DE1614028C - Einrichtung zum lokalisierenden Nachweisen von Teilchen- oder Quantenstrahlung mit einem Gasionisations-Strahlungsdetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum lokalisierenden Nachweisen von Teilchen- oder Quantenstrahlung mit einem Strahlungsdetektor, der einen in einem mit einem ionisierbaren Gas gefüllten dünnwandigen Gefäß ausgespannten, an einer Hochspannung liegenden Zähldraht hohen elektrischen Widerstandes, dessen beide Enden aus dem Gefäß herausgeführt sind, aufweist und mit einer Schaltung, die mit den beiden Enden des Zähldrahtes verbunden und so ausgebildet ist, daß sie den Quotienten der Iinpulshöhe eines durch das Auf treffen eines Strahlungsteilchens oder -quants auf den Detektor an einem der Zähldrahtenden auftretenden Impulses und der Impulshöhe eines weiteren dabei vom Zähldraht gelieferten Impulses bildet und dadurch den Ort des Stralilungseinfalles längs des Zähldrahtes angibt.

Einrichtung zum lokalisierenden Nachweisen von Teilchen- oder Quantenstrahlung, durch die also die zu registrierenden Ereignisse nicht nur gezählt werden, sondern die auch den genauen Ort des jeweiligen Ereignisses feststellen, sind insbesondere bei der Durchführung von Untersuchungen über Streu- und Beugimgserscheinungcn mit Neutronen- und Gammastrahlen erforderlich.

Eine bekannte Einrichtung der eingangs genannten Art zum lokalisierenden Nachweisen von Teilchenoder Quantenstrahlung sieht, um diesen Zweck zu erfüllen, in einem gasgefüllten, dünnwandigen, rohrförmigen Behälter', dem Zählrohr, einen auf hoher Spannung liegenden axialen Zähldraht mit hohem elektrischen VViderstand vor. Dabei ist der Zähldraht in einem Schaltkreis so geschaltet, daß zur Ortsbestimmung der Quotient eines der an den Enden des Zähldrahts abgegebenen Impulse und der Summe beider an den Einden abgegebenen Impulse gebildet wird. Zum Neutronennachweis kann dieses Zählrohr mit Bor"¹- oder He^;i-haltigem Gas oder einem anderen geeigneten Gas gefüllt werden, wobei Zusätze verwendet werden können, um die Reichweite der bei der Reaktion B^l0(n, \)Li⁷ entstandenen v-Teilchen oder die bei der Reaktion He^;> (n, p) H^;1 entstandenen Protonen und Tritium-Teilchen herabzusetzen. Bei einem Neutmiieneinfang entsteht also ein geladenes Teilchen, durch das das im Zählrohr befindliehe Gas längs seiner Bahn ionisiert wird, wodurch eine Entladung hervorgerufen wird (»Nuclear Instruments and Methods«, Bd. 40, i%6, Nr. I, S. 118 bis 120).

Durch diese bekannte Einrichtung ist es jedoch nicht möglich, beispielsweise bei einem Neutroneiistreu- und Beugungsexperiment, den Durchsatz von gestreuten Neutronen durch eine große Fläche zu messen. Zu diesem Zweck hat man bisher eine Vielzahl von Zählrohren zu einem Großlläehenzähler oder zu einer -Zahlrohrbank zusammengesetzt. Die hieibei erzielte Genauigkeit der Ortsbestimmung wird jedoch in vielen Fällen nicht als ausreichend angesehen. Sie hängt in der einen Richtung ab von dem Durchmesser der verfügbaren Zählrohre und in der dazu'senkrechten Richtung, d. h., in der Richtung parallel zu den Zähldrähten, von der Reichweite der durch die nadi/.uweisende Strahlung ausgelösten Teilchen und auch von der Genauigkeit des qtiolienteiibildenden Gerätes. Nachteilig ist bei dieser bekannten Mehrfachanoidiiiing von Zählrohren jedoch, daß die Auflösung durch i\cn Durchmesser der dabei ,iiiguoidncteii Zählrohre, der /wischen \ und 5 cm liegt, bestimmt wird. Dadurch ist die Ortsauflösung für eine Reihe von Anwendungsfällcn unzureichend. Zum bekannten Stand der Technik gehört auch ein Zählrohr mit elektrisch parallel geschalteten Schleifen, die über metallische Halterringe kurzgeschlossen sind. Diese bekannte Einrichtung erlaubt jedoch keine Ortsbestimmung (Britische Patentschrift 1 021788).

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zum lokalisierenden Nachweisen von Teilchenoder Quantenstrahlung zu schaffen, durch die insbesondere in der zur Zähldrahtrichtung senkrechten Koordinate eine wesentlich bessere Ortsauflösung erreichbar ist als mittels der bisher bekannten Einrichtungen.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zähldraht innerhalb des Gefäßes in mehrfach parallel verlaufenden, elektrisch nur über den Zähldraht selbst verbundenen Schleifen geführt ist.

Durch die Lage jeder dieser Schleifen ist somit die eine Ortskoordinate und durch den Ort, an dem das festzustellende Ereignis auf der Schleife gemessen wird, die zweite Ortskoordinate bestimmt.

Zwar ist auch schon eine Einrichtung zum Erfassen der llächenhaften Verteilung der Strahlungsintensitäten über beliebige Flächenabschnitte einer größeren Zählfläche mit einem Detektor mit mehreren parallel zueinander in einem gasgefüllten Gefäß aufgespannten Zähldrähten bekanntgeworden (deutsche Auslegeschrift 1 179 307). Bei dieser Einrichtung erfolgt die Ortsbestimmung durch Koinzidenzen zwischen je zwei sich kreuzender Zähldrahtgruppen. Nachteilig ist jedoch bei dieser Einrichtung, daß jedem einzelnen Draht ein Vorverstärker zugeordnet werden muß, so daß diese Einrichtung nur mit einem verhältnismäßig hohen Aufwand an elektronischen Bauelementen betrieben werden kann.

Demgegenüber erfordert die Einrichtung gemäß der Erfindung einen sehr viel geringeren Aufwand an elektronischen Bauelementen. Sie ist daher einfacher und auf wirtschaftlichere Weise herstellbar.

Ordnet man nun bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung zum lokalisierenden Nachweisen von Teilchen- oder Quantenstrahlung die Zähldrahtschleifen in einem Abstand an, der der Reichweite der zu zählenden ionisierenden Teilchen entspricht, so kann es vorkommen, daß ein zu registrierendes Ereignis eine Entladung an zwei benachbarten Zähldrahtschleifen hervorruft. Da in diesem F'alle bei der Quotientenbildung der mittlere Ort der beiden Entladungen auf dem Zähldraht angegeben wird, würde dies zu einer Verfälschung der

:,:, Ortsangabe in Richtung der Zähldrahtschleifen führen. Um solche Fehler zu vermeiden, und um zugleich eine weitere Verbesserung der Ortsauflösung zu erreichen, bestellt eine sehr vorteilhafte Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung

ο» darin, daß der Strahlendetektor mindestens zwei mehrfach schleifenförmig in gleichem Abstand zueinander parallel geführte Zähldrähte aufweist. Bei der Anordnung von zwei Zähldrähten liegt somit /wischen zwei Schleifen des einen Zähldrahts immer

fi;i eine Schleife des zweiten Zähldrahtes. Führt nun bei der Anordnung von zwei Zähldrähten ein Ereignis zu. einer Entladung an beiden Zähldrähten, so werden mithin an beiden Zähldrähten Impulse erzeugt.

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Sind die Zähldrahtabstände entsprechend der Reich- gebildeten Einrichtung in Verbindung mit einer

weite der nachzuweisenden Teilchen gewählt worden, Nachweis-Schaltung,

so treten solche Koinzidenzen nur auf, wenn das F i g. 2 die Beziehung zwischen Nachweiswahr-

ionisierende Teilchen in einem mittleren Bereich scheinlichkeit und dem Verhältnis zwischen dem

zwischen beiden Zähldrähten erzeugt worden ist. Es 5 Abstand der Zähldrähte und der Reichweite eines

ist in bekannter Weise ohne weiteres möglich, durch Protons, wenn koinzidente Signale beider Zähldrähte

einen Koinzidenzschaltkreis ein solches Ereignis von gelöscht werden.

den übrigen Ereignissen zu trennen. Es ist auch ohne Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind in dem weiteres möglich, diese Ereignisse einem Ort zu- dünnwandigen, in bekannter Weise aus Metall bezuordnen; allerdings muß dabei eine starke Ver- 10 stehenden Gefaßt 1 der Einrichtung zwei Zählschmierung des Koinzidenzen liefernden Streifens in drähte 2 und 3 schleifenförmig parallel zueinander, die beiden benachbarten Streifen in Kauf genommen im gleichen Abstand verlaufend, ausgespannt. Die werden. Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung Zähldrähte 2 und 3 bestehen aus einem bekannten können daher die Zähldrähte in bekannter Weise so hochohmigen Werkstoff. Die an den Zähldrähten 2 geschaltet sein, daß alle Ereignisse, die zu einer Ko- 15 und 3 liegende Spannung wird für beide Drähte geinzidenz führen, gelöscht werden. Der bei dieser meinsam von dem Hochspannungsgerät 4 geliefert. Schaltung in Kauf zu nehmende Verlust der Zähl- Die auf Grund eines zu registrierenden Ereignisses ausbeute wird durch den großen Vorteil aufgewogen, an den Zähldrahtenden des Zähldrahtes 2 abdaß man klar voneinander abgegrenzte parallele gegebenen Ausgangssignale werden von den Vor-Streifen erhält. 20 verstärkern 5 und 6 und von den nachgeschalteten

Ist der Abstand der Zähldrähte unveränderlich, Hauptverstärkern 7 und 8 verstärkt. Zur Verstärso wird bei dieser Koinzidenzschaltung durch eine kung der Ausgangssignale des Zähldrahtes 3 sind Änderung der Teilchenreichweite die Zählausbeute Vorverstärker 9 und 10 sowie Hauptverstärker 11 und die Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Re- und 12 vorgesehen. Die beim Eintreffen eines zu registrierung eines eingefallenen Neutrons in der Um- 25 gistrierenden Ereignisses abgegebenen beiden Imgebung des Zähldrahtes verändert. Außerdem nimmt pulse des Zähldrahtes 2 werden in dem Entmit steigender Reichweite der Teilchen die Zähl- koppplungsglied 13 und die Impulse des Zählausbeute wegen der gelöschten Koinzidenzen ab. drahtes 3 in dem Entkopplungsglied 14 zusammen-Hinzu kommt, daß die Wahrscheinlichkeitsverteilung geführt. Von den Entkopplungsgliedern werden die eine sich in immer stärkerem Maße gleichmäßig über 30 Impulse in den Quotientenbildner 15 eingespeist. Bei das ganze Zählrohr erstreckende Nachweiswahr- koinzidenten Ereignissen in den beiden Zähldrähten scheinlichkeit ergibt. Nach einer sehr zweckmäßigen 2 und 3 wird die betreffende Information mittels der Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Er- Koinzidenzstufe 16 und der Torschaltung 17 gefindung steht daher das dünnwandige Gefäß des löscht. Die übrigen Ergebnisse der Quotienten-Bil-Strahlungsdetektors mit einer Pumpe und mit einem 35 dung aus den von den Zähldrähten 2 und 3 ab-Vorratsbehälter, der das auch im Gefäß vorhandene gegebenen Impulse werden über Torschaltungen 18 Gas enthält, so in Verbindung, daß der Druck in dem und 19 in zwei verschiedenen Speichergruppen eines Gefäß veränderbar ist. Der Vorratsbehälter und das Vielkanalanalysators 20 gespeichert.
Gefäß zur Aufnahme der Zähldrähte bilden ein ab- Die Verwendung der erfindungsgemäß ausgebilgeschlossenes System. Durch diese Ausgestaltung der 40 deten Einrichtung ist abhängig von der Gasfüllung Einrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, die in dem Gefäß 1. Sie ist beispielsweise zum Nachweis Reichweite der ionisierenden Teilchen kontinuierlich von Neutronen verwendbar bei B¹⁰- oder H³-haltigen zu verändern. Der jeweils zu wählende Druck ergibt Gasfüllungen. Sie kann auch bei beliebigen anderen sich aus den bekannten Beziehungen zwischen Pro- bekannten Gasfüllungen, z. B. zum Gammastrahtonenreichweite, Zähldrahtabstand und Nachweis- 45 lungsnachweis, benutzt werden.
Wahrscheinlichkeit quer zu der Richtung der Zähl- In F i g. 2 wird die Nachweiswahrscheinlichkeit für drähte für ein Proton, das bei einer Kernreaktion ein Neutron, das eine Kernreaktion hervorgerufen entstanden ist. Wird beispielsweise eine Zählgas- hat, in Abhängigkeit von deren auf der Abszisse aufmischung aus He³ und Argon gewählt, so wird die getragenem Abstand vom Zähldraht dargestellt, und Protonenreichweite im wesentlichen durch den 50 zwar für den Fall, daß wegen der sich überschnei-Argon-Partialdruck bestimmt. Bei der Reaktion denden Einfangbereiche der beiden Zähldrähte ein He³ (n, p)H³ mit thermischen Neutronen wird ein zu registrierendes Ereignis eine koinzidente Impuls-Proton der Energie 0,57 MeV frei, das im Argon bei abgabe in beiden Zähldrähten 2 und 3 hervoruft, einem Druck von 760 mm Hg eine Reichweite von wobei diese Information mittels der in F i g. 1 daretwa 1,08 cm hat. Ein großer Vorzug der Bildung 55 gestellten Schaltung verworfen wird. Dabei werden eines geschlossenen Systems aus dem Behälter zur die Einfangbereiche der beiden Zähldrähte 2 und 3 Aufnahme der Zähldrähte und dem Vorratsbehälter jeweils durch die Mittellinie zwischen zwei benachbesteht noch darin, daß keine Verluste an den barten parallelen Führungen der Zähldrähte beteuren, jeweils zur Verwendung kommenden Edel- grenzt,
gasen entstehen. 60 Ist nun z. B. bei einem Neutronennachweis über

Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß die H³(n, p)H³-Reaktion die Reichweite r eines Pro-

der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dar- tons keiner als der — in F i g. 2 mit R bezeichnete —

gestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Abstand zweier benachbarter Schleifen der Zähl-

Außerdem ist die Verteilung der Nachweiswahr- drähte 2 und 3, also kleiner als die Breite des Ein-

scheinlichkeit für ein Neutron bei der Einrichtung 65 fangbereiches eines Zähldrahtes, der ebenfalls R

gemäß der Erfindung an einem Beispiel erläutert. — d. h. R/2 zu jeder Seite — beträgt, so erhält man

Es zeigt für Neutroneneinfallsorte in der Nähe des Zähl-

F i g. 1 das Zählrohr der erfindungsgemäß aus- drahts eine lOOVoige Nachweiswahrscheinlichkeit N,

die entsprechend der Kurve α nach den Randgebieten hin auf 50 % abfällt. Ist die Reichweite r eines Protons gleich der Breite des Einfangbereichs R, nimmt die Nachweiswahrscheinlichkeit N von 100% für den Einfallsort am Zähldraht kontinuierlich ab. Der Verlauf entspricht der Kurve b. Ist die Breite des Einfallsbereichs R kleiner als die Protonenreichweite r, so beträgt die Nachweiswahrscheinlichkeit N in der Nähe des Zähldrahts weniger als 100% und verläuft entsprechend der Linienführung c, bis sie, wenn die Protonenreichweite gleich dem doppelten Einfangsquerschnitt ist, d. h., wenn 2 R gleich r ist, entsprechend Kurve d über den ganzen Bereich 50 % beträgt. Für noch größere Protonenreichweiten bleibt die Nachweiswahrscheinlichkeit N über den ganzen Bereich zwar konstant, sie verkleinert sich jedoch entsprechend Kurve e mit zunehmender Vergrößerung der Reichweite.

Die in Fig. 2 wiedergegebenen Verläufe der Nachweiswahrscheinlichkeiten N gelten nur in der Richtung senkrecht zu den Zähldrähten 2 und 3. Parallel zur Richtung der Zähldrähte bleibt die Nachweiswahrscheinlichkeit N konstant.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum lokalisierenden Nachweisen von Teilchen- oder Quantenstrahlung mit einem Strahlungsdetektor, der einen in einem mit einem ionisierbaren Gas gefüllten dünnwandigen Gefäß ausgespannten, an einer Hochspannung liegenden Zähldraht hohen elektrischen Widerstandes, dessen beide Enden aus dem Gefäß herausgeführt sind, aufweist und mit einer Schaltung, die mit den beiden Enden des Zähldrahtes verbunden und so ausgebildet ist, daß sie den Quotienten der Impulshöhe eines durch das Auftreffen eines Strahlungsteilchens oder -quants auf den Detektor an einem der Zähldrahtenden auftretenden Impulses und der Impulshöhe eines weiteren dabei vom Zähldraht gelieferten Impulses bildet und dadurch den Ort des Strahlungseinfalles längs des Zähldrahtes angibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähldraht (2 bzw. 3) innerhalb des Gefäßes (1) in mehrfach verlaufenden, elektrisch nur über den Zähldraht selbst verbundenen Schleifen geführt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlungsdetektor mindestens zwei mehrfach schleifenförmig in gleichem Abstand zueinander parallel geführte Zähldrähte (2, 3) aufweist.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dünnwandige Gefäß (1) des Strahlungsdetektors mit einer Pumpe und mit einem Vorratsbehälter, der das auch im Gefäß (1) vorhandene Gas enthält, so in Verbindung steht, daß der Druck in dem Gefäß (1) veränderbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen