DE1298649B

DE1298649B - Scintillation arrangement for a scintillation spectrometer

Info

Publication number: DE1298649B
Application number: DE1965Q0000825
Authority: DE
Inventors: Habert Pierre
Original assignee: Quartz and Silice SA
Current assignee: Saint Gobain Quartz SAS
Priority date: 1964-04-16
Filing date: 1965-04-13
Publication date: 1969-07-03
Also published as: CH441803A; FR1400546A; BE662447A; NL6504869A; GB1067053A

Description

Die Erfindung betrifft eine Szintillationsanordnung für ein Szintillationsspektrometer, die einen mit mindestens einem Photoelektronenvervielfacher optisch gekoppelten Hauptszintillator und als Bezugslichtimpulsquelle für die Stabilisierung der Energieansprechempfindlichkeit des Spektrometers einen mit dem Hauptszintillator optisch gekoppelten und der Strahlung eines langlebigen Alphastrahlers ausgesetzten Bezugsszintillators aufweist. The invention relates to a scintillation arrangement for a scintillation spectrometer, the one optically coupled to at least one photoelectron multiplier Main scintillator and as a reference light pulse source for stabilizing energy sensitivity of the spectrometer one optically coupled to the main scintillator and the radiation a reference scintillator exposed to a long-life alpha emitter.

Bei den bekannten Szintillationsanordnungen wird ein szintillierendes Element mit einem Photovernelfacher gekoppelt um das Abtasten und Messen der Kernstrahlungen herbeizuführen. Der linieare oder auch nichtlinieare Ansprechwert des szintillierenden Elements und des Photovervielfachers für einen gegebenen Energiewert der betrachteten Strahlung sind bekannt. Solche Gesamtanordnungen können deshalb zum Messen der Energie der einfallenden Strahlung verwendet werden. Der Wert dieses Ansprechens auf eine bestimmte Energie ist jedoch nicht immer konstant, sondern kann mit der Temperatur, dem Altern der Elemente, Abweichungen in der Stromversorgung des Photovervielfachers usw. schwanken. In the known scintillation arrangements, a scintillating Element coupled with a photovelivery fan to scan and measure the nuclear radiation bring about. The linear or non-linear response value of the scintillator Element and the photomultiplier for a given energy value of the considered Radiation are known. Such overall arrangements can therefore be used to measure the energy of the incident radiation. The value of that response to a However, certain energy is not always constant, but can vary with the temperature, the aging of the elements, variations in the photomultiplier power supply etc. fluctuate.

Durch die Erfindung soll nun der Einfluß dieser verschiedenen Parameter auf das Meßergebnis ausgeschaltet werden. The invention is now intended to control the influence of these various parameters be switched off on the measurement result.

Bekannt ist zwar eine Szintillationsanordnung der eingangs genannten Art, bei der ein radioaktiver alphastrahlender Stoff in einem mit dem Hauptkörper des Szintillators optisch gekoppeltenBezugsszintillator dispergiert ist, jedoch macht es technische Schwierigkeiten, einen solchen Stoff in homogener Weise in der Masse eines Szintillators zu verteilen. Ferner können hierdurch die Charakteristiken des Szintillationsvorganges etwas verschlechtert werden, wodurch die Qualität der Meßergebnisse, die mittels dieser Vorrichtung erreicht werden, beeinträchtigt wird. Die optische Kopplung des Photovervielfachers mit dem Szintilationskristall erfolgt bei der bekannten Anordnung über eine organische Zwischensubstanz (USA.-Patentschrift 3 030 509). A scintillation arrangement of the type mentioned at the beginning is known Type in which a radioactive alpha-emitting substance becomes one with the main body of the scintillator optically coupled reference scintillator is dispersed, however makes it technical difficulties to produce such a substance in a homogeneous manner in the To distribute mass of a scintillator. This also allows the characteristics of the scintillation process are somewhat worsened, reducing the quality of the Measurement results that are achieved by means of this device is impaired. The photomultiplier is optically coupled to the scintillation crystal in the known arrangement via an organic intermediate substance (USA.-Patent 3 030 509).

Erfindungsgemäß soll nun eine solche Szintilationsanordnung verbessert werden, wobei die Verwendung einer in der Masse des Szintillators dispergierte radioaktiven Quelle verhindert werden soll. According to the invention, such a scintillation arrangement is now to be improved be, with the use of a radioactive dispersed in the bulk of the scintillator Source should be prevented.

Erreicht wird dies dadurch, daß bei einer Szintillationsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß der Bezugsszintillator als dünnes Plättchen eines Szintfflationskristalls ausgebildet ist, dessen eine Fläche optisch an den Hauptszintillator angekoppelt ist und dessen andere Fläche eine durch mechanisches Spalten erzeugte kristallographisch ungestörte Oberfläche ist, daß die Bezugs-Alphastrahllungsquelle aus einer dünnen auf einer Platinträgerscheibe aufgebrachten Schicht des Strahlers besteht, und daß die Alphastrahlungsquelle mit ihrer Schichtseite auf der kristallographisch ungestörten Oberfläche des Bezugsszintillator-Plättchens angebracht ist. This is achieved in that with a scintillation arrangement of the type mentioned at the outset, according to the invention, the reference scintillator as a thin plate a scintillation crystal is formed, one surface of which is optically attached to the Main scintillator is coupled and the other surface is one by mechanical The crystallographically undisturbed surface produced by crevices is the reference source of alpha radiation from a thin layer of the radiator applied to a platinum carrier disk consists, and that the alpha radiation source with its layer side on the crystallographic undisturbed surface of the reference scintillator plate is attached.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung ist also eine radioaktive Quelle auf einer Seite einer Platinscheibe angebracht, d. h. es liegt eine Quelle vor, bei der die Dimension der Dicke vernachlässigbar ist. Die bisher notwendige Dispersion radioaktiven Materials in der Masse eines Hilfsszintillators ist also nicht mehr notwendig; ferner ist das szintillierende Hilfsplättchen optisch mit der anderen Fläche mit dem Hauptszintillator gekoppelt. The arrangement designed according to the invention is therefore radioactive Source mounted on one side of a platinum disc, d. H. there is a source in which the dimension of the thickness is negligible. The previously necessary Dispersion of radioactive material in the mass of an auxiliary scintillator is therefore not necessary anymore; furthermore, the scintillating auxiliary plate is optically with the other surface is coupled to the main scintillator.

Die dem Hilfsszintillator zugeordnete radioaktive Quelle kann eine Zerfallsenergie habenS welche größer ist~ als der Energiebereich der zu messenden Strahlung. The radioactive one assigned to the auxiliary scintillator Source can be a Have decay energy which is greater than the energy range of the one to be measured Radiation.

Die Stelle, an welcher die radioaktive Strahlungsquelle angeordnet ist, ist kristallographisch rein, d. h. ihr Kristallgitter ist nicht oberflächlich durch mechanische Einwirkungen, wie z. B. Verarbeitungs, bzw. The place at which the radioactive radiation source is located is is crystallographically pure; H. their crystal lattice is not superficial by mechanical influences, such as B. processing or

Poliervorgänge, gestört, sondern durch Spaltung erzeugt worden, wodurch das Kristallgitter völlig erhalten geblieben ist. Polishing operations, disrupted, but rather generated by splitting, thereby the crystal lattice has been completely preserved.

Durch die erfindungsgemäßen Anordnung ist es leicht, mit einer entsprechend ausgebildeten elektronischen Vorrichtung, beispielsweise einem Amplitudendiskriminators, die elektrischen Impulse, welche von der radioaktiven Bezugsstrahlungsquelle herrühren, vom Spektrum der zu messenden Strahlung zu trennen. Due to the arrangement according to the invention, it is easy with a corresponding trained electronic device, for example an amplitude discriminator, the electrical impulses originating from the radioactive reference radiation source, separated from the spectrum of the radiation to be measured.

Bei einem bekannten und für diesen Zweck angewendeten Verfahren werden zur Stabilisierung künstlich erzeugte Lichtimpulse in den Szintillator eingeführt. Hierdurch geschieht jedoch nichts anderes, als daß das Problem auf das der Stabilisierung der Lichtstärke einer solchen Impulsquelle verlagert wird, d. h. die Schwierigkeiten werden hierdurch nicht gelöst. In a method known and used for this purpose Artificially generated light pulses are introduced into the scintillator for stabilization. However, this does nothing other than shift the problem to that of stabilization the light intensity of such a pulse source is shifted, d. H. difficulties are not solved by this.

Die mit der erfindungsgemäßen Anordnung erhaltenen Ergebnisse sind wesentlich besser als die, die man erhält, wenn man in bekannter Weise zwischen der Szintillatoranordnung und dem Photovervielfacher in einem Spalt einer Lichtführung einen mit zwei Fenstern versehenen Bezugskristall anordnet. The results obtained with the arrangement according to the invention are much better than what you get when you switch between the scintillator assembly and the photomultiplier in a slit of a light guide arranges a reference crystal provided with two windows.

Bei dieser Anordnung hat sich gezeigt, daß dann, wenn die Bezugslinie außerhalb des zu untersuchenden Spektrums liegen soll, eine optische Dämpfung des Szintillationsvorganges und deshalb ein Verlust an Qualität der Auflösung in Kauf genommen werden muß.In this arrangement it has been found that when the reference line should lie outside the spectrum to be examined, an optical attenuation of the Scintillation process and therefore a loss of quality of the resolution in purchase must be taken.

Die in der erfindungsgemäßen Anordnung erzeugten Bezugsimpulse können in bekannter Weise in einem System mit Gegenkopplung ausgenutzt werden, wobei mit dem Ausgang des aus einem Verstärker, einem Amplitudendiskriminator und einem Integrator bestehenden elektronischen Meßkanal ein Steuerorgan verbunden ist, das auf den Hochspannungsversorgungsteil des Photovervielfachers im Sinne einer Stabilisierung der Ausgangsamplituden rückkoppelnd einwirkt. The reference pulses generated in the arrangement according to the invention can be used in a known manner in a system with negative feedback, with the output of the from an amplifier, an amplitude discriminator and an integrator existing electronic measuring channel is connected to a control element which is connected to the high-voltage supply part of the photomultiplier in the sense of a stabilization of the output amplitudes acts.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden, in denen Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, durch einen mit mehreren Photovervielfachern gekoppelten Szintillator zeigt; Fig.-2 ist ein Spektrum, welches sich bei-gleichzeitiger Einwirkung einer äußeren zu messenden Strahlungsquelle und der mit dem Hilfsszintillator vereinigten Bezugsstrahlungsquelle ergibt; F i g. 3 zeigt schematisch die zugeordnete Stabilisierungsvorrichtung. The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings, in which Fig. 1 is a side view, partly in section, through one with several Figure 10 shows photomultiplier coupled scintillator; Fig. 2 is a spectrum which with simultaneous exposure to an external radiation source to be measured and the reference radiation source combined with the auxiliary scintillator; F i g. 3 schematically shows the associated stabilization device.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Hauptszintillator aus NaI (Tl) mit einem Durchmesser von 200mm und einer Höhe von 100 mm bezeichnet, dem drei Photovervielfacher 2 zugeordnet sind. Die Quelle 3 für die Bezugsstrahlung besteht aus einer Platinscheibe, auf welche eine gewisse Menge von elementarem Plutonium-239 aufgebracht ist. Dieses Element strahlt Alpha-Teilchen aus, deren Energie zwischen 4,9 und 5,15 MeV liegt. Es kann aber auch jede andere alphastrahlende Quelle langer Lebensdauer benutzt werden, beispielsweise Americium-241 oder 243, Polonium-208 oder Polonium-209. In Fig. 1, 1 is a main scintillator made of NaI (Tl) with a Diameter of 200mm and a height of 100mm, the three photomultiplier 2 are assigned. The source 3 for the reference radiation consists of a platinum disc, on which a certain amount of elemental plutonium-239 is applied. This Element emits alpha particles with an energy between 4.9 and 5.15 MeV. However, any other long-life alpha-emitting source can also be used will, for example americium-241 or 243, polonium-208 or Polonium-209.

Um die Auflösung des aufgenommenen Spektrums der Alphastrahlen zu verbessern, ist die Bezugsstrahlungsquelle 3 mit einem durch mechanisches Spalten erzeugten Plättchen 4 aus NaI(Tl) verbunden, dessen andere Fläche optisch mit dem Hauptszintillator 1 gekoppelt ist. Dieser Hilfsszintillator kann außerordentlich kleine Abmessungen, z. B. einen Durchmesser von 10 mm und eine Höhe von 0,5 mm besitzen. To increase the resolution of the recorded spectrum of the alpha rays improve, is the reference radiation source 3 with a mechanical splitting produced platelets 4 from NaI (Tl) connected, the other surface optically with the Main scintillator 1 is coupled. This auxiliary scintillator can do extraordinary things small dimensions, e.g. B. have a diameter of 10 mm and a height of 0.5 mm.

Es hat sich gezeigt, daß eine solche Dicke ausreicht, um Alpha-Teilchen mit einer Energie von 4 bis 6 MeV völlig zu absorbieren. Die optische tÇbertragung zwischen dem Hilfskristall 4 und dem Kristall 3 ist ausgezeichnet, wenn der Zusammenbau so durchgeführt wird, daß die Fuge zwischen den beiden Kristallen einen Brechungsindex aufweist, der so nahe wie möglich an dem des NaI(Tl) liegt. It has been shown that such a thickness is sufficient to contain alpha particles to absorb completely with an energy of 4 to 6 MeV. Optical transmission between the auxiliary crystal 4 and the crystal 3 is excellent when assembling is carried out so that the joint between the two crystals has a refractive index as close as possible to that of NaI (Tl).

Das unter diesen Bedingungen erhaltene Spektrum ist in F i g. 2 dargestellt, in welcher als Abszissen die EnergiewerteE und als Ordinaten die der Intensitäten 1 aufgetragen sind. Das zu messende Spektrum ist mit S und das Bezugsspektrum mit S'bezeichnet. The spectrum obtained under these conditions is shown in FIG. 2 shown, in which the abscissas are the energy values E and the ordinates are those of the intensities 1 are applied. The spectrum to be measured is with S and the reference spectrum with S '.

Fig. 3 zeigt, welche Schaltung zur Stabilisierung des Energieübertragungsmaßes in bekannter Weise angewendet werden kann. Mit dem Ausgang des aus einem Verstärker6, einem Amplitudendiskriminator 7 und einem Integrator 8 bestehenden elektroni- schen Meßkanals ist ein Steuerorgan 9 verbunden, das auf den Hochspannungsversorgungsteil 5 des Photovervielfachers 2 im Sinne einer Stabilisierung der Ausgangsamplituden rückkoppelnd einwirkt. Fig. 3 shows which circuit for stabilizing the energy transfer rate can be used in a known manner. With the output of the from an amplifier6, an amplitude discriminator 7 and an integrator 8 existing electronic ting Measuring channel, a control member 9 is connected to the high-voltage supply part 5 of the photomultiplier 2 in the sense of stabilizing the output amplitudes has a feedback effect.

Claims

Claim: Scintillation arrangement for a scintillation spectrometer, the one optically coupled with at least one photoelectron multiplier Main scintillator and as a reference light pulse source for stabilizing energy sensitivity of the spectrometer one optically coupled to the main scintillator and the radiation a reference scintillator exposed to a long-life alpha emitter, d a d u r c h characterized that the reference scintillator as a thin plate (4) one Scintillation crystal is formed, one surface of which is optically connected to the main scintillator (1) is coupled and its other surface is one generated by mechanical splitting crystallographically undisturbed surface is that the reference source of alpha radiation (3) from a thin layer of the radiator applied to a platinum carrier disk and that the alpha radiation source with its layer side on the crystallographic undisturbed surface of the reference scintillator plate (4) is attached.