DE1764655C3 - Detektorsystem für Teilchen- oder Quantenstrahlung mit einer Vielzahl von in Form einer flächenhaften Matrix angeordneten Kanal-Sekundärelektronenvervielfachern - Google Patents
Detektorsystem für Teilchen- oder Quantenstrahlung mit einer Vielzahl von in Form einer flächenhaften Matrix angeordneten Kanal-SekundärelektronenvervielfachernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Detektorsystem für Teilchen- oder Quantenstrahlung mit einer Vielzahl von
in Form einer flächenhaften Matrix nebeneinander in einer evakuierten Hülle angeordneten Kanal-Sekundärelektronenvervielfachern,
denen eine ebene, in eine Reihe zueinander paralleler Elektrodenstreifen unterteilte
Ausgangselektrode, deren Elektrodenstreifen an mehrere getrennte Leitungen angeschlossen sind, sowie
eine in einer zur Ausgangselektrode parallelen Ebene und in Elektronenlaufrichtung hinter der Ausgangselektrode
angeordnete weitere Elektrode zugeordnet sind, Wobei auchfclie weitere Elektrode an eine getrennte
Leitung angeschlossen ist
Ein solches Detektorsystem ist aus der GB-PS 64 076 bekannt Da aber bei diesem System die
Ausgangselektrode ebenso wie die Eingangselektrode des KanaNSekundärelektronenvervielfachers lediglich
aus zwei Sätzen miteinander verbundener, interdigitaler Leiter bestehen, ist eine genaue Ortung von Ladungsimpulsen
am Ausgang der Kanalplatte nicht möglich.
Aus der US-PS 32 09 201 ist ein Detektorsystem mit einer Vielzahl von Sekundärelektronenvervielfachern
bekannt, bei dem aber lediglich eine Auftreffplatte vorgesehen ist, die aus einer Vielzahl von zueinander
parallelen Streifen besteht, die in zwei interdigitalen Gruppen fest miteinander verbunden sind- Eine
Bestimmung der Lage der auf die Auftreffplatte
fallenden Ausgangsstrahlen des Sekundärelektronenvervielfachers ist hier nur mit einem verhältnismäßig
großen elektronischen Aufwand möglich. Darüber hinaus ist es bei diesem System kaum möglich, die
■ 5 Anzahl zufälliger, störender Teilchen oder Strahlungsquanten
zu unterdrücken.
Schließlich ist aus der GB-PS 9 95 188 ein Detektorsystem mit einer Vielzahl von in Form einer Matrix
nebeneinander angeordneten Kanal-Sckundärelektronenvervielfachem
bekannt, bei dem aber der Ausgang jedes Kanals bzw. jeder Kanalgruppe mit einer
getrennten Nachweisschaltung versehen ist Ein solches System ist ohne Zweifel außerordentlich aufwendig.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Detektorsystem der eingangs genannten Art so
auszubilden, daß es eine sichere Bestimmung der Flächenverteilung der auf die Kanalverstärkerplatte
treffenden, zu detei.tierenden Teilchen- oder Strahlungsquanten
ermöglicht und daß der störende Einfluß V0n zufällig in einer anderen Flächenposition auftreffenden
Teilchen oder Strahlungsquanten ausgeschaJtet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder der Elektrodenstreifen über einen getrennten
Ausgangsanschluß mit einer getrennten Ladungsnachweisschaltung verbunden ist, daß auch die weitere
Elektrode in getrennte, zueinander parallele und zu den Elektrodenstreifen der Ausgangselektrode wenigstens
annähernd senkrecht verlaufende Auftreffstreifen unterteilt ist daß auch jeder dieser A, .ftreffstreifen über
einen getrennten Ausgangsanschluß mit einer getrennten Ladungsnachweisschaltung verbunden ist und daß
mit den Ladungsnachweisschaltungen eine logische Schaltung verbunden ist die für jeden Ladungsimpuls
am Ausgang eines der Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher bei gleichzeitigem Ansprechen einer der mit
einem Elektrodenstreifen verbundenen Ladungsnachweisschaltung und in einer mit einem der Auftreffstreifen
verbundenen Ladungsnachweisschaltung die Koordinatenlage des betreffenden Kanal-Sekundärelektronenvervielfachers
liefert
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Ionische Schaltung Schaltungselemente enthalten, die
das Ausgangssignal des Detektorsystems unterdrücken, ">">
wenn am Ausgang der Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher-Anordnung zwei oder mehr Ladungsimpulse
gleichzeitig in verschiedenen Koordinatenlagen auftreten. Dies ermöglicht es auch dann, eine sichere Anzeige
zu erhalten, wenn eine höhere Teilchen- oder Strahlungsquantendichte vorhanden ist d. h. die Wahrscheinlichkeit,
daß zwei Ereignisse gleichzeitig auftreten, nicht vernachlässigt kann.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß ohne zusätzlichen
M Aufwand Von Einzeldetektoren eine sichere Bestimmung der flächigen Verteilung der auf die Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher-Anordnung
treffenden, zu detektierenden Teilchen oder Strahlungsquanten möE*
Hch ist, und gleichzeitig durch entsprechende Verarbeitung
der an den Elektrodenstreifen und den Auftreffstreifen auftretenden Signale der störende Einfluß von
zufällig in einer andere Flächenposition auftretenden Teilchen- oder Strahlungsquanten ausgeschaltet wird.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher-Anordnung,
F i g. 2 eine Einselheit der Anordnung nach F i g. 1,
Fig.3 eine mit Ladungsdetektoren verbundene
Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher-Anordnung,
Fig.4 eine Anordnung nach Fig.3 mit einer
Elektronenstrahlanzeigeröhre und
F i g. 5 ein Detektorsystem nach der Erfindung.
Die mit den Ladungsnachweisschaltungen verbundene logische Schaltung ist in den Fig. 1 bis 3 der
Obersichtiichkeit halber nicht gezeigt
Nach F i g. 1 enthält eine von einer Hülle umschlossene Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher-Anordnung
I eine ihre Eingangsfläche bedeckende Eingangselektrode E ί und eine Ausgangselektrode, die aus einer Reihe
paralleler Elektrodenstreifen £2a EIb, bis E2„ besteht
Letztere sind je über einen getrennten Ladungsdetektor oder Verstärker an eine gemeinsame Speisequelle B1
angeschlossen. Einfachheitshalber sind sämtliche Ladungsdetektoren
als ein kombiniertes Ladungsdetektorsystem ED dargestellt
Bei gewissen Anwendungen ist eine Photokathode an der Eingangsseite der Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher-Anordnung
I entweder in Kontakt mit derselben oder in einem Abstand davon angeordnet
Bei diagnostischer Röntgenradiographie oder Gamma-Radiographie kann dagegen die Verwendung einer
Photokathode überflüssig sein, da Gamma- oder Röntgenphotonen eine Elektronenemission aus dem
Material der Matrix, die gewöhnlich aus einer geeigneten Glasart oder Kombination von Glasarten
besteht, herbeiführen können. Der zu untersuchende Körper B wird gewöhnlich möglichst nahe an die
Kanal-Sekur.Järelektronenvervielfacher-Anordnung
gebracht Bei der Gamma-Radiographie emittiert der zu untersuchende Körper B, der der Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher-Anordnung Ϊ möglichst angenähert ist, ein Gammastrahlungsmuster. Die Röntgen- oder Gammastrahlung erzeugt im Material der Kanal-Sekundärelektronenvsrvielfacher-Anordnung ein oder mehrere Elektronen, die in einen Kanal gelangen, in welchem in bekannter Weis; Elektronenmultiplikaiion erfolgt Aus dem Ausgangsende dieses Kanals tritt ein Sekundärelektronenimpuls aus und erzeugt ein Ausgangssignal in dem den betreffenden Elektrodenstreifen zugeordnete!. Ladungsdetektor.
gebracht Bei der Gamma-Radiographie emittiert der zu untersuchende Körper B, der der Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher-Anordnung Ϊ möglichst angenähert ist, ein Gammastrahlungsmuster. Die Röntgen- oder Gammastrahlung erzeugt im Material der Kanal-Sekundärelektronenvsrvielfacher-Anordnung ein oder mehrere Elektronen, die in einen Kanal gelangen, in welchem in bekannter Weis; Elektronenmultiplikaiion erfolgt Aus dem Ausgangsende dieses Kanals tritt ein Sekundärelektronenimpuls aus und erzeugt ein Ausgangssignal in dem den betreffenden Elektrodenstreifen zugeordnete!. Ladungsdetektor.
Die Auftreffelektrode besteht aus einer Reihe paralleler Auftreffstreifen Ta, Tb bis Tn, die senkrecht
oder annähernd senkrecht zur Richtung der Elektrodenstreifen E 2a bis E?.n liegen. Diese Auftreffstreifen sind
ebenfalls je an einen getrennten Ladungsdetektor oder Verstärker angeschlossen, aber diese Detektoren sind
alle einfachheitshalber als ein kombiniertes, an eine gemeinsame Spannungsquelle B 2 angeschlossenes
Auftreffdetektorensystem XDdargestellt
ObzWar es nicht notwendig ist, daß die Kanäle in der
Kanäl-Sekundärelektronenvervielfacher-Anordnung
äußerst regelmäßig geformt sind, oder die Aufzeichnung zwischen einzelnen Ausgangselektrodenleitungen und den einzelnen Kanälen mit größter Genauigkeit erfolgt, kann eine Reihe von Kiiiälen C einem jeden der Elektrodenstreifen zugeordnet sein, wie es in Fig.2 dargestellt ist Es ist auch möglich, daß mehr als eine Kanalreihe einem Elektrodenstreifen zugeordnet ist, oder ein von jedem Elektrodenstreifen betriebenes Kanalband mit statistisch gleichmäßiger Verteilung von Kanälen vorhanden ist wenn die Kanalstruktur bedeutend feiner ist als die gewünschte Auflösung.
äußerst regelmäßig geformt sind, oder die Aufzeichnung zwischen einzelnen Ausgangselektrodenleitungen und den einzelnen Kanälen mit größter Genauigkeit erfolgt, kann eine Reihe von Kiiiälen C einem jeden der Elektrodenstreifen zugeordnet sein, wie es in Fig.2 dargestellt ist Es ist auch möglich, daß mehr als eine Kanalreihe einem Elektrodenstreifen zugeordnet ist, oder ein von jedem Elektrodenstreifen betriebenes Kanalband mit statistisch gleichmäßiger Verteilung von Kanälen vorhanden ist wenn die Kanalstruktur bedeutend feiner ist als die gewünschte Auflösung.
Die Anordnung nach den F i g. 1 und 2 ist übersichtlicher in F i g. 3 dargestellt, in der nur eine geringe Zahl
von Elektrodenstreifen und Auftreffstreifen gezeichnet ist, nämlich je vier. Wie aus der Figur ersichtlich, ist
jeder Elektrodenstreifen E2a bis E2d an einen getrennten Ladungsdetektor EDa bis EDd angeschlossen.
Auf gleiche Weise ist jeder Auftreffstreifen Ta bis
is Tdan einen getrennten Ladungsdetektor TDa bis TDd
angeschlossen. Wenn ein Teilchen in einen Kanal Cx eintritt, wird es einen Ausgang von Sekundärelektronen
herbeiführen, wie dargestellt sowie auch ein Ausgangssignal im Elektrodendetektor Eda und ein Ausgangssignal
in Auftreffdetektor TDc Beide Signale zusammen ergeben die Lage des Ereignisses ir. Kanal CSr als ein
Koordinatenpaar.
Die gemeinsame Betrachtung aufeinanderfolgender Ereignisse kann z. B. mit Hilfe eines Ferritkernspeichers
vorgenommen werden, der als Informationsquelle für eine Elektronenstrahlröhrenwiedergabe benutzt werden
kann.
Auch kann die Koordinateninformation unmittelbar einer Elektronenstrahlspeicherröhre zugeführt werden,
jo um darin die Information aufzubauen Urid wiederzugeben.
In F i g. 4 ist die Einheit Λ/ein Ferritkernspeicher, der
über Auslesemittel an eine normale Elektronenbildröhre CTcTangeschlossen ist Dabei kann die Einheit Meine
J5 Ferritkernmatrix sein, die für die gemeinsame Betrachtung
in Zusammenhang mit einer Elektronenstrahlröhre der Speicherart als Wiedergaberöhre benutzt wird.
Der bisherige Teil der Figurenbeschreibung diente dem besseren Verständnis der Wirkungsweise der
Erfindung.
Die F i g. 5 zeigt jetzt ein Ausführungsbeispiel eines Detcxtorsystems nach der Erfindung.
Es ist vorausgesetzt daß die Ladungsdetektoren durch die Stufen zweier Schieberegister Ϊ2 und 13
Ί5 gebildet sind, so daß ein Ladungsimpuls auf sowohl der
horizontalen als auch auf der vertikalen Streifenreihe in jedem Schieberegister aufgezeichnet wird. Das Auslesen
des Registerinhalts erfolgt auf ähnliche Weise wie bei der Zeilen- und Bildabtastung. In jeder Registerlage
des einen Registers muß also das andere Register einen vollständigen Zyklus durchlaufen.
Da bei einem Schieberegister beim Auslesen eine Verschiebung des Regis'erinhalts erfolgt treten die
Irnoulf·. im einen Register mit einer Frequenz auf. die
um einen Faktor η gleich der Reihenzahl niedriger ist als die der Impulse im anderen Register und der
Zyklusdurchlauf geht weiter, bis die gespeicherte Information in demselben Augenblick am Ausgangsende
der Register erscheint Es wird darauf ein
bo Erregerimpuls am Steuergitter der Elektronenquelle
einer integrierenden Speicherbildröhre erzeugt, die synchron mit den Registerverschiebungen abgetastet
wird. Die Wirkungsweise ist in Einzelheiten wie folgt:
Eine aus einem Kanal CSf austretende und einen der
"•Ι Auftreffstreifen Ta bis Td treffende Ladung wird in
diesem Streifen und auch in dem den Kanal enthaltenden der Elektrodenstreifen E2a bis E2d einen
Ladungsimputs .erzeugen. Diese Impulse sind von
gleicher Größe, aber entgegengesetztem Vorzeichen, da sie von ausgelösten bzw. eintreffenden Elektronen
herrühren. Ein ausschließliches ODER-Tor 1 und ein ausschließliches ODER-Tor 2 bezwecken, daß nur ein
Ladurigsimpuls von den Elektrodenstreifen und ein Ladungsimpuls von den Auftreffstreifen herkommt.
Falls entweder kein Impuls von einem der Streifensätze oder mehr als ein Impuls von einem oder beiden Sätzen
kommt, erzeugt ein UND-Tor 3 keinen Ausgang und ein UND-Tor 4 erzeugt keinen Startimpuls. Das ungewünschte
Signal wird daher negiert. Dies dient zum Schütz gegen »falsche« Ereignisse und zum Unterdrükkcn
des Ausgangssignals bei zwei gleichzeitig auftretenden Ereignissen, die das System nicht unzweideutig
analysieren kann.
Falls es nur einen Eiektrodenstreifenimpuls und einen
Auftreffstreifenimpuls gibtj vollzieht sie die Analyse wie folgt: Der Auftreffstreifenimpuls erzeugt einen Impuls
aus einem ausschließlichen ODER-Tor 5, woraus sich
ein Startimpuls aus dem UND-Tor 4 ergibt. Dieser Impuls öffnet über eine Flip-Flop-Einheit 6
Schalter 7, wodurch vermieden wird, daß (während der Analyse des Vorliegenden Impulses weitere) Impulse
eintreffen, die zu Störsignalen Anlaß geben. Der Startimpuls wird auch einem UND-Tor 8 zugeführt und
ι liefert eine Reihe von Zeitgeberimpulsen zu den
Schiebercgistern 12 und 13, die also zyklieri werden, bis
jedes einen Ausgangsimpuls zu einem UND-Tor 9 erzeugt, wodurch ein Efregerimpuls an der Elektronenquelle
der Speicherröhre CftTerscheint. Überdies geht
to ein Stopimpuls zur Flip-Flop-Einheit 6, wodurch das
Weiterschalten der Schieberegister 12 und 13 gestoppt, diese freigegeben werden und der Schalter 7 bis zum
nächsten Signalimpuls geschlossen wird. Die Flip-Flop-Einheit
6 ist ein bistabiler j-K.-F!ip-Flop mit stets »0« an
r> einem Ausgang und »j« an seinem anderen Ausgang,
wobei bei Änderung des Zustandes der Einheit diese Ausgänge Umgekehrt werden.
Ein Abtästgenefätqr 14 wird durch eine Bildtrigger-
und Zeilensynchronisier-Einheit 11, die von Zeitgeberimmil;f>n C2P crpctonert \\i\vA \ut*\rAna in <>tnnm Tfci.CP iß
einen durch den Faktor η geteilt worden sind, synchronisiert.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Detektorsystem für Teilchen- oder Quantenstrahlung mit einer Vielzahl von in Form einer
flächenhaften Matrix nebeneinander in einer evakuierten Hülle angeordneten Kanal-Sekundärelektronenvervielfachern,
denen eine ebene, in eine Reihe zueinander paralleler Elektrodenstreifen unterteilte
Ausgangselektrode, deren Elektrodenstreifen an mehrere getrennte Leitungen angeschlossen sind,
sowie eine in einer zur Ausgangselektrode parallelen Ebene und in Elektroneniaufrichtung hinter der
Ausgangselektrode angeordnete weitere Elektrode zugeordnet sind, wobei auch die weitere Elektrode
an eine getrennte Leitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der
Elektrodenstreifen (E2a bis E2n) über einen getrennten
Ausgangsanschluß mit einer getrennten Ladungsnachweisschaltung
(ED, bis EDn) verbunden ist, daß auch die weitere Elektrode in getrennte,
zueinander parallele und zu den Elektrodenstreifen (E2a bis E2„) der Ausgangselektrode wenigstens
annähernd senkrecht verlaufende Auftreffstreifen (Ta bis Tn) unterteilt ist, daß auch jeder dieser
Auftreffstreifen über einen getrennten Ausgangsanschluß mit einer getrennten Ladungsnachweisschaltung
(TDa bis TDn) verbunden ist und daß mit den
Ladungsnachweisschaltungen eine logische Schaltung (M; 1 bis 13) verbunden ist, die für jeden
Ladungsimpuls am Ausgang eines der Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher bei gleichzeitigem Ansprechen
einer der mit einem Elektrodenstreifen (z. B. E2a) verbundener* Ladun^snachweisschaltung
(z. B. ED1) und in einer mit pinem der Auftreffstreifen
(z. B. Ta) verbundenen Ladt, jgsnachweisschaltung
(z. B. TD,) die Koordinatenlage des betreffenden
Kanal-Sekundärelektronenvervielfachers liefert
2. Detektorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung Schaltungselemente
(1,2) enthält, die das Ausgangssignal des Detektorsystems unterdrücken, wenn am Ausgang
der Kanal-Sekundärelektronenvervielfacher-Anordnung (I) zwei oder mehr Ladungsimpulse
gleichzeitig in verschiedenen Koordinatenlagen auftreten (F ig. 5).
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