DE1798173C3 - Magnetisches Beta-Spektrometer mit zwei magnetischen Linsen und einem magnetischen Dispersionselement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches Beta-Spektrometer, das eine stromführende Wicklungen aufweisende magnetische Kollimatorlinse, die aus dem von einer, auf der Achse dieser Linse angeordneten Strahlungsquelle kommenden divergierenden Beta-Strahlenbündel ein paralleles Beta-Strahlenfündel formt, ein magnetisches Dispersionselement, das die Betateilchen nach Energien dispergiert sowie eine weitere, stromführende Wicklungen aufweisende magnetische Linse, die die Betateilchen auf einen, auf ihrer Linsenachse angeordneten Detektor fokussiert, enthält und in dem die Wicklungen beider magnetischer Linsen so ausgeführt sind, duß die axiale Verteilung des Magnetfeldes synchron und in beiden magnetischen Linsen gleich veränderbar ist.

Um mit derartigen bekannten Beta-Spektrometern einerseits Messungen mit einer hohen Trennschärfe bei niedrigeren Werten des Raumwinkels und andererseits Messungen mit großem Raumwinkel bei entsprechend geringerer Trennschärfe durchzuführen, ist es aus der Literatur (»Nuclear Instruments and Methods«, Bd. 27, 1964, Nr. 2, S. 190 bis 210) be- _so kannt, derartige Spektrometer in zwei verschiedenen Betriebsweisen zu verwenden.

Bei der ersten Betriebsweise, bei der eine möglichst hohe Trennschärfe erzielt werden soll, sind die Brennweiten der beiden magnetischen Linsen und folglich auch die Erregerströme gleich, und die Vergrößerung des Spektrometers ist gleich 1. Beim übergang auf die zweite Betriebsweise, bei der über einen großen Raumwinkelbereich gemessen werden Soll, muß die Strahlungsquelle zum Zentrum der Kollimatorlinse hin verlagert werden und gleichzeitig der Drehwinkel in vertikaler Ebene verändert werden. Bei dieser Betriebsweise erfolgt die Messung mit verringerter Brennweite der Kollimatorlinse, wodurch die Vergrößerung des Spektrometers größer als ! wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magnetisches Beta-Spektrometer der 173

eingangs erwähnten Art anzugeben, bei dem sowohl die Messung mit hoher Auflösung als auch die Messung mit großem Raumwinkelbereich durchgeführt werden können, ohne daß es einer Verschiebung und Verdrehung der Stellung der Strahlungsquelle und damit zusätzlicher zeitaufwendiger Verstell- und .Justriervorgänge bedarf.

Diese Aufgabe wird bei einem magnetischen Beta-Spektrometer des eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Strahlungsquelle und der Detektor innerhalb der ihnen entsprechenden Linsen jeweils in den der kürzestmöglichen Brennweite der Linsen entsprechenden Brennpunkten angeordnet sind.

Die Erfindung macht dabei von der bekannten Tatsache Gebrauch, daß es in einer magnetischen Linse jeweils einen Punkt gibt, der den einer bei jeder beliebigen axialen Verteilung des Magnetfeldes auftretenden Minimal-Brennweite der Linse entsprechenden Brennpunkt bildet (Buch v. W. G1 ase r: »Grundlagen der Elektronenoptik«, Wien 1952, S. 184 bis 207).

Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Strahlungquelle und Detektor entfällt die Notwendigkeit, bei einer Änderung der Betriebsweise die relative Lage von Quelle und Detektor jedesmal anders zu wählen, weil die durch das Linsenmagnetfeld hervorgerufene Drehung der Abbildung für sämtliche Magnetfeldver<eilungen konstant bleibt.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des Beta-Spektrometers,

F i g. 2 eine Gesamtansicht einer Ausführungsform einer magnetischen Linse für das erfindungsgemäß ausgebildete Beta-Spektrometer, die sowohl die Kollimator- als auch die Sammellinse bilden kann,

Fig. 3 schematisch einen Querschnitt durch einen Teil der magnetischen Linse nach F i g. 2,

F i g. 4 eine abgekürzte magnetische Kollimatorlinse mit einer darin untergebrachten Strahlungsquelle,

Fig. 5 die Abhängigkeit der Ausnutzung des Raumwinkels der Strahlung von der Lage der Strahlungsquelle auf der Achse der Kollimatorlinse,

Fig. 6 die Axialverteiiung des Magnetfeldes der abgekürzten magnetischen Linse.

Es ist bekannt, daß in magnetischen Beta-Spektrometern magnetische Linsen mit einer »glockenförmigen« Magnetfeldverteilung zur Anwendung kommen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sich die Feldstärke/f, entlang der Linsenachse nach dem Gesetz

H₇ = -°— - ändert,

wobei W₀ die magnetische Feldstärke auf der Achse

im Linsenmittelpunkt,

Z die Entfernung des Punktes, in dem die Feldstärke gemessen wird, vom Linsenmittelpunkt,

α die Entfernung des Punktes, in dem die Feldstärke halb so groß wie in der Linsenmitte ist, vom Linsenmittelpunkt

bedeutet.

Wie Berechnungen und Experimente gezeigt haben, Wertes des Parameters α entspricht und folglich vom nehmen die Aberrationen mit zunehmendem Para- hochauflösenden Betrieb mit kleinem Raumwinkel meter a wesentlich ab, was zur Verbesserung des zu dem Betrieb mit großem Raunv.vinkel übcrzu-Auflösungsvcrmögens des Beta-Spektrometers führt. gehen. Dabei ist für einen beliebigen Wert des Para-Durch die Änderung des Parameters α kann man 5 meters α im Betriebszustand mit hoher Auflösung auch die Größe des erfaßten Raumwinkels verändern. die Ausnutzung eines maximalen Raumwinkels sicher-Betrachtet man die Kurve A (F i g. 5), die die Ab- gestellt, weil Strahlungsquelle und Detektor im hängigkeit des erfaßten Raumwinkels von der Lage Linsenmittelpunkt angeordnet sind. der Quelle an der Linsenachse zcUt, so kann man Die beiden magnetischen Linsen 1 und 4 sind an feststellen, daß man einen Maximalwert des erfaßten 10 eine gemeinsame stabilisierte Speisequelle (in der Raunrvinkels bei beliebigem Wert des Parameters α Zeichnung nicht dargestellt) angeschaltet, und zwar bei Z = O dann erhält, wenn die Brennweite der in der Weise, daß jeweils die gleiche Anzahl von Linse gleich α ist und damit ihren Minimalwert Lagen und Wickelpaketen in beiden Linsen angeerreicht. Auf der optischen Achse der Linse gibt schaltet ist. so daß die Vergrößerung der elektronies also einen Punkt, in dem die Brennweite für einen 15 sehen Abbildung immer gleich 1 ist, wobei gcgenbeliebigen Wert von α minimal ist. Dieser Punkt über den bekannten Geräten bei Messung mit großen fällt bei einer Linse mit symmetrischer Glocken- Raumwinkeln die Leistung erheblich verbessert wird, verteilung mit dem Linsenmittelpunkt zusammen. Da sich beim magnetischen Beta-Spektrometer

Das Beta-Spektrometer enthält nach Fig. 1 eine nach der Erfindung Strahlungsquelle und Detektor Kollimalorlinse 1, in deren Mittelpunkt eine Strah- 20 im Mittelpunkt der ihnen entsprechenden Linsen Iungsquelle2 angeordnet ist, ein magnetisches Di- befinden, können abgekürzte Linsen verwendet wersperEionselement 3, das die Elektronen des durch die den, wie sie in F i g. 4 gezeigt sind. Dies erleichtert Kollimatorlinse erzeugten Parallelstrahibündels nach den Zugang zur Strahlungsquelle und zum Detektor Energien dispergicrt und eine magnetische Sammel- und gestattet es, in deren Nähe der Strahlungsquelle linse 4, in deren Mittelpunkt ein Spalt S vorgesehen 25 einen Szintillationskristall mit einem Fotovervielist, hinter dem ein Detektor 6 für die Elektronen fächer aufzustellen. Eine derartige Abkürzung der angeordnet ist. Die Kollimatorlinse 1 und analog Wicklung wirkt sich keinesfalls negativ auf die Leidazu auch die Sammellinse 4 umschließen Vakuum- stung des Beta-Spektrometers aus. Da das Strahlungsröhren 7 (F i g. 2), auf denen eine durch eine magne- bündel nicht in den Bereich des fehlenden Wicklungstische Abschirmung 9 abgedeckte Wicklung 8 auf- _3o teils gelangt, ist der Einfluß der fehlenden Windungen gebracht ist. der Wicklung auf das Magnetfeld im Arbeitsbereich

Die Wicklung 8 besteht, wie F i g. 3 zeigt, aus der Linse gering und obwohl, wie ein Vergleich der

elektrisch gegeneinander isolierten Wickelpaketen 10, Kurven B und C der F i g. 6 zeigt, eine gewisse Ab-

11, 12 und 13, die längs der optischen Achse der weichung von der Glockenform vorliegt, werden die

Linse verteilt sind. Es handelt sich dabei nicht wie 35 Aberrationen nicht vergrößert,

bei den bekannten Linsen für derartige Spektrometer Das crfindungsgemäß ausgebildete magnetische

um einfache Wicklungsanzapfungen, sondern es sind Beta-Spektrometer gestattet es, Detektoren und

gegeneinander isolierte Wicklungspakete vorgesehen, Zähler bedeutend kleinerer Abmessungen einzusetzen,

die jeweils eine andere Anzahl gegeneinander isolier- da die Größe der Abbildung immer gleich der der ter Leiterlagen besitzen und jeweils für sich mit 40 Quelle ist, wodurch sich der Einfluß der natürlichen

elektrischen Ausgangsklemmen versehen sind, die Untergrund-Strahlung verringert und die Notwendig-

an eine (in der Zeichnung nicht dargestellte) Schalt- keit einer Änderung der Größe des Spaltes beim

einrichtung angeschlossen sind, die die Leiterlagen Übergang von einer Betriebsart zur anderen entfällt,

und Wickelpakete gemeinsam für beide Linsen in Bei großen Raumwinkeln, z. B. Werten desselben verschiedenen Kombinationen zu schalten gestattet. 45 von mehr als 3% des vollen Raumwinkels 4 π, wird

Diese Linsenausbildung ermöglicht es, in den mit dem erfindungsgernäß ausgebildeten magnetischen

Linsen ein Magnetfeld mit veränderlicher Achsen- Beta-Spektrometer eine bis zum zehnfachen oder

verteilung auszubilden, was einer Änderung des noch stärker erhöhte Erfassung der Strahlung erreicht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 3

Patentanspruch:

Magnetisches Beta-Spektrometer, das eine stromführende Wicklungen aufweisende magnetische Kollimatorlinse, die aus dem von einer auf der Achse dieser Linse angeordneten Strahlungsquelle kommenden divergierenden Beta-Strahlenbündel ein paralleles Beta-Strahlenbündel formt, ein magnetisches Dispersionselement, das die Betateilchen nach Energien dispergiert, sowie eine weitere, stromführende Wicklungen aufweisende magnetische Linse, die die Betateilchen auf einen auf ihrer Linsenachse angeordneten Detektor fokussiert, enthält und in dem die Wicklungen beider magnetischer Linsen so ausgeführt sind, daß die axiale Verteilung des Magnetfeldes synchron und in beiden magnetischen Linsen gleich veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (2) und der Detektor (5, 6) innerhalb der ihnen entsprechenden Linsen (1 bzw. 4) jeweils in den der kürzestmöglichen Brennweite der Linsen (1, 4) entsprechenden Brennpunkten angeordnet sind.