DE1275211B - Proportionalzaehler - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIj

GOIt

Deutsche Kl.: 21 g -18/01

P 12 75 211.3-33 (P 35268)

14. Oktober 1964

14. August 1968

Die Erfindung betrifft einen Proportionalzähler für Kernstrahlung mit einem leitenden hohlzylindrischen, die Kathode bildenden Außenmantel, der an einer Stirnseite durch eine leitende Stirnwand abgeschlossen ist, während die andere Stirnseite durch ein für die nachzuweisende Strahlung durchlässiges Fenster abgeschlossen ist, mit einem konzentrisch zum Außenmantel freistehend angeordneten, einseitig gehaltenen Anodendraht, der mittels eines Durchführungsstiftes in einer zentralen, zum Außenmantel konzentrischen Öffnung der dem Fenster gegenüberliegenden Stirnwand befestigt ist, und mit einer mindestens ein Edelgas enthaltenden Gasfüllung. Derartige Zähler, wie ein solcher aus der »Zeitschrift für Physik«, Bd. 37, 1926, S. 549 bis 551, bekannt ist, werden zum Messen von radioaktiver Strahlung benutzt. Für die Wirkung eines Proportionalzählers ist eine hohe Feldstärke in der Nähe des Anodendrahts von Bedeutung. Daher ist in einem Proportionalzähler der Anodendraht dünn ausgebildet; in der Praxis hat er eine Dicke zwischen 25 und 100 μ. Zum Erzielen einer guten Wirkung eines Proportionalzählers wird die Gasfüllung durch ein Edelgas oder ein Gemisch aus Edelgasen gebildet, dem außerdem ein Kohlenwasserstoffgas zugesetzt werden kann. In diesem Fall besteht nach wie vor in einem großen Bereich von Anodenspannungen Proportionalität zwischen der Energie der einfallenden Strahlung und der Größe der Ladung, welche an die Anode gelangt. Bei bekannten Ausführungsformen ist der Anodendraht an beiden Enden in der Hülle befestigt und ist wenigstens ein Teil der zylindrischen Wand für die Strahlung durchlässig. Bei anderen Ausführungsformen wird eine schleifenartige Anode benutzt oder mit einem Platinkügelchen an ihrer Spitze versehene, in den Zylinder hineinragende Drähte.

Aus zu der Erfindung führenden Untersuchungen hat es sich ergeben, daß die verlangte Zählwirkung eines Proportionalzählers auch dann erzielt werden kann, wenn ein gerader stiftartiger, nur an einem Ende befestigter Anodendraht mit besonderen Vorkehrungen verwendet wird. Die Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, daß der stiftartige Anodendraht mit seinem gegen das Fenster gerichteten, nahezu halbrund geformten freien Ende ungefähr bündig mit der Innenfläche der Stirnwand abschließt oder daß dieses Ende etwas außerhalb dieser Innenfläche in der Öffnung der Stirnwand liegt.

Wegen des halbrunden Endes des Anodendrahts ist auch in diesem Fall die Feldstärke in dem Innenraum hinreichend, um die Teilchen in die Umgebung der Anode zu führen. Andererseits handelt es sich Proportionalzähler

Anmelder:

Philips Electronics and Pharmaceutical

Industries Corp.,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. H. Scholz, Patentanwalt,

2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:
Dr. Andrew A. Sterk, Arlington, Va.;
Placido William Zingaro,
Hartsdale, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. Oktober 1963
(317 311)

hier um eine verhältnismäßig widerstandsfähige Konstruktion, derentwegen die elektrisch gegebenenfalls weniger optimale Wirkung des Zählers in Kauf genommen werden kann. Insbesondere kann der nach innen gerichtete Teil der Zentralöffnung kegelstumpfförmig sein. Besonders gute Resultate wurden erzielt mit einer Zentralöffnung, die aus einem kegelstumpfförmigen inneren Teil und einem zu diesem konzentrischen, zylindrischen äußeren Teil besteht, dessen Durchmesser gleich dem des engen Endes des kegelstumpfförmigen Teils ist, wobei dieser Durchmesser gegenüber dem der Anode noch groß ist.

Der Zähler nach der Erfindung kann in bekannter Weise derart ausgebildet sein, daß der Zylinder und die Wände auf beiden Seiten desselben eine gasdichte Hülle bilden oder in ebenfalls bekannter Weise derart konstruiert werden, daß der Zylinder zwei Öffnungen hat, durch welche Gas ein- bzw. austreten kann, in welchem Fall der Zähler ein Durchflußzähler ist. Das Fenster kann in diesem Fall dünner sein, da es nicht luftdicht zu sein braucht.

Um ein optimales Auflösungsvermögen zu erzielen und somit zwei radioaktive Strahlungen mit Quanten verschiedener Energien unterscheiden zu können, insbesondere auch dann, wenn die Energien nur einen geringen Unterschied aufweisen, muß die Geometrie an den betreffenden Zweck angepaßt werden. Zu

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diesem Zweck beträgt das Verhältnis zwischen dem Abstand zwischen den Stirnwänden, welche den Zylinder begrenzen, und dem Durchmesser des Zylinders mindestens 0,8 und maximal 1,3. Das Verhältnis hat vorteilhaft nahezu den Wert 1, da mit diesem Wert das optimale Auflösungsvermögen erzielt wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch einen Zähler;

F i g. 2 bis 5 zeigen Kurven der Impulshöhenverteilungen als Funktion der Energie einer monochromatischen Strahlung für einen Zähler nach Fig. 1, wobei jede dieser Kurven sich auf einen Zähler mit jeweils anderen Abmessungen bezieht;

F i g. 6 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Ansicht eines Zählers nach Fig. 1, der als Durchflußzähler ausgebildet ist.

Der Zähler nach F i g. 1 weist einen zylindrischen Hohlkörper 11 auf, der aus Metall oder einem nichtleitenden Material mit einer leitenden Innenfläche 12 besteht und der den Innendurchmesser D besitzt. Ein für Strahlung durchlässiges Fenster 13 ist gasdicht am einen Ende des Zylinders 11 angebracht und begrenzt das eingeschlossene Volumen 14 an diesem Ende.

Eine zweite Stirnwand 16 ist ebenfalls gasdicht am Zylindern angebracht in einem AbstandL vom Fenster 13. Diese Stirnwand kann tatsächlich gleichzeitig mit dem Zylinder 11 dadurch gebildet werden, daß ein massiver Stab ausgebohrt wird, oder es kann ein anderes übliches Verfahren benutzt werden. Die Wand 16 hat eine Zentralöffnung 17, die zur Achse 18 des Zylinders 11 konzentrisch ist. Die Öffnung 17 besteht vorzugsweise, nach F i g. 1, aus einem kegelstumpfförmigen Teil 19, dessen enges Ende in einen zylindrischen Teil 21 übergeht.

Innerhalb der Öffnung 17 und konzentrisch zur Achse 18 liegt eine zylindrische Anode 22 mit einem nahezu halbrunden Ende 23. Der Durchmesser der Anode ist nicht maßstäblich dargestellt. Der Abstand zwischen dem Ende 23 und dem Fenster 13 wird durch die Abmessung L bedingt, und die Anode 22 ist derart angeordnet, daß ihr Ende 23 nahezu bündig ist mit der Innenfläche der Wand 16 oder etwas außerhalb dieser Fläche in der Öffnung 17 liegt. Die Anode wird von einem Isolierteil 24 abgestützt, der sich einerseits um die Anode und andererseits an die Wand 16 und den Zylinder 11 anschließt, so daß der Raum 14 luftdicht verschlossen wird. Dieser Raum ist mit einem Edelgas, z. B. Argon, Neon, Xenon oder einem Gemisch aus diesen Gasen gefüllt, dem ein Kohlenwasserstoff gas, z. B. Methan, zugesetzt sein kann.

Um die optimale Beziehung zwischen den Abmessungen des Zählers zu bestimmen und insbesondere das Verhältnis L/D, wird ein Zähler mit einem Durchmesser D von 1,2 cm der Mangan-Eigenstrahlung einer radioaktiven Fe₅₅-Quelle ausgesetzt, d. h. einer Strahlung mit einer Energie von etwa 5,8 kV. Es sind Messungen mit Zählern mit Längen L zwischen 1,1 und 1,8 cm durchgeführt worden, deren Ergebnisse in den in den F i g. 2 bis 5 gezeigten graphischen Darstellungen angedeutet sind. In jeder dieser graphischen Darstellungen bedeutet die Abszisse die Energie der einfallenden Strahlung. Diese wird in Form einer Spannung in Volt angegeben und wird durch Messung der Amplitude der Spannungsimpulse an der Anode 22 erhalten. Auf der Ordinate ist zu jedem Abszissenwert die pro Zeiteinheit auftretende Anzahl von Impulsen der betreffenden Energie aufgetragen. Es ergibt sich, daß jede Kurve mindestens ein Maximum erreicht, das der Quantenenergie der Strahlung entspricht. Es ist üblich, als Maß für das Auflösungsvermögen (Res.) von Proportionalitätszählern die Halbwertsbreite, d.h. die Breite der Linie in halber Höhe des Maximums, geteilt durch den Abszissenwert, bei dem das Maximum liegt, zu verwenden. Je kleiner diese Zahl, um so besser ist das Auflösungsvermögen.

In Fig. 2 ist die LängeL gleich 1,1 cm, so daß das Verhältnis L/D 0,875 beträgt. Der höchste, vertikale Abstand über Null der Kurve ist etwa 62 Einheiten, und die oben definierte Halbwertsbreite der Linie ist etwa 11V. Das Maximum der Kurve liegt bei einer Spannung von 29 V. Teilung von 11 V durch 29 V ergibt eine Auflösung von 0,37 oder 37% als Maß für das Auflösungsvermögen des Zählers. In den F i g. 2 bis 4 ist die Auflösung jeweils durch den entsprechenden Prozentsatz und den Zusatz »Res.« angedeutet.

F i g. 3 zeigt eine Kurve für einen Zähler der an Hand der Fig. 1 beschriebenen Art, wobei das L/D-Verhältnis 1,0 beträgt, d. h., die Länge des Zählers zwischen den Wänden 16 und 13 ist nahezu gleich dem Innendurchmesser des Zylinders 11. In Fig.3 liegt das Maximum der Kurve bei etwa 27,5 V, und die Höhe des Scheitels ist etwa 80 Einheiten. Die Halbwertsbreite ist etwa 8 V₃ und der Quotient ist 8/27,5 = etwa 28 %. Das Auflösungsvermögen ist somit besser als in dem Fall der F i g. 2, so daß ein Zähler mit einem !/!»-Verhältnis von 1,0 besser fähig ist, Quanten verschiedener Energien gesondert zu erkennen als ein Zähler mit einem L/D-Verhältnis von 0,875.

F i g. 4 zeigt eine ähnliche Kurve für einen etwas längeren Zähler, wobei L etwa 1,3 cm ist. Das L/D-Verhältnis ist dabei 1,125. Das Maximum dieser Kurve liegt bei etwa 30 V. Die Halbierungsbreite ist etwa 9 V; der Quotient ist 9/30 oder 30 %, so daß das Auflösungsvermögen weniger gut als das eines Zählers mit einem L/D-Verhältnis von 1,0 ist.

Fig. 5 zeigt die Folge einer weiteren Vergrößerung der Zählerlänge. Diese Figur zeigt die Resultate von Messungen an einem Zähler mit einer Länge L von etwa 1,8 cm, so daß das L/D-Verhältnis etwa 1,375 beträgt. Diese Kurve hat nicht einen, sondern zwei Scheitel mit Ordinatenwerten von etwa 63 und 67 Einheiten. Die Scheitel treten auf bei Spannungen von etwa 25 bzw. 38 V, und die Breite des Scheitels bei etwa 34 Einheiten ist nahezu 30 V, was bedeutet, daß das Auflösungsvermögen schlecht ist; dies ist in Fig.5 durch »NGRes.« angedeutet. Der Detektor ist jedoch selbstverständlich fähig, die Existenz einfallender Strahlung nachzuweisen.

Ein Überblick der graphischen Darstellungen der F i g. 2 bis 5 zeigt, daß der optimale Wert von L/D etwa 1,0 ist. Ein Wert von 28 % für einen solchen Detektor ist besonders günstig, wenn die Tatsache berücksichtigt wird, daß die Konstruktion durch Widerstandsfähigkeit und Einfachheit ausgezeichnet ist. Da die Anode 22 nur auf einer Seite des Detektors befestigt ist und die gegenüberliegende Wand vollständig als Fenster dienen kann, eignet sich die Vorrichtung besser als ein Detektor, in dem die Anode sich über die ganze Länge des Zylinders er-

streckt, da bei der dargestellten Anordnung das Fenster einen größeren Teil der Gesamtfläche der Hülle bilden kann.

In der teilweise aufgeschnittenen Ansicht der F i g. 6 ist gezeigt, daß der Detektor auch in Form eines Durchströmungszählers ausgebildet werden kann, indem ein kleiner Kanal 26 vorgesehen wird, der durch die Seitenwand des zylindrischen Hohlkörpers 11 geführt ist, um ein geeignetes Gas in den Zähler einzuführen. Ein zweiter, kleiner Kanal 27 erlaubt dem Gas, wieder herauszuströmen, so daß das Gas kontinuierlich erneuert wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in dem Kanal 26 ist sehr gering, gewöhnlich nur ein Bruchteil eines Liters pro Minute.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Proportionalzähler für Kernstrahlung mit einem leitenden hohlzylindrischen, die Kathode bildenden Außenmantel, der an einer Stirnseite durch eine leitende Stirnwand abgeschlossen ist, während die andere Stirnseite durch ein für die nachzuweisende Strahlung durchlässiges Fenster abgeschlossen ist, mit einem konzentrisch zum Außenmantel freistehend angeordneten, einseitig gehaltenen Anodendraht, der mittels eines Durchführungsstiftes in einer zentralen, zum Außenmantel konzentrischen Öffnung der dem Fenster gegenüberliegenden Stirnwand befestigt ist, und mit einer mindestens ein Edelgas enthaltenden Gasfüllung, dadurch gekennzeichnet, daß der stiftartige Anodendraht (22) mit seinem gegen das Fenster (13) gerichteten, nahezu halbrund geformten freien Ende (23) ungefähr bündig mit der Innenfläche der Stirnwand (16) abschließt oder daß dieses Ende (23) etwas außerhalb dieser Innenfläche in der Öffnung (17) der Stirnwand (16) liegt.

2. Proportionalzähler nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Teil der Zentralöffnung (17) in der Stirnwand (16) als sich nach innen erweiternder Kegelstumpf (19) geformt ist.

3. Proportionalzähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralöffnung (17) aus einem kegelstumpfförmigen inneren Teil (19) und einem zu diesem konzentrischen, zylindrischen äußeren Teil (21) besteht, dessen Durchmesser gleich dem des engen Endes des kegelstumpfförmigen Teils (19) ist, wobei dieser Durchmesser gegenüber dem der Anode (22) noch groß ist.

4. Proportionalzähler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des inneren Abstandes (L) der die Endflächen des zylindrischen Außenmantels (11) bildenden Stirnwand (16) und des Fensters (13) zum inneren Durchmesser (D) des Mantels mindestens 0,8 und höchstens 1,3 beträgt.

5. Proportionalzähler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Stirnflächenabstandes (L) zum Durchmesser (D) nahezu 1 beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

»Philosophical Magazine«,

8. Serie, Bd. 2, 1957, Nr. 20, S. 957 bis 959;

»The Review of Scientific Instruments«, Bd. 31, 1960, S. 869 und 870;

»Nuclear Instruments and Methods«, Bd. 7, 1960, S. 204 bis 206;

»Archiv für Techisches Messen«, Juli 1941, Lieferung J 076-2, S. 1;

»Zeitschrift für Physik«, Bd. 37, 1926, S. 547 bis 567.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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