Der
Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, die vorstehend
genannten Probleme zu beseitigen und einen Strahlungsdetektor zu
schaffen, der imstande ist, Strahlung in einer Umgebung auch bei
einer Temperatur erfassen zu können,
die höher
ist als die Wärmebeständigkeitstemperatur
einer Wellenlängenverschiebungsfaser.
Weiterhin soll ein Strahlungsmeßsystem
geschaffen werden, das bei einfachem Aufbau imstande ist, eine Strahlung auch
in einer Umgebung mit sich ändernder
Temperatur exakt messen zu können.
Mit
der Erfindung wird ein Strahlungsdetektor gemäß Patentanspruch 1 geschaffen.
Weiter werden mit der Erfindung ein Strahlungsmeßsystem gemäß Patentanspruch 5 oder 5 sowie
ein Strahlungsmeßverfahren
gemäß Patentanspruch
7 bereitgestellt. Ferner ist ein Speichermedium gemäß Patentanspruch
8 beansprucht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen
angegeben.
Der
erfindungsgemäße Strahlungsdetektor umfaßt einen
Szintillator zum Aussenden eines Szintillationslichts als Reaktion
auf eine einfallende Strahlung; eine Hauptlichtführung, die von einer Einfallsebene
umgeben ist, über
die das von dem Szintillator ausgesandte Szintillationslicht auf
diese einfallen kann, wobei die Hauptlichtführung weiterhin von reflektierenden
Oberflächen
zum Reflektieren von über die
Einfallsebene eintretendem Szintillationslicht nach innen umgeben
ist; eine Wellenlängenverschiebungsfaser,
die durch die Hauptlichtführung
hindurchtritt und das in die Hauptlichtführung eintretende Szintillationslicht
absorbiert, um hierdurch das absorbierte Szintillationslicht von
ihren beiden Enden wieder auszusenden; und eine Hilfslichtführung, die zwischen
dem Szintillator und der Einfallsebene der Hauptlichtführung vorgesehen
ist und zum Leiten des Szintillationslichts zu der Einfallsebene
der Hauptlichtführung
dient, wobei der Szintillator und die Hilfslichtführung aus
einem Material bestehen, das eine höhere Wärmebeständigkeitstemperatur bzw. Temperaturbeständigkeit
als diejenige der Wellenlängenverschiebungsfaser
aufweist.
Bei
dem in dieser Weise aufgebauten Strahlungsdetektor kann der Szintillator
gegenüber
einer Umgebung freiliegen, die eine höhere Temperatur als die Wärmebeständigkeitstemperatur
der Wellenlängenverschiebungsfaser
aufweist, wohingegen die Wellenlängenverschiebungsfaser
in einer Umgebung angeordnet ist, die eine Temperatur aufweist,
die niedriger als oder gleich groß wie die Wärmebeständigkeitstemperatur der Wellenlängenverschiebungsfaser
ist. Es ist daher möglich,
die Strahlung in einer Umgebung zu erfassen, die eine höhere Temperatur als
die Wärmebeständigkeitstemperatur
der Wellenlängenverschiebungsfaser
aufweist, ohne daß die Notwendigkeit
des Einsatzes irgendeiner speziellen Kühleinrichtung besteht.
Die
Hilfslichtführung
kann eine Flüssigkeit, durch
die das Szintillationslicht hindurchtreten kann, und eine Röhre oder
ein Rohr enthalten, das mit der Flüssigkeit gefüllt ist
und imstande ist, das Szintillationslicht vollständig nach innen zu reflektieren
oder spiegelnd zu reflektieren. Folglich wird das Szintillationslicht,
das von dem Szintillator her in die Hilfslichtführung eintritt, zu der Einfallsebene
der Hauptlichtführung
durch die vollständig
nach innen oder spiegelnd reflektierende Funktion in der Röhre der
Hilfslichtführung
geleitet. Alternativ kann die Hilfslichtführung ein Rohr oder eine Röhre enthalten,
die imstande ist, das Szintillationslicht spiegelnd nach innen zu reflektieren.
Folglich wird das Szintillationslicht, das in die Hilfslichtführung von
dem Szintillator her eintritt, zu der Einfallsebene der Hauptlichtführung durch die
nach innen spiegelnd reflektierende Funktion in dem Rohr geleitet,
das die Hilfslichtführung
bildet.
Ferner
kann der Strahlungsdetektor weiterhin eine Lichtquelle zum Aussenden
von Licht mit einer bestimmten Wellenlänge umfassen, wobei die Hauptlichtführung und/oder
die Hilfslichtführung
aus einem Material bestehen, das imstande ist, einen Photobrechungseffekt
bzw. eine Lichtbrechungswirkung aufgrund einer Bestrahlung mit dem
die bestimmte Wellenlänge
aufweisenden Licht zu erzielen, wobei das von der Lichtquelle ausgesandte
Licht auf die Hauptlichtführung
und/oder auf die Hilfslichtführung
auftreffen kann. Folglich trifft das die bestimmte Wellenlänge aufweisende
Licht, das von der Lichtquelle ausgesendet wird, auf die Hauptlichtführung oder
die Hilfslichtführung
oder auf beide Komponenten auf, so daß es möglich ist, die Erhöhung der Lichtübertragungsverluste
zu unterdrücken
oder zu kompensieren, die durch die Strahlung bedingt ist, was durch
die Hauptlichtführung
oder die Hilfslichtführung
oder beide Komponenten aufgrund des Lichtbrechungseffekts erreicht
ist, der wiederum auf das einfallende Licht zurückzuführen ist, das die bestimmte
Wellenlänge
aufweist.
Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Strahlungsmeßsystem
einen Strahlungsdetektor, der mindestens einen Szintillator, eine
Hauptlichtführung
und eine Wellenlängenverschiebungsfaser
zum Absorbieren von Szintillationslicht, das von dem Szintillator
her in die Hauptlichtführung
eintritt, sowie zum Wiederaussenden des absorbierten Szintillationslichts
an ihren beiden Enden aufweist; zwei ein Paar bildende Signalverarbeitungsabschnitte
zum Umwandeln des Szintillationslichts, das an den beiden Enden
der Wellenlängenverschiebungsfaser
des Strahlungsdetektors austritt, jeweils in elektrische Impulssignale;
einen Koinzidenzverarbeitungsabschnitt zum Ausführen einer Koinzidenzverarbeitung
bezüglich
der elektrischen Impulssignale, die von den Signalverarbeitungsabschnitten
umgewandelt worden sind, um hierdurch hinsichtlich Koinzidenz bzw. Übereinstimmung
verarbeitete Daten auszugeben; eine Temperaturerfassungsein richtung
zum Erfassen der Temperatur des Szintillators des Strahlungsdetektors oder
einer Temperatur in dem den Szintillator umgebenden Bereich; und
einen Datenverarbeitungsabschnitt zum Berechnen einer Strahlungsintensität auf der
Grundlage der hinsichtlich der Koinzidenz verarbeiteten Daten und
zum Durchführen
einer Korrektur hinsichtlich der Strahlungsintensität auf der
Basis der Temperatur, die von der Temperaturerfassungseinrichtung
ermittelt worden ist, und zwar unter Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit
des Szintillators des Strahlungsdetektors, wenn die Strahlungsintensität berechnet
ist, wobei mindestens die beiden Signalverarbeitungsabschnitte,
der Koinzidenzverarbeitungsabschnitt und der Datenverarbeitungsabschnitt
in einer Umgebung mit einer im wesentlichen konstanten Temperatur
angeordnet sind, die niedriger als oder gleich groß wie deren
Wärmebeständigkeitstemperaturen
bzw. Wärmebelastungsgrenztemperaturen
ist.
Bei
diesem Strahlungsmeßsystem
sind mindestens die beiden Signalverarbeitungsabschnitte, der Koinzidenzverarbeitungsabschnitt
und der Datenverarbeitungsabschnitt in einer Umgebung angeordnet,
die im wesentlichen konstante Temperatur aufweist, so daß diese
Teile nicht dem Einfluß einer Temperaturänderung
ausgesetzt sind. Wenn der Datenverarbeitungsabschnitt die Strahlungsintensität auf der
Basis der hinsichtlich der Koinzidenz verarbeiteten Daten berechnet,
kann demzufolge eine hohe Meßgenauigkeit
bei der Messung der Strahlungsintensität unabhängig von einer eventuellen Änderung
der in der Umgebung des Strahlungsdetektors vorhandenen Temperatur
aufrecht erhalten werden, indem lediglich die Strahlungsintensität auf der Basis
der Temperatur, die durch die Temperaturerfassungseinrichtung erfaßt worden
ist, und unter Berücksichtigung
der Temperaturabhängigkeit
des Szintillators korrigiert wird. Die Messung der Strahlung kann
daher auch in einer Umgebung mit sich ändernder Temperatur sehr exakt
und bei einfachem Aufbau ausgeführt
werden.
Bei
dem vorstehend erläuterten
Strahlungsmeßsystem
kann der Datenverarbeitungsabschnitt die Korrektur unter Benutzung
eines relativen Werts für
die Zählempfindlichkeit
in Abhängigkeit
von der durch die Temperaturerfassungseinrichtung erfassten Temperatur
auf der Grundlage von zuvor erhaltenen Kalibrierungsdaten ausführen, die
die Korrelation zwischen der Temperatur des Szintillators, des Strahlungsdetektors
und dem relativen Wert für
die Zählempfindlichkeit
angeben, wenn die Strahlungsintensität berechnet wird.
In Übereinstimmung
mit einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfaßt das Strahlungsmeßsystem
einen Strahlungsdetektor, der mindestens einen Szintillator, eine
Hauptlichtführung und
eine Wellenlängenverschiebungsfaser
zum Absorbieren von Szintillationslicht, das von dem Szintillator
her in die Hauptlichtführung
eintritt, und zum Wiederaussenden des absorbierten Szintillationslichts
an ihren beiden Enden enthält;
zwei, ein Paar bildende Signalverarbeitungsabschnitte zum Umwandeln
der Szintillationslichtstrahlen, die aus den beiden Enden der Wellenlängenverschiebungsfaser des
Strahlungsdetektors austreten, in jeweils elektrische Impulssignale;
Impulsbreiteneinstellungsabschnitte, durch die die elektrischen
Impulssignale, die durch jeden der Signalverarbeitungsabschnitte
umgewandelt werden, so festlegbar sind, daß sie zwei oder mehr Arten
von Impulssignalen mit jeweils unterschiedlichen Impulsbreiten entsprechen;
Koinzidenzverarbeitungsabschnitte, die jeweils eine Koinzidenzverarbeitung
bezüglich
der jeweiligen Impulssignale, die durch die Impulsbreiteneinstellabschnitte festgelegt
worden sind, ausführen,
um hierdurch hinsichtlich Koinzidenz verarbeitete Daten zu erzeugen und
auszugeben, die jeweils den Impulssignalen entsprechen; und einen
Datenverarbeitungsabschnitt zum Berechnen einer Strahlungsintensität auf der Grundlage
der hinsichtlich Koinzidenz verarbeiteten Daten und zum Ausführen einer
Korrektur bezüglich der
Strahlungsintensität
auf der Grundlage der Beziehung zwischen den hinsichtlich Koinzidenz
verarbeiteten Daten unter Berücksichtung
der Temperaturabhängigkeit
des Szintillators des Strahlungsdetektors, wenn die Strahlungsintensität berechnet
wird, wobei die beiden Signalverarbeitungsabschnitte, die Impulsbreiteneinstellabschnitte,
die Koinzidenzverarbeitungsabschnitte und der Datenverarbeitungsabschnitt
in einer Umgebung angeordnet sind, die eine im wesentlichen konstante
Temperatur aufweist, die niedriger als oder gleich groß wie die
Wärmebeständigkeitstemperaturen
bzw. Belastungsgrenztemperaturen dieser Komponenten ist.
Bei
diesem Strahlungsmeßsystem
sind die Signalverarbeitungsabschnitte, die Impulsbreiten einstellabschnitte,
die Koinzidenzverarbeitungsabschnitte und der Datenverarbeitungsabschnitt
in einer Umgebung angeordnet, die im wesentlichen konstante Temperatur
aufweist, so daß diese
Komponenten keinen Einflüssen
aufgrund einer Temperaturänderung
unterliegen. Wenn der Datenverarbeitungsabschnitt daher die Strahlungsintensität auf der Basis
der hinsichtlich der Koinzidenz verarbeiteten Daten berechnet, kann
die hohe Meßgenauigkeit
der Strahlungsintensität
auch bei Berücksichtigung
einer Änderung
der Temperatur in der den Strahlungsdetektor enthaltenden Umgebung
beibehalten werden, indem lediglich die Strahlungsintensität auf der Grundlage
der Beziehung zwischen den hinsichtlich Koinzidenz verarbeiteten
Daten unter Berücksichtung
der Temperaturabhängigkeit
des Szintillators beibehalten werden kann. Die Messung der Strahlung
kann daher auch in einer Umgebung mit sich ändernder Temperatur sehr exakt
und mit einfachem Aufbau ausgeführt
werden.
Bei
einem solchen Strahlungsmeßsystem können die
Koinzidenzverarbeitungsabschnitte jeweils eine Koinzidenzverarbeitung
von zwei Impulssignalen ausführen,
die durch die Impulsbreiteneinstellabschnitte eingestellt worden
sind, und können eine
Koinzidenzrate, die den jeweiligen Impulssignalen entspricht, als
die jeweiligen, hinsichtlich Koinzidenz verarbeiteten Daten ausgeben,
und es kann der Datenverarbeitungsabschnitt die Korrektur unter
Heranziehung eines relativen Werts für eine Zählempfindlichkeit ausgeführt werden,
die einem Verhältnis zwischen
den beiden von den Koinzidenzverarbeitungsabschnitten ausgegebenen
Koinzidenzraten entspricht, wobei die Korrektur auf der Basis von
zuvor erhaltenen Kalibrierungsdaten, die die Korrelation zwischen
dem Verhältnis
der beiden Koinzidenzraten und dem relativen Wert für die Zählempfindlichkeit
angeben, ausgeführt
wird, wenn die Strahlungsintensität berechnet wird.
Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Strahlungsmeßverfahren
bereitgestellt, bei dem ein Strahlungsdetektor zum Einsatz kommt,
der mindestens einen Szintillator, eine Hauptlichtführung und
eine Wellenlängenverschiebungsfaser
zum Absorbieren von Szintillationslicht, das von dem Szintillator
her in die Hauptlichtführung
eintritt, und zum Wiederaussenden des absorbierten Szintillationslichts
an ihren beiden Enden enthält,
wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: einen Signalverarbeitungsschritt,
bei dem das Licht, das die beiden Enden der Wellenlängenverschiebungsfaser
des Strahlungsdetektors verläßt, in jeweilige
elektrische Impulssignale umgewandelt wird; einen Impulsbreiteneinstellschritt,
bei dem die elektrischen, bei dem Signalverarbeitungsschritt umgewandelten
Impulssignale so festgelegt werden, daß sie zwei oder mehr Arten
von Impulssignalen mit jeweils unterschiedlichen Impulsbreiten entsprechen;
einen Koinzidenzverarbeitungsschritt, bei dem eine Koinzidenzverarbeitung
bezüglich
jedes der Impulssignale ausgeführt
wird, die bei dem Impulsbreiteneinstellschritt festgelegt wurden,
um hierbei hinsichtlich Koinzidenz verarbeitete Daten auszugeben,
die jeweils den Impulssignalen entsprechen; und einen Datenverarbeitungsschritt,
bei dem eine Strahlungsintensität
auf der Basis der hinsichtlich Koinzidenz verarbeiteten Daten berechnet
wird und bei dem eine Korrektur hinsichtlich der Strahlungsintensität auf der Grundlage
der Beziehung zwischen den hinsichtlich der Koinzidenz verarbeiteten
Daten unter Berücksichtung
der Temperaturabhängigkeit
des Szintillators des Strahlungsdetektors ausgeführt wird, wenn die Strahlungsintensität berechnet
wird.
Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein computerlesbares Speichermedium
bereitgestellt, auf dem ein Strahlungsmeßprogramm gespeichert ist,
durch das ein Computer zur Ausführung
eines Verfahrens zur Messung von Strahlung unter Einsatz eines Strahlungsdetektors
veranlaßt
wird, der mindestens einen Szintillator, eine Hauptlichtführung und
eine Wellenlängenverschiebungsfaser
zum Absorbieren von Szintillationslicht, das von dem Szintillator
her in die Hauptlichtführung
eintritt, und zum Wiederaussenden des absorbierten Szintillationslichts über die
beiden Enden der Faser enthält,
wobei das Verfahren umfaßt: einen
Signalverarbeitungsschritt, bei dem das Licht, das aus den beiden
Enden der Wellenlängenverschiebungsfaser
des Strahlungsdetektors austritt, jeweils in elektrische Impulssignale
umgewandelt wird; einen Impulsbreiteneinstellschritt, bei dem die
elektrischen, bei dem Signalverarbeitungsschritt umgewandelten Impulssignale
so festgelegt werden, daß sie zwei
oder mehr Arten von Impulssignalen entsprechen, die jeweils unterschiedliche
Impulsbreiten aufweisen; einen Koinzidenzverarbeitungsschritt zum Ausführen einer
Koinzidenzverarbeitung bezüglich der
jeweiligen Impulssignale, die bei dem Impulsbreiteneinstellschritt
festgelegt wurden, um hierbei hinsichtlich Koinzidenz verarbeitete
Daten auszugeben, die den jeweiligen Impulssignalen entsprechen;
und einen Datenverarbeitungsschritt, bei dem eine Strahlungsintensität auf der
Grundlage der hinsichtlich der Koinzidenz verarbeiteten Daten berechnet
wird und bei dem eine Korrektur bezüglich der Strahlungsintensität auf der
Grundlage der Beziehung zwischen den hinsichtlich Koinzidenz verarbeiteten
Daten unter Berücksichtung
der Temperaturabhängigkeit
des Szintillators des Strahlungsdetektors ausgeführt wird, wenn die Strahlungsintensität berechnet
wird.
Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
beschrieben.
1 zeigt
eine schematische Darstellung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines mit der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung stehenden Strahlungsdetektors;
2 zeigt
ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Strahlungsmeßsystems;
3a zeigt
eine graphische Darstellung, in der ein Beispiel von Kalibrierungsdaten
für den
Einsatz bei der Temperaturkorrektur in dem in 2 gezeigten
Strahlungsmeßsystem
in der Form einer Kalibrierungskurve veranschaulicht ist;
3b zeigt
eine Tabelle, die ein Beispiel von Kalibrierungsdaten für den Einsatz
bei der Temperaturkorrektur in dem in 2 gezeigten
Strahlungsmeßsystem
in der Form einer Tabelle mit Kalibrierungswerten veranschaulicht;
4 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen der Intensität von Strahlung einschließlich einer
Temperaturkorrektur bezüglich des
Strahlungsmeßsystems
veranschaulicht, das in 2 dargestellt ist;
5 zeigt
ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels eines mit der
vorliegenden Erfindung übereinstimmenden
Strahlungsmeßsystems;
6a zeigt
eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den Temperaturen
und den Verhältnissen
von Koinzidenzraten als ein Beispiel einer Kalibrie rungskurve für den Einsatz
bei der Temperaturkorrektur bezüglich
des Strahlungsmeßsystems
veranschaulicht, das in 5 dargestellt ist;
6b zeigt
eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den Temperaturen
und den relativen Werten von Meßempfindlichkeiten
anhand einer als Beispiel dienenden Kalibrierungskurve für den Einsatz
bei der Temperaturkorrektur in dem in 5 gezeigten
Strahlungsmeßsystem
veranschaulicht;
6c zeigt
eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den Verhältnissen
von Koinzidenzraten und den relativen Werten von Meßempfindlichkeiten
eines Beispiel einer Kalibrierungskurve zeigt, die für den Einsatz
bei der Temperaturkorrektur bezüglich
des Strahlungsmeßsystems
ausgelegt ist, das in 5 gezeigt ist;
7 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das einen Arbeitsvorgang zum Berechnen der Intensität der Strahlung
einschließlich
einer Temperaturkorrektur bei dem in 5 gezeigten
Strahlungsmeßsystem veranschaulicht;
8 zeigt
eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Strahlungsdetektors
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
9 zeigt
eine schematische Darstellung einer als Beispiel dienenden Ausführungsform
eines herkömmlichen
Strahlungsdetektors; und
10 zeigt
eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels einer Ausgestaltung
eines herkömmlichen
Strahlungsdetektors.
In
den 1 bis 8 sind bevorzugte Ausführungsbeispiele
eines Strahlungsdetektors sowie zur Strahlungserfassung dienende
Ausgestaltungen gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Hierbei sind diejenigen Teile und Komponenten,
die den in den 9 und 10 gezeigten
Teilen und Komponenten entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
Unter
Bezugnahme auf 1 wird nachfolgend ein erstes
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors
beschrieben. Der mit dem Bezugszeichen D bezeichnete Detektor weist
einen Szintillator 1, eine Hauptlichtführung 4, eine Wellenlängenverschiebungsfaser 5,
die durch die Hauptlichtführung 4 hindurchtritt,
und eine Hilfs lichtführung 2 auf,
die zwischen dem Szintillator 1 und der Hauptlichtführung 4 vorgesehen
ist. Der Szintillator 1 ist zum Beispiel aus Thallium-aktiviertem
Natriumiodid (NaI(T1)) hergestellt und dazu ausgelegt, als Reaktion
auf eine einfallende Strahlung Szintillationslicht zu erzeugen und
auszusenden. Die Hauptlichtführung 4 ist
von einer Einfallsebene 4a, die es ermöglicht, daß das von dem Szintillator 1 ausgesandte
Szintillationslicht auf die Hauptlichtführung auftreffen bzw. in diese
eintreten kann, und von reflektierenden Oberflächen (die übrigen Oberflächen mit
Ausnahme der Einfallsebene 4a) zum Reflektieren des Szintillationslichts,
das über
die Einfallsebene 4a eingetreten ist, nach innen umgeben.
In diesem Fall ist jede der reflektierenden Oberflächen dadurch
gebildet, daß ein
reflektierendes Material, beispielsweise Titanoxid, aufgebracht
ist.
Die
Wellenlängenverschiebungsfaser 5 enthält beispielsweise
einen Kern, der Phosphor enthält, und
eine Beschichtung, die den Kern abdeckt. Die Wellenlängenverschiebungsfaser 5 ist
derart ausgelegt, daß sie
das Szintillationslicht absorbiert, das in die Hauptlichtführung 4 eintritt,
und fluoreszierende, eine größere Wellenlänge aufweisende
Impulse gleichzeitig an ihren beiden Endabschnitten 5a und 5b aussendet.
Ferner weisen die reflektierenden Oberflächen der Hauptlichtführung 4 die
Funktion der Erhöhung
der Wahrscheinlichkeit des Auftreffens des Szintillationslichts
auf die Wellenlängenverschiebungsfaser 5 und
die Absorption dieses Szintillationslichts in der Faser 5 durch
Füllen
bzw. Aufnehmen des einfallenden Szintillationslichts in der Hauptlichtführung 4 aufgrund
der unregelmäßigen Reflexionswirkung
auf. Die Hilfslichtführung 2 weist
eine Einfallsebene 2a auf, die mit der optischen Ausgabefläche 1a des
Szintillators 1 optisch eng verbunden ist, und enthält eine
optische Ausgabefläche 2a,
die optisch mit der Einfallsebene 4a der Hauptlichtführung eng verbunden
ist. Die Hilfslichtführung 2 ist
derart ausgelegt, daß sie
das Szintillationslicht, das von dem Szintillator 1 her
auf die Einfallsebene 2a aufgetroffen ist, zu der optischen
Ausgabefläche 2b aufgrund
der total oder spiegelnd reflektierenden Wirkung führt, so daß das geführte Szintillationslicht
auf die Einfallsebene 4a der Hauptlichtführung 4 auftreffen
kann. Ferner ist die Einfallsebene 4a der Hauptlichtführung 4 mit
der optischen Ausgabefläche 2b der
Hilfslichtführung 2 mit
Hilfe eines optisch koppelnden Materials 3 verbunden, das
aus einem transparenten Schmiermittel (oder Verbindungsmittel) aus
Silizium oder dergleichen besteht. Die optische Ausgabefläche 1a des Szintillators 1 ist
mit der Einfallsebene 2a der Hilfslichtführung 2 direkt,
ohne die Notwendigkeit von irgendwelchen optischen Koppelmaterialien
verbunden, um hierdurch eine Zustandsänderung bei hoher Temperatur
zu vermeiden.
Bei
einem derartigen Strahlungsdetektor D bestehen der Szintillator 1 und
die Hilfslichtführung 2 aus
einem Material, das eine höhere
Temperaturbeständigkeit
bzw. Belastungsgrenztemperatur als das Material der Wellenlängenverschiebungsfaser 5 besitzt.
Genauer gesagt, ist die Wellenlängenverschiebungsfaser 5 aus
einem Kunststoffmaterial hergestellt, das eine Wärmebeständigkeitstemperatur bzw. Wärmebelastungsgrenztemperatur
von 70 bis 80° C aufweist,
und besteht beispielsweise aus einem Polystyrol oder einem Methacrylharz.
Demgegenüber sind
der Szintillator 1 und die Hilfslichtführung 2 aus einem
Material hergestellt, das eine Wärmebelastungsgrenztemperatur
von beispielsweise 100° C oder
höher aufweist.
Die
Hilfslichtführung 2 enthält einen
prismatischen oder säulenförmigen Körper wie
etwa ein Prisma oder einen Zylinder, die beispielsweise aus einem Material
bestehen, das für
das Szintillationslicht durchlässig
ist und das einen größeren Brechungsindex
als Luft aufweist. In diesem Fall wird das Szintillationslicht,
das von dem Szintillator 1 her in die Hilfslichtführung 2 eintritt,
zu der Einfallsebene 4a der Hauptlichtführung 4 aufgrund der
Totalreflexion an der Innenseite der Oberfläche der Hilfslichtführung 2 (der
Grenzfläche
zwischen der umgebenden Luft und der Hilfslichtführung 2) geführt. In
gleichartiger Weise kann die Hilfslichtführung 2 ein Bündel von
optischen Fasern enthalten. Die Hilfslichtführung 2 kann eine Flüssigkeit
enthalten, die für
das Szintillationslicht durchlässig
ist, und kann eine Röhre
aufweisen, die mit der Flüssigkeit
gefüllt
ist und imstande ist, das Szintillationslicht vollständig oder
spiegelnd nach innen zu reflektieren. Wenn eine transparente Röhre als
die Röhre
der Hilfslichtführung 2 benutzt
wird, wird die Totalreflexion ausgenutzt, die sich aufgrund des
Unterschieds der Brechungsindizes der umgebenden Luft und der Röhre gibt.
Wenn die Röhre
der Hilfslichtführung 2 ein
opaques Rohr, das eine zur Erzielung einer spiegelnden Reflexion
behandelte Innenoberfläche
besitzt, oder ein transparentes Rohr ist, das eine zur Erzielung
einer spiegelnden Reflexion behandelte äußere oder innere Oberfläche aufweist,
ist es möglich,
die spiegelnd reflektierende Wirkung auszunutzen.
In
diesem Fall wird das in die Hilfslichtführung 2 eintretende
Szintillationslicht zu der Einfallsebene 4a der Hauptlichtführung 4 durch
die einwärts gerichtete
Totalreflexion oder spiegelnde Reflexion in der Röhre der
Hilfslichtführung 2 geleitet.
Ferner kann die Hilfslichtführung 2 eine
Röhre aufweisen, die
dazu ausgelegt ist, das Szintillationslicht spiegelnd nach innen
zu reflektieren. In diesem Fall wird das in die Hilfslichtführung 2 eintretende
Szintillationslicht zu der Einfallsebene 4a der Hauptlichtführung 4 durch
die spiegelnd nach innen reflektierende Wirkung des Rohrs geleitet,
das die Hilfslichtführung 2 bildet.
Bei einem solchen Aufbau werden die nachstehend erläuterten
Funktionen und Vorteile bei diesem Ausführungsbeispiel erreicht. Da
der Szintillator 1 und die Hilfslichtführung 2 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus einem Material hergestellt sind, das eine höhere Temperaturfestigkeit als
dasjenige der Wellenlängenverschiebungsfaser 5 besitzt, kann
der Szintillator 1 einer Umgebung ausgesetzt werden, in
der eine höhere
Temperatur als die Wärmebelastungsgrenztemperatur
der Wellenlängenverschiebungsfaser 5 herrscht.
Demgegenüber
ist die Wellenlängenverschiebungsfaser 5 in
einer Umgebung angeordnet, bei der eine niedrigere Temperatur als
ihre Wärmebelastungsgrenztemperatur
vorhanden ist. Es ist demzufolge möglich, die Strahlung auch in
einer Umgebung zu erfassen, bei der eine höhere Temperatur als die Wärmebelastungsgrenztemperatur
der Wellenlängenverschiebungsfaser 5 herrscht,
ohne daß die
Notwendigkeit des Einsatzes irgendeiner speziellen Kühleinrichtung
oder dergleichen besteht. Wenn beispielsweise angenommen wird, daß die Wärmebelastungsgrenztemperatur
der Wellenlängenverschiebungsfaser 5 bei
ungefähr
70° C liegt,
kann der Szintillator 1 einer Umgebung ausgesetzt werden,
in der eine höhere
Temperatur (von beispielsweise 100° C) als die Wärmebelastungsgrenztemperatur
der Wellenlängenverschiebungsfaser 5,
d.h. von mehr als 70° C
herrscht, so daß die Strahlung
detektiert werden kann, während
die Wellenlängenverschiebungsfaser 5 in
einer Umgebung angeordnet bleibt, deren Temperatur gleich oder kleiner
als 70° C
ist, wie dies in 1 gezeigt ist.
Es
wird nun auf die 2 bis 4 Bezug genommen.
Das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel
eines Strahlungsmeßsystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nun anhand dieser 2 bis 4 beschrieben,
wobei bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
für gleiche
Teile oder Komponenten die gleichen Bezugszeichen wie bei dem ersten,
in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel verwendet werden,
wobei die Beschreibung dieser gleichen Teile oder Komponenten nicht
nochmals wiederholt wird. Gemäß 2 enthält das Strahlungsmeßsystem
denselben Strahlungsdetektor D wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
sowie zwei, ein Paar bildende Signalverarbeitungsabschnitte 7A und 7B,
einen Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8, einen Datenverarbeitungsabschnitt 9 und
eine Temperaturerfassungseinrichtung 10, 11. Die
beiden Signalverarbeitungsabschnitte 7A und 7B sind
mit den beiden Endabschnitten 5a und 5b der Wellenlängenverschiebungsfaser 5 des
Strahlungsdetektors D mit Hilfe einer optischen Übertragungseinrichtung 6A und 6B verbunden,
die beispielsweise als Lichtführungsfasern
ausgebildet sind. Die Signalverarbeitungsabschnitte 7a und 7B sind
derart ausgelegt, daß sie
die fluoreszierenden Impulse, die von den beiden Endabschnitten 5a und 5b der
Wellenlängenverschiebungsfaser 5 ausgesendet
werden, jeweils in elektrische Impulse umwandeln. Im einzelnen weist
jeder der Signalverarbeitungsabschnitte 7A und 7B einen
Photodetektor, beispielsweise einen Photovervielfacher, eine Signalverstärkerschaltung, eine
Signaldetektorschaltung und dergleichen auf.
Der
Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8 ist derart ausgelegt,
daß er
eine Koinzidenzverarbeitung hinsichtlich der elektrischen Impulse
ausführt,
die durch die Signalverarbeitungsabschnitte 7A und 7B umgewandelt
bzw. erzeugt worden sind, wobei der Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8 Koinzidenzraten R,
d.h. Übereinstimmungsraten,
als bezüglich
der Koinzidenz verarbeitete Daten abgibt. Im einzelnen umfaßt der Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8 beispielsweise
einen Koinzidenzzähler,
einen Zähler und
eine Schnittstellenschaltung zwischen dem Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8 und
der Datenverarbeitungseinheit 9, usw.. Die Temperaturerfassungseinrichtungen 10 und 11 umfassen
einen Temperatursensor (zum Beispiel ein Thermoelement) 10,
das an dem oder in der Nähe
des Szintillators 1 des Strahlungsdetektors D angeordnet
ist, und ein Temperaturmeßgerät 11, das
an den Temperatursensor 10 angeschlossen ist. Der Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8 und
das Temperaturmeßgerät 11 sind
mit dem Datenverarbeitungsabschnitt 9 verbunden. Die von
dem Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8 abgegebenen Koinzidenzraten
R werden unter Einsatz der Schnittstellenschaltung des Koinzidenzverarbeitungsabschnitts 8 zu
dem Datenverarbeitungsabschnitt 9 on-line übertragen.
Der Datenverarbeitungsabschnitt 9 ist dazu ausgelegt, die
erfaßte
Temperatur aus dem Temperaturmeßgerät 11 unter
Einsatz einer Temperaturleseeinrichtung auszulesen, und die ausgelesene
Temperatur in ihm aufzuzeichnen.
Der
Datenverarbeitungsabschnitt 9 ist dazu ausgelegt, eine
Strahlungsintensität
auf der Grundlage der Koinzidenzraten R, die als die hinsichtlich
Koinzidenz verarbeiteten Daten dienen, zu berechnen und die Strahlungsintensität auf der
Grundlage der von der Temperaturerfassungseinrichtung 10, 11 erfaßten Temperatur
unter Berücksichtigung
der Temperaturabhängigkeit
des Szintillators 1 zu korrigieren (diese wird im weiteren
Text noch näher
beschrieben), wenn die Strahlungsintensität berechnet wird. Bei diesem
Strahlungsmeßsystem
sind der Strahlungsdetektor D und der Temperatursensor 10 in
einer Umgebung mit sich ändernder
Temperatur angeordnet. Andererseits sind jedoch die Signalverarbeitungsabschnitte 7A und 7B,
der Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8, der Datenverarbeitungsabschnitt 9 und
das Temperaturmeßgerät 11 in
einer Umgebung angeordnet, in der eine im wesentlichen konstante Temperatur
herrscht, die niedriger als oder gleich groß wie die Temperaturbelastungsgrenzwerte
(zum Beispiel 50° C)
dieser Komponenten sind (beispielsweise befinden sich diese Komponenten
in einer temperaturgesteuerten Meßkammer in einer Kernkraftanlage).
Der
Strahlungsdetektor D und der Temperatursensor 10 können in
diesem Fall in einer Umgebung mit hoher Temperatur (zum Beispiel
50° C oder höher) angeordnet
sein, wobei es dann erforderlich ist, mindestens die Wellenlängenverschiebungsfaser 5 in
einer Umgebung zu positionieren, bei der die Temperatur niedriger
als oder gleich groß wie
die Wärmebelastungsgrenztemperatur
(zum Beispiel 70° C)
der Wellenlängenverschiebungsfaser 5 ist,
gleichartig wie dies auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Da ferner bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Temperaturerfassungseinrichtung 10, 11 das
Temperaturmeßgerät 11 enthält, das elektronische
Schaltungsteile umfaßt,
ist lediglich das Temperaturmeßgerät 11 in
der gleichen Umgebung bzw. bei der gleichen Temperatur wie diejenige des
Datenverarbeitungsabschnitts 9 usw. angeordnet.
Nachfolgend
wird die in dem Datenverarbeitungsabschnitt 9 erfolgende
Berechnung der Strahlungsintensität im einzelnen beschrieben.
Diese Berechnung umfaßt
eine Korrektur, bei der die Temperaturabhängigkeit des Szintillators 1 berücksichtigt wird.
Der Szintillator 1 besteht zum Beispiel aus Thallium-aktiviertem
Natriumiodid (NaI(T1)) und weist eine Temperaturabhängigkeit
dahingehend auf, daß seine
Aussendungsabklingzeit kürzer
wird und damit der Aussendungsbetrag bzw. die Sendeleistung verringert
wird, wenn die Temperatur ansteigt. Als Folge hiervon verringert
sich die Strahlungszählempfindlichkeit
des Strahlungsdetektors D, wenn die Temperatur des Szintillators 1 ansteigt.
Deshalb wird die Beziehung zwischen der Zählempfindlichkeit, die durch Messen
eines Strahlungsfelds mit einer konstanten Intensität erhalten
wird, und der Temperatur 7 des Szintillators 1 vorab
untersucht, um hierdurch Kalibrierungsdaten zu erhalten, die die
Korrelation zwischen dem relativen Wert C der Zählempfindlichkeit und der Temperatur
T angeben, wie dies in den 3a und 3b gezeigt
ist. Die in den 3a und 3b gezeigten
Kalibrierungsdaten stellen ein Beispiel für Daten dar, die die relativen
Werte C der Meßempfindlichkeiten
bei den jeweiligen Temperaturen T angeben, wobei angenommen wird,
daß die
Zählempfindlichkeit
bei einer Normalisierungs- bzw. Standardtemperatur T0 = 19 ° gleich C
= 1,0 ist, wobei die Kalibrierungsdaten in der Form einer Kalibrierungskurve
(3a) bzw. in der Form einer Kalibrierungswerte
enthaltenden Tabelle (3b) dargestellt sind.
Nachfolgend
wird auf das in 4 gezeigte Ablaufdiagramm Bezug
genommen und anhand dieser Figur eine Prozedur oder Vorgehensweise
zum Berechnen einer Strahlungsintensität in dem Datenverarbeitungsabschnitt 9 erläutert. Gemäß 4 wird
zunächst
bei einem Schritt S1 die erfaßte
Temperatur von dem Temperaturmeßgerät 11 abgefragt, und
weiterhin bei dem Schritt S2 eine Koinzidenzrate R von dem Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8 gewonnen.
Anschließend
wird unter Zugriff auf die in 3a und/oder 3b gezeigten
Kalibrierungsdaten ein relativer Wert C für die Zählempfindlichkeit gewonnen,
der der erfaßten
Temperatur entspricht (Schritt S3). Nachfolgend werden ein zuvor
festgelegter Umwandlungsfaktor für
die Strahlungsintensität,
die Koinzidenzrate R und der relative Wert C für die Zählempfindlichkeit dazu benutzt,
eine korrigierte Strahlungsintensität zu berechnen (Schritt S4).
Die korrigierte Strahlungsintensität ist gleich Koinzidenzrate
R/Strahlungsintensitätsumwandlungsfaktor × (1/C).
Auch
wenn der Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8 gemäß den vorstehenden
Erläuterungen
die Koinzidenzrate R als die hinsichtlich Koinzidenz verarbeiteten
Daten abgibt, kann der Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8 auch
einen Koinzidenzwert r und eine Zählzeit t als die hinsichtlich
Koinzidenz verarbeiteten Daten ausgeben, und es kann der Datenbearbeitungsabschnitt 9 die
Koinzidenzrate R auf der Grundlage des Koinzidenzwerts r und der
Zählzeit
t berechnen. Die Funktionen und Vorteile des in der vorstehend erläuterten
Weise aufgebauten Ausführungsbeispiels
werden im weiteren Text näher
beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind die Signalverarbeitungsabschnitte 7A und 7B,
der Koinzidenzverarbeitungsabschnitte 8, der Datenverarbeitungsabschnitt 9 und
das Temperaturmeßgerät 11 in einer
Umgebung mit einer im wesentlichen konstanten Temperatur angeordnet,
so daß sie
nicht den Einflüssen
einer Temperaturänderung
unterliegen. Wenn der Datenverarbeitungsabschnitt 9 die
Strahlungsintensität
auf der Basis der hinsichtlich Koinzidenz verarbeiteten Daten berechnet,
ist es demzufolge möglich,
eine hohe Meßgenauigkeit
bei der Messung der Strahlungsintensität auch bei Änderungen der Temperatur in
demjenigen Umgebungsbereich, in dem der Strahlungsdetektor D angeordnet
ist, zu gewährleisten,
indem lediglich die Strahlungsintensität in Abhängigkeit von der durch die
Temperaturerfassungseinrichtung 10, 11 erfaßten Temperatur
unter Berücksichtigung
der Temperaturabhängigkeit
des Szintillators 1 korrigiert wird. Es ist daher möglich, die Strahlung
mit einem einfachen Aufbau auch in einer Umgebung mit sich ändernder
Temperatur sehr exakt zu messen.
Unter
Bezugnahme auf die 5 bis 7 wird nachfolgend
ein drittes Ausführungsbeispiel
eines Strahlungsmeßsystems
gemäß der vorliegenden Erfindung
erläutert.
Wie in 5 gezeigt ist, ist dieses dritte Ausführungsbeispiel
im wesentlichen gleich aufgebaut wie das zweite Ausführungsbeispiel,
wobei aber die Temperaturerfassungseinrichtung 10, 11 weggelassen
ist und ferner Signalsysteme A und B sowie ein Datenverarbeitungsabschnitt 9' anstelle des
Koinzidenzverarbeitungsabschnitts 8 und des Datenverarbeitungsabschnitts 9 vorgesehen sind.
Hierbei weist das Signalsystem A zwei, als Paar vorgesehene Impulsbreiteneinstellabschnitte 12A und 12B sowie
einen Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8a auf. Das Signalsystem
B enthält
zwei, als Paar vorgesehene Impulsbreiteneinstellabschnitte 12C und 12D sowie
einen Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8B. Die Impulsbreitenabschnitte 12A und 12B des
Signalsystems A sind so ausgelegt, daß sie elektrische Impulssignale
b, a, die jeweils von dem Signalverarbeitungsabschitt 7B bzw. 7A umgewandelt
und abgegeben worden sind, so formen, daß sie zu Impulssignalen b1
bzw. a1 werden, die eine Impulsbreite von beispielsweise jeweils
500 ns besitzen. Die Impulsbreiteneinstellabschnitte 12C und 12D des
Signalsystems B sind derart ausgelegt, daß sie die elektrischen Impulssignale
a und b jeweils in Impulssignale a2 bzw. b2 umformen, die eine Impulsbreite
von beispielsweise 100 ns aufweisen.
In
diesem Fall sind die Impulsbreiten, die von den Impulsbreiteneinstellabschnitten 12A, 12B, 12C und 12D festgelegt
werden, Beispiele, die unter Berücksichtigung
der Tatsache festgelegt werden, daß die Abklingzeit bzw. Abfallzeit
der Aussendung des von dem Szintillator 1 ausgesendeten
Szintillationslicht bei dem aus Thallium-aktiviertem Natriumiodid bestehenden
Szintillator 1 bei ungefähr 230 ns liegt (die Impulsbreite
mit einem Wert von 500 ns ist beispielsweise ungefähr doppelt
so lang wie diese Abklingzeit bei der Aussendung mit dem Wert von
230 ns). Der Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8A des Signalsystems
A ist derart ausgelegt, daß er
eine Koinzidenzverarbeitung bzw. Überprüfung der Koinzidenz der jeweiligen
Impulssignale b1 und a1 ausführt,
die von den entsprechenden Impulsbreiteneinstellabschnitten 12A und 12B festgelegt
bzw. geformt worden sind, um hierdurch eine Koinzidenz- bzw. Übereinstimmungsrate
Ra, die den Impulssignalen b1 und a1 entspricht, als die hinsichtlich
Koinzidenz verarbeiteten Daten auszugeben. Auf der anderen Seite
ist der Koinzidenzverarbeitungsabschnitt 8b des Signalsystems
B in gleichartiger Weise so ausgelegt, daß er eine Koinzidenzverarbeitung bzw. Überprüfung der
Koinzidenz der jeweiligen Impulssignale a2 und b2 ausführt, die
von den entsprechenden Impulsbreiteneinstellabschnitten 12C und 12D festgelegt
und ausgegeben werden, um hierdurch eine Koinzidenzrate Rb, die
den Impulssignalen a2, b2 entspricht, als die hinsichtlich Koinzidenz
verarbeiteten Daten auszugeben. Die sonstige Ausgestaltung der Koinzidenzverarbeitungsabschnitte 8A und 8B ist
im wesentlichen die gleiche wie bei dem vorstehend erläuterten
zweiten Ausführungsbeispiel. Unter
Verwendung der Schnittstellenschaltungen der Koinzidenzverarbeitungsabschnitte 8A und 8B werden
die Koinzidenzraten Ra und Rb, die von den Koinzidenzverarbeitungsabschnitten 8A bzw. 8B abgegeben
werden, on-line zu dem Datenverarbeitungsabschnitt 9' übertragen.
Der
Datenverarbeitungsabschnitt 9' ist so ausgelegt, daß er die
Intensität
der Strahlung auf der Basis der Koinzidenzraten Ra und Rb berechnet,
die als die hinsichtlich Koinzidenz verarbeiteten Daten dienen,
und die Intensität
der Strahlung auf der Grundlage der Beziehung zwischen den Koinzidenzraten
Ra und Rb unter Berücksichtigung
der Temperaturabhängigkeit
des Szintillators 1 korrigiert, wenn die Strahlungsintensität berechnet
wird. Auch bei diesem Strahlungsmeßsystem ist der Strahlungsdetektor
D in gleichartiger Weise wie bei dem Strahlungsmeßsystem
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
(siehe 2) in einer Umgebung mit sich ändernder Temperatur angeordnet,
wohingegen die Signalverarbeitungsabschnitte 7A und 7B,
die Impulsbreiteneinstellabschnitte 12A bis 12D,
die Koinzidenzverarbeitungsabschnitte 8A und 8B,
und der Datenverarbeitungsabschnitt 9' in einer Umgebung mit einer im
wesentlichen konstanten Temperatur angeordnet sind, die geringer
als oder maximal gleich groß wie
die Wärmebelastungsgrenztemperaturen dieser
Komponenten ist (zum Beispiel 50° C).
In
gleichartiger Weise wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es erforderlich,
daß mindestens
die Wellenlängenverschiebungsfaser 5 in
einer Umgebung mit einer Temperatur angeordnet ist, die niedriger
als oder gleich groß wie
ihre Wärmebelastungsgrenztemperatur
ist (zum Beispiel 70° C),
auch wenn der Strahlungsdetektor D in einer Umgebung mit einer hohen
Temperatur (beispielsweise 50° C oder
höher)
angeordnet sein kann.
Im
folgenden wird die Berechnung der Intensität der Strahlung, die eine Korrektur
unter Berücksichtigung
der Temperaturabhängigkeit
des Szintillators 1 einschließt und in dem Datenverarbeitungsabschnitt 9' ausgeführt wird,
im einzelnen erläutert.
Wie vorstehend angegeben, weist der beispielsweise aus Thallium-aktivierten
Natriumiodid (NaI(T1)) bestehende Szintillator 1 eine Temperaturabhängigkeit
in einer derartigen Weise auf, daß sich seine Abklingzeit beim
Aussendevorgang verkürzt,
wenn die Temperatur ansteigt. Daher verringer sich die Leuchteffizienz
bzw. der Leuchtwirkungsgrad, so daß sich die Strahlungszählempfindlichkeit
des Strahlungsdetektors D verringert und sich das zeitliche Jittern
(Zittern) bei der Erzeugung von fluoreszierenden Impulsen, die die
Signalverarbeitungsabschnitte 7A und 7B erreichen,
verringer. Wie in 6a gezeigt ist, nimmt das Verhältnis zwischen
den beiden Koinzidenzraten (Koinzidenzratenverhältnis) Rc = Rb/Ra, das auf
den unterschiedlichen Impulsbreiten beruht (500 ns, 100 ns) zu,
wenn die Temperatur T des Szintillators 1 ansteigt. Andererseits
ist in 6b ein Beispiel für die Korrelation
(Normalisierungs- bzw. Bezugstemperatur T0 = 20° C) zwischen der Temperatur
T des Szintillators 1 und dem relativen Wert C der Zählempfindlichkeit
gezeigt, wobei dieses Beispiel dadurch erhalten worden ist, daß die Beziehung
zwischen der Temperatur T und der Zählempfindlichkeit untersucht wird,
die zuvor durch Messen eines Strahlungsfelds mit einer vorbestimmten
Intensität
erhalten worden ist. Anhand der Beziehung zwischen dem Verhältnis Rc
der Koinzidenzraten und der in 6a gezeigten Temperatur
T und anhand der Beziehung zwischen dem relativen Wert C der Zählempfindlichkeit
und der Temperatur T, die in 6b dargestellt
ist, werden Kalibrierungsdaten erhalten, die die Korrelation bzw. Beziehung
zwischen dem Verhältnis
Rc der Koinzidenzraten und dem relativen Wert C der Zählempfindlichkeit
angeben, wobei die Kalbrierungsdaten oder die Beziehung in 6c dargestellt
sind.
Unter
nachfolgender Bezugnahme auf ein in 7 gezeigtes
Ablaufdiagramm wird nun ein Verfahren zum Berechnen der Intensität der Strahlung
in dem Datenverarbeitungsabschnitt 9' erläutert. Gemäß 7 werden
bei einem Schritt S11 Koinzidenzraten Ra und Rb von den Koinzidenzverarbeitungsabschnitten 8A und 8B gewonnen
bzw. ausgelesen. Anschließend
wird ein Verhältnis
Rc = Rb/Ra für
die beiden Koinzidenzraten ermittelt, und es wird ein relativer
Wert C für
die Zählempfindlichkeit,
der dem Verhältnis
Rc zwischen den Koinzidenzraten entspricht, unter Bezugnahme auf
die Kalibrierungsdaten gewonnen, die in 6c als
ein Beispiel dargestellt sind (Schritt S12). Anschließend werden
bei einem Schritt S13 der vorab festgelegte Umwandlungsfaktor für die Umwandlung
der Strahlungsintensität,
die Koinzidenzraten und der relative Wert C für die Zählempfindlichkeit dazu benutzt,
eine korrigierte Strahlungsintensität zu berechnen (die korrigierte Strahlungsintensität ist gleich
Koinzidenzrate R/Umwandlungsfaktor für die Strahlungsintensitätsumwandlung × (1/C)).
Auch
wenn gemäß der vorstehenden
Erläuterung
die Koinzidenzverarbeitungsabschnitte 8A und 8B jeweils
die Koinzidenzraten Ra bzw. Rb als die hinsichtlich Koinzidenz verarbeiteten
Daten ausgeben, können
diese Koinzidenzverarbeitungsabschnitte 8A und 8B stattdessen
auch Koinzidenzwerte ra, rb sowie Zählzeiten ta, tb als die hinsichtlich
Koinzidenz verarbeiteten Daten ausgeben, und es kann der Datenverarbeitungsabschnitt 9' die Koinzidenzraten
Ra, Rb auf der Grundlage der Koinzidenzwerte ra, rb und der Zählzeiten
ta, tb berechnen.
Im
folgenden werden die mit dem in der vorstehend erläuterten
Weise aufgebauten dritten Ausführungsbeispiel
erzielbaren Funktionen und Vorteile beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind die Signalverarbeitungsabschnitte 7A und 7B,
die Impulsbreiteneinstellabschnitte 12A bis 12D,
die Koinzidenzverarbeitungsabschnitte 8A und 8B sowie der
Datenverarbeitungsabschnitt 9' in einer Umgebung mit einer im
wesentlichen konstanten Temperatur angeordnet, so daß diese
Komponenten keinen Einflüssen
aufgrund einer Änderung
der Temperatur unterliegen. Wenn der Datenverarbeitungsabschnitt 9' die Intensität der Strahlung
auf der Grundlage der hinsichtlich Koinzidenz verarbeiteten Daten
berechnet, ist es demzufolge möglich,
eine hohe Meßgenauigkeit
bei der Messung der Strahlungsintensität unter Berücksichtigung einer Änderung
der Temperatur in der Umgebung, in der der Strahlungsdetektor D angeordnet
ist, beizubehalten, indem einfach die Strahlungsintensität auf der
Grundlage des Verhältnisses
Rc = Rb/Ra zwischen den Koinzidenzraten und unter Berücksichtigung
der Temperaturabhängigkeit
des Szintillators 1 korrigiert wird. Es ist demzufolge
möglich,
die Strahlung auch in einer Umgebung mit sich ändernder Temperatur bei einfachem Aufbau
sehr exakt zu messen.
Zusätzlich ist
es nicht erforderlich, die Temperaturerfassungseinrichtung für den Einsatz
bei dem Strahlungsmeßsystem
gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
zusätzliche
elektronische, einer Temperaturabhängigkeit unterliegende Komponenten
und komplizierte Systeme wie etwa einen Zeit/Amplituden-Wandler
(TAC = "time-to-amplitude converter") und einen Zeit/Digitalwert-Wandler
(TDC = "time-to-digital
converter") vorzusehen,
die üblicherweise
bei dem Zählen
von Zeitintervallen zum Einsatz kommen. Auch wenn das Verhältnis Rc
zwischen den Koinzidenzraten als Referenz für die Temperaturkorrektur bei
der Messung der Strahlungsintensität zum Einsatz kommt, kann anstelle
dieses Verhältnisses
Rc zwischen den Koinzidenzraten auch der Unterschied zwischen den
Koinzidenzraten benutzt werden. Auch wenn die beiden Signalsysteme
A und B dazu vorgesehen sind, die Beziehung zwischen den Koinzidenzdaten
Ra und Rb auf der Grundlage von zwei Impulssignalen mit unterschiedlichen
Impulsbreiten auszunutzen, können
auch drei oder mehr Signalsysteme dazu vorgesehen werden, die Beziehung
zwischen den Koinzidenzraten auf der Grundlage von drei oder mehr
Impulssignalen mit unterschiedlichen Impulsbreiten auszunutzen.
Das
Strahlungsmeßverfahren,
das bei dem Strahlungsmeßsystem
gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ausgeführt
wird, kann in einem computerlesbaren Speichermedium als ein Strahlungsmeßprogramm
gespeichert sein, durch das ein Computer zur Ausführung des
Strahlungsmeßverfahrens,
d.h. der Strahlungsmeßprozedur
veranlaßt wird.
Diese Prozedur umfaßt:
- (1) einen Signalverarbeitungsschritt, bei dem Licht,
das an den beiden Endabschnitten 5a und 5b der
Wellenlängenverschiebungsfaser 5 des Strahlungsdetektors
D austritt, jeweils in elektrische Impulssignale a bzw. b umgewandelt
wird;
- (2) einen Impulsbreiteneinstellschritt, bei dem die elektrischen
Impulssignale a und b, die bei dem Signalverarbeitungsschritt erzeugt
worden sind, so festgelegt bzw. geformt werden, daß sie zwei oder
mehr Arten von Impulssignalen a1, b1, a2 und b2 entsprechen, die
unterschiedliche Impulsbreiten besitzen;
- (3) einen Koinzidenzverarbeitungsschritt, bei dem eine Koinzidenzverarbeitung
bzw. Übereinstimmungserfassung
bezüglich
der Impulssignale a1, b1 und a2, b2 ausgeführt wird, die bei dem Impulsbreiteneinstellschritt
abgegeben werden, um hierdurch Koinzidenzraten (hinsichtlich Koinzidenz
verarbeitete Daten) Ra, Rb auszugeben, die den Impulssignalen a1,
b1 bzw. a2, b2 entsprechen; und
- (4) einen Datenverarbeitungsschritt, bei dem eine Strahlungsintensität auf der
Grundlage der Koinzidenzraten (der hinsichtlich Koinzidenz verarbeiteten
Daten) Ra, Rb berechnet wird und die Strahlungsintensität auf der
Grundlage der Beziehung zwischen den hinsichtlich Koinzidenz verarbeiteten
Daten im Hinblick auf die Temperaturabhängigkeit des Szintillators 1 des
Strahlungsdetektors D korrigiert wird, wenn die Strahlungsintensität berechnet
wird.
Wenn
das Strahlungsmeßprogramm
aus dem Speichermedium mit Hilfe eines Computers ausgelesen wird,
kann der Strahlungsmeßablauf
bei dem Strahlungsmeßsystem
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
durch den Computer ausgeführt
werden. Auch wenn der Strahlungsdetektor D gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
auch bei dem zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel zum Einsatz
kommt, kann auch ein Strahlungsdetektor benutzt werden, der keine
Hilfslichtführung
bzw. zusätzliche
Lichtführung 2 enthält (zum
Beispiel kann der in 9 gezeigte herkömmliche
Strahlungsdetektor benutzt werden.) Unter Bezugnahme auf 8 wird
nun ein viertes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dieses vierte Ausführungsbeispiel
ist das gleiche wie das in 2 gezeigte
zweite Ausführungsbeispiel
und das in 5 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel,
mit der Ausnahme, daß der
in den 1, 2 oder 5 gezeigte
Strahlungsdetektor D, der bei dem zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel
benutzt wird, durch einen Strahlungsdetektor D' ersetzt ist, der in 8 dargestellt
ist. Der Strahlungsdetektor D' bei
diesem vierten Ausführungsbeispiel
weist, wie in 8 dargestellt ist, eine Lichtquelle 16 zum
Aussenden von Licht mit einer bestimmten Wellenlänge auf. Eine Hauptlichtführung 4' oder eine Hilfslichtführung 2 oder
diese beiden Komponenten sind aus einem Material hergestellt, das
einen Lichtbrechungseffekt ("photo-bleaching
effect") aufgrund
oder bei einer Bestrahlung mit dem die bestimmte Wellenlänge aufweisenden
Licht hervorrufen kann. Das von der Lichtquelle 16 ausgesendete
Licht kann auf die Hauptlichtführung 4' und die Hilfslichtführung 2 einfallen. Der
sonstige Aufbau ist im wesentlichen der gleiche wie derjenige bei
dem in 1 dargestellten Strahlungsdetektor D.
Der "Photo-Bleaching"-Effekt ist ein Phänomen, bei
dem die Erhöhung
der Lichtdurchlässigkeitsverluste
eines Materials wie etwa eines Glases oder eines transparenten Harzes,
bei dem sich die Lichtdurchlässigkeitsverluste
mit der Strahlung erhöhen,
dadurch unterdrückt
oder kompensiert wird, daß das
Material mit Licht bestrahlt wird, das eine bestimmte Wellenlänge besitzt.
Die Lichtquelle 16 kann beispielsweise eine weißes Licht
erzeugende Quelle sein. Wie in 8 gezeigt
ist, ist ein Lichteinlaßfenster
in der unterseitigen Fläche 4b der
Hauptlichtführung 4' ausgebildet,
und es ist eine zweite Hilfslichtführung 14, die eine
optische Ausgabefläche 14a und eine
Einfallsebene 14b aufweist, zwischen der unterseitigen
Fläche 4b der
Hauptlichtführung 4a und
der optischen Ausgabefläche 16a vorgesehen,
um hierdurch zu ermöglichen,
daß von
der Lichtquelle 16 ausgesendetes Licht auf die Hauptlichtführung 4' einfallen kann.
Die mit dem in der vorstehend erläuterten Weise aufgebauten Ausführungsbeispiel
erzielbaren Funktionen und Vorteile werden nachstehend näher beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
tritt Licht, das eine bestimmte Wellenlänge aufweist und von der Lichtquelle 16 ausgesendet
wird, in die Hauptlichtführung 4' oder in die
Hilfslichtführung 2 oder
in diese beiden Komponenten ein, so daß es möglich ist, die durch die Strahlung
bedingte Zunahme der Lichtübertragungsverluste
oder Lichtdurchlässigkeitsverluste
bezüglich
der Hauptlichtführung 4' oder der Hilfslichtführung 2 aufgrund
des "Photo-Bleaching"-Effekts ("photo-bleaching effect") zu kompensieren
oder zu unterdrücken,
der durch das die bestimmte Wellenlänge aufweisende einfallende Licht
bedingt ist.
Wenn
eine gewisse Gefahr besteht, daß irgendeine
der Lichtführungen 2, 4' und 14 (die
beispielsweise aus einem Harzmaterial bestehen) durch ultraviolette
Strahlen beschädigt
werden können,
die in dem von der Lichtquelle ausgesandten Licht enthalten sind,
ist es möglich,
diese Beschädigungsgefahr
dadurch zu vermeiden, daß ein
ultraviolettes Filter 15 zwischen der optischen Ausgabefläche 16a der
Lichtquelle 16 und der Einfallsebene 14b der zweiten
Hilfslichtführung 14 angeordnet
wird, wie dies in 8 gezeigt ist.
Der
beschriebene Strahlungsdetektor D umfaßt somit einen Szintillator 1,
eine Hauptlichtführung 4,
eine Wellenlängenverschiebungsfaser 5,
die durch die Hauptlichtführung 4 hindurchgeführt ist,
und eine Hilfslichtführung 2,
die zwischen dem Szintillator 1 und der Hauptlichtführung 4 vorgesehen
ist. Der Szintillator 1 ist zum Aussenden von Szintillationslicht
als Reaktion auf einfallende Strahlung ausgelegt. Die Hauptlichtführung 4 ist
von einer Einfallsebene 4a, über die das Szintillationslicht
in die Hauptlichtführung 4 eintreten
kann, und einer reflektierenden Oberfläche umgeben, durch die das über die
Einfallsebene 4a eintretende Szintillationslicht nach innen
reflektiert wird. Die Wellenlängenverschiebungsfaser 5 ist
derart ausgelegt, daß sie
das in die Hauptlichtführung 4 eintretende
Szintillationslicht absorbiert und das Szintillationslicht in Form
von fluoreszierenden Impulsen mit einer größeren Wellenlänge wieder
aussendet, wobei diese wiederausgesendeten fluoreszierenden Impulse
die beiden Enden 5a, 5b der Wellenlängenverschiebungsfaser 5 gleichzeitig
verlassen können.
Bei diesem Strahlungsdetektor D sind der Szintillator 1 und
die Hilfslichtführung 2 aus
einem Material hergestellt, das höheren Temperaturen widerstehen
kann als das Material der Wellenlängenverschiebungsfaser 5.