkungsgrad |
| Art der Strahlung nichtkompensierter kompensierter Zählung |
| Zählung |
| Betastrahlen von der Probe .... ..... . bis zu 100°/o bis zu
100 O/o |
| Primäre kosmische Strahlen (Störanzeige) . bis zu 1000/o im
wesentlichen Oo/o |
| Sekundäre kosmische Strahlen (Störanzeige) . . 1% 0,990/0 |
Tabelle II Detektorsystem nach Fig. 2
| Wirkungsgrad Wirkungsgrad |
| Art der Strahlung nichtkompensierter kompensierter Zählung |
| Zählung |
| Betastrahlen von der Probe ..... . . . . .. ..... biszu 1000/o
bis zu 100 O/o |
| Primäre kosmische Strahlen (Störanzeige) .... . bis zu 1000/o
im wesentlichen 0 O/o |
| Sekundäre kosmische Strahlen (Störanzeige) .. . 1 o/o im wesentlichen
0 O/o |
In den F i g. 3 und 4 sind zwei Ausführungsformen 200 und 300 eines Strahlungsdetektorsystems
-gezeigt, wie es schematisch in F i g. 2 erläutert worden ist. Die Bauteile 211
bis 214 in Fig. 3 und die Bauteile 311 bis 314 in F i g. 4 entsprechen den gleichen
Bauteilen 111 bis 114 im Betastrahlendetektorsystem nach F i g. 2. In der Anordnung
nach F i g. 3 ist eine feste Meßprobe 211 in Nähe des Strahlungsfensters 217 angeordnet,
so daß die von der Probe ausgehenden Betastrahlen auf den scheibenförmigen Meßdetektor
212 auffallen.
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Bei der Anordnung nach Fig. 4 liegt die gasförmige Probe 311 innerhalb
des Meßdetektors 312 vor.
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Der Detektor 312 ist so konstruiert, daß er die Strahlung in ihn eingefüllter
Gase messen kann. Das Betastrahlendetektorsystem nach F 1 g. 4 enthält wahlweise
eine Neutronenmoderatorschicht 318, die aus Material besteht, das geeignet ist,
Neutronen aufzufangen, die sonst den Meßdetektor erreichen würden. Obwohl die Neutronenrnoderatorschicht
318 außerhalb des Abschirmdetektors 313 angeordnet gezeichnet ist, ist das lediglich
beispielhaft dargestellt.
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Die Schicht 318 kann ebenso unmittelbar um den Meßdetektor herum vorgesehen
sein oder als Zwischenschicht zwischen der Abschirmung 314 und dem Abschirmdetektor.
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Die oben beschriebene Anordnung nach der Erfin-
dung zur Messung und
Anzeige von Betastrahlung unter Herabsetzung der Störstrahlung befriedigt ein bereits
lange bestehenden Bedürfnis in der Technik der Strahlungsmessung von Betastrahlen.
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Aus dem Vorangegangenen ist deutlich, daß die verschiedensten Möglichkeiten
bestehen, den Grundgedanken der Erfindung auszuführen, von denen die erklärten Ausführungsbeispiele
lediglich einige darstellen.