DE2020079C - Einrichtung zum Messen der Intensi tat und/oder Energie von energiearmen ionisierenden Strahlungen mit einer Gas lonisations Zahler Kammer mit fenster loser Strahleneintntts Öffnung - Google Patents

Description

elektromagnetisches 30 Membran dicht verschlossen sein, damit der Druckunterschied zwischen der Innenseite und der Außenseite der Kammer aufrechterhalten wird. Bei der Verwendung eines derartigen Zählers werden durch das Fenster in die Kammer .intretende Strahlungen

liefert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das tragheitsarme Gas-Absperrventil (2, 5, 6, 7) ein

(las-Absperrventil ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Gas-Absperrventil (2, 5, 6, 7) \on einem Solenoid (7)

betätigt wird, das in einem Einladekreis eines 35 stark von der das Fenster verschließenden Membran

absorbiert. Dieser bekannte Zähler erlaubt zwar die Messung von weichen Röntgenstrahlen mit einer Energie unter I keV, doch macht sich bei Energien unter etwa 300 keV die Absorption der Fenster-40 Membran stark bemerkbar.

Es ist auch bereits ein Zähler bekannt, der die Wirkung von Sekundär-Elektronen eliminiert. Obwohl es sich dabei um ein fensterloses Zählrohr

Kondensators (8) liegt.

handelt, ist auch außerhalb des Zählers Gas vorhan-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
zum Messen der Intensität und/oder Energie von
energiearmen ionisierenden Strahlungen, die eine ₄₅ den, so daß der Energieverlust außerhalb des Zählers Gasionisations-Zähler-Kammer mit zwei im Abstand für Strahlungen mit geringer Energie nicht vernachvoneinandcr angeordneten Elektroden und mit einer lässigbar ist. Es ist unmöglich, mit einem derartigen fensterlosen, zu einem evakuierten Raum außerhalb Zähler Strahlungen mit einer niedrigen Energie zu der Kammer hin geöffneten Strahleneintritts-Öffnung, messen, wenn der Zähler nicht nahe an die Straheine Spannungsversorgungs-Vorrichtung zum An- _5O lungsquelle herangebracht werden kann, legen einer Spannung zwischen den Elektroden und Bekannt sind ferner Durchfluß-Zählrohre, bei wcl-

eine Einrichtung mit Gas-Absperrventil zum Zulei- chen die Strahlungsquelle innerhalb der Zählerkam ten eines ionisierbaren Gases zu der Zählerkammer mer angeordnet ist. Folglich ist es unmöglich, eine aufweist. Strahlung zu messen, deren Quelle nicht innerhalb

Seit langem werden Zähler verwendet, die. eine 55 der Zählerkammer angeordnet werden kann, wie dies dicht verschlossene Kammer besitzen, die mit einem bei der Messung von Strahlungen geringer Energie ionisierbaren Gas gefüllt ist. Diese Zähler haben
sich bei der Verwendung als Geigerzähler oder Proportionalzähler in der experimentellen Forschung
und bei praktischen Entwicklungsarbeiten auf dem 60
Gebiet der Anwendung von Kernstrahlungen, beispielsweise in der Kernphysik und der Radioisotopentechnik, als genaue, zweckmäßige Meßeinrichtungen
bewährt.

der Fall ist, die beispielsweise von Röntgenstrahlensternen oder anderen im kosmischen Raum befindlichen Strahlungsquellen ausgehen.

Es ist auch ein weiteres in einem gewissen Sinne fensterloses Zählrohr bekannt, dessen Arbeitsweise kontinuierlich ist. Das die Zählerkammer durch

strömende Gas fließt ständig durch ein feinmaschiges Gitter-Fenster aus, wie feinmaschig auch immer die-Infolge der Ausweitung des Gebietes der sich 65 ses Gitter-Fenster gestaltet sein mag. Das ist bei der mit Radio-Kernstrahlungen befassenden Forschungs- Messung von radioaktiven Strahlungen mit niedriarbeiten und der Anwendung dieser Strahlungen in ger Energie bedeutungsvoll. Es ist zwar möglich, ein den letzten Jahren ist jedoch ein Bedürfnis nach derartiges Zählrohr als Geigerzähler zu verwenden.

Bei Verwendung als Proportionalzähler ist jedoch das Zählrohr infolge des durch die Maschen des Gitter-Fensters ausströmenden Gaser nicht mehr in der Lage, radioaktive Strahlungen unter 300 keV zu messen. Das wird ohne weiteres verständlich, wenn man die Größe der Atome im Gas (Größenordnung von l'Angström) und die Weilenlänge der radioaktiven Strahlen (größer als 40 Angström) vergleicht. Schließlich ist eine Einrichtung der eingangs gearbeitet werden kann, bei geeigneter statistischer Behandlung eine solche Erhöhung des Störpegelabstandes ermöglicht, daß der dadurch erzielte Voiteil dem in den ziemlich niedrigen Wirkungsgrad des von dem Zähler durchgeführten Zählvorganges bestehenden Nachteil in genügendem Maße ausgleicht. Damit ist es durch die Erfindung nunmehr möglich geworden, eine Einrichtung der eingangs geschilderten Art auch als Proportionalzähler zu verwenden.

geringer Energie, wie sie von Röntgenstrahlensternen oder anderen im kosmischen Raum befindlichen Strahlungsquellen ausgehen.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäß ausgebilde-

nannten Art mit einem fensterlosen Zählrohr be- ίο und zwar zum Messen radioaktiver Strahlungen mit kannt, welches gleichfalls kontinuierlich als Geiger- ' ™" *

zähler betrieben wird. Infolge des kontinuierlichen Betriebes ist der Gasaustritt durch die fensterlose

Strahlungseintritts-Öffnung so groß, daß der Energie- ^.- η.^.~~~.- =~ ■· u~ r

verlust der einfallenden Strahlung außerhalb des i₅ ten Einrichtung ist folgende: Ein lomsierbares uas Zählrohres nicht vernachlässigbar ist. Wenn man den wird intermittierend in Form von Impulsen in die durch die Strahlungseintritts-Öffnung erfolgenden Kammer eingeleitet, so daß im Bereich der blektro-Gasaustritt gering halten wollte, wäre es erforderlich, den jeweils während eines kurzen Zeitraums eine die Strahlungseintritts-Öffnung klein zu eestalten. Gaswolke erzeugt wird. Während des Vornanoen-

Diescr Weg ist aber nicht gangbar, weil dann der 20 seins der Gaswolke, wenn der Gasdruck in dem Kaum

zwischen den Elektroden einen vorherbestimmten

Wirkungsgrad des Zählers abfallen würde. Es kommt hinzu, was noch bedeutsamer ist, daß in dem Augenblick, wo der Wirkungsgrad des Zählers abfällt, silcichzcitig auch der Störpegelabstand verringert wird.

Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schalfen, mit der ionisierende Strahlungen mit einer Energie unter 1 keV gemessen werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß erfindimgsgemäß das Gas-Absperrventil derart tragheits- ;nm ausgebildet und mit einer Steuervorrichtung so \ erblinden ist, daß es das ionisierbare Gas intermittierend in Form von Impulsen in die Zählcrkammcr eintreten läßt, so daß sich für kurze Zeit eine Gas- \uilke in ihr ausbildet, und daß die Spannungsver-M-.rgungs-Vorrichtung jeweils während des Vorhandenseins einer Gaswolke in der Zählcrkammer einen Spannungsimpuls liefert.

Durch die Erfindung ist die Messung ionisierender Strahlungen mit einer so niedrigen Energie ermöglicht, wie sie der lonisierungsenergic des ionisiciharen Gases entspricht, welches in dem Zahler Verwendung findet. Im Vergleich dazu darf daran erinnert werden, daß die niedrigste Energie, die mit einem Durchfluß-Zählrohr der oben geschilderten Art gemessen werden kann, nur bei etwa 300 keV liegt. Es wurde gefunden, daß es durch die trägheitsarme Wert erreicht hat, wird an die Elektroden ein Spannungsimpuls angelegt, während dessen Vorhandenseins der Zähler die in die Kammer eintretende Strahlung mißt. Da in dem Strahlungseintrittsfenster der /iihlerkammer keine Membran vorhanden ist. wird die Absorption von Strahlungsenergie durch eine Membran vermieden und eine Messung von Strahlungen mit einer Energie unter 1 keV ermö!;-licht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das lriiulieitsarnie Gas-Absperrventil elektromagnetisch, ζ. B. mit Hilfe eines Solenoids, betätigt sein.

Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung in einer als Beispiel gegebenen Ausfiihrungvorin erläutert. Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemjß ausgebildete Einrichtung in einem Querschnitt durch den Zähler gesehen.

Die Einleitung eines Gases in eine Zählerkammer 1 wird durch ein trägheitsarmes Gas-Absperrventil gesteuert. Dieses besitzt ein Verschlußstück 2 aus Leichtmetall, ζ. B. Aluminium. Dieses Verschlußstück 2 ist in einem gasgefüllten Stauraum 3 angeordnet, der mit der Zählerkammer 1 durch eine Öffnung 4 in Verbindung steht. Von einer an der Innenwandung des Stauraums 3 abgestützten Feder 5 wird das Verschlußstück 2 normalerweise gegen den die Öffnung 4 umgebenden Ventilsitz gedrückt. Das Verschlußstück 2 und der Ventilsitz sind durch eine

tlaß eine Gaswolke nur in der Zählerkammer gebildet in den Stauraum eingeleitet, das in diesem Raum wird, so daß der Enc-rgieverlust außerhalb der Zäh- unter einem Druck gespeichert wird, der höher ist als

lerkammer vernachlässigt werden kann. Da die Strah- 55 der für den Betrieb des Zählers in der Zählerkammer

d Ghi

lungseintritts-öffnung groß genug gestaltet werden kann, ist bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung der Störpegelabstand gegenüber den Einrichtungen nach dem oben geschilderten Stand der Technik wesentlich erhöht.

Der Betrieb von Zählrohren mit gepulster Betriebsspannung ist zwar an sich bekannt. Nirgendwo im Stand der Technik findet sich jedoch eine Anregung für die Erkenntnis, daß der intermittierende der für den Betrieb de Z

gewünschte Druck. Durch eine mit hoher Gcschwindigkeit erfolgende, intermittierende Betätigung des Verschlußstückes 2 wird über die öffnung 4 eine Verbindung zwischen dem Stauraum 3 und der Zählerkammer 1 hergestellt, wobei das in dem Vorratsraum gespeicherte Gas in die Kammer 1 eingeleitet und in dieser eine geeignete Gasdichteverteilung erzeugt wird.

Das Verschlußstück 2 wird durch die Erregung

Betrieb des Zählers, wie er bei der erfindungsgemäß <?5 eines Solenoids 7 betätigt, das außerhalb des Stauausgebildeten Einrichtung vorliegt, obwohl dabei raums 3 angeordnet ist und die Zählerkammer 1 nicht mit einem so hohen Wirkuneserad wie bei den umgibt. Zur kurzzeitigen Erregung des Solenoids 7

nicht mit einem so hohen Wirkungsgrad bekannten, kontinuierlich arbeitenden Zählern, gc- _mgibt.

wird über eine geeignete Schalteinrichtung 9, 1. B.

ein Thyratron, ein Kondensator 8 entladen. Wenn der Kondensator 8 eine Kapazität von 200 Mikrofarad besitet und auf eine Klemmenspannung von 1500V geladen ist und das Solenoid 7 eine Induktivität von 100 Mikrohcnry beskzt, hat eine Halbpcriodc der Entladung des Kondensators 8 eine Dauer von etwa 200 Mikrosekunden. Die Erregung des Solenoids 7 durch diese Entladung des Kondensators 8 bewirkt, daß das Verschlußstück mit einer hohen Geschwindigkeit von mehr als 10m/sck vom Ventilsitz weg abwärtsgedrückt wird. Die zum öffnen eines Spaltes von 1 mm zwischen dem Verschlußstück 2 und dem Ventilsitz erforderliche Zeit beträgt etwa 100 Mikrosekunden. Das in dem Stauraum 3 gespeicherte Gas wird in Form eines Impulses durch den geöffneten Spalt und die Öffnung 4 in die Zählcrkammer 1 eingeleitet. Wenn der Gasdruck in der Zählerkammer 1 einen vorherbestimmten Wert erreicht hat, wird an zwei in der Zählerkammer 1 angeordnete Elektroden 10 und 11 ein Spannungsimpuls angelegt, so daß der Zähler arbeitet und die durch ein offenes Fenster 13 in die Kammer eintretende Strahlung in der üblichen Weise gemessen wird.

Das Anlegen des Spannungsimpulses an die Elektroden 10 und 11 erfolgt zweckmäßig in einem Zeitpunkt, in dem die Gaswolke in dem Raum zwischen den Elektroden gerade gebildet worden und noch nicht viel Gas durch das offene Fenster 13 aus der Zählerkammer 1 ausgetreten ist, damit der Zähler mit hohem Wirkungsgrad arbeiten kann und das außerhalb der Zählcrkammer 1 vorhandene Gas nur /u einer minimalen Absorption und zu minimalen Verlusten der Strahlungsenergie führen kann.

Die für die Amplitude und Dauer des an die Elektroden anzulegenden Spannungsimpulses zu wählenden Werte sind stark von dem Gasdruck in dem Stauraum und von dem Zeitpunkt abhängig, in dem der Spannungsimpuls an die Elektroden angelegt wird, sowie davon, ob der Zähler als Proportionalzähler oder als Geigerzähler betrieben wird.

Wenn beispielsweise beim Betreiben des Zählers als Proportionalzähler das Gas in dem Stauraum 3 unter einem Druck von 1 at gespeichert und der ' Spannungsimpuls 300 Mikrosekunden nach dem Erregen des Solenoids 7 an die Elektroden 10 und 11 angelegt wird, hat dieser Spannungsimpuls zweckmäßig eine Amplitude von 2 kV und eine Dauer von 300 Mikrosekunden. Beim Betreiben des Zählers als Geigerzähler können die vorstehend angegebenen

ίο Parameter innerhalb eines viel größeren Bereichs gewählt werden.

Jedes der in den üblichen Zählern verwendeten Gase, wie H2 oder CH4, kann normalerweise in dem erfindungsgemäß ausgebildeten Zähler als ionisierbares Gas verwendet werden. In dem impulsartig betriebenen Zähler gemäß der Erfindung kann man aber auch ein Gas verwenden, das ein viel niedrigeres Ionisationspotential besitzt als die vorstehend erwähnten Gase.

Die Frequenz der Impulse, mit denen das Gas in die Zählerkammer eingeleitet wird, ist stark von der Pumpleistung des Pumpsystems abhängig, welches die Zählerkammcr und den den Zähler umgebenden Raum evakuiert, sowie von der Kapazität der Stromquelle, die in dem Stromkreis zum Laden des Kondensators angeordnet ist, der zum Erregen des Solenoids dient. Man kann mit Frequenzen von bis zu 10 Hz arbeiten. Wenn man jedoch eine Frequenz in der Nähe der Obergrenze des vorstehend angegebenen Frequenzbereichs wählt, muß man ein geeignetes Kühlsystem vorsehen, damit das Solenoid nicht überhitzt wird.

Zum Erzeugen einer Gaswolke durch Einleiten eines Gases in einen Raum zwischen den in der Zählerkammer angeordneten Elektroden kann beispielsweise auch eine Einrichtung vorgesehen sein, die mit einer Überschall-Stoßwelle arbeitet, oder eine geeignete pneumatische oder hydraulische Einrichtung. Ferner kann man auch einen mechanisehen Unterbrecher verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche: einem Zähler für energiearme Kernstrahlungen entstanden. Insbesondere haben neue Erkenntnisse der Astrophysik und in der Raumfahrttechnik dazu geführt, daß im kosmischen Raum zahlreiche Strah-

1. Einrichtung zum Messen der Intensität und/ 5 lungsquellen, wie Röntgenstrahlensterne, Pulsare

usw. entdeckt wurden, die für den Astrophysiker äußerst interessant sind. In der näheren Zukunft ist daher die Entdeckung von neuartigen Erscheinungen auf den Gebieten der Vakuum-Ultraviolettstrahlung

oder Energie von energiearmen ionisierenden
Strahlungen, die eine Gasionisations-Zähler-Kammer mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Elektroden und mit einer fensterlosen, zu einem evakuierten Raum außerhalb ₁₀ und der weichen Röntgenstrahlung zu erwarten, weil der Kammer hin geöffneten Strahleneintritts- wegen des Fehlens von für den Nachweis dieser Öffnung, eine Spannungsversorgungs-Vorrich- Strahlungen geeigneten Geräten diese Bereiche bistung zum Anlegen einer Spannung zwischen den her nicht genügend erforscht worden sind. Elektroden und eine Einrichtung mit Gas- Zum Messen von Strahlungen im Vakuum-Ultra-

Absperrventil zum Zuleiten eines ionisierbaren i₅ violettbereich sind schon Geräte entwickelt worden, Gases zu der Zählerkammer aufweist, da- die auf einer Weiterentwicklung von üblichen optidurch gekennzeichnet, daß das Gas- sehen spektroskopischen Methoden beruhen. Absperrventil (2,5,6, 7) derart trägheitsarm aus- Eine Messung einer weichen Röntgenstrahlung in

gebildet und mit einer Steuervorrichtung (8, 9) dem Energiebereich unter I keV soll im Vakuum so verbunden isi, daß es das ionisierbare Gas 23 erfolgen, weil weiche Röntgenstrahlen von der Luft

zu stark absorbiert werden. Daher ordnet man die Strahlungsquelle und das Nachweisgerät in einem evakuierten Raum an. Man hat in einem solchen Fall beispielsweise einen Zähler verwendet, der eine

intermittierend in Form von Impulsen in die
Zählerkammer (1) eintreten läßt, so daß sich für
kurze Zeit eine Gaswolke in ihr ausbildet, und
daß die Spannungsversorgungs-Vorrichtung jeweils während des Vorhandenseins der Gaswolke 15 Gaskammer besitzt, die mit einem ionisierbaren Gas in der Zählerkammer einen Spannungsimpuls unter einem Druck im Bereich von 1 bis 700 Torr

.ücfulit ist, und in dem Sammelclcklrodcn angeordnet sind. Die für den Eintritt der Strahlung in die Kammer vorgesehene Öffnung muß deshalb mit einer