DE2001909C3

DE2001909C3 - Flüssigkeits-Szintillations-Meßeinrichtung mit einer Koinzidenzschaltung und Schaltungen zur Impulshöhen-Auswahl

Info

Publication number: DE2001909C3
Application number: DE2001909A
Authority: DE
Inventors: Barton Hanlon Deerfield Ill. Laney (V.St.A.)
Original assignee: GD Searle LLC
Current assignee: GD Searle LLC
Priority date: 1969-01-21
Filing date: 1970-01-16
Publication date: 1979-04-12
Also published as: DE2001909A1; NL7000776A; ZA70363B; CH545975A; GB1304051A; SE371503B; US3626187A; JPS5025832B1; FR2028804B1; DE2001909B2; FR2028804A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeits-Szintillations-Meßeinrichtung mit einer Meßkammer zur Aufnahme von Proben, zwei mit einer jeweils in der Meßkammer befindlichen Probe optisch gekoppelten Fotovervieifachern und mit einer Impulsverarbeitungseinrichtung, welche jedem der Fotovervielfacher ,nachgeschaltete Impulshöhen-Schwellendiskriminatoren, mindestens eine Koinzidenzschaltung mit nachgeschaltetem Tor zur Auswahl koinzidenter Impulse von den beiden Fotovervielfachern und eine Impulssummierschaltung mit nachgeschalteter Auswahleinrichtung zur Bestimmung eines von der Impulssumme abhängigen Zählbereichs sowie mindestens eine Zähleinrichtung zum Zählen der entsprechend ihrer Impulshöhe, Impulssumme und der festgestellten Koinzidenz ausgewählten Impulse aufweist

Eine solche Einrichtung ist aus der CH-PS 4 52 713 bekannt

E: ist bekannt, daß eine wirksame Zählung von Beta-Aktivitäten niedriger Energien mit Hilfe von Flüssigkeits-Szintillations-Meßeinrichtungen die Zählung von Fotomultiplier-Signalimpulsen erfordert, deren Amplituden von der gleichen niedrigen Größenordnung sind wie die Amplituden von in der Anlage erzeugten Rauschimpulsen. Um gegen Rauschimpulse zu diskriminieren, werden mehrere Fotomultiplier, normalerweise zwei, benutzt und nicht koinzidente Impulse als zum Rauschen gehörig zurückgewiesen. Bei der Grundkoinzidenzzählung wird einer der Multiplier nur als »Koinzidenzröhre« zur Torsteuerung für den Durchlaß von Impulsen von dem anderen Multiplier verwendet, welcher als Hauptdetektor oder Umwandler dient, dessen Ausgang bei der Amplitudenauswahl verwendet wird. Die bekannte Flüssiekeits-Szintilla-

tions-Meßeinrichtung sieht außerdem eine Impulssummation vor, eine symmetrische Art des Betriebs, bei der die Verstärkungen der Fotomultoplier abgeglichen und die Ausgangsimpulse summiert werden, um einen Gesamtausgangsimpuls zu bilden, zusätzlich zur An-Wendung der Koinzidenz der einzelnen Ausgangsimpulse zur Torsteuerung für den Durchlaß der summierten Impulse. Es ist bekannt, daß das Summensignal für die Amplitude des Lichtimpulses, der die koinzidenten Ausgangsimpulse erzeugt, wesentlich repräsentativer ist, insbesondere für den Fall sehr schwacher Impulse; der Betrieb ohne Summierung wird jedoch manchmal bei bestimmten Messungen bevorzugt

Eine Amplitudenanalyse der durch Koinzidenz torgesteuerten Signalimpulse wird normalerweise durch Anwendung von Diskriminatoren für einen niedrigeren und höheren Pegel ausgeführt, die in Anti-Koinzidenz geschaltet sind, um nur die Impulse mit Amplituden zu Zählen, die innerhalb des so gebildeten »Fensters« liegen.

Steuerungen für die Auswahl dieser Diskriminatorpegel sowie der Minimalpegel des Ausgangs jeder Röhre, die zur Bildung einer zulässigen Koinzidenz erforderlich sind, werden für die Auswahl von gewünschten Werten durch den Benutzer vorgesehen. Somit sind bei der 2s erwähnten Sununationsanlage folgende Kriterien für die Zulässigkeit eines Impulses zur Zählung gegeben.

(a) Die Amplitude jedes der Koinzidenzimpulse muß einen vorgewählten festgelegten Schwellenwert überschreiten und

(b) Die Summe der Amplituden muß zwischen vorgewählten festgelegten Minimal- und Maximalwerten liegen. (Das Minimalwertkriterium wird im wesentlichen als gesonderter Faktor für die Zurückweisung ausgeschieden, wo dieser auf einen so niedrigen Wert eingestellt ist, daß er nicht ausschließt, was durch die Koinzidenzanlage hindurchgelassen wird.)

Bei einem Betrieb ohne Summation sind die Kriterien die gleichen mit der Ausnahme, daß das Kriterium (b) für den Ausgang von nur einer Röhre angewendet wird. Die Koinzidenzröhre wird häufig bei einer solchen Funktionsweise mit höherer Verstärkung betrieben.

Die Benutzung dieser Kriterien bei Flüssigkeits-Szintillations-Impulshöhenanalyse ist seit vielen Jahren üblich und wurde bis zur vorliegenden Erfindung als die bestmögliche Diskriminierung zwischen Signalen und Rauschen bei der Niedrigenergie-Flüssigkeits-Szintillaticnszählung angesehen, obgleich Restrauschimpulse notwendigerweise zurückbleiben. Durch Anheben des Minimalpegels der Amplitude, die zur Bildung einer Koinzidenz zugelassen ist, wird der in einem beliebigen Fenster herrschende Rauschuntergrund verringert Eine solche Verringerung ist jedoch von einer Verringerung der Zählausbeute für ichwache Szintillationen begleitet Es wurden zahlreiche Anstrengungen unternommen, um die Fotomultiplier, was die Verminderung des Rauschens anbetrifft zu verbessern. Die besseren Flüssigkeits-Szintillations-Meßeinrichtungcn sehen normalerweise eine Kühlung oder andere Maßnahmen zur Verminderung des Fotomultiplierrauschens vor. Als Gütefaktor einer Flüssigkeits-Szintalltions-Meßeinrichtung für die Zählung eines niederenergetischen Isotops wird normalerweise der Faktor E¹IB bezeichnet, wobei E die Ansprechwahrscheinlichkeit und B der Untergrund ist; auch der Faktor EIB, also das reine Verhältnis von Ansprechwahrscheinüchkeit und Untergrund, wird manchmal verwendet Tatsächliche Untergrundimpulse aufgrund kosmischer Strahlung, natürlicher Strahlung von Materialien in der Umgebung usw. werden normalerweise durch geeignete Abschirmung, Auswahl von Materialien mit niedrigster Eigenstrahlung und ähnliche Vorkehrungen verringert Solche Quellen für den Untergrund werden seit langem bei im Handel erhältlichen Anlagen hoher Empfindlichkeit bis auf einen Punkt reduziert, wo Restrauschimpulse der Hauptquelle des Zähluntergrundes bei Messungen von niederenergetischen Isotopen darstellen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Flüssigkeits-Szintillations-Meßeinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie eine bessere Unterscheidung und Trennung der Signalimpulse von den Rauschimpulsen unter Ausnutzung des in den Ausgangsimpulsen der Fotovervielfacher vorhandenen Informationsgehalts ermöglicht

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß die Impulsverarbeitungseinrichtung eine Steuerschaltang aufweist, die so ausgebildet ist daß sie die Grenzen des Zählbereichs zusatzluft in Abhängigkeit von der Differenz der Amplituden der von jedem der Fotovervielfacher stammenden Impulse festlegt

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die bekannten Meßeinrichtungen den Informationsgehalt der AmpStudendifferenz der Ausgangsimpulse der Fotovervielfacher vernachlässigen. Dieser ist jedoch sehr nützlich, insbesondere für die Zurückweisung von wesentlich mehr Rauschimpulsen ohne entsprechende Beeinflussung der Zählausbeute der Signalimpulse, namentlich für den Fall des Kohlenstoff-14. Wie später erläutert wird, ist dieser Informationsgehalt auch nützlich für die Unterscheidung, auf der Basis einer statistischen Wahrscheinlichket, zwischen Isotopen bei der Mehrfach-Isotopenzählung sowie darüber hinaus bei der Verminderung des Szintillationsuntergrundes, der durch tatsächliche Untergrundstrahlung hervorgerufen wird. Die Erfindung kann entweder in bezug auf die Schaffung eines weiteren Kriteriums zu den oben angeführten Kriterien (a) und (b) gesehen werden, oder als Schaffung einer gegenseitigen Abhängigkeit zwischen diesen Aufnahmekriterien, die bisher unabhängig voneinander waren.

Bei der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Meßeinrichtung werden Rauschimp'ilspaare, die genau Signalimpulspaare simulieren, von Signalimpulspaaren mit hoher statistischer Sicherheit durch die Verwendung der relativen Amplituden der Koinzidenzimpulse als zusätzliches Kriterium getrennt Es wurde gefunden, daß die relativen Amplituden von einzelnen koinzidenten Rauschimpulsen eine vollständig andere Wahrscheinlichkeitsverteilung haben als die relativen Amplituden der koinzidenten Signalimpulse, welche die gleiche Sunimenamplitude erzeugen.

Für Koinzidenzimpulse einer beliebig gegebenen Summe sind die Beiträge der jeweiligen Röhren zu dieser Summe nicht in allen Fällen konstant, sondern statistisch verteilt, sowohl in jeder beliebigen großen Probe von Signalimpulsen als auch jeder großen Probe von Rauschimpulsen. Die tatsächlichen Signalimpulse aller Amplituden, mit Ausnahme der allerkleinsten Summenamplitude, haben eine Wahrscheinlichkeitsfunktion oder Kurve, die ein einziges Maximum im wesentliche.' bei Impulsgleichheit aufv/eist (mit aufeinander abgestimmten Vrrvielfacherröhren und Betriebsbedingungen einer Summationsanlage), da der Grundmechanismus einer Impulserzeugung eine im allgemeinen gleiche Aufteilung der Lichtenergie zwischen den

beiden Röhren beinhaltet. Die Abweichung von der genauen Gleichheit werden hauptsächlich durch Paktoren wie statistische Fluktuationen in der Fotoelektronenempfindlichkeit usw. verursacht, deren relative Größe gering ist, ausgenommen dann, wenn der Lichtimpuls selbst sehr schwach ist. Andererseits sind gleiche koinzidente Rauschimpulse von den jeweiligen Röhren relativ selten für alle Amplituden, mit Ausnahme der geringsten Gesamtamplituden. Die Wahrscheinlichkeitskurve hat für diesen Fall für impulse einer beliebig gegebenen tatsächlichen Summe Maxima bei großem Unterschied der Koinzidenzimpulse. Somit wird durch bloße Zurückweisung von Impulspaaren von vorbestimmtem Unterschied ein wesentlicher Teil von Rauschuntergrundimpulsen, die r> bisher zusammen mit Signalimpulsen von bestimmter Amplitude gezählt wurden, eliminiert, ohne daß eine merkliche Verminderung der Zählausbeute für tatsächliche Szintillationsereignisse erfolgt Dies kann lediglich uü[Xm ciiie einfache Erweiterung üblicher Summenaiskriminierungsanlagen erreicht werden, indem ein Signal entsprechend der absoluten Differenz zwischen den Signalen erzeugt und dieses Signal zu einem beliebigen Amplitudendiskriminator bekannter Art geführt wird. Der Amplitudendiskriminator ist in Antikoinzidenz mit 2> dem üblichen Fenster geschaltet, um Summenimpulse bei übermäßiger Differenz auszuschalten.

Obgleich das Hinzufügen solchen einfachen »Maximum-Differenz-Diskriminators«, der den Impulsdurchgang in einer üblichen Impulssummenanalysenanlage jo steuert, eine erhebliche Verbesserung durch empirische Auswahl einer geeigneten Differenzgrenze mit sich bringt, kann eine weitere Verbesserung dadurch erreicht werden, daß man das Grundprinzip durch Studium der Faktoren, welche die Maximaldifferenz J5 zwischen koinzidenten Impulsen bestimmen, welche bei der Aufnahme eines Summenimpulses als ein zu zählender Impuls zugelassen werden sollen, verfeinert. Jede beliebige gegebene Grenze zugelassener Differenz hat eine größere Wirkung auf die Ausbeute der Zählung großer Signalimpulse als von kleinen Signalimpulsen, d. h. die Wahrscheinlichkeit, daß ein tatsächlicher Signalimpuls mit großer Amplitude eine bestimmte absolute Differenz in den Beiträgen der beiden Röhren überschreitet, ist wesentlich größer als die Wahrscheinlichkeit, daß ein tatsächlicher SignaiimpuSs von geringerer Summenamplitude eine solche Differenz der Beiträge aufweist Die Steuerschaltung gemäß der Erfindung ist daher vorteilhafterweise so ausgebildet daß die Festlegung der Grenzen des Zählbereichs in so Abhängigkeit von der Differenz in zusätzlicher Abhängigkeit von der '.npulssumme erfolgt Dementsprechend wird die zulässige Differenz nicht für alle Energien der gezählten Strahlung gleich eingestellt Wo ein Zurücksetzen der Differenzgrenze unerwünscht ist oder wo mehrere Strahienenergien ohne Einführung der Kompliziertheit von mehreren getrennten Schaltungen gezählt werden sollen, kann das einfache Differenzkriterium einer Diskriminierung ersetz werden durch ein solches, bei welchem die zulässigen Grenzen der Differenz zwischen den Beiträgen der beiden Röhren zu einer beliebigen gegebenen Summe eine anwachsende Funktion der Summe ist Aus später verständlichen Gründen kann die Diskriminierung, bei welcher die zulässige Differenz linear mit der Summe der beiden einzelnen koinzidenten Impulse zunimmt als »schiefwinklige« Differenz-Diskriminierung bezeichnet werden. Ein »schiefwinklig« arbeitender Differenz-Diskriminator ist, wenn er einer üblichen Diskriminierungsanlage mit oberer und unterer Summe hinzugefügt wird, in der Lage, das Verhältnis der Ansprechwahrscheinlichkeit bei der Zählung einer Anzahl von Isotopen ohne Neueinstellung zu verbessern.

Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung und für die nachfolgende Diskussion sollen zunächst die Bedeutungen bestimmter Ausdrücke genauer herausgestellt werden. Bei einer üblichen Flüssigkeits-Szintillations-Meßeinrichtung mit Impulssummierung ist es erforderlich für die Aufnahme von impulsen einer beliebigen Summe, daß jeder wenigstens den Schwellenkoinzidenzwert erreicht, welcher der gleiche für beide Röhren und der gleiche für alle Summen ist Es ist klar, daß in einem sehr allgemeinen theoretischen Sinn dies für sich selbst als Maximum-Differenz-Diskriminierungsanlage bezeichnet werden könnte, da die maximal zulässige Differenz zwischen einzelnen Impulsen einer beliebigen gegebenen Summe gleich der Summe minus dem zweifachen Schwellenwert ist Die maximal zulässige Differenz schwankt dementsprechend mit der Summe in einem Zusammenhang, der eine lediglich konstante Differenz zwischen jeder beliebigen Summe und der maximalen Zulässigen Differenz zwischen den einzelnen Impulsen, die die Summe bilden, einhält Die Diskussion der Erfindung soll eine so weitgespannte Interpretation der verwendeten Terminologie ausschließen, und die maximal zulässige Differenz, wie sie hier diskutiert wird, bedeutet eine maximale Differenz, welche wenigstens über einen wesentlichen Teil des Bereichs der zulässigen Summen geringer ist als die Summe minus den sich nicht ändernden minimalen einzelnen Impulsschwellenwerten der bekannten Anlagen. Die oben diskutierte Gleichheit oder Ungleichheit was die Differenz der Impulse anlangt kann genausogut durch das Verhältnis der Impulse beschrieben werden.

Es ist für die Erleichterung des Verständisses der Erfindung Vorteilhaft die Trennung von ungewünschten Impulsen vom Signal für jede besondere Impulssumme innerhalb des Bereiches von zulässigen Summen zu betrachten. Wenn die Auswahl annähernd optimal für jede einzelne Summe ist wenn sie richtig gewichtet ist für eine relative Zählrate, ergibt sich das bestmögliche Gesamtverhältnis von erwünschter zu unerwünschter Aufnahme über den gesamten Summenbereich.

Bei der Bestimmung des optimalen maximal zulässigen Unterschieds (Differenz, Verhältnis, usw.) für eine beliebige Summe gehen zwei Faktoren in die relative Wahrscheinlichkeit ein, erstens die Wahrscheinlichkeitsverteilung oder das Spektrum der relativen Impulshöhen der koinzidenten unerwünschten Impulse und koinzidenten erwünschten Impulse, die die besondere Summe als eine Funktion des Unterschieds bilden, und zweitens der gesamte »Wirkungsgrad« für diese besondere Summe beim Nachweis von gewünschten und unerwünschten Ereignissen. Die allgemeinen Formen der Wahrscheinlichkeitsverteilungen von Signalimpulsen und Rauschimpulsen wurden bereits allgemein diskutiert und eine Art der Benutzung dieser Information beschrieben. Dieselben Prinzipien der Auswahl von koinzidenten Impulsen der einzelnen Fotomultiplier können jedoch auch dazu verwendet werden, die statistische Trennung von Impulsen, die durch verschiedene Isotope, und auch von Impulsen, die durch Untergrundstrahlung erzeugt werden, zu verbessern.

Im folgenden wird näher erläutert, daß die Benutzung der beiden erwähnten Wahrscheinlichkeitsfaktoren zur

Erzeugung der besten Nahrung an optimale Zählbedingungen für jede Summe normalerweise eine Verengung oder Verminderung der zugelassenen Differenz bei Summierten Amplituden entsprechend dem größen Teil des Amplitudenspektrums des gezählten Isotops hervorruft und daß die Impulshöhenanalyse für optimale Ergebnisse so auf gewünschte Weise ausgeführt wird bei einer erheblichen Verminderung der zulässigen Diffeienz zwischen den einzelnen koinzidenten Impulsen in dem Bereich der relativ seltenen maximalen summierten tatsächlichen Signalimpulse.

Die Aufnahmekriterien für Impulse einer beliebig gegebenen Summe, die oben diskutiert wurden, können anstatt in Begriffen zulässigen Unterschieds auch als Veränderung des Schwellenwertes beschrieben werden, der für die Zählung in jeder Röhre erforderlich ist (bisher der gleiche für alle Summen) in Übereinstimmung und in derselben Richtung mit dem Wert des Impulses von der anderen Röhre oder der Summe. Die etwaige Veränderung der maximal zulässigen Differenz mit der Summe kann beschrieben werden als »Form« der Kurve des Schwellenwertes als Funktion der Summe. Solche Beschreibungen sind völlig äquivalent, sie stellen nur unterschiedliche Beschreibungsweisen des entwickelten Konzepts dar. Für die erfindungsgemaß ausgebildete Einrichtung kann die vorgeschlagene Verwirklichung aufgrund solcher unterschiedlicher Beschreibungsarten der gleichen Methode zu wesentlich unterschiedlichen Aufbauten der Einrichtung führen, die ungeachtet dessen sehr ähnlich in ihrer abschließenden Funktion oder ihrem abschließenden Zwck sind und als völlig äquivalent in Anbetracht der gesamten Lehre der Erfindung angesehen werden. Die spezifischen Aspekte der so weit diskutierten Impulshöhenanalysenmethode können mehr oder weniger als die Schaffung einer Verbesserung bei statistisch selektiver Diskriminierung gegen die Impulse der allgemeinen Eigenschaft angesehen werden, die bisher von der Zählung durch die Kriterien (oder die Einrichtung) für Impulszählungsaufnahme ausgeschieden wurde, was allgemein als »Koinzidenzschwelle« und »Summendiskriminierung mit oberem Pegel« bei üblicher Fensterdiskriminierung bekannt ist. Eine weitere Verbesserung bei der Benutzung der Wahrscheinlichkeitsinformation der einzelnen Muitiplierausgänge wird durch wesentliehe Änderung der Kriterien für die Aufnahme erhalten, die im allgemeinen als »Diskriminierung mit unterem Pegel« bekannt ist d. h. durch Veränderung der Kriterien für die Zurückweisung von Impulsen von zu geringer Summe. Hierbei kann die Differenz zwischen der Form der Gleichheitsverteilungskurve von gewünschten und ungewünschten Impulsen einer beliebig gegebenen Summe wieder benutzt werden für die bisher benutzte Summenzurückweisung lediglich aufgrund des unieren Pegels, indem die Differenz als zusätzliches Kriterium für die Aufnahme in dein Bereich der niedrigsten aufzunehmenden Amplituden mit eingeschlossen wird. Da koinzidente Rauschimpulse von beliebiger, gegebener Summe eine relativ niedrige Wahrscheinlichkeit dafür haben, gleiche Amplitude zu haben (wenn auch weit weniger als bei großen Summenwerten), kann eine Diskriminierung mit niedrigem Pegel, weiche das Zählen von Impulsen ausschließt, die eine größere Differenz als eine Maximaldifferenz haben, welche für jeden Summenwert geeignet lusgewählt ist, das Verhältnis des Untergrundes zu einem gewissen Grad auch in Summenbereichen vermindern, die so niedrig sind, daß die Spitze der Signalimpulsaufnahmewahrscheinlichkeitsverteilung bei Impulsgleichheit sehr gering ist. Für diesen Fall erzeugt wie später erläutert wird, ein Zurückweisungskriterium mit niedrigem Pegel, welches einen Bereich minimaler Summen ■■> einschließt, anstatt eines einzigen Summenpegels wie bisher, und die Grenzen zulässiger Differenzen von einem Minimalwert (oder Null) bei der Summe mit minimal zulässiger Amplitude erhöht, eine Verbesserung in der statistischen Trennung der Signale vom

in Rauschen, zu der das bloße Summenkriterium völlig ungeeignet ist.

Zusätzlich zu der Benutzung bei der Diskriminierung zwischen Signal- und Rauschimpulsen kann die Information relativer Impulshöhe der koinzidenten Impulse

r. auch verwendet werden zur Verbesserung der Auflösung oder Trennung von Isotopen verschiedener Energien, die in getrennten Kanälen gezählt werden. Bisher wurde eine solche Diskriminierung ebenfalls durch bloße summierte Amplitude ausgeführt. Bei der

,>" Einrichtung nach der Erfindung existiert keine einzelne Summe, die die obere Grenze der Aufnahme des Isotops mit niedriger Energie oder die untere Grenze der Aufnahme des Isotops mit höherer Energie festlegt wie bisher. Statt dessen enthalten die Kriterien für die

r> Aufnahme auch die Relativwerte der einzelnen Impulse für jede gegebene Summe, und der Wert der Summe ist nur einer von den Parametern für die Impulsauswahl.

Das koinzidente Impulspaar von den einzelnen Fotovervielfachern einer üblichen Fotoelektronenröh-

iii renanlage ohne zugeordnete Diskriminierungsschaltung kann nach Umwandlung der Amplituden der Impulse in Digitalform zur Auswahl und zur Zurückweisung von Zählungen unter Verwendung eines geeignet programmierten Computers benutzt werden. Eine andere Art einer bekannten Anlage, die benutzt werden kann, ist ein Vielkanalanalysator großer Kapazität. Andererseits können die Ausgänge im Zählintervall grundsätzlich auch auf Band aufgenommen und nachfolgend in einer üblichen Koinzidenzsummationsanlage in einer Reihe

-to von Abspielungen gezählt werden, die die Impulse von aufeinanderfolgend von Hand eingestellten Summenbereichen geringer Amplitude zählen, wobei ein entsprechender handbetriebsmäßiger Anstieg der minimalen Koinzidenzaufnahmeamplitude für jede Röhre und für jeden aufeinanderfolgend höheren Bereich von Summen verwendet wird oder andere relativ aufwendige Maßnahmen.

Bei weiteren, in den Unteransprüchen angegebenen vorteilhaften Ausführungsformen an der Erfindung wird die Summen- und Gleichheits-Information kombiniert und in völlig unabhängiger Weise verwendet, indem ein Impuls erzeugt wird, dessen Amplitude eine komplexere Funktion der beiden Koinzidenten Analogsignalamplituden ist, sowie eine Auswahl oder Zurückweisung koinzidenter Impulse auf der Basis der Amplitude dieses letzteren Impulses auf eine Weise, die derjenigen ähnlich ist. die bisher auf Summenimpulse angewendet wurde.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und der

en folgenden Beschreibung an Ausführungsbeispielen näher erläutert
Es zeigt

F i g. 1 eine übliche Darstellung dss Smpulshöhen spektrums von Kohlenstoff-14 und Untergrundimpulsen

b5 in einer typischen Summensignalanlage bekannter Art, in der die oberen und unteren Diskriminierungspegelwerte eingetragen sind, die zur Bildung eines typischen Zählfensters verwendet werden,

Fig.2 eine graphische Darstellung einer ähnlichen Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion für Kohlenstoff-14 und Untergrund für einen gegebenen Wert der Summe in dem Spektrum von Fig. 1, wobei der Rauschdiskriminierungseffekt üblicher Koinzidenzschweilenbenutzung veranschaulicht wird,

Fig.3 eine schjmatische Darstellung eines dreidimensionalen Koordinatensystems für die Darstellung von Signalimpuls- und Untergrundspektren mit einzelnen Impulsen von jeweiligen Fotovervielfachern als unabhängigen Variablen,

F i g. 4 eine Darstellung der Wahrscheinlichkeitsverteilung von Amplituden von koinzidenten Rauschimpulsen von einzelnen Röhren,

Fig.£· eine ähnliche Darstellung für Kohlenstoff-14-Impulse zusammen mit einer beispielhaften Rauschimpulskurve,

F i g. 6 eine graphische Darstellung der Arbeitsweise einer üblichen Anlage mit nichtsummierter Koinzidenz,

ρ j« 7 _sj«_s ähnliche Darstellt"" der Betriebsweise einer üblichen Anlage mit Summenimpulsdiskriminierung,

Fig.8 eine schematische Darstellung der Wirkung eines zusätzlichen Differenz-Diskriminators auf die in F i g. 7 dargestellte Betriebsweise,

Fig.9 eine schematische Darstellung der Wirkung eines Differenzdiskriminators mit »schiefwinkliger« Arbeitsweise,

F i g. 10 eine ähnliche Darstellung der Wirkungsweise einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung bei der Zählung von Tritiumstrahlung,

Fig. II, 12 und 13 schematische Darstellungen verschiedener Diskriminierungskriterien einfacher Arten, die bei erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtungen anwendbar sind,

Fig. 14 ein ähnliches Diagramm, welches eine andere Ausführungsform der Erfindung betrifft,

Fig. 15 eine graphische Darstellung der Art, wie Diskriminierungskriterien als Funktion von Amplituden ausgedrückt werden,

Fig. 16 ein schematisches Diagramm eines Analog-Funktiorisgenerators für die Verwirklichung von Fig. 15,

F i g. 17 ein Blockdiagramm einer gesammten Flüssigkeits-Szintillations-Meßeinrichtung, die den Funktionsgenerator nach F i g. ί 6 enthält,

Fig. 18 ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 19 ein Teilblockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und

F i g. 20 ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm eines Elementes der Ausführungsform von F i g. 19.

F i g. 1 zeigt die übliche Darstellung von Impulshöhenspektren von Untergrund- und Szintillationsimpulsen, die durch Kohlenstoff-14 in einem typischen Fiüssigkcits-SziniiilaticnäZah'er erzeugt werden, zusammen mit dem »ZählfensterÄ, weiches durch den oberen und den unteren Diskriminatorpegel gebildet wird. Solche Spektren sind seit langem den Benutzern und Konstrukteuren von Flüssigkeits-Szintillationsanlagen vertraut, eine kurze Diskussion bestimmter Aspekte ist jedoch nützlich zum Verständnis der Erfindung.

Flüssigkeits-Szintillationszählung gibt angenähert (aber nicht exakt) in der Form das Spektrum der Energie der emittierten Beta-Teilchen wieder, die in dem Szintilhtionsphosphor in Licht umgewandelt werden. Das Isotopenspektrum kann natürlich nicht direkt ohne die Anwesenheit von Untergrund gemessen werden, dieser kann jedoch auf der Basis des Untergrundspektrums, welches unter Benutzung einer Szintillationsprobe ohne Emitter gemessen wurde, subtrahiert werden, und der tatsächliche Szintillationsuntergrund kann analog von koinzidenten Rauschimpulsen isoliert werden, indem ein leeres Probengefäß verwendet wird.

Die Abszissenachse ist in F i g. 1 mit X + Y bezeichnet. Die Bezeichnungen X und Y werden bei dieser und der folgenden Diskussion verwendet, um die Amplituden der koinzidenten Impulse in den einzelnen Röhren einer symmetrischen Koinzidenzanlage anzugeben.

Wie durch die vertikalen Linien in F i g. 1 angedeutet ist, arbeiten übliche Anlagen mit unteren und oberen Diskriminierungspegeln, die von dem Benutzer in Übereinstimmung mit den besonderen Erfordernissen der Messung eingestellt werden, für welche die Anlage benutzt werden soll. Für Gesamtmessungen an Beta-

Emissionsraten ist diese Einsteilung keinesfalls kritisch. Wenn jedoch die Probenstärke und die Beta-Strahlenenergie geringer sind, wird die Auswahl der richtigen Pegel für die Fenstergrenzen höchst kritisch für die Ausführung von Messungen, die eine gewünschte Genauigkeit in einem Minimum an Zeit erfordern.

In der Darstellung von Fig. t bildet das Verhältnis der Kohlenstoff-14-Impulse, die in das Fenster fallen, zu der Gesamtzahl der Zerfälle, die in der Probe auftreten, natürlich die Ausbeute der Anlage für die Zählung des Isotops. Sowohl die Ausbeute als auch das Rauschen werden zusammen durch Verbreiterung oder Verengung des Fensters erhöht oder vermindert Die höchsten Werte von E/B, das Verhältnis von Ausbeute zu Untergrund, werden mit relativ engen Fenstern erreicht, die für jede besondere gewünschte Zählrate ausgewählt werden. Mit der Auseinanderbewegung der Fenstergrenzen nimmt das Verhältnis des Quadrats der Ausbeute zu dem Untergrund zu, obgleich auch der Zuwachs der Ausbeute ein immer geringeres Verhältnis zu dem Zuwachs des Untergrundes mit sich bringt, bis der Wert dieses Verhältnisses bei bestimmten Einstellungen der jeweiligen Steuerung ein Maximum erreicht, jenseits dessen das Verhältnis wieder absinkt.

In Wirklichkeit wird die Optimierung der Anlagenarbeitsweise untrennbar durch die Anwendung der Grundlagen der statistischen Wahrscheinlichkeit erhalten. Die graphische Darstellung von F i g. 1 bildet eine Darstellung der Wahrscheinlichkeitsfunktionen von Signal- und Rauschimpulsen; die Diskriminatoren des unteren und oberen Pegels nutzen die Summensignalinformation zur Aussortierung von Impulsen auf der Basis dieser Wahrscheinlichkeit Impulse einer Summe, die inn> rhalb des Fensters liegen, werden aufgenommen unter der Annahme, daß sie eine genügende Wahrscheinlichkeit besitzen, tatsächliche Signaiimpuise zu sein; solche impulse, die außerhalb des Fensters liegen, werden zurückgewiesen, unter der Annahme, daß sie eine ungenügende Wahrscheinlichkeit haben, echte Signalimpulse zu sein, um ihre Zählung zu rechtfertigen. Die Erfindung kann kurz mittels des Koordinatensystems von F i g. 1 in dem Sinne erläutert werden, daß eine weitere informationsgroOc als driite Dimension zu der üblichen Impulshöhenspektrumanalyse hinzugefügt wird, die auf einer ähnlichen Wahrscheinlichkeitsausw*hl beruht und die tatsächlich in den X- und Y-Impulsen, namentlich ihren relativen werten bei jeder gegebenen Summe, enthalten ist

In F i'j. 2 sind die Wahrscheinlichkeitsverieilungsfunktionen für Kohlenstoff-14- und Rauschimpulse dargestellt, in der eine Ebene senkrecht zu der Trennung von Fig. 1 sichtbar gemacht werden kann, ά h. die Wahrscheinlichkeitsfunktionen von Rauschund Signalimpulsen, basierend auf dem relativen Beitrag der einzelnen Röhren bei einem einzigen Wert des Summensignuls, entsprechend einem »Schnitt« durch das Diagramm von F i g. 1 bei einem Abszissen wert von X+Y= K. In Fig.2 sind vertikale Linien bei den positiven und negativen Werten der X— K-Abszisse hinzugefügt, die den absoluten Wert X+ Υ— Τ haben, wobei T der Koinzidenzschwellenwert ist, d. h. der Minimalimpuls von einer der Röhren, der erforderlich ist, um eine Koinzidenz zu registrieren. (Der niedrigste mögliche Wert von X+ Yin Fig. I ist notwendigerweise 2 T, entsprechend der Festlegung, daß nur koinzidente Impulse in der üblichen Summenlage gemessen werden.)

Darstellung gegeben ist, die die gleiche Gesamtinformation geben, die zuvor in Zusammenhang mit Spektren nach F i g. 2 für alle Werte der Summe in F i g. 1 diskutiert wurde.

Die Form der hier gewählten Darstellung ist analog zu einer zeitintegrierten Fotografie von Quakten gleicher Intensität, die durch koinzident? Impulse auf einem Oszilloskopschirm erzeugt wird, wobei jeder Punkt an einer Stelle in der Ebene mit X- und Y- Werten erscheint, die durch die Amplitude der Ausgangsimpulse von der jeweiligen Röhre bestimmt werden. In einer solchen Darstellung eines Impulshöhenspektrums erscheinen charakteristische Muster für die Impul.se, die durch Rauschen und durch verschiedene Isotopen- Szintilla'ionen erzeugt werden. Der Wahrscheinlichkeitswert in diesem »dreidimensionalen Spektrum« wird durch die Dichte der Punkte jeder Kombination von'X- und V-Werten wiedergegeben, und die graphische Darstellung jeder Kontur gleicher Wahrscheinlichkeit

I IvIIl UVIlI

werden kann und auch experimentell bestätigt wurde, ist dort, wo das Summensignal wesentlich größer als 2 Tist, die Wahrscheinlichkeit für annähernd gleiche Rauschimpulse äußerst gering, während die Wahrscheinlichkeit für Kohlenstoff-HMmpulse eine Maximum im Bereich 2> geringer Differenzen hat und rasch mit zunehmenden Differenzen abfällt. Demgemäß kann jeder gegebene Summenwert, der als zugelassen in der Darstellung von F i g. 1 gezeigt ist, durch Diskriminierung auf der Basis der Differenz hinsichtlich des Güi?faktors verbessert werden. Eine solche Diskriminierung wird natürlich durch den Wert der Koinzidenzschwelle in einer üblichen Anlage gebildet. Die Unzulänglichkeit der Koinzidenzschwelleneinstellung zu diesem Zweck wird jedoch offensichtlich, wenn bedacht wird, wie die beispielsweise Darstellung der F i g. 2 in Abhängigkeit von der Auswahl des Wertes von X+ Y variiert, für welchen die Wahrscheinlichkeitsverteilung wiedergegeben wird. Wenn der Summenwert zunimmt, nimmt auch der Abstand der Abszissenwerte zwischen den Koinzidenzschwellengrenzen in Fig.2 zu. Obwohl der Gieichheitspeak der Kohlenstoff-14-Wahrscheinlichkeitskurve sich absolut genommen verbreitert (die Wahrscheinlichkeit des Überschreitens einer gegebenen Differenz nimmt mit der Summe zu), wird der Peak 4ϊ schärfer, was die Trennung von dem Hauptanteil der Rauschimpulse innerhalb der Koinzidenzschwellengrenzen anbetrifft, und die Wahrscheinlichkeit von relativ gleichen Impulsen, die eher einen Signalimpuls als einen Rauschimpuls darstellen, nimmt mehr und so mehr mit dem Ansteigen der Summe zu. Das Impulshöhenspektrum, welches als die Grundlage für die Diskriminierung bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung dient, wird am besten in drei in F i g. 3 gezeigten Dimensionen ücrgestellt, d. h. mit X und Y, den einzelnen Fotoeiektronenröhrenausgängen, ais unabhängige Variable, allgemein entsprechend der Summe nach Fi g. 1, und mit der Wahrscheinlichkeit P, die eine Funktion dieser unabhängigen Variable ist. Wegen graphischer Zweckmäßigkeit werden jedoch Jie weiteren graphischen Darstellungen eine einzige X, y-Koordinatenebene verwenden, mit Kurven gleicher Wahrscheinlichkeit oder Konturenlinien, wobei alle Punkte auf jeder Kurve X- und Y-Wertbeiträge mit der gleichen Wahrscheinlichkeit oder Häufigkeit des Auftretens in dem Signalimpuls- oder Rauschimpulsspektrum wiedergeben. Dies versteht man am besten in Verbindung mit cen F i g. 4 und 5, wo eine schematische mit einem besonderen Wahrscheinlichkeitswert.

In solchen graphischen Darstellungen wie den F i g. 4 und 5 und den weiteren Figuren, die später beschrieben werden, liegen alle Punkte eines gegebenen X+ Y- Wertes (X+ Y= K) auf einer unter 45° verlaufenden Diagonalen (von denen eine gestrichelt dargestellt ist) entsprechend einer in Fig.2 dargestellten Abszissenachse, wobei die Schnittpunkte einer Summenlinie mit aufeinanderfolgenden Gleichwahrscheinlichkeitslinien des Wahrscheinlichkeitsspektrums der Fig.2 für diese bestimmte Summe wiedergegeben wird. Die 45°-Linie vom Ursprung aus (X= Y) ist repräsentativ für Impulsgleichheit in den beiden Fotoelektronenröhren.

Die allgemeine Form des Rauschspektrums ist in F i g. 4 dargestellt. Die größte Dichte des Auftretens von Rauschimpulsen ist dargestellt durch die den Achsen am nächsten liegende Gleichwahrscheinlichkeitskurve, wobei weitere Gleichwahrscheinlichkeitskurven geringere Dichten oder Wahrscheinlichkeiten des Auftretens darstellen.

Die Gleichwahrscheinlichkeitskonturen von Kohlenstoff-14 sind etwa von der in Fig.5 gezeigten Gestalt, von denen zwei gezeigt sind. Wie zuvor erläutert, wird der Gestalt der Kurve grundlegend bestimmt durch die Kombination des Summenspektrums von F i g. 1 mit Spektren wie die nach F i g. 2 für jeden der verschiedenen Summenwerte. Jede Gleichwahrscheinlichkeitskurve für Kohlenstoff-14 ist mehr oder weniger der Gestalt nach ein Halboval oder eine Ellipse, die sich symmetrisch entlang der 45°-Impulsgleichheitslinie erstreckt Aufeinanderfolgend kleinere Kurven stellen höhere Dichten dar. Ähnliche Kurven (nicht gezeigt) für höher energetische Isotope sind, wie aus dem bisher Gesagten zu erwarten ist, von etwas anderer Gestalt, wenn sie mit geeigneter Anpassung der Skala dargestellt sind, wobei sie von der 45° -Gleichheitslinie mit zunehmendem Summenwert bis hinauf zu den Summenwerten in dem Bereich des Summenspektrumpeaks abweichen, anstatt mehr oder weniger einen abstandsgleichen Zusammenhang der niedrigeren Teile der dargestellten KohIenstoff-14-Kurven wiederzugeben. Dies rührt von der Tatsache her, daß ein übliches Spektrum wie das nach F i g. 1 in solchen Fällen relativ wenig Zählungen geringer Summe aufweist; für ein Isotop höherer Energie, wie z. B. Phosphor-32, sind Kurven gleicher Wahrscheinlichkeit für sehr hohe Wahrscheiniichkeitswerte geschlossene Schleifen in dem Bereich hoher Summenwerte.

Man sieht aus den Fig.4 und 5 und einigen der weiteren Figuren, daß Linien parallel mit und in geringem Abstand von den Koordinatenachsen laufen. Diese linian stellen die übliche Koinzidenzschwelle für die jeweiligen Röhren dar.

Fig.6 gibt in dieser Art der Darstellung die Funktionsweise einer üblichen nicht summierenden Koinzidenzanlage wieder (gezeigt mit Symmetrie der Schwellenwerte und Multiplierverstärkungen, um die Darstellung zu vereinfachen), und Fig.7 zeigt die Funktionsweise einer üblichen Summenanlage, wobei jede eine Kontor gleicher Wahrscheinlichkeit von Kohlenstoff-14 und Rauschen enthält In F i g. 6 sind die unteren und oberen Diskriminatorpegel Xi und Xi für den »Signalröhren«-Arigang gezeigt und in F i g. 7 die unteren und oberen Werte Z\ und Zi für das Summensignal (die dargestellten Positionen sollen kein Optimum darstellen). Aus den F i g. 6 und 7 geht hervor, daß es unmöglich ist, sich durch Einstellung der Diskriminatorpegel bei den bekannten Anlagen der optimalen statistifchen Diskriminierung zwischen Signal und Rauscher, zu nähern.

In Fig. 8 ist ir ähnlicher Darstellung eine einfache Erweiterung zu c er Summenanlage von F i g. 7 gezeigt, durch weiche e.ne erhebliche Verbesserung bei der Eliminierung von Rauschimpulsen bewirkt wird. Wie in F i g. 7 werden Impulse von Summen größer als Zi von der Zählung ausgeschlossen, ebenso wie Impulse einer Summe kleiner als Z\. Darüber hinaus werden jedoch, was durch den schraffierten Aufnahmebereich gezeigt isi, dort alie Impulse ausgeschieden, die nicht zwischen den Linien Y-X=O und X- Y=*D liegen, d.h. alle Impulse mit einer größeren als einer maximal zulässigen Differenz, die hier für alle Summen konstant ist Ein Vergleich der Fig.8 und 7 zeigt, daß eine deitait einfache Erweiterung der üblichen Summendiskriminierungsanlage die Rauschimpuise bei relativ geringem Einfluß auf die Signalimpulse verringert

Obgleich die Erweiterung der Diskriminierung auf der Basis einer konstanten maximal zulässigen Differenz, wie nach Fig.8, eine wesentliche Verbesserung bei der Zählung von Kohlenstoff-14 bringt und auch Verbesserung für Isotope höherer Energie bringen kann, ist eine einzelne Einstellung der Differenz völlig ungeeignet für die Benutzung bei einer Vielzahl von Isotopen. In Fig.9 ist die Funktionsweise einer »schiefwinklig« arbeitenden Differenz· Diskriminierungsanlage der üblichen Summendiskriminierungsanlage hinzugefügt Hier nimmt der zugelassene absolute Wert der Differenz mit der Summe* zu, die Grenzen der zulässigen Differenz laufen mit zunehmenden Summenwerten auseinander. Die Differenzengrenzen werden wegen des dargestellten Zusammenhangs mit den rechtwinkligen Koordinaten als »schiefwinklig« bezeichnet Wie durch die Beschriftung der schiefwinkligen Aufnahmegrenzen in Fig.9 gezeigt, kann eine solche Diskriminierung durch Begrenzung des absoluten Wertes der Resultierenden durch Subtraktion eines Bruchteils k der Summe von der Differenz erreicht werden; dieser Bruchteil wird entweder durch Prüfung von für die Anlage aufgenommenen Konturendaten (unter Verwendung der erwähnten Osziltoskoptechnik öder eines Vielkanälanalysätors) oder hur durch ein empirisches Experiment ausgewählt Als ein weiteres Beispiel kann ein konstanter Spannungswert C jedem Fotoelektronenröhrenausgang addiert, das Verhältnis von X+ C zu Y+C gebildet und der Impuls nur aufgenommen werden, wenn das Verhältnis zwischen eine vorgegebene Zahl und ihren Reziprokwert fällt

Durch einfache Erweiterung eines typischen im Handel erhältlichen Flüssigkeits-Szintillationszählers durch eine dauernd eingestellte Differenzen-Diskriminierungsschaltung mit schiefwinkligen Grenzen, die die Aufnahmecharakteristiken nach Fig.9 erzeugt, kann eine erhebliche Verbesserung des Wertes E¹IB (sowohl bei optimalen Fenstereinstellungen als auch bei Einstellungen, die höhere E/B oder bessere Doppelisotoptrennung erzeugen) bei der Zählung von Kohlenstoff-14 erreicht werden, nicht nur ohne Verschlechterung der Messung für andere Isotope, sondern mit der Verwirklichung einer Meßbaren Verbesserung für andere Isotopenenergien.

is Der größte Vorteil dieser einfachen Form der Erfindung wird bei der Zählung von Kohlenstoff-14 erreicht Bei der Zählung von Isotopen von nachfolgend höheren Energien, bei denen höhere Werte von E¹IB in einem gewöhnlichen Summenfenster einfach erreicht werden können, nimmt die Verbesserung notwendigerweise ab. Als anderes Extrem wird, wie man jetzt sieht, die beste Anwendung der Erfindung bei der Zählung von sehr nicucrenergeüscher Strahlung des Tritium gewöhnlich eine Verwirklichung der grundlegenden Methode in einer Weise erfordern, die etwas komplexer als die bisher beschriebene ist

Wie zuvor erwähnt wurde, vermindert sich das Herausragen des Spektrums von Szintillationssignalimpulsen einer gegebenen Summe in dem Bereich der Gleichheit gemäß Fig.2, wenn immer kleinere Summenimpulse geprüft werden, wobei die statistischen Fluktuationen der einzelnen Röhrenausgänge einen ansteigenden Faktor mit geringeren Lichtimpulsen darstellen. Da das Tritiumspektrum eine wesentliche Komponente in dem Bereich von Lichtintensitäten aufweist, die die Schwelle der theoretischen Möglichkeit zur Erzeugung eines Elektrons aus jeder Fotokathode der am häufigsten verwendeten Fotovervielfacher darstellt, sind die einzelnen Impulse, die durch eine gegebene Lichtintensität in diesem Bereich erzeugt werden, gewöhnlich so in ihren Amplituden verteilt, daß die Konturen gleicher Dichte des oberen Teils des zweivariablen Tritiumspektrums im allgemeinen in der Form von konzentrischen Kreisbögen, von denen einer in Fig. 10 gezeigt ist, als die obere Grenze der schraffierten Aufnahmezone einer erfindungsgemäO ausgebildeten Tritiumzählanlage erscheinen. (Die in Fig. 10 dargestellten Koordinatenskalen sind natürlich im Vergleich mit den in den Darstellungen für Kohlenstoff-14 verwendeten erheblich gestreckt.) Wenn die dargestellte Kontur so angenommen wird, daß sie mit dem äußersten oberen Ende des Tritiumspektrums übereinstimmt, wird der Vorteil der Gestaltung der Aufnahmegrenze zusammen mit einem Kreisbogen, verglichen mit einer schneidenden Sehne, die durch einen Summenpegel beseht ieben wird, offensichtlich im Hinblick auf die hohe Rauschimpulsdichte bei niedrigen Pegeln. Eine solche Diskriminierungscharakteristik kann durch Analogberechnung der Summe der Quadrate der einzelnen Rp'.irenausgänge im Vergleich dieser Summen mit einem maximalen Diskriminierungspegel erhalten werden, was durch die Beschriftung in der Figur angedeutet ist Wie in F i g. lö dargestellt, kann die untere Diskriminierungsgrenze, was ebenfalls durch die Beschriftung in der Zeichnung angedeutet ist, durch Analogmultiplikation der beiden Impulswerte und Vergleich des Produktes mit einem Minimalwert festgelegt werden. In diesem Fall existiert

ein Bereich von Summen mit niedrigerem Pegel, in dem die zulässige Ungleichheit mit der Summe zunimmt, während bei der Diskriminierung des oberen Pegels das Umgekehrte der Fall ist

Die Charakteristiken der Fig.8 bis 10 sind nur Beispiele für eine große Zahl von Möglichkeiten, eine verbesserte Rauschdiskriminierung im Vergleich mit der Summendiskriminierung zu erhalten.

In F i g. 11 ist eine Diskriminierungscharakteristik dargestellt, bei der Koinzidenzimpulse von der Zählung ausgeschlossen werden, wenn einer von ihnen einen festgelegten Wert überschreitet Mit einer geeignet ausgewählten Grenze erzeugt diese Hinzufügung zu der üblichen Summenanlage nach Fig.7 eine beachtliche Rauschverminderung für Kohlenstoff-14-Zählung, obgleich geringer als in dem Fall der Differenzengrerizen von Fig.8 und 9; eine solche Grenze darf natürlich nicht wirksam sein für Zählungen eines Isotops mit höherer Energie, als der, für die sie eingestellt wurde. Fi-g. 13 zeigt Jie Wechselwirkung solcher festgelegter einzelner Grenzen bei einem Summendiskriminator mit oberem Pegel Solche Diskriminierungskriterien stellen eine grobe Annäherung an die Gleichwahrscheinüehkeitscharakteristik des oberen Pegels von Tritiumimpulsen nach Fig. 10 dar; eine noch bessere Näherung erhält man durch »Verkanten« der einzelnen Impulsgrenzen, wie es in F i g. 12 gezeigt ist

Eine exakte Optimierung der Diskriminierung gegen Rauschen auf der Basis der Wahrscheinlichkeit ist äußerst komplex, insbesondere im Bereich geringster aufgenommener Summen. Theoretisch kann dort eine optimale Grenze zwischen Signalimpulsen und Rauschimpulsen definiert werden. Bei einer solchen theoretischen optimalen Grenze liegt die Maximale zulässige Differenz oder das maximal zulässige Verhältnis von X- und y-lmpulsen für jeden Summenwert an den Punkten, bei denen entweder eine Erweiterung oder eine Verringerung der Aufnahmezone den Gesamtgütefaktor verringern würde. Eine Bestimmung des theoretisch optimalen Musters der Teilung zwischen Aufnahme und Zurückweisung kann prinzipiell für jedes Isotop mit jedem gegebenen System gemacht werden. Das Festlegen der Grenzen der Aufnahmezone, die theoretisch optimal für eine gegebene Einstellung der Zählbedingungen ist, stellt eine erhebliche experimentelle Aufgabe dar, die nicht allgemein lösbar ist, da sowohl die Konstruktion einfach einstellbarer Diskriminatoranlagen, die in der Lage sind, komplex gestaltete Aufnahmebereiche in der X-, K-Ebene zu bilden, schwierig ist und weil der zusätzlich erhaltene Vorteil, verglichen mit einfachereren Ausführungsformen der bringen, Erfindung, die bereits beschrieben wurden und später beschrieben werden, relativ gering ist, insbesondere, wenn man beachtet, daß bei der praktischen Zählung weitere Variable, wie z. B. der Löschungsgrad von Impulsen, welche später erwähnt werden, auftreten.

Bisher wurde die Erfindung hauptsächlich in Verbindung mit der Diskriminierung zwischen Signalimpulsen und Rauschimpulsen behandelt Die bereits beschriebenen Ausführungsfarmen sind jedoch auch nützlich bei der Wahrscheinlichkeitsdiskriminierang zwischen Isotopen, wie z, B. bei der Zählung von doppelt markierten Proben, namentlich mit Kohlenstoff-14 und Tritium. Ein wichtiger Grund für die Benutzung der Summierung von Impulsen in einer symmetrischen Koinzidenzanordnung bei modernen Flüssigkeits-Szintillationsanlagen war die bisher verbreitete Meinung, das Diskriminierung auf der Basis der Summe die beste Isotopentrennung liefert, d. h., das höchstmögliche Verhältnis von Tritiumausbeute zu Kohlenstoff-14-Ausbeute in einem Tritiumzählkanal und das höchste Verhältnis von Kohlenstoff-14-Ausbeute in einem Kanal für tritiumfreie KohIenstoff-14-Zählung. Wie durch die vorliegende Erfindung gezeigt wird, ist dies nicht der Fall· Obgleich Summendiskriminierung die Energiediskriminierung im Vergleich mit einem Einsignalbetrieb verschärft, zeigen die Wahrscheinlichkeitsbetrachtungen, die der Erfindung zugrunde liegen, daß wesentlich weitere Verbesserungen erreicht werden können.

Es wurde bereits in Verbindung mit F i g. 10 erläutert daß Konturkurven gleicher Wahrscheinlichkeit für Tritium in der X-, Y-Ebene angenähert Kreisbögen sind.

Die Konturen für Kohlenstoff-14 in diesem Bereich sehr kleiner Impulse (nicht gezeigt in den Kohlenstoff-14-Diagrammen, die früher beschrieben wurden, wegen der Maßstabs-Differenz) sind von der gleichen allgemeinen (wenn auch nicht identischen) Gestalt Unter diesen Bedingungen erzeugt die übliche Summendiskriminierung mit oberem Tritiumpegel (eine Diagonallinie, die in Fig. 10 nicht dargestellt ist) nur eine grobe Kompromißlösung zu optimalen Aufnahmekritcrien, da der beste Summendiskriminierungspegel für angenähert gleiche X- und K-Impulse höher ist als der beste Summendiskriminierungspegel für sehr ungleiche Impulse. Wenn der untere Diskriminierungspegel eines Kohlenstoff-14-Zählkanals in Übereinstimmung mit der Gleichdichtekontur des Tritium gestaltet wird, kann

jo eine etwas höhere Ausbeute für Kohlenstoff-14 erzielt werden, während immer noch alle Tritiumimpulse ausgeschlossen werden, als dies mit einem bloßen Summenpegeldiskriminator der Fall sein kann. Das Verhalten der Ausbeute des Tritium-Zählkanals für

J5 Tritium zu der für Kohlenstoff-14 kann ebenfalls etwas durch richtige Gestaltung des oberen Pegels dieses Kanals, wie später erwähnt erhöht werden.

Die Grundlage einer Verbesserung der Trennung der Strahlung von Isotopen durch Gestaltung der nebeneinander vorliegenden Grenzen der Diskriminierungscharakteristik oder des Aufnahmegebietes in der X-, K-Ebene zu geeigneten Kurven kann ebenfalls mit Vorteil bei der Trennung der Strahlung von Kohlenstoff-14 von der höherenergetischer Isotopen, wie z. B.

Phosphor-32, oder für jc*s ähnliche Energiediskriminierung benutzt wenden, obgleich die Verbesserung für den Fall von Tritium und Kohlenstoff am deutlichsten ist Weiterhin kann eine solche Gestaltung an der obersten Summenamplitude auch von einem einzelnen Isotop, wie z.B. Kohlenstoff-14 oder höherenergetischen Isotopen, eine Verbesserung der Ausführung bringen, was aus dem folgenden hervorgeht

Die Verbesserung, die aus einer Gestaltung erhalten wird, bei der die Diskriminierungscharakteristik in dem Bereich der maximalen Impulshöhe spitz zuläuft, ist am besten in Zusammenhang mit Fig. 1 zu erläutern. Der Bereich maximaler Summenimpulshöhen für Kohlenstoff-14 ist weit über den Amplituden, bei denen das Rauschen mit dem früher besprochenen Verteilungsmuster sehr stark ist Das Spektrum des gesamten Zähluntergrundes nimmt obgleich es bei niedrigen Impulsen stark abfällt danach nur sehr langsam ab. Dieser langsame Abfallbereich des Untergrundes, der sich bis zu den höchsten durch Beta-Strahlen erzeugte Impulshöhen erstreckt, geht hauptsächlich auf den Szintillationsuntergrund zurück, der von kosmischer Strahlung, Reststrahlung von den Baumaterialien und von ähnlichen Quellen herrührt. Dieser Strahlenunter-

grund kann auf zwei verschiedenen Wegen in das Nachweissystem gelangen. Einmal kann sie direkt mit den Fotovervielfachern wechselwirken, in denen Impulse durch die Auslösung von Elektronenemission gebildet werden. Diese Erscheinung wird als Rauschen ■> angesehen. Die zweite Art, in das Nachweissystem einzutreten, geschieht durch Erzeugung von Lichtimpulsen in der szintillierenden Flüssigkeit Wegen des Unterschiedes der allgemeinen Art der Strahlungsenergie existieren Unterschiede in dem Mechanismus, durch ι ο den Energie in Licht umgewandelt wird; dies ist jedoch nicht entscheidend für die vorliegende Diskussion. Für den vorliegenden Zweck wird der tatsächliche Strahlenuntergrund als die Erzeugung eines relativ flachen Spektrums von Szintillationsintensitäten angesehen, welches sich über den gesamten Bereich der Beta-Energien erstreckt; eine einzelne Szintillation einer bestimmten Intensität wird die gleiche, ob sie von einem Untergrundereignis oder einem Signalereignis erzeugt wurde. Diskriminierungen gegen diese Art von Untergrand ist der Hauptzweck, der durch die Diskriminierung mit oberen fregeln eines üblichen Zählfensters bei der Zählung von hochenergetiscnen isotopen verfolgt wird.

Da eine Untergrundszintillation einer gegebenen Intensität identisch ist mit einer Signalszintillation der gleichen Intensität, scheint es zunächst unmöglich in der Nachweis- und Zählanlage irgendeine Veränderung in dem Verhältnis von Signalimpulsen zu tatsächlichen UntcrgnindinipüiScn zu erzeugen, die besser ist, als die, so welche durch übliche Maximalsummendiskriminierung erreicht wird. Wenn dort exakte Entsprechung zwischen Lichtintensität un-J Impulssummenausgang bei jedem Szintillationsereignis vorläge, wäre dies in der Tat unmöglich; wäre dies der Fall, so wkre jedes Verhältnis von Szintillationssignal zu S?intillationsuntergrand, welches bei einem besonderen Sum..ienwert erzeugt wird, konstant für alle Werte der Differenz. Somit könnte für das Verhältnis von Signal zu Untergrand nichts gewonnen werden durch Begrenzung der zulässigen Differenz. Wie im folgenden gezeigt wird, kann dieses Verhältnis aber tatsächlich verändert werden durch Verringerung der zulässigen Differenz in dem Bereich, der dem oberen Ende des Spektrums des zu zählenden Isotops entspricht, wo das Amplitudenspektrum des Isotops (Kohlenstoff-14 in Fig. 1) rasch abnimmt, während das Amplitudenspektrum des Rauschens Ober das gleiche Intervall konstant oder flach ist

Es sei zunächst der Grenzfall der maximalen Summenamplitude des Kohlenstoff- 14-Spektrums von F i g. 1 betrachtet, d. h. die Summe, bei welcher die Zählrate Null wird. Diese Impulse ergeben sich nicht aus Lichtszintillationen, die in der Lage sind, diese Summe als Mittelwertamplitude zu bilden, sondern stellen Maximalabweichungen in der gleichen Richtung in dem Ausgang beider Fotoelektronenröhren auf die Maximalintensitätszintillation im Kohlenstoff·!4-Spektrum dar. Ein Spektrum von Kohlenstoff-14-Impulsen, wie das in F i g. 2, würde für diese Summe nur als einzelne Linie beim Zustand der Impulsgleichheit erscheinen. Dementsprechend schließt ein schmales Summenfenster bei dieser Summe, wenn es auf die X-, V-Ebene transportiert wird, Hereiche von deutlicher Veränderung in dem Verhältnis von Kohlenstoff-!4 zu Untergrandimpulsen ein. Hinzufügen einer kleinen M maximalen Differenzgrenze erzeugt ein erheblich vergrößertes Verhähnis. Eine solche Diskriminierungscharakteristik entspricht dem Rand einer weiter außen liegenden (sehr niedrige Dichte) Kontur des Kohlenstoff-14-Spektrums, In diesem gleichen Bereich maximaler Summen von Kohlenstoff-14-Impulsen stellen die Gleichdichtekonturen von Untergrandimpulsen parallele Linien auf beiden Seiten der Linie X= Vdar.

Durch Erweiterung von dem gerade besprochenen Grenzfall wird klar, daß an jedem Punkt des Signalspektrums von Kohlenstoff-14 in Fig. 1 die Impulse der gegebenen Summe, die nominal einer gegebenen Größe der Szintillationsintensität entspricht, tatsächlich durch Szintillationen eines Intensitätsbandes erzeugt werden. Wo der Häufigkeitsgradient als Funktion der Intensität groß ist, wie in dem hinteren Teil des Kohlenstoff- 14-Spektrums von Fig. 1, wird das Gleichheitsspektrum, dargestellt in Fig.2, für eine gegebene Summe wesentlich verschärft im Vergleich zu dem Gleichheitsspektrum von Impulsen, welches bei der gleichen Summe durch Lichtimpulse gleichförmiger Intensitätsverteilung erzeugt wird. Somit verbessert die Verengung der zulässigen Differenz mit zunehmender Summe in einer Weise, die die äußeren Ecken des schraffierten Aufnahmegebietes von Fig.8 oder 9 ausschließt, das Verhältnis der Aufnahme von sigrialimpulsen zu der Aufnahme von Untergrandimpulsen zusätzlich zu der geringen Verbesserang der Rauschzurückweisung.

In dem Bereich mittlerer Amplituden hat eine Kurve gleicher Wahrscheinlichkeit von Kohlenstoff-14 eine Form, die allgemein bezeichnend für die Art der in F i g. S gezeigten Differenzengrenzen ist

Wie bereits festgestellt, variiert die optimale konstante Differenzengrenze für Rauschdiskriminierung mit der Maximalamplitude der zu zählenden Impulse. Wenn dementsprechend die Begrenzung des Diskriminierungsgebietes so eingestellt wird, daß sie der allgemeinen Gestalt einer Kurve gleicher Dichte entspricht, wird die Rauschverminderung erreicht durch Hinzufügen einer Maximaldifferenzen-Diskriminierung zu einer üblichen Summenanlage zusammen mit den weiteren Vorteilen, die durch die richtige Zuspitzung oder Abrundung des Aufnahmegebietes in eiern Bereich der höchsten Amplituden, insbesondere bei Mehrisotopzählung, erreicht werden.

In der Praxis muß wie bei bekannten Anlagen Vorsorge für die kontinuierliche Veränderung des Diskriminierungspegels getroffen werden, damit dieser von dem Benutzer für jede besondere Messung eingestellt werden kann. Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung ist die Auswahl der gewünschten Aufnahmebegrenzung durch den Benutzer so einfach wie die bisherige Praxis bei dem analogen Betrieb der Einstellung oberer und unterer Pegel für die Zählfenster.

Wenn eine gegebene Diskriminierungsgrenze in der X-, K-Ebene durch eine mathematische Funktion von zwei Variablen angenähert wird, so kann der Wert dieser Funktion aus den X- und K-Ausgängen jedes Impulses berechnet und mit einem festgelegten Diskriminierangspegel verglichen werden; dieser Vergleich wird durch einfache Impulshöhendiskriminierung ausgeführt, wie sie bisher bei Einzelimpulsen oder bei dem Summenimpuls angewendet wurde. Die Form der Kurven gleicher Wahrscheinlichkeit für Kohlenstoff-14 kann angenähert werden durch eine Familie von Ellipsensegmenten mit einer großen Achse 2 Z und einer kleinen Achse 2 W, wobei Z der Impulssummenwert ist, zu dem die Kurve an ihrer Spitze tangential ist, und Wdie kleine Achse oder »Breite« der verläneerten

Kurve zwischen ihren Schnittpunkten mit der parallel zu den Summenlinien und durch den Ursprung führenden 45°-Linie ist. Die Gleichung dieser Ellipse ist;

(Χ + Y)¹ (Χ_-_Π:

2 Z² 2 W-

Entsprechend können Ellipsen ähnteher Form konstuiert werden, bei denen ihr Spitzel; Ende bei gleichen Impulsbeiträgen von X und Ktmit einem gegebenen Wert der Summe zusammenfallen. In Fig. 14 ist ein durch zwei Ellipsen einer Familie begrenztes Aufnahmegebiet dargerstellt, wobei Proportionalität zwischen den Parametern Z und W beibehalten wird, während Z variiert wird; in Fig. 15 ist eine Familie von Ellipsen gezeigt, weiche dieselbe Gleichung erfüllen, bei denen W für alle Z-Werte konstant gehalten ist

Alle der gerade beschriebenen Fllipsenfamilien hängen untereinander zusammen, indem man Z als alleinigen unabhängigen Parameter behandelt, wobei W in dem einen Fall proportional zu Z und in dem anderen Fall konstant ist. Offensichtlich können beliebige Ellipsengestalten erhalten werden, indem nun W unabhängig von Z variiert Zum Zwecke der Benutzung im Rahmen der Erfindung nach allgemeinen Gesichtspunkten, die die Benutzung solcher Ellipsen bei relativ komplexen Diskriminieningsverfahren einschließen, können die Ellipsen-Parameter als gleich variabel angesehen werden. (Ferner soll erwähnt werden, daß durch Bewegung des Mittelpunktes der Familie entlang der 45°-Linie der Impulsgleichheit eine Verengung der zulässigen Differenz bei niedrigen Summenwerten erreicht werden kann, was für die Flexibilität in bestimmten Fällen wünschenswert sein könnte.) Um y, jedoch die Einfachheit des Aufbaus und der Funktionsweise zu erhalten ist es jedoch wünschenswert, durch Schaffung der Beziehung einer Familie von »Diskriminierungspegel«-Kurven die einzige unabhängige Variable als Z anzusehen, wobei W entweder als abhängige Variable oder als Konstante angesehen wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Gleichung nach Z aufzulösen und somit einen Ausdruck für Z ausgedrückt durch X und Vzu erhalten. Alle gegebenen Koinzidenten X- und K-Impulse können als auf der einen Kurve der Familie mit entsprechendem Z-Wert liegend identifiziert werden. Durch Vergleich des Z-Wertes mit einem Bezugsdiskriminierungswert kann der feipuls entweder zurückgewiesen oder zur Zählung durchgelassen werden.

Indem man den Ausdruck für die Identifizierung des Z-Wertes der entsprechende Ellipse in einen einfachen Analogkomputer eingibt, der die X- und Y- Impulse als Eingänge und die Z-Wert-Impulse als Ausgang besitzt, kann jedes Paar von koinzidenten Impulsen in einem einzigen Impuls einer Amplitude entsprechend dem Z-Wert umgewandelt und aufgenommen oder zurückgewiesen werden durch die Benutzung der gebräuchlichen Anlage von Impulshöhendiskriininatoren für oberen und unteren Pegel und Koinzidenzschaltungen, μ Ein Vergleich der Familien, die in den Fig. 14 und 15 dargestellt sind, zeigt, daß die letztere eine befriedigendere Näherung an die oberen Köntuniü Sowohl für Kohlenstoff-14 als auch für Tritium, als die erstere, liefert. Durch die Einstellung von W, um dem Tritiumwert von Zdes oberen Pegels gleichzukommen, in dem Fall von Fig. 15 oder durch Herstellung der Konstanten Einheit in Jem Fall von Fig. 14, kann ein kreisförmiger Bogen erhalten werden, der für die Benutzung als Tritiumbegrenzung des oberen Pegels geeignet ist. Wenn jedoch Zweiisotopmessungen in Betracht gezogen werden, so sieht man, daß eine Familie, wie sie in Fig. 14 dargestellt ist, nicht einfach benutzt werden kann, um sowohl einen solchen kreisförmigen Bogen zu bilden als auch gleichzeitig die relativ langgezogene elliptische Gestalt der oberen Kohlenstoff-14-Begrenzung anzunähern. Für den Fall der Ellipsenfamilie konstanter Breite, die in F i g. 15 dargestellt ist, hat die oben gegebene Gleichung für Z die Lösung

Z =

A-+ Y

-) —

Obgleich die Analogberechnung in bekannter Weise auf einer Vielzahl von Wegen durchgeführt werden kann, wird zur Vervollständigung in F i g. !6 ein Aufbau dargestellt, der unten beschrieben und er'rutert wird.

Wie in Fig. 16 dargestellt ist, werden die X- und V-Eingangsimpulse dem Umkehreingang eines Funktionsverstärkers A\ zugeführt, der einen Ausgangsimpuls der Amplitude -(X+ Y) erzeugt Die jeweiligen Eingangswiderstände sind mit R\, Rj und der Einheitsverstärkungsrückkopplungswiderstand mit Rj bezeichnet

Der ^-Eingang ist auch mit dem Eingangswiderstand Ra eines Umkehrverstärkers At verbunden, dessen Einheitsverstärkungsrückkopplungswiderstand Äs ist Der Ausgang des Umkehrverstärkers A* wird mittels jeweiliger Eingangswiderstände Rt, und Ri in einem Umkehrverstärker A5 mit einem Einheitsverstärkungsrückkopplungswiderstand /2g zum K-Eingang addiert, um eine Impulsamplitude X-Y zu bilden; ein Abgleichpotentiometer /?*> in Reihe mit den Widerständen R₆ und Rj stellt einen Nullausgang bei Nulldifferenz ein. Mittels Dioden D\ und D₁ wird dieses Ausgangssignal normalerweise entweder dem einen Eingangswiderstand Rg oder dem anderen Eingangswiderstand Rio der nächsten Stufe zugeführt Wenn Kgrößer ist als X, wird das Signal über die Diode D\ geführt Wenn X größer ist als Y, wird das Signal dem Eingangswiderstand Rw eines Umkehrverstärkers A_b zugeführt, welcher einen Einheitsverstärkungsrückkopplimgswiderstand Rn aufweist Somit ist das Eingangssignal zu dem Verstärker A? der nächsten Stufe das Negative des absoluten Wertes der Amplitudendifferenz. Der Rückkopplungswiderstand Rn des Verstärkers Ai ist von Hand einstellbar und wird verwendet zur Voreinstellung der Ellipsenbreite 2 W, um die halbe breite W zu definieren, die experimentell als am nächsten dem Optimum für einen weiten Bereich von Messungen an Isotopen gefunden wurde. Eine gegenseitige Beeinflussung zwischen Multiplierverstärkung oder Verstärker verstärkung und der Rechenschaltung läßt darüber hinaus eine Ausdehnung oder Zusammenziehung der X- und Y-Achsen von Fig. 15 zu, um die Flexibilität der Anlage beim Festlege" der Aufnahniegebiete in der X-, Y- Ebene zu erhöhen. Durch Festlegen des Wertes des Widerstandes Rn als Bruchteil des Wertes der Widerstände A₉ oder Rw gleich dem Reziproken von W wird der Verstärker Ai zu einem Teiler, der als Ausgang ein Impuls einer Amplitude erzeugt, die repräsentativ für den absoluten Wer' der Impulsdifferenz dividiert durch die Breite W ist. Dieser letzte Wert wird

quadriert, indem der Impuls den beiden Eingängen eines Multiplizierers Mj zugeführt wird. Obgleich dieser als Multiplizierer mit zwei Eingängen dargestellt ist, kann anstelle von Mi natürlich auch ein Quadrierelement vorhanden sein, wie z. B. ein Dioden- oder FET-Quadrierer, wenn die Impulse bei Amplituden verarbeitet werden, die für den Arbeitsbereich solcher Einrichtungen geeignet sind. Der Quadrierte Ausgang bildet einen der beiden additiv verbundenen Eingänge eines Umkehrverstärkers Ai über einen Eingangswiderstand /?i4. Der zweite Eingangswiderstand Λ15 ist mit einer konstanten negativen 2-Einheiten-Bezugsquelle verbunden. Das Rückkopplungsnetzwerk des Verstärkers Ai enthält zusätzlich zu dem Einheitsverstärkungsrückkopplungswiderstand R\f, einen Quadriermultiplizierer M\, so daß der Ausgang des Verstärkers Ai die Quadratwurzel des Negativen der Summe der Eingänge ist. Dieser Quadratwurzelausgang bildet einen der Eingänge eines Multiplizierers M₂ in dem Rückkopplungsnetzwerk eines weiteren Umkehrverstärkers

C 'Λ * Λ

-H₆ClIl₆J

ΙΛ I 1.

ι ^-impuls

vom Ausgang des Verstärkers A, zugeführt wird. Das Widerstandselement ffisdes Rückkopplungsnetzwerkes des Verstärkers Ai hat wiederum einen Einheitsverstärkungswert. Da die Rückkopplung des Verstärkers Ai multipliziert wird mit dem Quadratwurzelwertausgangsimpuls des Verstärkers A2, dient der Umkehrverstärker Ai als Teiler, der am Ausgang der Gesamtschaltung einen Impuls einer Amplitude liefert, die die oben erwähnte gewünschte Funktion der Amplitude der Eingangsimpulse bildet.

Offensichtlich müssen die Analogschaltungen Verstärker und Multiplizierer verwenden, die in der Lage sind, die hohen Frequenzen, die in den Szintillationsimpulsen vorliegen, zu handhaben, um die Einzelimpulsauflösung zu erhalten, und müssen außerdem geeignete Verzögerungen für richtige Synchronisation einführen. Noch weitere Flexibilität kann hinzugefügt werden durch Ersetzen des Breiteneinstellungspotentiometers R\i durch z. B. einen Transistor oder ein ähnliches gesteuertes Impedanzelement, welches die effektive Ellipsenbreite ^unterschiedlich für jeden Impuls durch deren Steuerung in Übereinstimmung mit z. B. dem Wert des Summensignals bestimmt, wobei der Zusammenhang durch eine Handsteuerung bestimmt wird, um eine Festlegung von Hand einer im wesentlichen unbegrenzten Vielfalt von ellipsenähnlichen Begrenzungsformen zuzulassen, die nicht mehr auf eine bestimmte tatsächliche mathematische Ellipse beschränkt sind.

Es soll erwähnt werden, daß der Teil der Schaltung von Fig. 16, der aus den Verstärkern A\ und A* bis Ai besteht, durch einfache Veränderung zu Erzeugung der schiefwinkligen Differenz-Diskriminierung nach F i g. 9 verwendet werden kann. Wenn der variable Widerstandswert An durch einen Wert ersetzt wird, der eine Einheitsverstärkung im Verstärker Ai erzeugt, und ein Bruchteil k des Ausganges des Verstärkers A\ zum Ausgang des Verstärkers Ai addiert wird, so entsteht ein Ausgangsimpuls der Größe

\X-Y\-k(X+Y).

Die Zuführung dieses Signals zu einem einfachen Impuishöhendiskriminator, der als eine Antikoinzidenzsteuerung in der gleichen Weise wie ein Fensterdiskriminator mit oberem Pegel verwendet wird, erzeugt die schiefwinklige Differenz-Diskrominierung, die in F i g. 9 als Zusatz zu einem üblichen Impulshöhenfenster dargestellt ist; sie ist aber auch verwendbar zusammen mit elliptischer Diskrimierung, wenn dies erwünscht ist.

In Fig. 17 ist ein schematisches Gesamtdiagramm

eines erfindungsgemäß ausgebildeten Drei-Kanal-Flüs-

"> sigkeits-Szintillationszählers dargestellt. Die Anlage verwendet die üblichen abgeglichenen Fotovervielfacherröhren 50 und 52, die in einer Zählkammer angeordnet sind und die Lichtszintillationen von der

Probe 54 aufnehmen und in Impulse X und Vumsetzen.

ι» Jeder der Ausgänge wird geeignet verstärkt und den Eingängen der üblichen Schwellenwertkoinzidenzanlage zugeführt, die Diskriminatoren enthält, die die üblichen Minimalschwellenwerte festlegen. Darüber hinaus werden die Ausgänge einem Funktionsgenerator

r, FG1 zugeführt, in diesem Fall der Analogrechenschaltung von Fig. 16, und der Ausgang dieses Fiinktionsgenerators wird parallel zu drei Zählkanälen geführt, von denen jeder mit den üblichen Verstärkungsstufen 58 und 60 und zwischengeschalteten Schwächungsgliedern

:<> 62 versehen ist, die eine Diskriminatorlogikschaltung fij

ÜLMiCnCP γλϊι 3tCUCrn WGuCi jGuET £*äuifiättcM ein rcfiSicr

aufweist, welches nur innerhalb der eingestellten Grenzen liegende Impulse zur Zählung aufnimmt. Die soweit beschriebene Anlage entspricht einer

2) üblichen Summierungsanlage mit dem einzigen Unterschied, daß der Funktionsgenerator FG 1 den üblichen Impulsaddierer ersetzt durch die Funktion der beiden Variablen, welche die Ellipse identifiziert, die dem Tangenten-Sumrnenwert in der X-, V-Ebene entspricht,

in und soir ·.· ein Aufnahmegebiet für jeden Kanal festlegt, in welchem Impulse jeder gegebenen Summe auf der Basis ihrer Differenz und ihrer Summe diskriminiert werden. Man sieht, daß mit dem durch die elliptische Funktion definierten unteren Pegel /.wei symmetrische

i) Bereiche zulässiger Differenzen für eine gegebene Summe existieren, wobei gleiche Impulse zurückgewiesen werden.

Aus der Fig. 15 ergibt sich, daß die Ellipse des unteren Pegels, die das Aufnahmegebiet für den

4n untersten Kanal begrenzt, durch Einstellung der Breitensteuerung von Fig. 16, um W\m wesentlichen größer als Z zu machen, einer geraden Summenlinie angenähert werden kann; eine solche Diskriminierung kann wahlweise für die Diskriminierung des unteren Pegels bei Einzelisotopenzählung verwendet werden. Bessere Diskriminierung gegen Rauschen wird jedoch erreicht durch die Benutzung eines getrennten Funktionsgenerators FG 2 für die Diskriminierung des unteren Pegels. Eine Funktionenkontur für die im

Vi Zusammenhang mit Fig. 10 erwähnte Diskriminierung des unteren Pegels ist ein konstantes Produkt der einzelnen Impulsamplituden. Eine solche Funktion ist natürlich weit entfernt von der möglichen optir.-ilen Ausführung, kann aber wegen der Einfachheit der einzelnen erforderlichen Multiplizierer im Funktionsgenerator FG 2 benutzt werden. Der berechnete Wert der Funktion wird einem dritten Diskriminator zugeführt der einer üblichen Koinzidenzanlage 56 hinzugefügt wird, welcher eine dreifache Koinzidenz zum

bo Durchlaß des Impulses erfordert. Diese Funktionserzeugungsanlage vergrößert effektiv den Schwellenzählwert auf einen Maximalwert bei der Summe, die der minimal möglichen Aufnahmesumme entspricht, und vermindert allmählich den Schwellenwert, der von jeder Röhre bei höheren Summen erforderlich ist Sie ist natürlich nur wirksam in einem Kanal, wo der Wert Z als Diskriminierungskriterium des unteren Pegels eliminiert iSt uUrCn t^in5t€iiUng uSS UHtCrGn ι egCiS u65

Z-Fensters unter die Gleichimpulsschwelle, die durch FC 2 festgelegt ist.

In Fig. 18 ist eine abgeglichene Summierungsanlage dargestellt, welche mit Schwellenveränderung von symmetrisch eine Koinzidenzschaltung 80 steuernden > Diskriminatoren 70 und 78 arbeitet. Die Anlage ist ähnlich einer üblichen abgeglichenen Summendiskriminierungsanlage. Es sind jedoch Querverbindungen 83 und ?4 hinzugekommen, die die jeweiligen Signale koppel'i, um jeweils die Schwelle des anderen, die für in eine gelassene Koinzidenz erforderlich ist, zu variieren. Amplituden-Begrenzerschaltungen 86 und 88 sind, wie schematisch dargestellt ist, in diese Koppelverbindungen eingesetzt, um sie in niedrigsten Impulshöhenbereichen unwirksam zu machen. Wo die Schwellenwertver- ι ί änderung linear ist, ist der Effekt identisch mit der Addition von Maximaidifferenzdiskriminierung zu einer üblichen Summenanlage. Tatsächlich kann durch geeignete Gestaltung der Veränderungscharakteristik der Aufnahme des oberen Pegels in der X-, V-Ebene _> <> elliptische oder andere Gestalt gegeben werden. Wenn / B. die Koinzidenzschwelle für jede Röhre wenigstens in dem oberen Summenbereich in einem Maß zunimmt, die den erforderlichen Schwellenwert jeder Röhre schneller als um die Hälfte der Zunahme der Summe y, anhebt, so bilden die »Schwellenwerte« eine geschlossene Kurve.

Weitere Veränderung und Abwandlung kann auf einfache Weise vorgenommen werden. Ein Ungleichheitssignal kann z. B. benutzt werden, um den oberen jn (oder unteren) Diskriminierungspegel einer üblichen summierenden oder nichtsummierenden Anlage zu variieren, anstelle von (oder zusätzlich zu) einer Veränderung der Koinzidenzschwelle wie nach Fig. 18. Wenn ein Üngleichheitssignal benutzt wird, um den r> oberen Aufnahmepegel der Summe mit zunehmender Differenz zu verringern, wird der obere Summenpegel nach F i g. 8 oder 9 in der oben bereits beschriebenen Weise abgeschrägt und das Maß der Abschrägung wird auf einfache Weise verändert durch Abschwächung des Differenzsignals. Dies entspricht einer oberen Grenze (ür den Wert von

X+Y-k\X-Y\

in dem einfachen Fall linearer Substraktion von einer Diskriminatorsperrvorspannung.

Wo dem Benutzer einer Anlage große Flexibilität in der Gestaltung der Aufnahmecharakteristik gegeben wird, wie eine Verwendung von mehrfachen mathematischen Funktionen bei der Bildung der Begrenzung, ist ein vergleichweise großer Aufwand an Experimenten erforderlich, um die richtigen Einstellungen für verschiedene Zählbedingungen zu erreichen. Ferner ist eine Sichtbarmachung der Bedeutung der Einstellungen der verschiedenen Steuerungen ausgedrückt durch ein =,=, Gesamtaufnahmemuster äußerst schwierig. Wo demgemäß umfangreiche Vorkehrung für eine solche Mustergestaltung in einer erfindungsgemäß ausgebildeten Zählanlage getroffen wird, ist irgendeine Form sichtbarer Ausgabe wünschenswert. Eine solche Form der eo Ausgabe ist eine Oszilloskopdarstellung einer Punktverteilung in der X-, K-Ebene, wie zuvor erwähnt die als Teil der Zählanlage eingefügt und zum Betrachten des Diskriminierungsgebietes (nur gezählte Impulse werden wiedergegeben) oder des gesamten Feldes (alle bi koinzidenten Impulse werden wiedergegeben) verwendet wird. Wo die Zählraten ausreichend sind, können die Muster durch Bloße Benutzung eines lang nachleuchtenden Schirmes beobachtet werden, es können aber kompliziertere Vorkehrungen getroffen werden, z. B. die Benutzung einer Speicherröhre, wenn die Anwendung fotografischer Technik ungeeignet erscheint oder die Zählraten niedrig sind. Als eine für das technische Bedienungspersonal wahrscheinlich einfachere Variante kann die Anzeige als rechtwinklige Koordinaten (Oszilloskopablenkungseingänge) die Summen- und Differenzsignale benutzen; somit wird im wesentlichen ein Muster analog einer Faltung der symmetrischen X-, V-Ebenen-Muster der Zeichnung entlang der 45°-Linie der Impulsgleichheit erzeugt.

Es ist erwünscht, daß einige Regelungen nicht von dem Benutzer vorgenommen werden müssen. Die bereits erläuterten Prinzipien lassen den Aufbau von Schaltungen zu, in denen die vollen Vorteile der Erfindung automatisch für im wesentlichen löschungsfreie Proben erhalten werden können, aber die Vorteile der Gestaltung am oberen Ende jeder Isotopenbegrenzung bei der Diskriminierung gegen Szintillationsuntergrund (Untergrundstrahlung oder höherenergetische Isotope) gehen verloren für stark gelöschte Proben, wenn nicht Vorkehrung getroffen wird für eine Wiederherstellung der Übereinstimmung zwischen dem Diskriminierungsmuster und dem Probenspektrum in Abhängigkeit von einer vorher durchgeführten Löschkorrekturmessung bei jeder Probe. Veränderung der Fotovervielfacherverstärkung wird in gewissem Umfang die gewünschte Beziehung wieder herstellen, aber nicht ganz.

Eine einzige Einstellung für die Maximalunterschieds-Diskriminierung nach F i g. 9, welche die äußerste Ecke eines Durchlaßbereichs abstreicht, die einer sehr niedrigen Zählrate entspricht, ist geeignet bei der Verbesserung einer Rauschunterdrückung für alle Isotope und Grade der Probenlöschung. Wenn eine elliptische oder analoge Zurückweisungscharakteristik eingesetzt wird für bloße Summendiskriminierung bei der Festlegung des oberen und unteren Pegels von F i g. 9, ist die Gestalt der eingesetzten Charakteristik in Bereichen, die außerhalb der schiefwinkligen Differenz-Diskriminierungsgrenzen liegen, ohne Bedeutung. Eine erfindungsgemäß ausgebildete automatische Zählanlage kann dementsprechend die Aufnahmecharakteristik von Fig.9 aufweisen, aber für die Hinzufügung von Verfeinerungen des oberen und unteren Pegels in einem oder mehreren Zählkanälen ausgebildet sein, um vollen vorteilhaften Gebrauch mit Proben weit schwankender Löscheigenschaften in einer automatischen Anlage zu ergeben.

Ein Blockdiagramm einer solchen verbesserten Anlage ist teilweise in Fig. 19 dargestellt; Teile der Anlage, die nicht wiedergegeben sind, sind im wesentlichen identisch mit entsprechenden Teilen des Diagramms von Fig. 17 mit Ausnahme der Hinzufügung eines Analogrechners oder Funktionsgenerators 90 und einer veränderten Koinzidenzlogik 92 zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses nur dann, wenn der Ausgang des Funktionsgenerators 90 niedriger als eine Grenze L (angezeigt durch die Logikbeschriftung X, Y, L) ist, das Diagramm ist das einer üblichen Impjlssummierungsanlage; die übliche Summierung für das Signal, welches in den jeweiligen Signalkanälen verstärkt und diskriminiert werden soll, ist bei 94 gezeigt. Mit Ausnahme des Funktionengenerators 90 sind alle Teile der Schaltung an sich bekannt

Ein Schaltdiagramm des Funktionengenerators 90 der F i g. 19 ist in F i g. 20 gezeigt Die negativen X- und

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V-Eingänge (von einem geeigneten Vorverstärker) werden der Schaltung auf zwei Wegen zugeführt. Der erste Eingangsweg durch jeweilige Kondensatoren C3 und C25 und Widerstände /722 und /7 23, führt zu dem Teil der Schaltung, die einen Ausgangsimpuls proportio- > nal zu dem absoluten Wert der Differenz erzeugt; dies ist die Schaltung von Transistoren Q13 bis Q19, die jetzt beschrieben werden soll.

Der V-Impuls wird verstärkt und geeignet in der Dauer gestreckt in einem Zweistufen-Negativ-Rück- in kopplungsverstärker, der komplementäre Transistoren Q16 und Q17 aufweist Q16 ist ein PJVP-Transistor mit geerdetem Emitter, dessen Basis-Vorspannung durch einen Widerstand /737 festgelegt ist, der mit der positiven Versorgung und einem Gegenkopplungs- r> widerstand Λ 41 verbunden ist. Der Kollektorwiderstand R 42 ist mit der negativen Versorgung verbunden. Der NPN-Transistor Q17 der zweiten Stufe ist mit seinem Kollektorwiderstand R 40 angeschlossen an die positive Versorgung und mit seinem Emitterwiderstand »» R 43 mit der negativen Versorgung verbunden, wobei die Basis direkt mit dem Kollektor des Transistors Q16 verbunden ist. Ein Hochfrequenznebenschlußkondensator C38 überbrückt den Rückkopplungswiderstand R 41, der zwischen den Emitter des Transistors (?17und _>> die Basis des Transistors Q16 geschaltet ist, um die Impulse zu verzögern. Der negative Impulsausgang des Verstärkers wird über einen Kondensator C32 geführt, der mit dem Kollektor des Transistors Q17 verbunden ist. id

Der Verstärker für das A"-Signal hat Transistoren Q14 und Q15, die im wesentlichen identisch mit den entsprechenden Transistoren (?16 und Qi7 sind, jedoch mit umgekehrten Polaritäten. Der symmetrische komplementäre Abgleich der Verstärker wird durchge- r. hend aufrechterhalten, wobei der Kollektorwiderstand R 29 und der Basisvorspannungswiderstand R 32 des NPN-Transistors Q14 die gleichen Werte wie die entsprechenden Komponenten des PNP-Transistors Q16 haben. Auf ähnliche Weise sind die Werte und « Verbindungen des Emitterwiderstandes /734, des Kollektorwiderstandes R 36 und der Ausgangskapazität C30 des PNP-Transistors (?15 identisch mit denen des NPN-Transistors ζ) 17. Das Rückkopplungsnetzwerk R 33 und CM dieser Schaltung ist ebenfalls das gleiche -n mit der Ausnahme, daß der Kondensator C 28 variabel ist, um eine Einstellung der Impulsverzögerung zuzulassen. Der negative ^-Eingang ist nicht direkt zu dem Transistor Q14 geführt, sondern über eine Umkehrstufe Q13, um die Ausgänge subtraktiv zu machen. Die so Umkehrstufe Q\$ ist ein PNP-Transistor, der mit geerdetem Emitter betrieben wird, und dessen Basis und Kollektor jeweils mit den Verbindungspunkten des Vorspannungswiderstandes R 27, des Ruckkopplungswiderstandes /728 und des Kollektorwiderstandes /731 verbunden ist, die zwischen die positive und negative Versorgung geschaltet sind. Der Ausgang der Einheitsverstärkungsumkehrstufe ist über eir>e Kapazität C26 und einen Widerstand R 30 mit der Basis des Transistors Q14 verbunden.

Die positive und negative Versorgung ist mit Filtern R 44 und C31 sowie /750 und C27 versehen, um die Verstärkung von den folgenden Stufen zu isolieren. Der positive Impulsausgang des Transistors Q15 führt über einen Kondensator C30, der mit dem Kondensator C32 verbunden ist, um einen Differenzstrom an der Verbindung zu erzeugen. Ein Abgleichnetzwerk, besteht aus Kondensatoren C26 und C37, Widerständen R 35 und /739 und einem Abgleichpotentiometer /7 38, dessen Abgriff geerdet ist, ist zwischen die Emitter der Transistoren <?15 und <?17 geschaltet, um jede verbleibende Unbalance auszugleichen. Die Schaltung wird abgeglichen durch Einregulierung des Potentiometers R 38, um maximale Zählraten zu erzeugen, d. h. minimales Auslösen des Grenzdiskriminators, der die Koinzidenzanlage sperrt; auf diese Weise wird jede geringfügige Unbalance einer Verstärker- oder Multiplierverstärkung einfach kc.npensiert durch Benutzung der innewohnenden Eigenschaften der Anlage.

Der Nettostromausgang der Verstärker erscheint an der Verbindung entgegengesetzt gepolter Dioden CR 11 und CR 12. Wenn X kleiner als Y ist, führt die Leitung durch die Diode CRH, die am Eingang zu einem Stromumkehrverstärker liegt, der aus den komplementären Transistoren QiS und Q19 besteht. Der Stromeingang führt zu der Basis des Transistors Q18, dessen Emitter geerdet und dessen Kollektorwiderstand /7 51 mit der negativen Versorgung verbunden ist. Die Basis des Transistors Q19 ist direkt verbunden mit dem Kollektor des Transistors Q 18 und sein Kollektor ist mit der positiven Versorgung verbunden, während sein Emitter mit der negativen Versorgung über den Emitterwiderstand /752 verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q 19 ist an den Eingang zu der Basis des Transistors Q18 über einen Widerstand /7 47 und ein Parallelnetzwerk /7 46 und C33 angeschlossen, wobei eine kleine Nebenschlußkapazität C34 das Netzwerk überbrückt Diese Elemente zusammen mit einem mit der positiven Versorgung verbundenen Widerstand R 45 legen auch die Basisvorspannung des Transistors Q18 fest Der Ausgang des Transistors Q19 führt über einen Widerstand R 48 und eine Kapazität C39 zu dem Emitter eines Transistors Q 20 einer Summierschaltung. Wenn X größer als Y ist. wird die Umkehrschaltung der Transistoren Q18 und ζ) 19 inaktiv und der Differenzstrom von den X- und Y-Verstärkern fließt über die Diode CR 12 und einen Kondensator C40 zu dem Summierschaltungseingang. Ein hochomiger Widerstand /749, verbunden mit der negativen Versorgung, hält die Diode CR 12 auf einem geeigneten Potential, um die Betriebsbedingungen der entgegengeschalteten Dioden CRW und CR 11 einzustellen.

Man sieht, daß das Ausgangssignal der bisher beschriebenen Schaltung ein Vielfaches der absoluten Differenz zwischen den X- und V-Impulsen ist wobei das Vorzeichen der Differenz bestimmt ob der Ausgangsstrom über die Kapazität C39 oder die Kapazität C40 fließt Eine Diode CR14 leitet jede Komponente umgekehrter Polarität des Einganges zu dem Transistor Q 20 des Summierverstärkers ab.

Die einzelnen Impulse von X bzw. Y werden auch dem Emitter des Transistors (?20 zugeführt über Widerstände /7 24 bzw. /725 und Kapazitäten C4 bzw. C12. Der Emitterwiderstand des NPN-Transistors Q 20, der mit geerdeter Basis betrieben wird, ist mit der negativen Versorgung verbunden und eine kleine Kapazität CIl überbrückt den Emitter nach Erde. Ein Kollektorwiderstand R 60 ist mit der positiven Versorgung verbunden; der Kollektor ist auch über eine Diode CR 47 an die positive Versorgung angeschlossen.

Mit dieser Summierverstärkung werden die Ströme von den X- und y-Eingängen und der Verstärkerdifferenzstrom, der durch den Eingang entsprechend dem Vorzeichen der Differenz erzeugt wird, addiert, und die gev/ünschte Funktion erscheint über dem Widerstand

«60 als Spannung, welche einer üblichen Diskriminatorschiliuiii· (enthalten in Fig. 19 als Teil der Koinzidenzlogik) zugeführt wird.

Für später noch zu erörternde Zwecke ist eine Ausgangsleitun^, die das Differenzssignal -(X- Y) an d-; Verbindung der Dioden CR 11 und CR Ui führt, mit der Basis eines Transistors ζ) 21 verbunden.

Mit der so aufgebauten Schaltung ergibt sich eine Diskriminierungsanlage, die eine Zählung irgendwelcher koinzidenter Impulse zuläßt, die nicht den Erfordernissen entsprechen, daß der absolute Wert der Differenz minus einer Konstante mal der Summe die gegebene Grenze nicht überschreitet. Wie aus Fig.9 hervorgeht, bestimmt die Festlegung dieser Grenze die minimale Impulssumme, bei welcher dieser Teil der Diskriminierung wirksam wird (der in den meisten Fällen dem ooer?n Bereich des Tritiumspektrums entspricht), und das Verhältnis der Verstärkung des absoluten Differenzsignals zu der Abschwächung des Summensignals am Eingang zu dem Abschließenden Summierverstärker bestimmt die Neigung oder die »Schiefwinkligkeit« der Differenzengrenze. Die Verstärkung der Fotovervielfacher kann einreguliert werden durch die üblicherweise vorgesehene Einregulierung der Hochspannung, um jede geringe Abweichung von der Wirkungsweise der Anlage von einem Isotop zu einem anderen zu korrigieren, wenn dies der Benutzer wünscht. Ein Satz von Komponenten für die Schaltung nach F i g. 20 ist:

Transistoren:

O 13, Q 15 , Q 16, Q18: Motorola MPS 6523

Q 14, Q 17, Q 19, Q20, Q21: Motorola MPS 6521

Widerstände	«34	1 % Toleranz an):	«45	10k	C30	0,05
	«35	2,2k	«46	6,2k	C32	0,05
(Ohm — Sternchen zeigen	«36	169·	«47	316·	C33	0,47
R 22 4,99k*	«37	1,5k	«48	316*	C35	0,1
Λ 23 4,99k·	«38	12k	«49	1,2M	C37	0,47
Λ 24 825*	«39	100	«50	100	C38	5pF
«25 825*	«40	169·	«51	4,7k	C39	0,47
R 27 4,7k	«41	1,5k	«52	1,0k	C41	0,1
R 28 2,0k·	«42	634k·	«53	10k	CM	10 pF.
R 29 33k	«43	33k	«60	4,99k
R 30 2,0k*	«44	2,2k
R 31 1,0k		100
«32 12k			(mF, ausgenommen, wo anders angegeben):
Λ 33 634k·		C3 0,47
Kondensatoren		CA 0,47
CIl 50OpF
C12 0,47
C25 0,47
C26 0,47
C27 1,0
C28 5-18 pF
C29 0,47

Dioden: 1N916 außer Crl4(979).
Versorgung: 12 Volt, positiv und negativ.

Bei der gerade beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wurde gefunden, daß dort eine Verbesserung in Weise Größenordnung von 40% des BIB-Verhältnisses bei der Zählung von Kohlenstoff-14 mit einer hochwertigen Summieranlage erreicht werden kann und mit geringerer, aber dennoch beachtlicher Verbesserung bei der Zählung anderer Isotope. Mit einer Anlage war das beste erhältliche E²IB-Verhältnis für Kohlenstoff-14 ohne die Verbesserung 350 und mit der ' erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung 520; diese Messungen wurden für ein Fenster im Bereich 20 bis 1 am Ausgleichspunkt (dem Punkt mit gleichem Ausbeutegradienten an jedem Rand des Fensters, üblicherweise benutzt zur Verminderung des Einflusses geringer

ίο Verschiebungen)gemacht

Wenn es erwünscht ist, kann das Hilfssignal von dem Transistor <?21 von Fig.20 zusätzlich für weitere Hilfsverbesserungen benutzt werden. Bei der dargestellten Schaltung hat das Hilfsausgangssignal eine Amplitu-ι de, die in logarithmischer Beziehung zu dem tatsächlichen Differenzsignal steht da es eine Charakteristik der Dioden CR 11 und CR 12 ist, daß der Spannungsabfall eine logarithmische Funktion des Stromes ist Für viele Benutzungen ist die Umwandlung zur Linearität wünschenswert. Wenn jedoch das logarithmische Signal vor der Umwandlung zur Linearität verdoppelt wird, so ist die resultierende Amplitude das Quadrat der Differenz, welches daraufhin bei der Erzeugung einer elliptischen Charakteristik in einem beliebigen von

.'". mehreren einzelnen Energiekanälen verwendet werden kann, welche bereits das Summensignal haben und so auf einfache Weise zu diesem Zweck verändert werden können.

Der Vergleich der einzelnen Amplituden zur Unterscheidung auf der Grundlage einer Wahrscheinlichkeit zwischen Ereignissen, die Impulse der gleichen Summe erzeugen, kann auch in Verbindung mit einer Lösch-Korrektur verwendet werden. Eine bekannte Unzulänglichkeit heutiger Löschkorrekturmessungen liegt in der

i) Unmöglichkeit, zwischen Lösch-Effekten zu unterscheiden, die durch verschiedene Arten innerer Eigenschaften der Proben erzeugt werden. Die Genauigkeit der meisten üblichen Löschkorrekturmessungen erfordert die Kenr iis der Faktoren, die die Löschung erzeugen.

i<> Information aus relativer Impulshöhe kann nützlich für die Erlangung solcher Unterscheidungen sein. Bestimmte Formen der Löschung könne.! z. B. die Intensität des emittierten Lichtes nur durch Absorption der Beta-Strahlenenergie beeinflussen, ohne wesentliche Schwä-

4i chung des erzeugten Lichtes hervorzurufen. Eine andere Form der Löschung wird durch die bloße Unklarheit <sr Flüssigkeit, die das Licht abschwächt, bewirkt Szintillationen, die in der Nähe der Wand eines Probengefäßes auftreten, sollten, für eine gegebene Summe, eine

so wesentlich andere Wahrscheinlichkeitsverteilung der in F i g. 2 dargestellten Art für den einen Typ der Löschung als für den anderen Typ erzeugen. Im Falle der Lichtschwächung ist der Effekt der Löschung das Abflachen der Linie bei Amplitudengleichheit und kann sogar (um ein extremes Beispiel zum Zwecke der Erläuterung anzuführen) getrennte Linien bei symmetrischen Werten des Unterschieds erzeugen. Durch Erweiterung einer Zählanlage mit Löschkorrektur und durch die Vorsorge für eine Messung solcher Verschiebungen im Gleichheitsspektrum kann eine Trennung zwischen durch verschiedene Ursachen bewirkten Löschvorgängen erzielt werden. Dies kann natürlich auf viele Weise verwirklicht werden. Beispielsweise kann bei einer Anlage Vorkehrung getroffen werden für das getrennte Zählen der Impulse, die innerhalb und außerhalb bestimmter Differenzgrenzen fallen. Das Verhältnis der so gebildeten »Kanäle« und ihr Zusammenhang mit der Gesamtlöschung kann durch

übliche Kalibrierungsverfahren zur Identifizierung des Typs der Löschung verwendet wßrden, die die Spektrumverschiebung hervorruft, die beispielsweise durch eine fibliche Kanalverhältnis-Löschungsmessung gezeigt wird.

Offensichtlich ist die Benutzung der Erfindung nicht beschränkt auf Zweiröhrenkoinzidenzanlagen, die zur Zeit überall benutzt werden, sondern kann auch auf mehr als zwei Röhren angewendet werden. Letzteres Prinzip ist lange eine bekannte Art der Rauschunterdrückung gewesen.

In der Tat erhöht die Erfindung die Rauschunterdrükkungsvorteile, die durch Hinzufügen weiterer Koinzidenzröhren erhalten werden, erheblich. Bisher waren die Vorteile einer dritt .n Koinzidenzröhre eng begrenzt

durch das Auftreten sogenannter »falscher« koinzidenter Rauschimpulse bei dem tatsächlich der Impuls in der einen Röhre durch ein Rauschereignis in der anderen verursacht wird. Die Hinzufügung einer weiteren Koinzidenzröhre brachte daher keinen Vorteil, was solche Impulse anbetrifft Mit der Diskriminierung der Relativwerte in einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung wird der Hauptanteil solcher Impulse von der Zählung auf jeden Fall ausgeschlossen, und es wird möglich, die theoretisch erzielbaren Vorteile der Hinzufügung einer weiteren Röhre bei der Ausschaltung von Koinzidenzen tatsächlich zu nutzen, die von wirklich zufälligen Rauschimpulsen in jeder Röhre entstehen, wodurch eine weitere Erhöhung im Tritiumzu-Rausch-Verhältnis möglich wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

20 0! Patentansprüche:

1. Flüssigkeits-Szintillaiions-MeUeinrichtung mit ^ä einer Meßkammer zur Aufnahme von Proben, zwei mit einer jeweils in der Meßkammer befindlichen Probe optisch gekoppelten Fotovervielfacher!! und mit einer Impulsverarbeitungseinrichtung, weiche jedem der Fotovervielfacher nachgeschaltete Impulshöhen-Schwellendiskriminatoren, mindestens eine Koinzidenzschaltung mit nachgeschaltetem Tor zur Auswahl koinzidenter Impulse von den beiden Fotovervielfacher!! und eine Impulssummierschaltung mit nachgeschalteter Auswahleinrichtung zur Bestimmung eines von der Impulssumme abhängigen Zählbereichs sowie mindestens eine Zähleinrichtung zum Zählen entsprechend ihrer Impulshöhe, Impulssumme und der festgestellten Koinzidenz ausgewählten Impulse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsverarbeitungsemrichtung eine Steuerschaltung (FGi in Fig. 17, Fig. 16;83,86,84,88, F ig. 19; 90 in F ig. 20, F ig. 21) aufweist, die so ausgebildet ist, daß sie die Grenzen des Zählbereichs zusätzlich in Abhängigkeit von der Differenz der Amplituden der von jedem der Fotovervielfacher (50, 52) stammenden Impulse festlegt.

2. Fiüssägkeitö-SziniiüäiiGnä-meöeinrichiung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung so ausgebildet ist, daß die Festlegung der Grein in des Zählbereichs in Abhängigkeit von der Differenz in zusätzliche^ Abhängigkeit von der Impulssumme erfolgt

3. Flüssigkeits-Szintillationä-MeF^inrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung zwei jeweils mit beiden Fotovervielfacherausgängen verbundene Funktionsgeneratoren (FGl und FG 2) enthält, wobei der erste (FGl) eine Funktion bildet, die neben der Impulssumme (X+ Y) auch die Impulsdifferenz (X— Y) enthält, während der zweite Funktionsgenerator (FG 2), dessen Ausgang mit der Koinzidenzschaltung (56) verbunden ist, für die Festlegung einer unteren Grenze (Zi₁Fi g. 10) des Zählbereichs eine Funktion bildet, die das Produkt (X ■ Y) der Impulse (X, ^enthält

4. Flüssigkeits-Szintillations-Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Funktionsgenerator (FGl) mit seinem Ausgang parallel an mehrere Zählkanäle geführt ist, von denen jeder einen variablen Verstärker (58, 62,60) und eine Diskriminatorlogikschaitung (63) aufweist, und daß der andere Funktionsgenerator (FG 2) mit seinem Ausgang an einen in der Koinzidenzschal- ss tung (56) enthaltenden Diskriminator geführt ist

5. Flüssigkeits-Szintillations-Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulssummierschaltung (Ri,R2,R3,Ai,F\ g. 16) mit dem Eingang (R 17) des ersten Funktionsgenerators (FG 1) derart verbunden ist, daß der Impulsamplitudenschwellenwert (Zi) mit und in gleicher Richtung zu den von der Impulssummierschaltung gelieferten Summen (X+ Y) der Amplituden der koinzidenten Impulse (X, Y) festgelegt wird, wobei maximale Grenzen für zulässige Impulsamplitudendifferenzen (X — Y) für jede Impulssumme festgelegt werden.

6. Flüssigkeits-Szintillations-MeQeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß din Steuerschaltung aus Verbindungen (83,84) besteht, die jeweils den Ausgang eines Fotovervielfacher mit einem den Schwellwert des Diskriminator (76, 78) des jeweils anderen Fotovervielfacher bestimmenden Eingang verbinden.

7. Flüssigkeits-Szintillations-Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ^:n die Verbindungen (83,84) Amplituden-Begrenzerschaltungen (86,88) eingefügt sind.

8. Flüssigkeits-Szintillations-Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Funktionsgenerator (90, F i g. 20) aufweist, der eine Schwellwertftinktion f(X, Y)(F i g. 9) gemäß der Gleichung

f(X.Y) = \ Y-X\-k(X+Y)

erzeugt, wobei k eine Konstante kleiner als 1 ist und Xbzw. Ydie Amplituden der Impulse bedeuten, und daß die Koinzidenzschaltung (92) mit dem Funktionsgenerator derart verbunden ist, daß die Koinzidenzschaltung nur dann ein Ausgangsignal liefert, wenn das Ausgangssignal des Funktionsgenerators unterhalb einer vorgegebenen Grenze (L) liegt

9. FIüssigkeits-Szünillations-Meßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenzschaltung (92) einen Diskriminator zum Festlegen einer zulässigen Impulsamplitudendifferenzgrenze aufweist