DE1918308B2

DE1918308B2 - Zeitmesser mit einer radioaktive B-Strahlung erzeugenden Kernenergiequelle

Info

Publication number: DE1918308B2
Application number: DE1918308A
Authority: DE
Inventors: Karl Grenchen Adler; Georges Feldbrunnen Ducommun
Original assignee: Biviator Sa Grenchen (schweiz)
Current assignee: Biviator Sa Grenchen (schweiz)
Priority date: 1968-04-17
Filing date: 1969-04-10
Publication date: 1975-01-30
Also published as: SE351933B; ES366013A1; DE1918308A1; NL6905976A; US3562613A; DE1918308C3; BE731610A; DE1966834A1; CH566368A4; CH521625A; GB1267399A; FR2007470A1

Description

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aktive Strahlungsquelle 1, beispielsweise ein geeignetes Präparat mit Ni 63 oder Sr 90 auf, das in Form einer dünnen Schicht zwischen zwei Platten 2 und 2' aus Magnesiumoxyd oder einem anderen geeigneten Emis· iionsmediium eingebracht ist. Die Platten 2 und 2' aus Magnesiumoxyd weisen eine Dicke von beispielsweise 0,4 mm auf. Außerhalb der beiden Platten 2 und 2' sind Sammelelektroden oder Kollektoren 3 bzw. 3' in einem möglichst geringen Abstand von den Platten 2 und 2' angeordnet, Jn der Praxis kann dieser Abstand beispielsweise 0,03 mm betragen. Der Raum zwischen den Platten 2 und 3 bzw. 2' und 3' ist evakuiert, zu welchem Zweck die aus den Teilen 1 bis 3 bestehende Batterie in einem dichten evakuierten Gefäß untergebracht sein kann. Die beiden Platten 2 und 2' sind mittels einer Lötverbindung gemeinsam mit einem Leiter 4 verbunden, während die Platten 3 und 3' mit einem Leiter 5 verbunden sind.

Die Platten 2 und 3 sind mit hintereinanderliegenden öffnungen 6 bzw. 7 versehen, die zusammen einen Kanal zum freien Durchtritt der ^-Strahlung von der Strahlungsquelle 1 zu einem Halbleiterelement 8 bilden. Als Halbleiterelement ist ein solches gewählt, das bei radioaktiver Bestrahlung unter dem Einfluß ~iner ^-Strahlung eine ausgeprägte Rekombinationsfrequenz erzeugt. Vorzugsweise kann ein pn-Zählerelement verwendet werden. Es ist in Serie mit einer Kopplungsspule 9 zwischen die beiden Leiter 4 und 5 der Batterie geschaltet. Die Spule 9 ist mit der Spule eines Schwingkreises 10 gekoppelt, welcher auf die Rekombinationsfrequenz des Elementes 8 abgestimmt ist. Die im Kreis 10 auftretende Resonanzschwingung mit der Rekombinationsfrequenz wird durch einen Transistor 11 verstärkt und gelangt an den Eingang eines Frequenzteilers oder Impulsteilers 12, dessen Ausgang auf die Beta- a tigungsspule 13 einer Fortschaltklinke 14 wirkt, die über ein Klinkenrad 15 in bekannter Weise die Anzeigeorgane einer Uhr, beispielsweise die Zeiger oder einen Zähler, antreibt.

Dem Element 8 ist eine Blende 16 zugeordnet, welche zur Regelung der Intensität der auf das Element 8 wirkenden Strahlung dient.

Die Arbeitsweise des dargestellten Zeitmessers ergibt sich bereits weitgehend aus der vorstehenden Beschreibung. Die von der Strahlungsquelle 1 in die Emis-

40 sionsplatten 2 und 2' eintretende ^-Strahlung löst in diesen Platten große Zahlen von Sekundärelektronen aus, deren Energie ein solches Niveau aufweist, daß die Sammelelektroden 3 und 3' auf eine geeignete Spannung von beispielsweise 50 bis 100 Volt aufgeladen werden. Wie bereits erwähnt, kann eine Strahlungsquelle mit verhältnismäßig niedrigem Energieniveau von beispielsweise 0.2 bis 1 MeV, beispielsweise Ni 63, verwendet werden. Es genügt dabei eine Strahlungsquelle von beispielsweise etwa 20 mC, Die elektrische Energie der Batterie ist geeignet und genügt zum Betrieb des Halbleiterelen entes 8 des Transistors 11 und des Untersetzers 12.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsvariante mit vereinfachtem elektronischen Stromkreis. Zur Spule 9 ist ein ÄC-GIied 19 in Serie geschaltet Es dient zur Regulierung der Frequenz, indem durch die Serienschaltung der Kapazität des /?C-G!iedes zu derjenigen des Halbleiterzählers 8 eine Änderung bzw. Einstellung der Frequenz möglich ist In die Spule 9 ragt ein Tauchankei 17 ein, der mittels Parallelarmen 18 längsbeweglich aufgehängt ist und die Fortschaltklinke W trägt. Die Schaltungsteile 10 bis 13 nach F i g. 1 fallen ' >£rbei weg.

Selbstverständlich sind weitere Abweichungen von den hier beschriebenen Ausführungsformen möglich. Die Teile 2 und 3 können statt als ebene Platten als Zylinder ?usgebildet sein, wobei im hohlen Zylinder aus Emissionsmaterial eine stabförmige Strahlungsquelle eingesetzt ist. Sowohl für die Strahlungsquelle als auch für das Emissionsmedium können andere als die oben angegebenen Materialien verwendet v/erden.

Anstelle der dargestellten Sekundärelektronenbatterie kann eine Halbleiter-Stromquelle mit pn-Verbindung verwendet werden, wobei die Strahlungsquelle, z. B. Sr 90, zwischen zwei entsprechend dotierten pn- oder np-Mischkristallen angeordnet ist und pro ^-Teilchen passender Energie, z.B. 0,2 MeV, etwa 10⁴ Elektronen-Lochpaare erzeugt. Auch diese Batterie kann somit als Sekundärelektronenbatterie bezeichnet werden. Bei einer Intensität von etwa 20 mC ergibt sich eine Spannung von 0,2 V bei 4.10-⁶A. Durch Serienschaltung von zwei derartigen Quellen und eines passenden Halbleiterzählers kann ebenfalls eine gemäß obenstehender Beschreibung funktionierende Schaltung aufgebaut werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zeitmesser, in welchem die radioaktive /S-Strahlung einer Kernenergiequelle auf einen Halbleiter-Strahlendetektor einwirkt, der einen Stromkreis zur Erzeugung von den Gang des Zeitmessers regelnden Impulsen Steuer*, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernenergiequelle (t) in einer Batterie (1 bis 3) oder Zelle zur direkten Umwandlung der jJ-Strahlung in elektrische Energie zur Speisung des Halbleiter-Strahlendetektors (8) und des Stromkreises (9 bis 13) untergebracht ist, daß die Batterie oder Zelle eine öffnung (6, 7) aufweist, durch welche die ^-Strahlung zum Detektor gelangen kann, und daß der Stromkreis zum Ausscheiden der Rekombinationsfrequenz des Halbleiter-Strahlendetektors für die Gangregelung ausgelegt ist, einer stabilen Frequenz, die durch im Detektor durch die einwirkende ^-Strahlung angeregte elektronische Vorgänge bestimmt ist.

2. Zeitmesser nach Anspruch 1, gekennzeichne: durch eine Sekun^äremissions- Batterie (1 bis 3).

3. Zeitmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daQ ein Strahler (1) mit einem Energieniveau von mindestens annähernd 0.2 bis 1 MeV vorgesehen ist, 1. B. Ni 63.

4. Zeitmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahler (1) von mindestens annähernd 20 mC vorgesehen ist.

5. Zeitmesser nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Batterie (1 bis 3) als Emissionsmedium <2) MgO vorgesehen ist, das eine Dicke von mindestens annähernd 0,4 mm aufweist.

6. Zeitmesser nach Anspr jch 5, 'adurch gekennzeichnet, daß der Strahler (1} als Schicht zwischen zwei plattenförmigen Emissionsmedicn (2) liegt, und daß das zwischen dem Strahler und dem Halbleiterelement (8) liegende Emissionsmedium und die zugeordnete Sammelelektrode (3) hintereinanderliegende öffnungen aufweisen, zwischen welchen Öffnungen und dem Halbleiterelement eine Blende angeordnet ist.

7. Zeitmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein pn-Zähler als Halbleiterelement vorgesehen ist.

8. Zeitmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Filter, z. B. einen Schwingkreis (10), zur Ausscheidung der Rekombinationsfrequenz.

9. Zeitmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Frequenzteiler (12) zur Herabsetzung der Rekcmbinationsfrequenz.

10. Zeitmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Detektor ein RC-Glied (19) in Serie geschaltet ist.

11. Zeitmesser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das /?C-Glied (19) einen variablen Kondensator aufweist.

12. Zeitmesser nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Halbleiterelement (8) eine Spule (9) In Serie geschaltet ist, die in bekannter Weise eine Portschaltklinke (14) antreibt.

13. Zeitmesser nach einem der Ansprüche 2 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sekundärelektronenbatterie mit einer pn·Verbindung vorgesehen ist, wobei die Strahlungsquelle zwischen pn* oder np-Mischkfistallen angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft einen Zeitmesser, in welchem die radioaktive ^-Strahlung einer Kernenergiequelle auf einen Halbleiter-Strahlendetektor einwirkt, der einen Stromkreis zur Erzeugung von den Gang des Zeitmessers regelnden Impulsen steuert.

Eine bekannte Anordnung dieser Art geht vom Gedanken aus, daß eine radioaktive Quelle mit hoher Halbwertzeit in jeder bestimmten Zeiteinheit in einem elektronischen Strahlungsmesser eine gleiche Anzahl von Impulsen auslöst, derart, daß die Auszählung solcher Impulse eine genaue Gangregelung insbesondere über längere Zeiten ermöglichen sollte. Die .Schwierigkeit liegt jedoch darin, daß zur Erzielung genügender Ganggenauigkeit innerhalb kürzerer Zeiträume sehr hohe Impulszahlen ausgezählt werden müssen um den statistischen Fehler klein zu halten. Das bedingt wiederum einen Impulszähler mit sehr hohem Untersetzuiigsverhältnis, dessen Einbau in einer Armbanduhr aufwendig ist.

Es ist bereits bekannt, eine Kernenergiequelle, die ^-Strahlen aussendet, zur Realisierung einer elektrischen Batterie auszunutzen, die in elekui^.u.., Armbanduhren als Energiequelle über Jahre wirksam ist. Eine soiche Batterie erfordert jedoch, um die benötigte Leistung bereitstellen zu können, eine Strahlung hoher Intensität.

Zwar würde die Abschirmung von ß-Strahlen kein Problem darstellen; würde man jedoch versuchen, eine solche Batterie mit dem eingangs beschriebenen Zeitmesser zu kombinieren, d. h. die ^-Strahlung zur Erzeugung sowohl der elektrischen Energie als auch der zeithaltenden Impulse ausnutzen, so müßte wegen der hohen Intensität der Strahlung eine sehr hohe Zahl von Impulsen ausgezählt werden. Entsprechend hoch müßte das Untersetzungsverhältnis sein, um die Anzeigeeinrichtung betreiben zu können. Es wäre also eine große Zahl von Frequenzteilern erforderlich, was wiederum einen hohen Leistungsbedarf zur Folge hätte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zeitmesser der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei befriedigender Ganggenauigkeit und geringem Aufwand bezüglich des dem Halbleiter-Strahlendetektor nachgeschalteten Stromkreises die Ausnutzung der Kernenergiequelle sowohl als Energiequelle als auch zur Erzeugung der den Gang des Zeitmessers regelnden Impulse ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß Halbleiter-Strahlendetektoren bei Bestrahlung mit ^-Strahlen eine Rekombinationsfrequenz erzeugen, eine stabile Frequenz, die im Detektor unter Einwirkung der jS-Strahlen auf Grund elektronischer Vorgänge angeregt wird.

Die Möglichkeit, bei j3-Strahlen mit verhältnismäßig niedrigem Energieniveau von beispielsweise 0,2 bis 1 MeV zu arbeiten, hat den Vorteil, daß weder in der Batterie noch in einem als Halbleiterelement ausgebildeten Detektor Stoffveränderungen eintreten, welche die Lebensdauer des Systems begrenzen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung, die schematisch Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert

F i g. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel,

F i g. 2 zeigt eine Variante hierzu.

Die in F i g. 1 dargestellte Batterie weist eine radio-