DE1957619A1

DE1957619A1 - Dosismessgeber fuer ionisierende Strahlung

Info

Publication number: DE1957619A1
Application number: DE19691957619
Authority: DE
Inventors: Hans-Dietrich Girle; Hans-Joachim Dipl-Phy Wisotzki
Original assignee: Graetz GmbH and Co OHG
Current assignee: Graetz GmbH and Co OHG
Priority date: 1969-11-15
Filing date: 1969-11-15
Publication date: 1971-06-09
Also published as: GB1283627A; ES385573A1

Description

GRAETZ

Kommandi tgeseIls chaft

A 1 t e n'a / Westf. 1957610

Westigerstraße 172

H.D.Girle - H.J.Wisotzki 6-5

Dosismeßgeber für ionisierende Strahlung

Die Erfindung betrifft einen Dosismeßgeber, bestehend aus einem Strahlungsdetektor, der unter dem Einfluß ionisierender Strahlung Zählraten in Form von elektrischen Strom- oder Spannungsimpulsen liefert, und einer Impulsumsetzerschaltung zur Abgabe elektrischer Registrierimpulse an Auswerteeinrichtungen.

Derartige Dosismeßgeber werden insbesondere in Verbindung mit dekadischen Zählern benutzt. Dadurch ist es möglich, die Dosis auftretender ionisierender Strahlung digital zu messen und ziffernmäisig anzuzeigen, sowie bei einer dekadisch eingestellten Strahlungsdosis eine Warnmeldung auszulösen.

Ss ist bekannt, die von ionisierender Strahlung in Detektoren erzeugten Zählraten mit mechanischen oder elektronischen Dlgitalzählern zu verarbeiten. Um das Auflösungsvermögen des Zählers an die mögliche Impulsfrequenz der Zählraten anzupassen, sind zwischen Strahlungsdetektor und Zähler Anpassungsschaltungen, meist in Form von Irnpulsfrequenzteilern gesetzt. So verwendet eine bekannte Schaltung zur Strahlungsmessung (W. Riezler 'Einführung in die Kernphysik' 19^4, Seite 102, Abb. 50) zwischen Detektor und mechanischem Zähler eine elektronische bistabile Schaltstufe als Impulsfrequenzunter-ijetzerstufe. Ein arideres bekanntes Dosisleistungsmeßgerät zur digitalen Dostsmessung (Kerntechnik, 10. Jahrgang, I968, Heft 10, Seite -/'7-^7I) hat hinter dem Strahlungsdetektor ein empfindliches mechanisches Relais eingesetzt, das nach dem Prinzip der elektrostatischen Drehwaage arbeitet. Die Detektorimpulse sammeln sich an dem Relais in B'orm einer elektrischen Ladung an, die nach Erreichen eines festen Betrages einen Schaltimpuls auslöst. In beiden Fällen besteht zwischen der Zahl der Registrierimpulseri für den Zähler

16. Oktober I969 .·_{; :},-

ir/K'ih V . . · " "

109 824/1579

BAD ORIGINAL

H.D. Girle 6-5 - 2 -

1957610

und der Maßzahl der Strahlungsdosis ein Umrechnungsfaktor, der für jedes Meßgerät einen anderen Wert hat. Eine Direktablesung der Maßzahl der Strahlungsdosis wird somit nicht erreicht. Die Maßzahl ist aus der Ablesung nur über Umrechnungsdiagramme oder -tabellen zu erhalten.

Deshalb ist es die Aufgabe der Erfindung, daß die Zahl der Registrierimpulse für den angeschlossenen Zähler gleich der Maßzahl der Dosis der auf den Strahlungsdetektor fallenden ionisierenden Strahlung ist und daß die Strahlungsdosis am Zähler ohne Umrechnung, höchstens mit einer Kommaverschiebung, abgelesen werden kann.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß die Impulsumsetzerschaltung aus der Kombination der folgenden Schaltungsanordnungen zusammengesetzt ist, nämlich aus einer elektronischen digitalen Zählerschaltung, aus einer Rangierschaltung, aus einer Matrixschaltung und aus einer Impulsformerschaltung, und daß die Matrixschaltung an ihrem Ausgang einen elektrischen Impuls erzeugt, wenn die Zählerschaltung einen Zählerstand einnimmt, der durch die Einstellung in der Rangierschaltung festgelegt 1st.

Die Erfindung hat mehrere Vorteile. Erstens kann mit Hilfe der individuellen Rangierung in der Rangierschaltung zu allen Impulse erzeugenden Arten von Detektoren, wie beispielsweise Geiger-Müller-Zählrohre, Proportionalzählrohre, Szintillationskristalle, Halbleiterdetektor oder auch «Ionisationskammern mit nachgeschaltetem Verstärker und Analog-Digitalwandler, deren erzeugte Impulszahl proportional zur Strahlungsdosis ist, die Zahl der Registrierimpulse am Ausgang des Dosismeßgebers auf die physikalische Maßzahl der Dosis der einfallenden Strahlung eingestellt werden. Auch die Fertigungstoleranzen der Detektoren können damit ausgeglichen werden. Selbst bei Ersatz eines beispielsweise defekten Detektors kann das Gerat durch Umrangierung in der Rangierschaltung neu abgeglichen werden, wenn die Impulsrate pro Dosiseinheit des neu eingesetzten Detektors bekannt ist.

- 3 109824/1579

■Η.D. Girle 6-5 - 3 - 195761°

Zweitens wird insbesondere bei kleineren Strahlungsdosen und bei Langzeitmessungen im Vergleich zur analogen Strahlungsdosisraessung eine hohe Genauigkeit des Meßwertes erreicht. Bei extrem kleinen Strahlungsdosen wird eine Messung überhaupt erst durch die Erfindung möglich, da Isolationsprobleme, wie sie bei Integrationsmethoden auftreten, hier keine Rolle mehr spielen.

Drittens ist der Einsatz von integrierten Halbleiterschaltkreisen zum A\afbau eines erfindungsgemäßen Dosismeßgebers besonders vorteilhaft und ermöglicht erst eine wirtschaftliche Herstellung. Derartig aufgebaute Schaltungen sind dann gegenüber der herkömmlichen Bauweise billiger und volumenmäßig kleiner.

Viertens kann an den Ausgang eines nach der Erfindung ausgebildeten Dosismeßgebers jeder digitale Zähler, vorteilhaft ein Dezimalzähler, direkt oder über eine Pernmeßleitung angeschlossen werden. Die optische Ziffernanzeige oder die Druckerausgabe erfolgt direkt in der physikalischen Maßzahl der gemessenen Strahlungsdosis und erfordert keine Umrechnung.

Bei Anschluß eines dekadischen addierenden Zählers mit dekadischer Ziffernanzeige an einen nach der Erfindung ausgebildeten Dosismeßgeber erhält man einen digitalen, in der Dosiseinheit direkt ablesbaren Dosismesser. Ist an den dekadischen addierenden Zähler ein Drucker angeschlossen, werden die Meßxverte ebenfalls in der Dosiseinheit, beispielsweise in der Einheit mR (Milliröntgen), ausgedruckt. Wird gleichzeitig die Meßzeit registriert oder wird ein dekadischer addierender Zähler mit sich zyklisch wiederholender einstellbarer Zählzeitbegrenzung (beispielsweise 1 Sekunde Zählzeit) verwendet, lassen sich Dosisleistungsmessungen von hoher Genauigkeit durchführen, die ebenfalls direkt abgelesen werden können. Andererseits kann an den Ausgang des erfindungsgemäßen Dosismeßgebers ein subtrahierender dekadischer Vorwahlzähler angeschlossen werden. Dann ist der Dosiswert, bei dem ein Schalt- oder Warnvorgang ausgelöst werden soll, mit Vorwahlschaltern direkt mit der Maßzahl des Dosiswertes einstellbar.

- 4 109824/1579

H.D. Girle 6-5 - 4 - 1957610

In der Zeichnung und Beschreibung ist anhand eines Aus f üb.rungs be ispiels die Erfindung näher erläutert. Es zeigen :

Pig. 1 ein Blockschema des Dosismeßgebers der Erfindung,

Fig. 2a ein konkretes Ausführungsbeispiel der Impulsumsetzers ehaltung,

Fig. 2b die Ein- und Ausgänge eines Binärzählschaltkreises.

Im Feld ionisierender Strahlung 1 (Fig.l) erzeugt der Strahlungsdetektor 2 elektrische Strom- oder Spannungsimpulse 3* die über Leitung 4 zum Impulsumsetzer 5 gelangen und am Ausgang des Impulsumsetzers 5 die Registrierimpulse 6 auslösen. Detektor 2 und Impulsumsetzer 5 erhalten von der Stromversorgung 7 die notwendigen Betriebsspannungen. Die Impulsumsetzerschaltung 5 besteht (in fortlaufender Signalrichtung gesehen) aus einer elektronischen digitalen Zählerschaltung 8, einer Rangierschaltung 9, einer Matrixschaltung 10 und einer Impulsformerstufe 11.

In Fig. 2 a ist die Impulsumsetzerschaltung 5 in einem konkreten Ausführungsbeispiel dargestellt, was jedoch keine Beschränkung hierauf bedeutet. Die Zählschaltung 8 ist aus drei integrierten vierstufigen Binärzählerschaltkreise 12, Ij5 und 14 aufgebaut. Entsprechend seiner vier bistabilen Stufen hat ein im Ausführungsbeispiel verwendeter Binärzählerschaltkreis (in Fig. 2 b dargestellt) vier Ausgänge 15 bis 18 unterschiedlicher Wertigkeit zum Abgriff des Zählerstandes, je bistabile Stufe einen Ausgang. Die Wertigkeit des ersten Ausgangs 15 ist 2° = ' 1' , die des zweiten Ausgangs 16 ist 2¹ = '2', die des dritten Ausgangs 17 ist 2² = ^f4^f und die des vierten Ausgangs 18 ist 2^ = ^f8' . Demnach kann der Binärzählerschaltkreis insgesamt sechzehn Zählstellungen einnehmen. Der Zählwert ist die Summe der Wertigkeiten aller Ausgänge, deren Ausgangsspannung einer festgelegten Signalspannung entspricht. Mit jedem Zählimpuls am Zähleingang I9 wird der Zählwert des Binärzählerschaltkreises um ' l^f erhöht. Beim überschreiten des Zählwertes ' I5' nimmt der Binärzählerschaltkreis wieder den Zählwert ¹O¹ ein und beginnt die Zählung von vorn. Ein Löschimpuls am Löscheingang 20 setzt den Zählwert des Binärzählerschaltkreises aus jeder beliebigen Zählstellung heraus auf den Wert ¹O¹ . über die Leitung 21 in

109824/1579 - 5 -

H.D. Girle 6-5 - 5 - 1957610

Zählschaltung 8 der Pig. 2a zwischen dem höchstwertigen Ausgang des Binärschaltkreises 12 und mit dem Zähleingang I9 des Binärzähler= Schaltkreises I3 zählt Schaltkreis lji die Zählperioden des Schaltkreises 12, über Leitung 22 zählt Schaltkreis 14 die Zählperioden des Schaltkreises Ij5. Dadurch erhöht sich die Wertigkeit der Ausgänge der Zählschaltung 8 fortlaufend bis auf 2¹¹ = ' 2048' .

Erzeugt beispielsweise ein als Detektqr 2 verwendetes Geiger-Müller-Zählrohr 1^68 Stromimpulse pro mR (Milliröntgen) Dosis auftreffender ionisierender Strahlung, dann gelangen bei dieser Strahlungsdosis 1^68 Zählimpulse j5 über Leitung 4 an den Zähleingang I9 der Zählschaltung 8. Am Ende der Zählung hat die Zählschaltung 8 den Zählwert Γ568, d.h. an den Ausgängen 2^J, 2 , 2 , 2 und 2¹⁰ liegt Signalspannung. Diese und nur diese Zählstellung der Zählschaltung 8 löst über die Rangierschaltung 9 einen Schaltvorgang in der Matrixschaltung 10, insbesondere einer Diodenmatrix, aus. Durch den Schaltvorgang entsteht am Ausgang der Diodenmatrix ein elektrischer Impuls, der in der nachfolgenden Impulsformerstufe 11, vorzugsweise einer monostabilen Kippstufe (Monoflop), an die Eigenschaften der Anschlußleitung 23 oder den Eingang einer nachfolgenden Meßapparatur angepaßt wird. Dieser Registrierimpuls gelangt gleichzeitig über die Rückstelleitung 24 an die Löscheingänge der Binärzählerschaltkreise 12, IjJ und 14 und setzt die Zählstellung der Zählschaltung 8 auf den Zählwert ' 0* . Damit wird erreicht, daß jedesmal nach 1>68 Zählimpulsen aus dem Detektor 2 bzw. nach jeder Strahlungsdosis von 1 mR der Dosismeßgeber an seinem Ausgang einen Registrierimpuls abgibt.

In der Rangiersohaltung'9 1st die Rangierung für die Auswahl der Zählstellung lj$68 der Zählschaltung 8 dargestellt. Die Signalspannung an den Ausgängen der Zählschaltung 8 ist beispielsweise Sperrspannung für die Dioden in der Matrixschaltung 10. Die Rangierung erfolgt beispielsweise über umlötbare Rangierdrähte 25« Die Ausgänge der Zählschaltung 8, die den auszuwählenden Zählwert kennzeichnen, sind über Rangierdrähte 25 mit den gegenüberliegenden Dioden der Matrixschaltung 10 verbunden. Wird der Zählwert Γ?68 erreicht, ist keine der Dioden der Matrixschaltung mehr leitend, was den Schaltvorgang in der Matrixschaltung auslöst. ^;

109824/157 9

H.D. Girle 6-5 - 6 -

1957610

Die Zählschaltung 8 kann beispielsweise auch aus dekadischen Zählschaltkreisen aufgebaut sein. Entsprechend den zehn Zählausgängen, die jeder dekadische Zählschaltkreis hat, ist die Rangierschaltung 9 gegenüber der in Pig. 2b dargestellten Ranglerschaltung anders ausgeführt. Jede Ziffer in der Einer-, Zehner-, Hunderter- und Tausenderstelle hat ihre eigene Rangiermöglichkeit, weswegen die Rangierung in diesem Fall auch durch zehnstufige Drehschalter vorgenommen werden kann.

Bei Verwendung einer Ionisationskammer als Strahlungsdetektor beinhaltet das Detektorsymbol 2 außer der Ionisationskammer selbst noch den ihr nachgeschalteten Verstärker und den Analog-Digitalumwandler.

7 Patentansprüche

1 Blatt Zeichnungen mit 2 Figuren

109824/1579

Claims

-¹-. 1957610

Patentansprüche

1.) Dosismeßgeber, bestehend aus einem Strahlungsdetektor, der unter dem Einfluß ionisierender Strahlung Zählraten in Form von elektrischen Strom- oder Spannungsimpulsen liefert, und einer Impulsumsetzerschaltung zur Abgabe elektrischer Registrierimpulse an Auswerteeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsumsetzerschaltung (5) aus der Kombination der folgenden Schaltungsanordnungen zusammengesetzt ist, nämlich aus einer elektronischen digitalen Zählerschaltung (8), aus einer Rangierschaltung (9), aus einer Matrixschaltung (lO) und aus einer Impulsformerschaltung (11), und daß die Matrixschaltung (10) an ihrem Ausgang einen elektrischen Impuls erzeugt, wenn die Zählerschaltung (8) einen Zählerstand einnimmt, der durch die Einstellung in der Rangierschaltung (9) festgelegt ist.

2. Dosismeßgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rangierschaltung (9) mehrere Rangierpunkte für ankommende elektrische Signale und mehrere Rangierpunkte für abgehende elektrische Signale besitzt und daß ein Rangierpunkt für ein ankommendes elektrisches Signal mit einem Rangierpunkt für ein abgehendes elektrisches Signal durch einen Rangierdraht oder Rangierbügel (25) lösbar, insbesondere steck-, schraub- oder lötbar verbunden ist.

3. Dosismeßgeber nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rangierschaltung (9) des Impulsumsetzers (5) so eingestellt ist, daß der Dosismeßgeber an seinem Ausgang jeweils einen Registrierimpuls (6) abgibt, wenn auf den Detektor (2) ionisierende Strahlung in der Dosis vom Wert 'I¹ der zu messenden physikalischen Dosiseinheit gefallen ist.

4. Dosismeßgeber nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählschaltung (8) aus binären oder dekadischen elektronischen Zählerstufen ausgeführt ist.

- 8 109824/1579

H.D. Girle - 8 -

1957613

5· Dosismeßgeber nach Anspruch 1 bis J), dadurch gekennzeichnet, daß die Matrixschaltung (10) mittels Dioden in einer elektronischen 'Und'-Schaltung ausgeführt ist.

6. Dosismeßgeber nach Anspruch 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformerstufe (11) eine monostabile elektronische Kippschaltung (Monoflopschaltung) ist.

J. Dosismeßgeber nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsumsetzerschaltung (5) aus einer oder mehreren integrierten Halbleiterschaltkreisen besteht.

16. Oktober I969
Ir /sch