DE1958425A1 - Improved solid-state particle track detectors - Google Patents
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Classifications
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- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
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- G01T5/10—Plates or blocks in which tracks of nuclear particles are made visible by after-treatment, e.g. using photographic emulsion, using mica
Description
PATENTABTEILUNGPATENT DEPARTMENT
LEVERKUSENLEVERKUSEN
18. NOV. 196918 NOV. 1969
Za /OdZa / Od
Verbesserte Festkörper-Teilchenspuren-Detektoren Improved solid-state particle track detectors
Die Erfindung betrifft Teilchenspuren-Detektoren aus Silberhalogenideinkristallen, deren Empfindlichkeit und Schleier durch Zusatz bestimmter Dotierungsmittel verbessert sind.The invention relates to particle track detectors made from silver halide single crystals, whose sensitivity and fog are improved by adding certain dopants.
Bei der Untersuchung atomarer Teilchen in der Kernphysik, vor allem in der Physik der kosmischen Strahlung und in der modernen Schwerionenphysik, gewinnen Festkörper-Teilchenspuren-Detektoren zum Nachweis von Bahnspuren ionisierender Teilchen immer größere Bedeutung. An solche Teilchenspuren-Detektoren werden, wenn sie für quantitative Messungen dienen sollen, hohe Anforderungen gestellt, insbesondere muß sich die Teilchenspur in einer eindeutig reproduzierbaren für die Wechselwirkung des zu untersuchenden Teilchens mit dem Festkörper charakteristischen Weise ausbilden.When studying atomic particles in nuclear physics, especially in the physics of cosmic rays and in the modern heavy ion physics, solid-state particle track detectors win for the detection of traces of ionizing particles increasingly important. Particle track detectors like this If they are to be used for quantitative measurements, high demands are made, in particular must the particle track in a clearly reproducible for develop the interaction of the particle to be examined with the solid in a characteristic way.
Der Teilchenspur müssen sich möglichst viele Informationen über das Teilchen entnehmen lassen. Die Teilchenspur muß sich möglichst einfach und rasch auswerten lassen.The particle track must contain as much information as possible can be removed over the particle. It must be possible to evaluate the particle track as simply and quickly as possible.
Da die Defekte, die ein ionisierendes Teilchen in einem Festkörper erzeugt, submikroskopische Ausdehnung haben, muß für eine lichtoptische Auswertung z.B. zum Sichtbarmachen ein Mechanismus zur Verstärkung der Spur zu Verfügung stehen. Die durch das ionisierende Teilchen im Festkörper erzeugten Defekte stellen das "latente Bild" der Teilchenbahn dar, das durch den Verstärkungsmechanismus "entwickelt" wird. Je mehrBecause the defects that make an ionizing particle in a solid generated, have a submicroscopic extent, must be used for a light-optical evaluation, e.g. to make them visible Mechanism to reinforce the track are available. Those generated by the ionizing particle in the solid Defects represent the "latent image" of the particle trajectory that is "developed" by the amplification mechanism. The more
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für das Teilchen charakteristische Details sich in der verstärkten Teilchenspur offenbaren, um so besser ist der Detektor.Details characteristic of the particle are revealed in the amplified particle track, the better it is Detector.
Praktische Bedeutung haben zwei Verstärkungsmechanismen gewonnen: Two reinforcement mechanisms have gained practical importance:
1. Das selektive Ätzen des Festkörpers längs, der Teil-Ghenspur. 1. The selective etching of the solid lengthways, the partial ghost track.
2. Das Ausscheiden einer neuen Phase längs der Spur.2. The elimination of a new phase along the track.
Das Ätzen hat u.a. bei Glimmer und einigen Gläsern, insbesondere organischen Gläsern Bedeutung gewonnen. Der selektive Ätzprozeß längs der Teilchenspur beruht im wesentlichen darauf, daß hier gelöste Bindungen den Ätzprozeß erheblich erleichtern. Bei dem Ätzprozeß treten jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten auf, durch die die praktische Anwendung erheblich eingeschränkt wird. -Etching has, among other things, on mica and some glasses, in particular organic glasses gained importance. The selective etching process along the particle track is essentially based on that here loosened bonds facilitate the etching process considerably. However, a number of difficulties arise in the etching process through which the practical application is severely restricted. -
Der wichtigste Nachteil des Ätzprozesses besteht darin, daß oft wertvolle Details vor allem bei langen Teilchenspuren verlorengehen, da das Ätzmittel von außen längs der Spur durch den Festkörper hindurchwandern muß und die dafür zur Verfügung stehenden Ätzkanäle sehr eng sind, so daß das Ätzmittel oft nicht ausreichend tief in den Festkörper-Detektor eindringen kann. Deshalb ist es meist nicht möglich, diskontinuierliche Teilchenspuren zu verstärken.The main disadvantage of the etching process is that often valuable details, especially with long particle tracks are lost, since the etchant must migrate from the outside along the track through the solid and for this purpose The available etching channels are very narrow, so that the etchant is often not deep enough into the solid-state detector can penetrate. Therefore it is mostly not possible to do discontinuous To amplify particle tracks.
Es ist ferner bekannt, die Spuren ionisierender Teilchen in Silberchlorideinkristallen nachzuweisen. Bei dieser Art von Detektoren wird längs der Teilchenbahn bevorzugt eine neue Phase ausgeschieden. Diese neue Phase besteht im Falle von Silberhalogenideinkristallen im wesentlichen aus Silber.It is also known to detect traces of ionizing particles in Detect silver chloride single crystals. With this type of detector, a new one is preferred along the particle path Phase eliminated. In the case of silver halide single crystals, this new phase consists essentially of silver.
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Die Silberchlorideinkriatalle sind den oben erwähnten Pestkörper-Teilchenspuren-Detektoren bei denen die Teilchenspur durch einen Ätzprozeß verstärkt werden müssen, insbesondere dadurch überlegen, daß bei den Silberchlorideinkristallen der Verstärkungs- bzw. Entwicklungsprozeß sehr einfach und rasch durchgeführt werden kann. Der Verstärkungsprozeß besteht in einer uniformen Belichtung des Einkristalls, in dem die Teilchenspur aufgezeichnet wurde, mit energiereichem Licht, vorzugsweise UV-licht.The silver chloride single crystals are the plague particle trace detectors mentioned above in which the particle track must be reinforced by an etching process, in particular superior in that the silver chloride single crystals Reinforcement or development process is very simple and quick can be carried out. The amplification process consists in a uniform exposure of the single crystal in which the Particle trace was recorded with high-energy light, preferably UV light.
Man kann den EntwicklungsVorgang in folgender Weise erklären: Durch die belichtung werden Elektron-Defektelektron-Paare im Kristall erzeugt. Die Elektronen werden im Wechsel mit Silberionen von den gestörten Bereichen längs der Teilchenspur eingefange. So wird die Spur "stabilisiert" und dann verstärkt. Dieser Prozeß ist im Prinzip mit dem fotografischen Elementarprozeß zu vergleichen. Die Originalspur ist das "latente" Bild der Bahn, die Verstärkung entspricht dann der fotografischen Entwicklung.The development process can be explained in the following way: The exposure creates electron-defect electron pairs in the crystal. The electrons are alternating with silver ions captured by the disturbed areas along the particle track. So the track is "stabilized" and then reinforced. In principle, this process can be compared with the elementary photographic process. The original track is the "latent" Image of the web, the amplification then corresponds to the photographic development.
Der Nachteil dieser Silberchlorideinkristall-Detektoren lag zunächst in ihrer mangelhaften Reproduzierbarkeit. Dieser Nachteil wurde dadurch beseitigt, daß für die Herstellung der Detektoren hochreines Silberchlorid verwendet wurde. Von diesem ist bekannt, daß es an sich unempfindlich und für die Herstellung von Detektoren unbrauchbar ist. Durch geringe Zusätze von bestimmten Fremdsubstanzen können solche Silberchlörideinkristalle jedoch für ionisierende Teilchen empfindlich gemacht werden. Dies wurde z.B. durch Zusätze von Cadmium oder Blei erreicftt. Verwiesen sei auf die Artikel von K.Breuer, G. Haase und E. Schopper in Brit. J. Appl. Phys., 18 (1967) 1824 ff und die Veröffentlichung von K. Breuer, E. Schopper, G. Haase und P. Zörgiebel in Phot. Korrespondenz 104 (1968) 76-ff. Die in der angegebenen Weise dotierten SilberchloridkristalleThe disadvantage of these silver chloride single crystal detectors was their poor reproducibility. This The disadvantage was eliminated by using high-purity silver chloride for the production of the detectors. from this is known that it is insensitive per se and useless for the production of detectors. By low Such silver chloride monocrystals can be added with certain foreign substances however, be made sensitive to ionizing particles. This was done, for example, by adding cadmium or lead. Reference is made to the articles by K.Breuer, G. Haase and E. Schopper in Brit. J. Appl. Phys., 18 (1967) 1824 ff and the publication by K. Breuer, E. Schopper, G. Haase and P. Zörgiebel in Phot. Correspondence 104 (1968) 76-ff. The silver chloride crystals doped in the manner indicated
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besitzen bereits für viele Zwecke eine brauchbare Empfind-"lichkeit für ionisierende Teilchen. Sie sind auch insofern vorteilhaft, als sie T^Strahlen, Röntgenstrahlen und Elektronen nicht registrieren, so daß durch diese Strahlen kein störender Untergrund erzeugt wird.already have a useful sensitivity for many purposes for ionizing particles. They are also beneficial in that they contain T ^ rays, X-rays, and electrons do not register, so that no disturbing background is generated by these rays.
Für genauere quantitative Messungen an Spuren ionisierender Teilchen genügten die allein mit Cadmium dotierten Silberchlorideinkristalle jedoch nicht den Ansprüchen der Praxis und zwar sowohl bezüglich der Empfindlichkeit als auch insbesondere des Untergrundes, d.h. des Signal-Rausch-Verhältnisses. Der die Auswertung der Teilchenspuren nachteilig beeinflussende Untergrund beruht hier im wesentlichen auf 1. den von vornherein, d. h. schon vor der Teilchenbestrahlung im Kristall vorhandenen, niemals vollständig zu vermeidenden Gitterdefekten, insbesondere Versetzungen oder Kleinwinkelkorngrenzen, allgemeiner Substrukturen, die ähnlich wie die durch die Teilchenbestrahlung hervorgerufenen Gitterdefekte längs der Teilchenspuren im Verstärkungsprozeß mit Silber "dekoriert" werden; 2. statistisch im Kristall verteilten während des Verstärkungsprozesses durch Photolyse gebildeten Silberpartikelchen ("print-out"); 3. bei der Kristallherstellung entstehenden Ausscheidungen, die vor allem in den mit Cadmium in hohen Konzentrationen dotierten Silberhalogenideinkristallen infolge der begrenzten Löslichkeit von Cadmium im Silberhalogenid auftreten und eine optische Trübung bewirken, die insbesondere bei dickeren Kristallen sehr störend sein kann.For more precise quantitative measurements of traces of ionizing particles, the single crystals of silver chloride doped with cadmium were sufficient but not the requirements of practice, both in terms of sensitivity and in particular the subsurface, i.e. the signal-to-noise ratio. The one that adversely affects the evaluation of the particle traces The background here is essentially based on 1. the a priori, i. H. even before the particle irradiation in the crystal existing, never completely avoidable lattice defects, in particular dislocations or small-angle grain boundaries, more generally Substructures that are similar to the lattice defects caused by particle irradiation along the particle tracks are "decorated" with silver in the reinforcement process; 2. Silver particles formed randomly in the crystal during the amplification process by photolysis ("print-out"); 3. The precipitates produced during the production of crystals, especially those with high levels of cadmium Concentrations of doped silver halide single crystals occur as a result of the limited solubility of cadmium in the silver halide and cause an optical clouding, which can be very annoying, especially in the case of thicker crystals.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Silberhalogenid-Teilchenspuren-Detektoren zu entwickeln, die eine höhere Lichtempfindlichkeit und einen geringeren Untergrund besitzen*It is an object of the invention to provide improved silver halide particle track detectors to develop a higher sensitivity to light and a smaller background own*
Ea wurden nun für die Aufzeichnung von Bahnspuren ionisierender Teilchen Silberhalogenid-Einkrietall-Detektoren gefunden» die als Dotierungsmittel Hanganionen enthalten.Ea were now ionizing for the recording of railway tracks Particle silver halide single crystal detectors found »the contain hang anions as dopants.
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Durch den Manganzusatz wird die Empfindlichkeit der Kristalle und der Informationsgehalt von Teilchenspuren erheblich gesteigert und der die Auswertung der Teilchenspuren störende Untergrund weitgehend unterdrückt, insbesondere wird die in den mit Cadmium dotierten Silberhalogenideinkristall-Detektoren infolge von Ausscheidungen beobachtete optische Kristalltrübung völlig vermieden. Die Teilchenspuren in den mit Mangan dotierten Silberhalogenideinkristall-Detektoren sind außerordentlich feinkörnig und auf einem optisch praktisch klaren Untergrund in allen Details sichtbar und besonders für eine exakte quantitative Auswertung geeignet.The addition of manganese significantly increases the sensitivity of the crystals and the information content of particle traces and the background, which interferes with the analysis of the particle tracks, is largely suppressed, in particular the in the cadmium-doped silver halide single crystal detectors as a result of precipitations observed optical crystal opacity completely avoided. The particle tracks in the manganese-doped silver halide single crystal detectors are extraordinarily fine-grained and visible and special in all details on an optically practically clear background suitable for an exact quantitative evaluation.
Die Konzentration der Manganionen kann innerhalb weiter Grenzen schwanken. Im allgemeinen haben sich Konzentrationen zwischen 100 ppm und 3000 ppm Manganionen, bezogen auf das Gewicht des Silberhalogenids, vorzugsweise des Silberchlorids, als ausreichend erwiesen. Bevorzugt sind Zusätze zwischen 500 und 1500 ppm.The concentration of the manganese ions can be within wide limits vary. In general, concentrations have between 100 ppm and 3000 ppm manganese ions, based on the weight of the silver halide, preferably the silver chloride, proved to be sufficient. Additions between 500 and 1500 ppm are preferred.
Besonders wirksam sind die Ionen des vierwertigen Mangans. In diesem Falle kann die Dotierung in einfacher Weise z.B. durch Zusatz von Mangan (II)-Salz-Lösungen zu dem Silberhalogenid und anschließendes Aufschmelzen in einer Chloratmosphäre erreicht werden. Die Züchtung der mit Mangan dotierten Silberhalogenideinkristalle wird dann in einer chlorhaltigen Atmosphäre vorgenommen. Bei höheren Ghlorpartialdrucken können sich in den mit Mangan dotierten Silberhalogenideinkristallen Gasbläschen bilden. Die Bildung von Gasbläschen kann z.B. durch Verringerung des Chlorpartialdruckes, durch Zugabe eines Inertgases, z.B. Stickstoff und durch Verminderung der Ziehgeschwindigkeit bei der Zucht der Einkristalle erreicht werden. Als günstig hat sich z.B. eine Gasatmosphäre erwiesen, die einen Gesamtdruck von 400 Torr hatte und Chlor mit einem Partialdruck von 5 Torr und Stickstoff mit einem Partialdruck von 395 Torr enthielt.The ions of tetravalent manganese are particularly effective. In this case, the doping can be done in a simpler way Way, e.g. by adding manganese (II) salt solutions to the silver halide and then melting them in one Chlorine atmosphere can be achieved. The growth of the manganese-doped silver halide single crystals is then carried out in a chlorine-containing atmosphere. At higher chlorine partial pressures gas bubbles can form in the silver halide single crystals doped with manganese. The education gas bubbles can e.g. by reducing the chlorine partial pressure, by adding an inert gas, e.g. nitrogen, and by reducing the pull rate when growing the Single crystals can be achieved. For example, a gas atmosphere that has a total pressure of 400 Torr has proven to be favorable and chlorine with a partial pressure of 5 torr and nitrogen with a partial pressure of 395 torr.
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Die erfindungsgemäßen Teilchenspuren-Detektoren können für die Bestimmung von Teilchendaten, die Untersuchung von TeIlchenreatkionen und Kernspaltungen, von Zerfallsmechanismen auch Superschwerer Kerne, ferner für die Identifizierung von Isotopen energiereicher Ionen bzw. für die Untersuchung von Isotopenzusammensetzungen der Solarstellung oder der kosmischen Strahlung zur Ermittlung der Quellen dieser Strahlung verwendet werden. Diese Detektoren sind besonders geeignet für die Aufzeichnung von Bahnspuren schwerer Ionen.The particle track detectors according to the invention can be used for the determination of particle data, the investigation of particle creations and nuclear fission, of decay mechanisms also super heavy nuclei, furthermore for the identification of Isotopes of high-energy ions or for the investigation of isotopic compositions of the solar position or the cosmic rays can be used to identify the sources of this radiation. These detectors are particularly suitable for recording trajectories of heavy ions.
Die Bahnspuren ionisierender Teilchen lassen sich in den erfindungsgemäßen Detektoren in üblicher Weise durch uniforme Belichtung mit kurzwelligem licht insbesondere UV-Licht verstärken. So können außerordentlich scharf ausgebildete Spuren auf einem klaren Untergrund gewonnen werden. In dieser Beziehung sind die Detektoren den konventionellen fotografischen Emulsionen zur Aufzeichnung von Kernspuren ("Kernspuremulsionen") überlegen. Diese Materialien bestehen aus einer hochauflösenden Silberhalogenidgelatineemulsionsschicht, die sich auf einem Schichtträger befindet. In diesen fotografischen Emulsionen lassen sich im allgemeinen nicht so scharfe Teilchenspuren wie in den erfindungsgemäßen Detektoren gewinnen. Die fotografischen Emulsionen haben darüber hinaus im allgemeinen einen stärkeren störenden Untergrund, da sie auch für ^Strahlen, Röntgenstrahlen und Elektronen empfindlich sind.The traces of ionizing particles can be identified in the detectors according to the invention in the usual way by uniforms Increase exposure to short-wave light, especially UV light. So can extremely sharply trained Traces can be obtained on a clear surface. In this regard, the detectors are the conventional photographic ones Superior to emulsions for recording nuclear traces ("nuclear trace emulsions"). These materials consist of a high resolution Silver halide gelatin emulsion layer on a support. In these photographic emulsions In general, it is not possible to obtain such sharp particle tracks as in the detectors according to the invention. The photographic In addition, emulsions generally have a stronger disturbing background, since they are also responsible for ^ Rays, X-rays and electrons are sensitive.
Die Bahnspuren ionisierender Teilchen können in den erfindungsgemäßen Detektoren praktisch bei beliebiger länge über ihre ganze länge verstärkt werden, auch dann, wenn die Bahnspuren diskontinuierlich sind, d.h. wenn zwischen den von dem durchlaufenden ionisierenden Teilchen erzeugten stärker gestörten Kristallbereichen relativ wenig oder ungestörte Kristallbereiche liegen, in-denen die Bahnspur unterbrochen ist. Das folgt zwangsläufig aus der Natur des Verstärkungsprozesses, da bei dem im Volumen ablaufenden Verstärkungsprozeß im WechselThe traces of ionizing particles can be used in the invention Detectors practically at any length are amplified over their entire length, even if the railway tracks are discontinuous, i.e. when between the more perturbed ones generated by the ionizing particles passing through them Crystal areas are relatively few or undisturbed crystal areas in which the track is interrupted. That inevitably follows from the nature of the amplification process, since the amplification process taking place in the volume alternates
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Elektronen und Silberionen überall dort angelagert werden, wo durch das durchlaufende ionisierende Teilchen Gitterdefekte erzeugt worden sind. Darin sind die erfindungsgemäßen Detektoren im allgemeinen den Detektoren überlegen, bei denen die Bahnspurverstärkung durch einen Ätzprozeß hervorgerufen wird. Der Ätzprozeß beginnt an der Oberfläche des Detektors, wo das ionisierende Teilchen in den Kristall eingetreten ist, und, setzt sich längs der Bahnspur des Teilchens in das Kristallinnere fort, wobei die Ätzlösung durch den im Ätzprozeß jeweils schon freigelegten Kanal nachgeliefert werden muß. Bei diskontinuierlichen Teilchenspuren kann es vorkommen, daß der Ätzprozeß am Ende eines Bahnspurabschnittes abgebrochen wird, weil die Ätzlösung den dann sich anschließenden ungestörten Bereich des Kristalls nicht hinreichend schnell durchdringt, so daß die dann diskontinuierlich folgenden Bahnspurabschnitte nicht mehr verstärkt werden können. Zuweilen kann bei diskontinuierlichen Teilchenspuren ein weniger oder gar nicht gestörter Kristallbereich zwischen arei Bahnspurabschnitten von der Ätzlösung dann durchdrungen werden, wenn man die Einwirkungsdauer der Ätzlösung erheblich verlängert. Dann ist die Ätzlösung innerhalb dieser Zeit aber auch in dem zuerst angeätzten und damit -erstarkten Bahnspurabschnitt weiter wirksam, so daß dieser Bahnspurabschnitt entsprechend stark erweitert wird bzw. eine stark kegelförmige Gestalt annimmt. Dadurch wird aber die Reproduzierbarkeit der Bahnspur und die Genauigkeit der Auswertung erheblich beeinträchtigt. Von derartigen Nachteilen sind die erfindungsgemäßen Detektoren völlig frei.Electrons and silver ions are deposited wherever lattice defects have been created by the ionizing particles passing through. In this respect, the detectors according to the invention are generally superior to the detectors in which the track gain is brought about by an etching process. The etching process begins on the surface of the detector, where the ionizing particle has entered the crystal, and continues along the path of the particle into the interior of the crystal, the etching solution having to be supplied through the channel already exposed in the etching process. In discontinuous particle tracks, it may happen that the etching process is stopped at the end of a railway track portion, since the etching solution does not penetrate the then subsequent undisturbed region of the crystal quickly enough so that the then discontinuously following B a hnspurabschnitte can no longer be enhanced. In the case of discontinuous particle tracks, the etching solution can penetrate a less or not at all disturbed crystal area between sections of the track if the exposure time to the etching solution is considerably extended. Then, within this time, the etching solution continues to be effective in the track section that is first etched and thus strengthened, so that this track section is correspondingly greatly expanded or assumes a strongly conical shape. As a result, however, the reproducibility of the track and the accuracy of the evaluation are considerably impaired. The detectors according to the invention are completely free of such disadvantages.
Die bei den erfindungsgemäßen Silberhalogenideinkristall- Detektoren gegebene Möglichkeit, auch tiefer im Inneren des Detektors beginnende Teilchenspuren in gleichmäßiger Schärfe und mit guter Reproduzierbarkeit zu verstärken, erschließt diesen Detektoren Anwendungsgebiete, in denen andere bisher The possibility given with the silver halide single crystal detectors according to the invention of amplifying particle traces beginning deeper inside the detector with uniform sharpness and with good reproducibility opens up areas of application for these detectors in which others have hitherto
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bekannt gewordene Festkörper-Teilchenspuren-Detektoren nicht mit vergleichbarer Sicherheit und Genauigkeit eingesetzt werden können. Als Beispiel sei nur das Studium des zeitlichen Ablaufs von Zerfallsprozessen genannt. Wenn die Verstärkung der Teilchenbahnspuren zunächst zu einem Zeitpunkt t und dann zu einem späteren Zeitpunkt t1 vorgenommen wird, so kann man feststellen, welche Bahnspuren in dem Zeitintervall t^ - t hinzugekommen bzw. welche neuen Zerfallsprozesse in dem Zeitintervall^ - t im Inneren des Detektors stattgefunden haben.Solid-state particle track detectors which have become known cannot be used with comparable safety and accuracy. One example is the study of the course of decay processes over time. If the amplification of the particle traces is carried out first at a point in time t and then at a later point in time t 1 , it is possible to determine which traces were added in the time interval t ^ - t or which new decay processes in the time interval ^ - t inside the Detector have taken place.
In vielen Anwendungsgebieten reicht bei den erfindungsgemäßen fc Detektoren für die Verstärkung der Teilchenspuren die gleichmäßige Belichtung mit dem Elekiaem-Defektelektron-Paare erzeugenden kurzwelligen Licht aus. Aber diese Verstärlcungsmethode läßt sich bei den erfindungsgemäßen Detektoren in einfacher Weise verbessern, um praktisch beliebig tief im Kristallinneren liegende Teilchenspuren zu verstärken. Eine solche Möglichkeit ist bei den bisher bekannt gewordenen Pestkörper-Teilchenspuren-Detektoren nicht gegeben.In many fields of application, in the case of the fc detectors according to the invention, for the amplification of the particle tracks, uniform exposure with the Elekiaem defect electron pairs is sufficient short-wave light. But this amplification method can be made more simple with the detectors according to the invention Improve way in order to reinforce particle traces that are practically arbitrarily deep inside the crystal. One such possibility is not given in the previously known pest body particle track detectors.
Bei dickeren Kristallen und tief im Innern des Kristalls liegenden Bahnspuren können die für den Verstärkungsprozeß erforderlichen Elektronen dadurch genügend tief in das Kristallinnere getrieben werden, daß man eine impulaförmige ψ Belichtung des Kristalls mit dem Elektron-Defektelektron-Paare erzeugenden kurzwelligen Licht vornimmt, während an den Kristall ein synchron gepulstes elektrisches PeId angelegt wird, so daß während der Dauer jedes der kurzzeitigen Belichtungsimpulse im Kristall ein ebenso kurzzeitiges elektrisches PeId wirksam ist, das die von dem Belichtungsimpuls erzeugten Elektronen, und nur diese, durch das Kristallvolumen hindurchweht. Diese Methode der Kombination von gepulster Belichtung und gepulsten elektrischen Feldern ist in der Festkörperphysik z.B. zur Be-In the case of thicker crystals and traces of the path deep inside the crystal, the electrons required for the amplification process can be driven deep enough into the crystal interior by exposing the crystal to a pulse-shaped ψ exposure of the short-wave light generating the electron-defect electron pairs, while at the Crystal a synchronously pulsed electrical PeId is applied , so that during the duration of each of the brief exposure pulses in the crystal, an equally brief electrical PeId is effective, which blows the electrons generated by the exposure pulse, and only these, through the crystal volume. This method of combining pulsed exposure and pulsed electrical fields is used in solid-state physics, for example, for loading
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Stimmung von Lebensdauern bzw. Reichweiten von Elektronen im Pestkörper allgemein bekannt (vgl. die Zitate in den oben erwähnten Arbeiten). Kurzzeitige elektrische Feldimpulse wählt man bei dieser Bahnspurverstärkung in Silberhalogenideinkristall-Detektoren deshalb, damit ein störender Silberionentransport, der in länger andauernden elektrischen Feldern auftreten würde, vermieden wird.Tuning of lifetimes or ranges of electrons generally known in the body of the plague (cf. the quotations in the above mentioned works). Short-term electrical field pulses are selected for this orbital track reinforcement in silver halide single crystal detectors therefore, there is a disruptive transport of silver ions, which occurs in longer-lasting electrical fields would occur is avoided.
Bei dickeren Kristallen und tief im Innern des Kristalls liegenden Bahnspuren tritt der Vorteil des geringen Untergrundes bzw. der fehlenden Kristalltrübung der erfindungsgemäßem Detektoren gegenüber den allein mit Cadmium dotierten Silberhalogeniddetektoren besonders deutlich hervor. Bei Detektoren mit stärkerem Untergrund bzw. stärkerer Kristalltrübung, wie sie etwa bei den mit Cadmium in hohen Konzentrationen dotierten Kristallen gegeben ist, wäre die AuswertungFor thicker crystals and deep inside the crystal lying traces has the advantage of the small background or the lack of crystal opacity of the invention Detectors stand out particularly clearly compared to the silver halide detectors doped with cadmium alone. at Detectors with a stronger background or stronger crystal opacity, such as those with cadmium in high concentrations doped crystals is given, the evaluation would be
ν tief liegender Bahnspuren nicht mehr oder bei weitem nicht mit der gewünschten Genauigkeit möglich.ν of deep-lying railway tracks no longer or by far not possible with the desired accuracy.
■ Beide bei den erfindungsgemäßen Detektoren angewendete Aus-, führungen des Verstärkungsprozesses, allein durch gleichmäßige Belichtung der Detektoren mit kurzwelligem Licht oder durch gepulste Belichtung mit kurzwelligem Licht in einem synchron , gepulsten elektrischen feld, sind durch Einfachheit und■ Both used in the detectors according to the invention, implementation of the amplification process, solely through uniform exposure of the detectors with short-wave light or through pulsed exposure with short-wave light in a synchronous, pulsed electrical field, are characterized by simplicity and
Störungsfreiheit ausgezeichnet. Die Detektoren werden nach der : Aufzeichnung der Teilchenspur insbesondere keiner Flussigj keit ausgesetzt, so daß alle Störungen vermieden werden, dieDisturbance-free excellent. The detectors are after the : Recording of the particle track, in particular no fluids so that all disturbances are avoided
hierdruch entstehen können. Verwiesen sei auf die Empfindlichkeit { der Ätzmethoden in dieser Beziehung und auf die Quellungs- ; und Verzerrungserscheinungen bei der konventionellen fotografischen Bearbeitung von Kernspuremulsionen.can arise from this. Reference is made to the sensitivity {of the etching methods in this regard and to the swelling; and distortion phenomena in conventional photographic processing of nuclear track emulsions.
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Pulverförmiges Silberchlorid vom Reinheitsgrad 99,999 i° wird in einer Pipette mit einer wässrigen Lösung von Mangan (II)-chlorid p.a. so versetzt, daß sich ein Silberchlorid ergibt, welches einen Mangangehalt von 1000 ppm hat. Das Gemisch wird in der Pipette im Trockenschrank getrocknet. Dann wird das mangandotierte Sil^srchlorid in der Pipette erschmolzen. Die Schmelze wird zwischen zwei auf etwa 55O0C erhitzte Quarz^asplättchen gegeben, deren Abstand durch Stäbchen aus Quarzglas auf etwa 200/U fixiert ist. Beim Abkühlen ergibt sich ein polykristallines mangandotiertes Silberchloridplättchen, \ Das Sandwich, bestehend ais den beiden Quarzglasplättchen, zwischen denen sich das Silberchloridplättchen befindet, wird in ein horizontales Quarzglasrohr gelegt, das nach Evakuierung mit einem Gasgemisch' von 400 Torr Gesamtdruck gefüllt wird, welches auf Chlor mit einem Partialdruck von 5 Torr und Stickstoff mit einem Partialdruck von 395 Torr besteht. Anschließend wird ein Rohrofen mit einem solchen Temperaturverlauf und einer solchen Geschwindigkeit über das Quarzglasrohr geführt« daß in bekannter Weise das polykristalline mangandotierte Silberchloridplättchen über einen Schmelzprozeß in einen Einkristall überführt wird, der durch Eintauchen des Sandwich in Wasser von den Quarzplättchen gelöst werden kann.Powdered silver chloride of purity 99.999 ° is mixed in a pipette with an aqueous solution of manganese (II) chloride pa so that a silver chloride results which has a manganese content of 1000 ppm. The mixture is dried in the pipette in the drying cabinet. Then the manganese-doped silicon chloride is melted in the pipette. The melt is heated to about 55O 0 C between two quartz ^ given asplättchen, whose spacing is fixed by rods made of silica glass to about 200 / U. Upon cooling, resulting in a polycrystalline manganese-doped silver chloride platelets \ The sandwich consisting ais the two quartz glass plates, between which the silver chloride plate is present, is placed in a horizontal quartz tube, which is, after evacuation, is filled with a gas mixture 'of 400 Torr total pressure, which chlorine- with a partial pressure of 5 torr and nitrogen with a partial pressure of 395 torr. A tube furnace is then passed over the quartz glass tube with such a temperature profile and such a speed that the polycrystalline manganese-doped silver chloride platelets are converted into a single crystal in a known manner via a melting process, which can be detached from the quartz platelets by immersing the sandwich in water.
" Nach der Bestrahlung mit den zu untersuchenden ionisierenden Teilchen, deren Bahnspuren aufgezeichnet werden sollen, belichtet man den mit Cadmium und Blei dotierten Silberchlorideinkristall gleichmäßig mit einer Xenon-Hochdrucklampe, wobei zwischen Lichtquelle und Detektor filter eingeschaltet sind, so daß nur ein schmaler Wellenlängenbereich um 417 nm wirksam ist. Die Intensität des aufgestrahlten kurzwelligen Lichtes beträgt etwa 10 Quanten/om see. Die Belichtungaaselt ist etwa 20 bis 30 Minuten."After irradiation with the ionizing to be examined Particles whose traces are to be recorded are exposed to the cadmium and lead-doped silver chloride single crystal uniformly with a xenon high-pressure lamp, with filter between the light source and detector are switched on, so that only a narrow wavelength range around 417 nm is effective is. The intensity of the radiated short-wave light is about 10 quanta / om see. The exposure is pissed off about 20 to 30 minutes.
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