DE1806498B2 - Ortsempfindliches zaehlrohr - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein ortsempfindliches Zählrohr für den Nachweis ionisierender Strahlung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (vgl. »Nuclear Instruments and Methods«, Band 40 [1966], S. 118 bis 120).

In der Kernphysik ist es oft erwünscht, den Ionisierungsort einer ionisierenden Strahlung festzustellen. Bei der Beugung von Kernstrahlung, Röntgenstrahlen, Neutronenstrahlen usw. treten gebeugte Strahlen an verschiedenen Orten auf, die gemessen werde:! müssen. Dies erfolgte bisher meist unter Verwendung eines Films, oder, falls direkte Ablesung erwünscht ist, mit einem beweglichen Detektor. Zur Erzielung statistisch verwertbarer Meßdaten muß dabei für jed·; Lage eine bestimmte Zählzeit zur Verfügung stehen, was dies Verfahren sehr verlangsamt. Bei Verwendung mehrerer Detektoren muß andererseits der Wirkungsgrad der verschiedenen Detektoren zueinander in Beziehung besetzt werden. Ähnliche Probleme der räumlichen Messung entstehen auch bei Verwendung magnetischer Spektographen oder Spektrometer.

Nach einem in Nuclear Instruments and Methods, Band 22, (1963), S. 117 -121, veröffentlichten Vorschlag sollen die von dem lonisierungsort abhängenden, unterschiedlichen Anstiegszeiten der von Teilchen gleicher Energie erzeugte Impulse zur Gewinnung der Ortsinformation ausgewertet werden. Hierbei wird davon ausgegangen, daß derart unterschiedliche, auswertbare Anstiegszeiten nur dann entstehen, wenn großflächige Grenzschichtenzähler mit kleiner Fläche, z. B. punktförmig kontaktiert werden. Zur Durchführung einer ortsbestimmenden Messung kommen nach diesem Vorschlag nur vergleichsweise aufwendige Grenzschichtenzähler begrenzter Länge (einige cm) in Frage. Nach dem späteren Vorschlag, in Nuclear Instruments and Methods, Band 40 (1966), S. 118-120, sollen ortsempfindliche Zählrohre für die Ortsbestimmung eingesetzt werden. Hierzu wird ein in dem Rohr angeordneter Kollektordraht, der beispielsweise einen Widerstand von 40Q/cm haben soll, an beiden Enden über je einen Arbeitswiderstand mit einer Hochspannungsquelle verbunden; ferner werden an beiden Enden des Kollektordrahtes spannungsempfindliche Vorverstärker angeschlossen. Ein an einer Stelle des Kollektorclrahtcs auftretender lonisierungsvorschlag erzeugt einen in beiden Richtungen den Draht entlang wandernden Stromimpuls, dessen Amplituden einen energieabhängigen Bestimmungswert des lonisierungs-Vorgangs am Einstrahlort ergeben, Die Empfindlichkeit dieses Proportionalzählers wird jedoch durch die an den beiden Drahtenden vorgesehenen Arbeitswiderstände begrenzt. Auch der Länge dieser Zählrohre sind Grenzen gesetzt, weil sie nur über vergleichsweise kurze Strecken (z. B, 30 cm) linear arbeiten, während bei längeren Zählrohren durch Kettenleitereffekte Abweichungen von der Linearität auftreten.

Seit der Veröffentlichung in Nuclear Instruments and Methods, Band 2 (1958), S. 261-269, ist theoretisch bekannt, daß sich die Anstiegszeiten verschiedener Impulse bei Zählrohren stark unterscheiden können. Jedoch findet sich hier oder in den späteren, oben erörterten Veröffentlichungen keinerlei Anregung, daß man die Anstiegszeiten zur Lokalisierung des Ionisierungsorts längs der Achse eines Kollektordrahts verwenden könne.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein ortsempfindliches Zählrohr für den ortenden Nachweis ionisierender Strahlung großer Empfindlichkeit auch für Strahlung niedriger Energie, mit verbesserter räumlicher Auflösung und linearer Meßgenauigkeit auch bei größeren Zählrohrlängen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Zählrohr dadurch gelöst, daß der Widerstand des Kollektordrahtes pro Längeneinheit derart hoch ist, daß der an einem Ende des Drahtes abgenommene Impuls über seine Anstiegszeit eine Aussage über den lonisierungsort liefert.

Der Widerstand des Kollektordrahtes beträgt vorzugsweise z. B. 1,6 — 500 kΩ/mm. Besonders günstig ist ein Kollektordraht aus einer mit geschmolzenem Graphit überzogenen Quarzfaser mit einem Widerstand von 20 kΩ/mm.

Ausführungsbeispiele werden anhand der Fig. 1 und 2 erläutert

Die Fig. 1 zeigt ein Schaltbild des grundsätzlichen Aufbaus der Zählrohrschaltung und

die Fig.2 das Zählrohr perspektivisch und teilweise aufgeschnitten.

Das Prinzip der Verwendung eines Kollektors mit hohem Widerstand zwecks Erzeugung eines Ausgangsimpulses mit lageempfindlicher Anstiegszeit ist auf Detektoren verschiedenster Art anwendbar, wie z. B. Gas- oder Halbleiterdetektoren. Die Erfindung sei am Beispiel des gzeigten, gasgefüllten Zählrohres beschrieben, das sich durch besonders große Empfindlichkeit für ionisierende Teilchen niedriger Energie und verbesserte räumliche Auflösung auszeichnet, sowie auch in größeren Längen herstellbar ist und meßgenau arbeitet.

In einem gasgefüllten Zählrohr erfolgt die Beaufschlagung des zentral angeordneten Kollektordrahts an einer dem lonisierungsort nächstgelegenen Stelle. Normalerweise zeigt nun der erzeugte Ausgangsimpuls lediglich die Tatsache des Ionisierungsvorgangs, nicht jedoch dessen Lage an. Im Ausführungsbeispiel wird der in der F i g. 1 schematisch angedeutete Kollektordraht 5 mit sehr hohem Widerstandswert ρ eingesetzt, der z. B. in an sich bekannter Weise in einem leitenden Zylinder 7 angeordnet ist, der seinerseits mit einer Hochspannungsquelle 9 verbunden ist. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich in Zusammenwirkung des Drahtwiderstands sowie der verteilten Draht-zu-Wandkapazität Cd und

der Eingangskapazität Ci eines Vorverstärkers eine wirksame Regelung der Anstiegszeit eines beliebigen Ausgangsimpulses. Bei Aufgabe einer Ladurg Q auf ein beliebiges Teilstück einer Länge L des Drahts 5 an einer Stelle χ fließt ein Strom I_x durch den Draht 5 bis zur Einstellung des Gleichgewichts, bei dem Q auf die gesamte Kapazität

(L-Cd+ C₁)

verteilt ist.

Der Anstieg der Spannungsstufe V(t, x) hängt vom Drahtwiderstand (ρ ■ χ) und der Kapazität zwischen dem Ort X und dem Eingang des Vorverstärkers ab. Es hat sich herausgestellt, daß bei genügend großem Widerstand des Kollektors 5, etwa im Bereich von 1,6 bis 500 kQ/mm ein weiter Bereich von Anstiegszeiten erfaßt und damit die starke Ortsempfindlichkeit der Vorrichtung erreicht wird. Entsprechend der F i g. 2 besteht das Zählrohr beispielsweise aus einem Aluminiumzylinder 7 und einem im Handel erhältlichen Kollektordraht 5, der zentral im Zylinder 7 angeordnet und an dessen beiden Enden z. B. in den Isolatoren U und 13 gelagert ist, wobei der Isolator seinerseits in einer am einen Zylinderende vorgesehenen öffnung 15 gelagert ist, durch die der Draht zur Herstellung eines Anschlusses geführt werden kann. Nach besonders günstiger Ausbildung besteht der Kollektordraht aus einer mit geschmolzenem Graphit überzogenen Quarzfaser und sein Widerstand beträgt etwa 20 ± 2 kQ/mm bei einer verteilten Draht-Wandkapazität von ca. 0,0085 Picofarad/mm. Die Zylinderabmessungen betragen

ίο beispielsweise 250 mm Länge und 22 mm im Durchmesser.

' Je nach der Art der zu messenden Strahlung ist der Zylinder 7 mit dem geeigneten ionisierbaren Gas gefüllt, so z. B. für Röntgenstrahlen mit einer Krypton-Methanmischung, für Neutronenstrahlung mit BF3 oder ³He.

Das ortsempfindliche Zählrohr nach Fig. 1 und 2 weist größere Empfindlichkeit für ionisierende Teilchen geringer Energie auf als die bekannten Vorrichtungen. Es hat außerdem eine bessere räumliche Auflösung sowie voll lineare Meßgenauigkeit auch bei längerer Ausführung und kann überdies kompakt und einfach aufgebaut werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Ortsempfindliches Zählrohr für den Nachweis ionisierender Strahlung, das mit einem ionisierbaren Gas gefüllt ist, auf dessen Achse ein hochohmiger Kollektordraht angeordnet ist und bei dem die von dem Kollektordraht abgenommene Information die Bestimmung des lonisierungsorts längs der Achse erlaubt, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des Kollektordrahtes (5) pro Längeneinheit derart hoch ist, daß der an einem Ende des Drahtes abgenommene Impuls über seine Anstiegs;-zeit eine Aussage über den lonisierungsort liefert.

2. Zählrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand 1,6 bis 500kO/mrn beträgt.

3. Zählrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektordraht (5) aus einer mit geschmolzenem Graphit überzogenen Quarzfaser mit einem Widerstand von 20 kQ/mm besteht.