DE1614015C - Verfahren zur Behandlung und zum Füllen bei der Herstellung von fur hohe Arbeitstem peraturen geeigneten Halogen Geiger Muller Zahlrohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung und zum Füllen bei der Herstellung von für hohe Arbeitstemperaturen geeigneten, Metall-Elektroden aufweisenden Halogen-Geiger-Müller-Zählrohren, bei dem ein Gas, das das für die endgültige Füllung vorgesehene Halogen in freier Form enthält, in das Zählrohr eingefüllt und dessen innere Oberflächen mit dem Halogen gesättigt werden, bei dem dann das Zählrohr ausgepumpt und sodann mit dem dasselbe Halogen und mindestens ein Edelgas enthaltenden Füllgas gefüllt und schließlich einer Wärmebehandlung unterworfen wird.

Geiger-Müller-Zählrohre werden zum Nachweis von Strahlen und zum Messen der Strahlungsintensität verschiedener Strahlungsquellen verwendet. Diese Rohre bestehen im allgemeinen aus einem Ionisationsraum mit einer großen, hohlen, ersten Elektrode und einer gewöhnlich dazu koaxial angeordneten zweiten Elektrode. Wenn an die Elektroden eine hohe Spannung angelegt wird, verursacht die auf den Ionisationsraum auftreffende Strahlung elektrische Stromimpulse. Die Zahl dieser Impulse je Zeiteinheit, die Impulsrate, ist proportional der auf das Zählrohr auffallenden Strahlungsintensität. Die Impulsrate wird durch; äußere elektrische Schaltungen in eine der Intensität der Strahlung entsprechende Anzeige umgewandelt. Die Beschaffenheit dieser bekannten Geiger-Müller-Zählrohre wird nach bestimmten Arbeitsgrößen ermittelt, und bevor die durch die Erfindung erzielten Vorteile erklärt werden, sollen einige der kritischen Arbeitsgrößen dieser Zählrohre aufgeführt werden. _v- -.

Die bei weitem wichtigsten Betriebsdaten von Geiger-Müller-Zählrohren zeigen sich auf einer Kurve, die man erhält, wenn man die Impulsrate eines gegebenen Zählrohres iri Abhängigkeit von der an die Elektroden angelegten Spannung, bei konstanter Strahlungsintensität und konstanter Temperatur des Zählrohres, aufträgt. Diese Kurve, die auch als Zählrohr-Kennlinie bezeichnet wird, weist gewöhnlich einen verhältnir.mäßii: Ilachen Mittelteil auf, in

dem eine Änderung der angelegten Spannung nur wenig Einfluß auf die Zählgeschwindigkeit des Zählrohres hat. In der Technik der Zählrohre wird dieser flache Teil der Kennlinie als »Plateau« bezeichnet. Für die erfolgreiche Arbeitsweise des Zählrohres sind zwei Merkmale des Plateaus von größter Wichtigkeit. Erstens muß das Plateau verhältnismäßig lang sein, d. h., die Zählgeschwindigkeit muß innerhalb eines weiten Spannungsbereichs verhältnismäßig konstant bleiben. Wenn die Kennlinie des Zählrohres kein langes Plateau aufweist, ändert sich die Zählgeschwindigkeit und damit die Strahlungsablesung beim Arbeiten mit dem Zählrohr in Abhängigkeit von der Spannung ohne Rücksicht auf die tatsächlichen Schwankungen in der Intensität der auftreffenden Strahlung. Nun läßt sich bekanntlich die an die Elektroden angelegte Spannung nicht genau einhalten, wenn das Zählrohr z. B. im Freien verwendet wird. Die Zählgeschwindigkeit des Zählrohres darf aber nicht von Schwankungen der angelegten Spannung abhängen, und dies läßt sich nur dann erreichen, wenn das Plateau so lang ist, daß es die normalen Schwankungen der angelegten Spannung einschließt.

Zweitens wurde gefunden, daß das Plateau der Geiger-Müller-Zählrohre, selbst wenn es nahezu flach ist, im allgemeinen noch eine geringe Steigung mit steigender Zählrohr-Spannung aufweist. Da die Betriebsspannung, wie oben erwähnt, häufig schwankt, lassen sich genaue Strahlungsmessungen mit einem Zählrohr nur dann durchführen, wenn die Steigung des Plateaus möglichst klein ist. Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß bei einem guten Zählrohr das Plateau so lang sein muß, daß es alle normalen Schwankungen der angelegten Spannung umfaßt, und daß die Steigung des Plateaus so klein sein muß, daß Spannungsschwankungen innerhalb des Plateaubereichs nur kleine Schwankungen der Zählgeschwindigkeit verursachen.

Es gibt noch weitere charakteristische Arbeitswerte des Geiger-Müller-Zählrohres, die ebenfalls für eine zufriedenstellende Arbeitsweise der Röhre wesentlich sind. Zum Beispiel soll das Zählrohr eine möglichst hohe Empfindlichkeit, d. h. eine hohe Zählgeschwindigkeit für eine gegebene Strahlungsintensität, aufweisen. Dieses Erfordernis hängt mit einer anderen erwünschten Eigenschaft des Geiger-Müller-Zählrohres zusammen. Die Empfindlichkeit soll sich innerhalb des Bereichs der Arbeitstemperaturen der Röhre nicht wesentlich verschieben. Wenn die Röhre diese Eigenschaft nicht aufweist, hängt ihre Zählgeschwindigkeit nicht nur von den Schwankungen in der Strahlungsintensität, sondern auch von Temperaturschwankungen ab, und man erhält falsche Strahlungsanzeigen. Da die Empfindlichkeit dieser Röhren sich im allgemeinen aber, doch mit der Temperatur verschiebt, ist die maximale Arbeitstemperatur eine für das genaue Arbeiten mit der Röhre wesentliche Größe. Wenn die Röhre unter dieser Temperatur betrieben wird, treten nur geringe Änderungen der Empfindlichkeit auf. Diese Eigenschaft der Zählrohre wird nachstehend im einzelnen erörtert. Die letzte wesentliche Arbeitsgröße des Geiger-Müller-Zählrohres ist der Plateauanfang beim Betrieb der Röhre. Es ist wünschenswert, daß die Röhre schon bei einer möglichst geringen Spannung arbeitet.

Es ist bereits bekannt, Zählrohre mit hoher zulässiger Betriebstemperatur bis 350° C und darüber herzustellen (französische Patentschrift 1438 002; »Journal de Physique et Ie Radium«, Bd. 24, 1963, Nr. 1, S. 71 und 72; USA.-Patentschrift 3 019 363).

Es ist auch bekannt, für die endgültige Gasfüllung

eines Geiger-Müller-Zählrohres ein Halogen als Zusatz zu verwenden (Vakuum-Technik, 10. Jahrgang,

1961, H. 1, 'S. 16 bis 20, und H. 2, S. 46 bis 54).

Gemäß einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art zur Behandlung eines Geiger-Müller-Zählrohres wird ein ein freies Halogen enthaltendes

ίο Gas in das Zählrohr eingefüllt, und dessen Elektroden-Oberflächen werden der Absorption des Halogens ausgesetzt, worauf das Gas abgepumpt wird, das Zählrohr mit dem dasselbe Halogen enthaltenden endgültigen Füllgas gefüllt und einer Wärmebehandlung unterworfen wird. Dabei wird auch eine Glimmentladung durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden während der Füllbehandlung angewandt (Buch von V. Kment und A. Kuhn: »Technik des Messens radioaktiver Strahlung«, 1960, S. 129 bis 131, 160 und 161).

Ein ähnliches Verfahren zur Herstellung eines Halogen-Geiger-Müller-Zählrohres ist in der deutschen Auslegeschrift 1209 668 näher beschrieben (vgl. insbesondere Spalte 3, Zeile 53, bis Spalte 6, Zeile 11).

Schließlich kann gemäß der deutschen Patentschrift 1 083 939 eine Glimmbehandlung mittels Anlegen einer Gleichspannung vor oder nach der Einwirkung des Halogens auf die Elektroden angewandt werden, während es aus der deutschen Patentschrift 1171 541 bekannt ist, vor dem Einbringen der Halogenfüllung die Elektroden durch Erhitzen in einer oxydierenden Atmosphäre mit einer Oxydschicht zu versehen.

Eine Behandlung mit einem halogenhaltigen Gas und Wärmewirkung erfolgt auch gemäß der USA.-Patentschrift 3 054 918.

Ferner ist es zur Erzielung einer von höheren Betriebstemperaturen unbeeinträchtigten Konstanz der Zähleigenschaften auch schon bekannt, die Elektroden des Zählrohres in einer Sauerstoffatmosphäre zu oxydieren, ehe das Einfüllen und Behandeln mit dem halogenhaltigen Füllgas erfolgt (österreichische Patentschrift 172 604).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Behandlung und zum Füllen eines Geiger-Müller-Zählrohres anzugeben, mit dem ein besonders langes Plateau mit sehr kleiner Steigung erzielt wird, wie es bei bekannten Verfahren zur Herstellung von Zählrohren für hohe Temperaturen bisher nicht erreicht wurde.

Wenn ein Geiger-Müller-Zählrohr bekannter Art erheblich über seiner maximalen Nenntemperatur verwendet wird, wird das Plateau kurz. Oft verschwindet das Plateau sogar vollständig. Die Steigung des Plateaus wird außerordentlich hoch, und die Empfindlichkeit verschiebt sich bei Temperaturänderungen stark.

Die genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzielung einer höheren maximalen Arbeitstemperatur des Zählrohres dieses zunächst mit einem sauerstoffhaltigen Gas gefüllt und mittels einer durch Anlegen einer hohen Gleichspannung zwischen den Elektroden erzeugten Glimmentladung mindestens die Zählrohr-Kathode zum Schutz gegen chemische Reaktionen mit dem Halogen-Gas mit einer Oxydschicht überzogen wird, dann das sauerstolf-

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haltige Gas aus dem Zählrohr abgepumpt, das aus bestehende Manschette 30 umgibt und eng an derdem Halogen und einem Edelgas bestehende Gas ein- selben anliegt. Um die Kammer 10 hermetisch zu vergefüllt, im Zählrohr durch Anlegen einer Hoch- schließen, ist das Verschlußstück 26 mit den Glasfrequenz-Spannung zwischen seinen Elektroden eine Verschmelzungen 32 und 34 versehen. Am anderen Glimmentladung bewirkt wird, dann das halogen- 5 Ende der Anode 20 befindet sich ein zweites Endhaltige Gas abgepumpt, das Zählrohr mit dem Füll- Verschlußstück 40. Dieses Vefschlußstück weist gas gefüllt und schließlich der Temperaturbehandlung einen Pfropfen 42 aus Glas auf, der die Manschette unterworfen wird, die darin besteht, daß das gefüllte 44 umgibt. Die Verschmelzungen 46 und 48 schlie-Zählrohr auf eine Temperatur J₁ erhitzt, anschließend ßen den Pfropfen 42 hermetisch gegen die Kathode abgekühlt und das Erhitzen und Abkühlen η-mal io 12 ab. Der Füllschnabel 50 dient zum Einführen des wiederholt wird, wobei fortschreitend höhere Erhit- gewünschten Gases in die Kammer 10 rings um die zungstemperaturen t₂ bis t_n angewandt werden, die Manschette 44 herum. Dann wird der Schnabel 50 Zahl η der Zyklen aus Erhitzen und Abkühlung min- erhitzt, bis das Glas erweicht, und bei 52 abgedestens gleich 3 ist und die höchste Erhitzungstempe- schmolzen. Insoweit unterscheidet sich die Röhre A ratur etwa gleich oder größer ist als die gewünschte 15 nicht wesentlich von den bekannten Geiger-Müllermaximale Betriebstemperatur des Zählrohres. Zählrohren.

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemä- In F i g. 2 sind die Zählrohr-Kennlinien eines nicht

ßen Verfahrens sind in den Unterarisprüchen ange- erfindungsgemäß behandelten Zählrohres in Form

geben. der Kurven m und η dargestellt. Dabei ist. die an die

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf 20 Anschlüsse 18 und 23 angelegte Spannung auf der

die Zeichnung Bezug genommen. Abszisse und die Zählgeschwindigkeit in Impulsen je

Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein Geiger-Müller- Minute auf der Ordinate aufgetragen. Bei der Auf-Zählrohrder verwendeten Art, auf die die Erfindung nähme der Kurven m und η werden Strahlungsintenanwendbar ist; sität und Temperatur konstant gehalten. Die Kurven

F i g. 2 zeigt Zählrohr-Kennlinien eines bekannten 25 werden aufgenommen, indem die angelegte Spannung

Zählrohres und eines erfindungsgemäß behandelten allmählich vergrößert und die Zählgeschwindigkeit

Zählrohres; bestimmt wird, während die Temperatur des Zähl-

F i g. 3 zeigt weitere Kennlinien eines bekannten rohres konstant gehalten wird.

Zählrohres und eines erfindungsgemäß behandelten Kurve η ist die Arbeitskennlinie eines bekannten

Zählrohres; ' 30 Zählrohres bei Raumtemperatur. Die Anfangsspan-

F i g. 4 zeigt ein Fließdiagramm der Verfahrens- nung der Kurve η liegt bei etwa 750 V, und das Piastufen gemäß der Erfindung; teau, d. h. der flache Teil-der Kurve n, reicht bis etwa

F i g. 5 zeigt einen vergrößerten Querschnitt eines 1050 V. Aus der Kurve π ist ersichtlich, daß die Teils der Zählrohr-Kathode, an dem ein Merkmal Spannung längs des flachen Teiles der Raumtemperader Erfindung erläutert wird. 35 turkurve etwas schwanken kann, ohne daß dies er-

Das in F i g. 1 dargestellte Geiger-Müller-Zähl- hebliche Änderungen in der Zählgeschwindigkeit zur

rohr A hat die übliche Form und weist eine mit dem Folge hat. Dies bedeutet eine verhältnismäßig kon-

zu ionisierenden Gas gefüllte Kammer 10 auf. In der stante Zählgeschwindigkeit, unabhängig von den nor-

Kammer 10 können verschiedenartige Gase verwen- malen Schwankungen der angelegten Spannung. Die'

det werden; in der Praxis besteht das Gasgemisch je- 4° Steigung der Kurve läßt zwar gewisse Änderungen

doch zu etwa 0,1 % aus Argon, einem einatomigen mit der Änderung der Spannung erkennen; diese hal-

Edelgas, zu 1,5% aus Brom, einem zweiatomigen ten sich jedoch beim normalen Geiger-Müller-Zähler

Gas, und zum Rest aus Neon, einem anderen ein- in zulässigen Grenzen. Kurve η zeigt, daß die be-

atomigen Gas. Gewöhnlich wird in Geiger-Müller- kannten Geiger-Müller-Zählrohre bei niedrigen Tem-

Zählrohren gasförmiges Brom als Löschgas verwen- 45 peraturen, etwa Raumtemperatur, im allgemeinen zu-

det, so daß das Geiger-Müller-Zählrohr A ein selbst- friedenstellend sind,

löschendes Zählrohr ist. In vielen Fällen muß das Zählrohr jedoch bei ver-

Die besondere Ausbildung des Zählrohres A bildet hältnismäßig hohen Temperaturen arbeiten. Die kein Merkmal der Erfindung. In der dargestellten Kurve m erläutert die Arbeitskennwerte eines be-Ausführungsform weist das Zählrohr eine äußere 50 kannten Geiger-Müller-Zählrohres bei Arbeitstempezylinderförmige Kathode 12 aus rostfreiem Stahl mit raturen in der Nähe von 300° C. Aus der Kurve tn einer inneren, zylinderförmigen Oberfläche 14 auf. ergibt sich die Unzulänglichkeit dieses bisher bekann-Die dünne Platinschicht 16 ist auf die Oberfläche 14 ten Zählrohres bei höheren Temperaturen. Das Piain einer Dicke von etwa 15 μΐη aufgalvanisiert. Die teau fehlt vollständig. Schon geringe Schwankungen Platinschicht braucht in diesen Zählrohren nicht ent- 55 in der angelegten Spannung führen zu beträchtlichen halten zu sein. Die Kathode 12 ist mit dem elektri- Änderungen in der Zählgeschwindigkeit. Im dargeschen Anschluß 18 versehen, der mit dem negativen stellten Fall ändert sich die Zählgeschwindigkeit von Pol der Stromquelle verbunden oder geerdet wird. etwa 1100 Impulsen je Minute bei 800 V bis zu etwa Konzentrisch zur Kathode 12 ist die drahtartige An- 1300 Impulsen je Minute bei 850 V. Da die Strahode 20 angeordnet, die das nach außen ragende An- 60 lung beim Aufnehmen der Kurve m konstant bleibt, schlußende 22 zum Anschluß an die Leitung 23 auf- folgt hieraus, daß schon kleine Schwankungen in der weist, die zum positiven Pol der Stromquelle führt. angelegten Spannung zu ungenauen Ablesungen der Das Anschlußende 22 ist mit der Gewindekupplung Strahlung führen, die tatsächlich auf das bekannte 24 zum Einsetzen der Röhre A in ein nicht darge- Zählrohr auffällt. Deshalb arbeiten diese bekannten stelltcs Strahlungszähl- und rmcßgerät versehen. Das 65 Zählrohre bei Temperaturen in der Gegend von Anschlußende 22 ist ferner mit einem Verschluß-· 300° C nicht mehr mit der erforderlichen Genauigstück 26 ausgestattet, das einen Pfropfen 28 aus Glas keit. Ein anderes Merkmal der bekannten Zählrohre aufweist, der die mit der Anode 20 aus einem Stück ergibt sich, wenn man die Kurven m und η zusammen

betrachtet. Bei etwa 825 V ändert sich die Zählgeschwindigkeit von etwa 1050 Impulsen je Minute bis auf etwa 1200 Impulse je Minute. Daher beträgt die Empfindlichkeitsverschiebung /^S₁ bei 825 V 150 Impulse je Minute. Dies bedeutet, daß Schwankungen in der Strahlungsablesung bei diesen bekannten Zählrohren durch Temperaturänderungen statt durch Änderungen in der tatsächlich zu messenden Strahlung verursacht werden können. ·

Das Verschwinden des Plateaus bei den bekannten Zählrohren bei höheren Temperaturen beruht wahrscheinlich auf verschiedenen Faktoren. Es wird jedoch angenommen, daß .das Plateau bei höheren Temperaturen deshalb verschwindet, weil bei diesen Temperaturen das Löschgas, im vorliegenden Falle ein Halogen, z. B. Brom, in der Zählrohrkammer mit der Oberfläche 14 reagiert. Ferner wird angenommen, daß bei höheren Temperaturen eine erhöhte sekundäre Elektronenemission von der negativen Oberfläche 14 stattfindet, wenn positive Ionen auf diese erhitzte Oberfläche auftreffen. Eine weitere mögliche Ursache für das Versagen bisher bekannter Zählrohre bei hohen Temperaturen ist die, daß die Oberfläche 14 oder, genauer gesagt, die Platinschicht 16 Gase mit einem hohen Elektronenanlagerungskoeffizienten, wie z. B. Sauerstoff, abgibt. Diese Gase verbinden sich dann mit gewissen Gasen in der Ionisationskammer, wodurch die Arbeitskennwerte der Kammer bei der Einwirkung einer Strahlungsquelle verändert werden.

Die mangelnde Eignung bisher bekannter Geiger-Müller-Zählrohre zu ordnungsgemäßer Funktion bei höheren Temperaturen wird durch die Erfindung vollständig überwunden, die sich auf ein Verfahren zum Behandeln der Oberfläche 14 bezieht, um zu •verhindern, daß diese Oberfläche die Gase in der Ionisationskammer bei höheren Temperaturen von etwa 350° C nachteilig beeinflußt.

Das Verfahren nach der Erfindung ist durch das Fließdiagramm der F i g. 4 dargestellt. Es umfaßt sechs einzelne Verfahrensstufen, die nachstehend mit I bis VI bezeichnet werden. Diese einzelnen Verfahrensstufen werden nachstehend näher erläutert.

I. Sauerstoffbehandlung unter Gleichspannungs-Glimmentladung

Gemäß der Erfindung wird die Kammer 10 zunächst bei einem Druck von etwa 3 mm Hg mit reinem Sauerstoff gefüllt, worauf man zwischen den Anschlüssen 18 und 23 eine hohe Gleichspannung anlegt, wobei der negative Pol der Stromquelle mit dem Anschluß 18 verbunden wird. Die Stromquelle hat vorzugsweise eine Ausgangsspannung von 500 bis 1000 V, die ausreicht, um das Gas in der Röhre zu ionisieren. Hierdurch werden positive .Sauerstoffionen in Freiheit gesetzt, die zur negativen Oberfläche 14 wandern und sich dort mit dem Platin unter Bildung eines Oxyds verbinden. Wenn die Kathode 12 aus rostfreiem Stahl nicht mit der Platinschicht 16 versehen ist, verbindet sich der Sauerstoff mit dem rostfreien Stahl unter Bildung von Eisen(II)-oxyd. Die Gleichspannung wird so lange angelegt, bis sich der in Fig. 5 schematisch dargestellte dünne Film 60 aus Oxyd gebildet hat. Dieser Film enthält sowohl Oxyde als auch freien Sauerstoff, welcher letztere schematisch durch die Kreise 62 dargestellt ist. Diese Gleichstrom-Glimmentladungsbehandlung wird etwa 3 Minuten fortgesetzt, bis der Film 60 eine Dicke von einigen μπι hat. Der eingeschlossene öder absorbierte freie Sauerstoff 62 hat eine nachteilige Wirkung, weil er später aus dem Film 60 in die Kammer 10 auswandern kann. Wenn aber in der Zählkammer freier Sauerstoff vorhanden ist, treten Änderungen in der Röhrencharakteristik und in der Form der Gasentladungsimpulse auf, weil Sauerstoff einen sehr hohen Elektronenanlagerungskoeffizienten aufweist. Die nächste Verfahrensstufe dient "in erster Linie ίο dem Entfernen des unerwünschten freien Sauerstoffs 62 aus dem Film 60.

II. Auspumpen bei hohen Temperaturen

Wie bereits erwähnt, ist der durch die Kreise 62 dargestellte freie Sauerstoff in dem Film 60 unerwünscht, da er in die Kammer 10 gelangen kann. Dementsprechend besteht die nächste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens im Auspumpen des Sauerstoffs aus der Kammer 10. Das Zählrohr Λ wird auf eine Temperatur im Bereich von 300 bis 450° C erhitzt und die Kammer 10 an eine Hochvakuumpumpe angeschlossen. Die Kammer wird dann fortlaufend ausgepumpt, wobei das Gas aus der sonst geschlossenen Kammer durch die Vakuumpumpe entfernt wird.

Die hohe Temperatur des Films 60 verursacht die Wanderung des freien Sauerstoffs 62 zur Oberfläche, von wo der Sauerstoff durch das Auspumpen entfernt wird. Hierdurch wird der freie, ungebundene Sauerstoff aus der frei liegenden Oberfläche des Films 60 praktisch entfernt. In der Praxis wird die Röhre A in einem Ofen auf etwa 400° C erhitzt und das Auspumpen etwa 2 Stunden fortgesetzt. Wie bereits erwähnt, kann die Röhre oder der Film 60.auf Temperaturen im Bereich von 300 bis 450° C erhitzt werden. Bei den niedrigeren Temperaturen dieses Bereichs sind längere Auspumpzeiten erforderlich. Wenn die Temperatur z.B. etwa 350° C beträgt, wird das Auspumpen 3 bis 4 Stunden fortgesetzt. Wenn die Temperatur der Röhre oder des Films etwa 450° C beträgt, genügt zum Entfernen des freien Sauerstoffs aus dem Film 60 eine Auspumpzeit von 1 Stunde. Zwischen diesen beiden Temperaturgrenzen variiert die Auspumpzeit im allgemeinen umgekehrt mit der Temperatur. Auf Grund dieser Anweisung ist der Fachmann ohne weiteres'in der Lage, die erforderliche Auspumpzeit für diesen Hochtemperaturbehandlungsvorgang selbst auszuwählen. Schon diese Verfahrensstufe allein verbessert die Arbeitsweise der Röhre bei hohen Temperaturen wesentlich; erfindungsgemäß sind jedoch noch weitere Verfahrensstufen vorgesehen.

TII. Füllen mit Löschgas und Hochfrequenz-Glimmbehandlung

Wenn der Film 60 bei einer hohen Temperatur behandelt worden ist, um den ungebundenen Sauerstoff daraus zu entfernen, wird die Kammer 10 mit einem Gas gefüllt, das ein Halogen, z. B. Brom, enthält. Dieses Halogen ist das gleiche wie das später im Zählrohr/1 zu verwendende Löschgas. In der Praxis besteht dieses Gas zu 90% aus Neon und zu 10% aus Brom. Dann wird eine Hochfrequenzstromquelle an die Anschlüsse 18 und 23 angelegt. Diese Stromquelle hat in der Praxis eine Frequenz im Bereich von 30 bis 40 Megahertz und verursacht eine Glimmentladung des Halogens und des Neons in der Kammer 10. Eine Hochfrequenzstromquelle wird für diese Glimmentladungsbchandlung der Röhre in der

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Löschgasatmosphäre deshalb angewandt, weil sie andere Halogene, wie Chlor, verwendet werden; je-' eine beständigere fertige Oberfläche erzeugt. Außer- doch soll bei der Hochfrequenz-Glimmentladungsdem würde eine Glimmentladungsbehandlung der mit behandlung das gleiche Halogen verwendet werden einem ein Halogen als Löschgas enthaltenden Gas- wie das in dem Füllgas der Röhre* enthaltene HaIogemisch gefüllten Kammer unter Gleichstrom wahr- 5 gen. Brom ergibt eine längere Lebensdauer der scheinlich zu örtlichen Glimmentladungen führen. Röhre und eignet sich besser für das Arbeiten bei Dies würde eine gleichmäßige Behandlung des Films hohen Temperaturen als ein aktiveres Halogen, wie 60 verhindern, ßs wurde gefunden, daß die Hoch- Chlor. Wenn die Kammer 10 gefüllt ist, wird das frequenz-Glimnientladungsbehandung eine praktisch Ende des Schnabels 50 bei 52 abgeschmolzen. Hiergleichmäßige Glimmentladung über die ganze Aus- io durch wird das Füllgas in die Kammer 10 eingedehnung der Kammer 10 zur Folge hat. schlossen. Es können auch verschiedene andere Füll-In der Praxis wird die Hochfrequenz-Glimmentla- gase verwendet werden; jedoch hat sich das Gasdungsbehandlung etwa IV2 Minuten fortgesetzt. Diese gemisch aus Neon, Argon und Brom als durchaus Zeitdauer kann allerdings etwas variieren. Wenn die zufriedenstellend erwiesen. ·
Hochfrequenz-Glimmentladungszeit zu kurz ist, wird 15 ,,_T ., , , , ^ ,-_t .V 1 1* 1
der Film 60 nicht mit einer genügenden Menge Halo- ^VL Abwechselndes Erhitzen und Erkaltenlassen
gen gesättigt, um ihn zu stabilisieren. Wenn die Wenn die Röhre mit dem Füllgas gefüllt und zuge-Glimmentladungszeit andererseits zu lang ist, wird schmolzen ist, wird eine für die Erfindung wesentzuviel Halogen von dem Film 60 absorbiert. Dieses "liehe Verfahrensstufe durchgeführt. Das Zählrohr A überschüssige Halogen würde bei der nachfolgenden 20 wird allmählich in einem Ofen auf eine Tempera-Anwendung des Zählrohres A von dem Film abge- tür t_t erhitzt, die wesentlich unter der für es gegeben werden und in die Kammer 10 gelangen. Da- wünschten maximalen Arbeitstemperatur i₀ liegt, durch würde die Löschgasmenge in der Kammer 10 Dann läßt man den Ofen erkalten. Hierbei kühlt sich erhöht werden, was wiederum zu Änderungen in den das Zählrohr allmählich auf Raumtemperatur- ab. So-Arbeitskennwerten der Röhre A führen würde. Die 25 dann wird der Ofen wieder allmählich erhitzt, so daß Glimmentladungszeit in der Löschgasatmosphäre das Zählrohr A eine Temperatur t₂ annimmt, die muß daher so gewählt werden, daß der Film 60 ge- immer noch wesentlich unter der gewünschten maxisättigt wird, gleichzeitig aber kein großer Überschuß malen Arbeitstemperatur i₀, aber über der ersten an Halogen in dem Film abgelagert wird. Eine Be- Temperatur t_i liegt. Dann läßt man das Zählrohr handlungszeit von IV2 Minuten hat sich als zur Er- 30 wieder in dem Ofen erkalten. Auf diese Weise wird zielung dieses Ergebnisses zufriedenstellend erwiesen. es abwechselnd auf immer höhere Temperaturen er-_TT, . .... _ hitzt und wieder erkalten gelassen. Bei jedem einzel-IV. Auspumpen bei mittlerer Temperatur _{nen Erhitzungsvorgang wird das} Zählrohr auf eine

Nach der Hochfrequenz-Glimmentladungsbehand- höhere Temperatur als bei dem vorhergehenden Erlung wird das Gas wieder aus der Kammer 10 ausge- 35 hitzungsvorgang erhitzt, bis die maximale Arbeitspumpt. Es wurde gefunden, daß, unabhängig davon, temperatur t₀ erreicht oder überschritten ist. Es wurde welche Maßnahmen zur Steuerung der Hochfrequenz- gefunden, daß dieses abwechselnde Erhitzen und Er-Glimmentladungsbehandlung getroffen wurden, immer kartenlassen des gasgefüllten Zählrohres in der Praxis noch eine gewisse begrenzte Menge an verhältnis- mindestens dreimal durchgeführt werden muß, bevor mäßig beweglichem freiem Halogen in dem Film 60 40 bei diesen Erhitzungsvorgängen eine Temperatur ereingeschlossen bleibt. Mit anderen Worten: Der reicht wird, die sich der maximalen Arbeitstempera-Sättigungspunkt des Films 60 ist überschritten. Um tür r₀ annähert. Diese Verfahrensstufe wird durch das dieses Halogen zu entfernen, bevor die Röhre in Be- folgende Beispiel näher erläutert:
nutzung genommen wird, wird die Kammer 10 aus- Das Zählrohr A wird allmählich auf eine Tempegepumpt, wobei die Oberfläche des Films 60 und die 45 ratur I₁ von etwa 175° C erhitzt und dann in dem ganze Röhre A auf eine Temperatur im Bereich von Ofen erkalten gelassen. Dann wird es allmählich auf 50 bis 150° C erhitzt wird. Dieses Auspumpen der eine Temperatur /, von 220° C erhitzt und wieder in Kammer 10 wird vorzugsweise etwa V2 Stunde fort- dem Ofen erkalten gelassen. Dann wird es auf eine gesetzt. Beim Auspumpen wandert das freie Halogen, Temperatur J₃ erhitzt, die in der Temperaturspanne d. h. das Brom, aus dem Film 60 (Fig. 5), ähnlich 50 von 220 bis 350° C (der gewünschten maximalen wie zuvor bei der Hochtemperaturbehandlung der Arbeitstemperatur t₀ des Zählrohres A) etwa um ein freie Sauerstoff, in die Kammer 10. In der Praxis Drittel über der Temperatur von 220° C liegt. Hierwird bei diesem Auspumpvorgang die Oberfläche 60 auf wird es wieder erkalten gelassen. Anschließend auf etwa 100° C gehalten. Man kann das Auspumpen wird es auf eine Temperatur /₄ erhitzt, die etwa um auch über längere Zeiträume ausdehnen; der über- 55 zwei Drittel der Temperatur von 220 bis 350° C über wiegende Teil des unerwünschten beweglichen Broms der Temperatur von 220° C liegt. Nachdem das Zählist jedoch nach etwa V* Stunde aus der Oberfläche rohr sich wieder abgekühlt hat, wird es schließlich und dem Film 60 entfernt. auf die Temperatur t_s von etwa 350° C oder /₀ er-,T ^..,t , r, . . , ~,. . hitzt. Hierauf läßt man es wieder erkalten. Nunmehr V. Füllen und Zuschmelzen des Zahlrohres _{6o kann das} zählrohr in einem Temperaturbereich ar-

Der nächste Arbeitsgang bei der Herstellung des beiten, der sich mindestens der Temperatur t₀ von

verbesserten Geiger-Müller-Zählrohres besteht darin, 350° C annähert.

daß die Kammer 10 mit dem endgültigen Füllgas ge- Zusammenfassend läßt sich von dem Wärmefüllt wird. Zu diesem Zweck können zwar Gase von behandlungsvorgang sagen, daß das Zählrohr allverschiedenen Zusammensetzungen verwendet wer- 65 mählich auf eine Temperatur J₁ erhitzt und dann allden; zweckmäßigerweise besteht dieses Gasgemisch mählich erkalten gelassen wird. Dieses Erhitzen und jedoch zu etwa 0,1% aus Argon, zu 1,5% aus Brom Erkaltenlassen wird η-mal wiederholt, wobei die Er- und zum Rest aus Neon. An Stelle von Brom können hitzungstemperaturen /, bis t_n fortschreitend höher

werden. In der Praxis wurde gefunden, daß die Anzahl η der Erhitzungsvorgänge mindestens 3 betragen soll und vorzugsweise 4 oder 5 beträgt und t_n ungefähr gleich t_a ist. Hierdurch erhält man einen bromoxydreichen Film 60, der in seiner Grundzusammensetzung entweder aus Platin, wenn die Kathode 12 mit diesem Metall beschichtet ist, oder aus rostfreiem Stahl besteht, wenn keine Platinschicht vorhanden ist. Durch jeden der aufeinanderfolgender, Erhitzungsvorgänge der Röhre A wird die Dicke des bromoxydreichen Films 60 anscheinend allmählich erhöht und diese Schicht stabilisiert, so daß sekundäre Emissionen und die Wanderung von Sauerstoff, der einen hohen Elektronenanlagerungskoeffizienten aufweist, verhindert werden.

Offenbar vermindert der bromoxydreiche Film 60 auch zu einem erheblichen Ausmaß die Geschwindigkeit der Reaktion des Halogens mit dem Film während des Betriebes des Zählrohres A. Alle diese Vorgänge und möglicherweise noch andere erhöhen die maximale Arbeitstemperatur des Zählrohres.

Wie bereits erwähnt, soll das Zählrohr A mindestens dreimal abwechselnd erhitzt und erkalten gelassen werden, bevor seine gewünschte maximale Arbeitstemperatur erreicht wird. Dabei wurde durch Versuche ermittelt, daß auch jeder einzelne Erhitzungs- und Abkühlungsvorgang die Hochtemperaturcharakteristik des Zählrohres schon etwas verbessert. Die Ergebnisse dieser Versuche sind schematisch im Diagramm der F i g. 3 dargestellt. Die Kurve χ bezieht sich auf ein Zählrohr bekannter Art, das bei 270° C betrieben wird. Die mit α bezeichnete Steigung der Kurve ist recht groß, und ein erkennbares Plateau ist nicht vorhanden. Deshalb lassen sich die bisher bekannten Zählrohre nicht zufriedenstellend bei 270° C verwenden. Die Kurve y bezieht sich auf ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandeltes Zählrohr Λ mit der einzigen Ausnahme, daß es nur einmal allmählich auf 200° C erhitzt und dann allmählich erkalten gelassen worden ist. Mit anderen Worten: Das Zählrohr, mit der die Kurve y aufgenommen wurde, hat nur eine einzige Wärmebehandlung erfahren. Diese Kurve hat die Steigung b. Obwohl die Steigung der Kurve y etwas geringer ist als diejenige der Kurve x, zeigt auch die Kurve y kein erkennbares Plateau, und das entsprechende Zählrohr eignet sich daher ebenfalls nicht gut zum Betrieb bei 270° C, noch weniger zum Betrieb bei 350° C.

Die Kurve ζ bezieht sich auf ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandeltes Zählrohr A, wobei dieses in der letzten Verfahrensstufe zweimal erhitzt und erkalten gelassen wurde. Mit anderen Worten: Das Zählrohr wurde erst auf eine Temperatur ij unter der maximalen Arbeitstemperatur, d. h. auf 200° C, erhitzt und dann allmählich erkalten gelassen. Dann wurde es auf 250° C erhitzt und wieder allmählich erkalten gelassen. Die Kurve ζ bezieht sich auf die Prüfung dieses Zählrohres bei 350° C, nachdem es die obengenannte Wärmebehandlung erfahren hat. Die Steigung c der Kurve ζ ist zwar geringer als diejenige der Kurven χ und y, aber immer noch nicht klein genug, um ein wirksames und genaues Arbeiten des Zählrohres A bei 350° C zu gewährleisten.

Die Kurve ο bezieht sich auf ein Zählrohr A, das drei aufeinanderfolgenden Wärmebehandlungen bei 200, 250 und dann bei 300° C unterworfen worden ist. Diese Kurve hat einen verhältnismäßig flachen Teil, der ein deutliches Plateau bildet. Daher eignet sich das der Kurve ο entsprechende Zählrohr zur Verwendung bei einer Temperatur von 350° C. Aus diesem Grunde soll das abwechselnde Erhitzen und Erkaltenlassen mindestens dreimal durchgeführt werden, wobei die Erhitzungstemperaturen von Mal zu Mal gesteigert werden sollen. Die erste Temperatur Z₁ soll im Bereich von 150 bis 200° C liegen, und die Temperaturen t„ der weiteren Erhitzungsvorgänge sollen im wesentlichen proportional zu der gewünschten maximalen Arbeitstemperatur /₀ ansteigen. Die Kurven ρ bzw. q beziehen sich auf Zählrohre, bei denen diese Wärmebehandlung 4- bzw. 5mal durchgeführt worden ist. Diese Kurven zeigen bei einer Arbeitstemperatur von 350° C ein langes, verhältnismäßig flaches Plateau der Länge P". Aus den Versuchen, bei denen die Kurven der F i g. 3 erhalten wurden, ergibt sich, daß das abwechselnde Erhitzen und Erkaltenlassen nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 4- bis 5mal durchgeführt werden soll. Im weitesten Sinne genügen jedoch bereits drei Erhitzungsvorgänge, um ein verhältnismäßig flaches Plateau bei hohen Temperaturen zu erzeugen, wie es bisher bekannte Geiger-Müller-Zählrohre nicht aufwiesen. Wenn das Zählrohr nur einmal erhitzt und erkalten gelassen wird, wird, wie Kurve y zeigt, auch bereits eine gewisse Verbesserung der Arbeitsweise der Röhre bei hohen Temperaturen erzielt.

Beispiel
30

Ein Zählrohr A wird zunächst 2 Stunden bei 300° C ausgepumpt, um die an der inneren Oberfläche der Kammer adsorbierten Gase zu entfernen. Dann wird die Kammer 10 unter einem Druck von 3 mm Hg mit Sauerstoff gefüllt und mit den Anschlüssen 18 und 23 an eine Gleichspannungsquelle von 700 V angeschlossen. Hierbei kommt es zu Glimmentladungen, die 3,0 Minuten fortgesetzt werden. Dann wird das Zählrohr A in einem Ofen auf 400° C erhitzt. Bei dieser Temperatur wird die Kammer 2 Stunden lang ausgepumpt.' Dann wird das Zählrohr A mit einem Gasgemisch aus 10 °/o Brom und 9O°/o Neon gefüllt. Hierauf werden die Anschlüsse 18 und 23 an eine Hochfrequenz-Spannungsquelle einer Frequenz von 30 bis 40 Megahertz angeschlossen. Hierdurch bildet sich eine Glimmentladung, \die IV2 Minuten fortgesetzt wird.

Nach der Hochfrequenz-Glimmentladungsbehandlung wird das Zählrohr wieder erhitzt, und zwar diesmal auf 100° C, wobei die Kammer 10 wieder ausgepumpt wird. Diese Behandlung dauert Ht Stunde. Nach dem Auspumpen wird das Zählrohr mit einem Gasgemisch gefüllt, das zu 0,1% aus Argon, zu 1,5% aus Brom und zum Rest aus Neon besteht. Das so gefüllte Zählrohr wird dann bei 52 abgeschmolzen. Hierauf wird es im Ofen auf 175° C erhitzt, dann im Ofen erkalten gelassen, anschließend auf 220° C erhitzt und wieder im Ofen erkalten gelassen. Dieses abwechselnde Erhitzen und Erkaltenlassen wird unter Anwendung immer höherer Temperaturen insgesamt fünfmal durchgeführt. Beim fünften Erhitzungsvorgang wird das Zählrohr A auf etwa 350° C erhitzt.

In F i g. 2 zeigen die Kurven r und s die Arbeits-

kennwertlinien des nach dem obigen Beispiel behandelten Zählrohres im Vergleich zu den Arbeitskenn linien m und η eines bekannten Geiger-Müller-Zählrohres. Bei Raumtemperatur zeigt das nach obigem

Beispiel behandelte Zählrohr ein Plateau mit einer Länge P von etwa 400 V. Die Steigung dieser Raumtemperaturkurve ist wesentlich geringer als die Steigung der Raumtemperaturkurve η für das bekannte Zählrohr. Bei 350° C zeigt das erfindungsgemäß behandelte Zählrohr ein Plateau, dessen Länge P' sich über 275 V erstreckt. Dieses Plateau weist wiederum eine verhältnismäßig geringe Steigung auf. Wenn die Kurve s mit der Kurve m für die bekannte Röhre verglichen wird, wird der durch die Erfindung erzielte

technische Fortschritt erkennbar. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß behandelten Zählrohre liegt darin, daß sich die Plateaus in senkrechter Richtung nur um einen geringen Betrag Δ S₂ verschieben, wenn die Temperatur von Raumtemperatur auf 350° C steigt. Dies bedeutet, daß die Empfindlichkeit von Temperaturänderungen kaum beeinflußt wird und daß das Zählrohr über einen weiten Bereich von Arbeitstemperaturen und Spannungen ίο hinweg genaue Messungen liefert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung und zum Füllen bei der Herstellung von für hohe Arbeitstemperatüren geeigneten, Metall-Elektroden aufweisenden Halogen-Geiger-MüHer-Zählrohren, bei dem ein Gas, das das für die endgültige Füllung vorgesehene Halogen in freier Form enthält, in das Zählrohr eingefüllt und dessen innere Oberflächen mit dem Halogen gesättigt werden, bei dem dann das Zählrohr ausgepumpt und sodann mit dem dasselbe Halogen und mindestens ein Edelgas enthaltenden Füllgas gefüllt und schließlich einer Wärmebehandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer höheren maximalen Arbeitstemperatur des Zählrohres dieses zunächst mit einem sauerstofEhaltigen Gas gefüllt und mittels einer durch Anlegen einer hohen Gleichspannung zwischen den Elektroden erzeugten Glimmentladung mindestens die Zählrohr-Kathode zum Schutz gegen chemische Reaktionen mit dem Halogen-Gas mit einer Oxydschicht überzogen wird, dann das sauerstoffhaltige Gas unter erhöhter Temperatur aus dem Zählrohr abgepumpt, das aus dem Halogen und einem Edelgas bestehende Gas eingefüllt, im Zählrohr durch Anlegen einer Hochfrequenz-Spannung zwischen seinen Elektroden eine Glimmentladung bewirkt wird, dann das halogenhaltige Gas abgepumpt, das Zählrohr mit dem Füllgas gefüllt und schließlich der Temperaturbehandlung unterworfen wird, die darin besteht, daß das gefüllte Zählrohr auf eine Temperatur t_x erhitzt, anschließend abgekühlt und das Erhitzen und Abkühlen /!-mal wiederholt wird, wobei fortschreitend höhere Erhitzungstemperaturen /., bis /„ angewandt werden, die Zahl η der Zyklen aus Erhitzen und Abkühlung mindestens gleich 3 ist und die höchste Erhitzungstemperatur etwa gleich oder größer ist als die gewünschte maximale Betriebstemperatur des Zählrohres.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem abwechselnden Erhitzen und Erkaltenlassen eine Anfangstemperatür I₁ von weniger als 200° C angewandt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem abwechselnden Erhitzen und Erkaltenlassen eine Endtemperatur t„ von weniger als 400° C angewandt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlegen der Hochfrequenz-Spannung über eine Zeitdauer von etwa 1 Va Minuten erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Auspumpen der halogenhaltigen zweiten Gasfüllung bei 50 bis 150° C durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge- ^s kennzeichnet, daß das Auspumpen über eine Zeit- 6a dauer von etwa '/2 Stunde durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem abwechselnden Erhitzen und Crkaltenlassen eine Anfangstemperatur /, von etwa 175° C angewandt wird. G5

R. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei dein abwechselnden Erhitzen und Erkaltcnlasscn eine zweite Temperatur t., von etwa 220° C angewandt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Einwirkung der Sauerstoffüllung angelegte Gleichspannung zwischen 500 und 1000 V beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auspumpen des Sauerstoffs über einen Zeitraum von 1 bis 4 Stunden bei Temperaturen von 3Ö0 bis 450° C durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Auspumpen des Sauerstoffs über einen Zeitraum von etwa 2 Stunden bei etwa 400° C durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der angelegten Hochfrequenz-Spannung 30 bis 40 Megahertz beträgt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abwechselnde Erhitzen und Erkaltenlassen vier- bis fünfmal durchgeführt wird.