DE2057332A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Loeschungsgrades bei der Szintillationsspektrometrie - Google Patents

Description

F AT E N VA N V\/A '_T DR. HANS ULRICH MAY D 8 MÜNCHEN 2, OTTOSTRASSEIa TELEGRAMME: MAYPATENT MÜNCHEN

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B.3457/3700*50 München, 21. November 1970

Dr.M./m

S-23-P-2/908

INTERTECHNIQUB s.Av in Plaisir/Frankreieh Verfahren und Vorrichtung aur Ermittlung des Löschungsgrades

bei der Scintillationsspektrometrie

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Scintillationsspektrometrie, insbesondere Flilssigkeits-Scintillationsspektrometrie. Eine der HauptSchwierigkeiten, welche die Genauigkeit bei der Plüssigkeits-Scintillationsspektrometrie beeinträchtigt, ist die Veränderung des Zählwirkgrads, die bei» Wechsel von einer zu analysierenden Probe zur anderen auftritt. Verschiedene Faktoren beeinträchtigen diese Zählwirkgrad B, der bekannt sein muß, damit die Zahl der in der Probe aufgetretenen Zerfallserscheinungen von der Zahl der Impulse oder Zählimpulse (counts) abgeleitet werden kann, die von Wandlern aufgrund von Strahlungen der Proben abgegeben werden. Vermutlich der wichtigste dieser Faktoren ist die Löschung ("quenching") in uer Probe.

Es sind bereits sahireiche Verfahren «ur Ermittlung des Löschungsgrades und der daraus folgenden Verringerung {]«· ZKhlwirkgrads B bekannt. Bei einigen dieser Verfahren wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Spektrometer3 verändert, um den Löschungs-

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ORfGWAL

grad auf einen vorbestimmten «Jert zurückzubringen (welcher der gleiche Wert für alle Proben oder der nächstliegende wert unter einer Mehrzahl vorbestimmter Werte sein kann). Die meisten Verfahren zur Bestimmung des Löschungsgrades beruhen auf dem folgenden Prinzip: Die Beziehung zwischen dem Zählwirkungsgrad (counting

(im folgenden Zählausbeute genannt) efficiency) E/und einem Löschungskorrelationsparameter r wird

bestimmt, wobei der Parameter r eine für jede Probe leicht bestimmbare Größe ist. Diese Beziehung wird zunächst Punkt für Punkt durch Verwendung einer begrenzten Zahl von Vergleichs- oder Standardproben bekannter Aktivität bestimmt. Nachdem die Beziehung Ά bekannt ist, wird der Parameter r für jede Probe gemessen und die Zählausbeute E daraus abgeleitet.

In den meisten Fällen iat der Korrelationsparameter r mit der Zählausbeute E verküUpft durch die bei Löschung auftretende Spektral-Verschiebung. Die Kurve, welche die Zählrate als Funktion der Energie der von den FufconiuXtipliern angezeigten Impulse wiedergibt, verschiebt sich bei Vorhandensein von Löschung zu niedrigeren Energien. Das beobachtete Spektrum kann das des gezählten Isotops Gelbst oder eines anderen Isotops der gleichen Probe sein (^naiver hai tni sine t node). Stattdessen kann die Verschiedung die der Compton-Grenze (Compton edge) sein, welche durch einen äußeren V -Standard induziert wird (Methoden der äußeren Standardisierung oder des Außenstamlard-Knnalverhältnisses). Jedoch ist die Korrelation zwischen dem Kanalverhältnis und dem Löschungsgrad in einer Anzahl von Fallen nicht genügend genau. Die beiden letztgenannten Verfahren erfordern die Durchführung von wenigstens zwei Zahlungen an jetler Probe; die durch den Außenstandard induzierte Zahlrate ist volumenabhüngig, und die Korrelationskurve hat eine

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komplizierte Form mit starken Veränderungen der Krümmung, welche einennachteilige Auswirkung für die Leichtigkeit der Durchführung der Messung und die Genauigkeit der Berechnung haben.

Erfindungagemäß besteht der Korrelationsparameter aus der Impulshöhe, die dem Flächenschwerpunkt des in einem vorbestimmten Amplitudenbereich liegenden Abschnitts des Zählraten-lmpulshöhen-Spektrums entspricht. Es handelt sich hier um den Schwerpunkt der Fläche, die begrenzt wird von der Impulshöhenachse, den zur Z3hlratenachse parallelen geraden Linien, welche den Impulshöhengrenzen entsprechen, und dem zwischen diesen beiden Grenzen liegenden Abschnitt der Kurve. Das Spektrum kann das des Radioisotops oder eines der Radioisotope in doppelt markierten Proben (in diesem Fall vorzugsweise das des Isotops mit höherer Energie) sein. Es kann auch das durch eine radioaktive Standardquelle induzierte Spektrum sein. Im Fall von einiach markierten Proben kann es vorteilhaft sein, das gesamte Spektrum des Radioisotops in der Probe auszunutzen, und im Fall von zweifach markierten Proben wird vorzugsweise der Teil des Spektrums benutzt, der oberhalb des dem Sadioisotop mit der niedrigeren Energie entsprechenden Ber-eichs liegt.

An dieser Stelle mag es nützlich sein, daran zu erinnern, daß in der Praxis das am leichtesten verfügbare Spektrum gewöhnlich nicht das Lichtirapulsspektrum selbst sondern das Spektrum der elektrischen Impulse ist, die von einem Wandlersystem (z.B.Fotomultip lier röhre und Verstärker) geliefert werden, welches der Einwirkung der Lichtscintillationen oder Blitze ausgesetzt ist. also die Amplitude oder Höhe der von einem derartigen tfandler-

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system gelieferten elek Tischen Impulse proportional der Energie der Lichtimpulse ist* d.h. der Anzahl Photonen, welche die Scintillation bilden, entspricht der Korrelationsparaneter r der Durchschnittszahl an Photonen pro Ereignis und ist damit proportional der Quantenausbeute des Scintillator (Photonenzahl pro XeV). Wenn die Proportionalität nicht erhalten bleibt, was besonders der Fall ist, wenn der Verstärker einen logarithmischen Verstärkungsfaktor aufweist, ist diese Überlegung nicht mehr unmittelbar gültig, und der Korrelationsparameter entspricht dann nur der mittleren Höhe der elektrischen Impulse, die vom Wandlersystem geliefert werden. Die Lage des Flächenschwerpunkts ist jedoch weiterhin charakteristisch für den Löschungsgrad und die-Zählausbeute.

Nach Bestimmung des Werts des Korrelationsparameters wird die Zählrate zur Kompensation des Löschungsgrades korrigiert. Das Wort "Korrektur·» umfaßt selbstverständlich eine Anzahl von Möglichkeiten, insbesondere (1) die Berechnung der Zählausbeute aus dem Wert der Parameter r und (2) die Einstellung wenigstens eines Parameters des Spektrometers von Hand oder automatisch auf einen tfert, der von dem «fert von r abhängt, um die Aktivität aller einfach markierten Proben mit der gleichen Zählausbeute zu messen.

Beispielsweise kann nach der Bestimmung des Wertes von r ein beliebiger der folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:

- Aufzeichnen des Wertes von r auf einer Kurve, die zuvor gezeichnet wurde, um die Zählausbeute S zu bestimmen;

- Automatische Berechnung von E aus r mittels eines Rechners (Computers)(wenn die Beziehung zwischen der Zählausbeute E und dem Parameter r gespeichert wurde);

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- Einstellung von wenigstens einem der Betriebsparameter des Spektrometer (wie die an die Fotomultiplier gelegte Hochspannung und der Verstärkungsfaktor der Verstärker)» um E auf einen vorbestimmten Vert zurückzubringen» welcher der gleiche für alle Proben oder der nächste rfert einer Reihe von vorbestimmten / ,r Vierten* die jeder einem bestimmten Vert der Zählausbeute E entsprechen» sein kann.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung von nur als Beispiele angegebenen AusfUhrungsformen. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen. Hierin zeigen; Fig. 1 ein ImpulshÖhen-Bäulendiagramm, das von den zwei Radioisotopen einer Testprobe geliefert wird; Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen

Flüssigkeits-Scintillationsspektrometers;

Fig. 3 und 4 typische Eichkurven für Tritium bzw. Kohlenstoff-14» Fig. 5 eine schematische Darstellung der Fördervorrichtung des

Spektrometers der Fig.2; Fig· 6 eine grafische Darstellung des Korrelationsparameters r

und der Zählausbeute E für die N Bezugsproben der Fig.5; Fig. 7 ein Schema eines Programs zur Berechnung Von

B für jede Testprobe nach einer Interpola. tionsmethode; Fig. 8 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Bichanordnung eines

Spektrometerβ gemäß einer abgewandelten Ausführungsfor»

der Erfindung.

Die in Fig, 1 mit durchgehenden Linien gezeichneten Kurven A und B geben im gleichen Maßstab das Säulendiagramm der elektrischen fmpuLahöhen am Ausgang eines Wandlersystems wieder, welches der

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Einwirkung einer keine Löschung zeigenden Probe unterworfen ist, welche ein einsiges Isotop von durchschnittlicher Energie» wie Kohlenstoff-14, enthält (Kurve A) und das unter den gleichen Bedingungen erhaltene Säulendiagramm eines weiche ß-Sfcrahlung emittierenden Isotops» vie Tritium (Kurve 8). Die als gestrichelte Linien gezeigten Kurven C und D geben die Impulshöhen-Bäulendiagramme entsprechend den Kurven A und B₁ jedoch in einer Löschung aufweisenden Probe wieder* Fig. 1 zeigt, daß Löschung zu einer Deformation der Kurven führt» welche infolgedessen schrumpfen oder zu den niedrigeren Impulshöhen verschoben werden.

Erfindungsgemäß wird der Korrelationsparameter r von der Abszisse des Flächenschwerpunkts 6 des Amplitudenspektrums des in der Probe enthaltenen Radioisitops (im Fall einer einfach markierten Probe) oder desjenigen der in der Probe enthaltenen Isotopen gebildet, welches entweder insgesamt oder in dem innerhalb eines für alle Testproben gleichen vorbestimmten lrapuishöhen-"Fensters" liegenden Abschnitts die höchste Energie hat. Gezeigt ist ein Impulshöhenfenster L₁-L₂, welches im Fall von mit zwei Isotopen, z.B. ³H und ⁴C, markierten Proben gewählt werden kann (Fig.i).

Genauer gesagt, wenn u die als Abszisse aufgetragene Größe (impulshöhe» Energie entsprechend den Impulsen oder Logarithmus der einen oder anderen Größe) angibt und c » f (u) die u entsprechende Zählrate bezeichnet, ist die Lage r des Flächenschwerpunkts 6 des zwischen den Grenzen L₁ und L₂ liegenden Abschnitts des Spektrums durch folgende Beziehung gegeben:

₁ u. f(u) . du

f^La f(u) . du J L₁

Es ist in diesem Fall zu beachten, daß die Punktion £ (u) zwar die Zählrate als Funktion der Impulshöhe wiedergibt« r jedoch die mittlere Höhe des im Fenster L₁ - L₂ liegenden Abschnitts des Spektrums bedeutet.

Die Funktion f (u) ist möglicherweise nur in Form von η Proben verfügbar, d.h. η Werten N₁, H₂... N^... N_n der Zählrate entsprechend Werten U₁, U₂,... u_n der Impulshöhe, in welchem Fall aus der Formel (1) die folgende Formel hervorgeht:

/n <

- Σ ^H ' VS ^Ni

1 /1 (2)

Fig. 2 zeigt ein Flussigkeits-Scintillationsspektrometer, das «ur Durchführung des oben angegebenen Verfahrens ausgebildet ist. Ein Teil dieses Spektrometer ist von bekannter Art. Dieser Übliche Teil umfaßt zwei FotomultiplierrÖhren 10 und 12, die auf jeder Seite einer Zahlstation 14 angeordnet sind, der die su analysierenden Proben nacheinander zugeführt werden· Die Fotomultiplier werden von einer Hochspannungsquelle 16 gespeist. Die von den Fotomultipliern gelieferten Ausgangsimpulse werden in einer Additionsschaltung 18 summiert, welche ihrerseits einen logarithmischen Verstärker 20 treibt. Die Ausgangssignale des Verstärkers 20 werden an den Eingang einer linearen, das Rauschen ausschaltenden Torschaltung 22 gelegt, die durch eine Koinzidenzschaltung 24 gesteuert wird, an welche die Ausgangsimpulse der Fotomultipliers 10 und 12 gelegt werden. Eine Totzeitkorrektionsschaltung 26 dient zur Berücksichtigung der Erhohlungszeit der elektronischen. Schaltungen·

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Die am Ausgang der linearen Torschaltung 22 erscheinenden verstärk» ten Signale werden an parallel angeordnete Ausvahlkanäle gelegt, vobei in dem gezeigten Beispiel drei Kanäle vorgesehen- sind. Impulshöhenanalysatoren 28, 28* und 28" enthalten je zwei einstellbare Diskriminatoren, welche die Auswahl der den verschiedenen Radioisotopen entsprechenden Fenster ermSglichen. Nur die Impulse mit einer Höhe innerhalb des Fensters eines Analysator werden zu der arithmetischen Einheit 30 eines digitalen Rechners (Computers) weitergeleitet, welcher mit einem zentralen Speicher 32 ausge-

rüstet ist. Periphere Eingangs- und Ausgangseinheiten wirken mit der arithmetischen Einheit zusammen und um-

gerät fassen beispielsweise ein Darstelluhgs-/ 34, einen Fernschreiber 36 und ein Steuergerät 38 zur Eingabe von Daten in den Computer mittels der Tastatur des Fernschreibers.

Eine Unteranordnung zur Bestimmung der Lage des Flächenschwerpunkts ist mit den oben angegebenen Teilen verbunden und im Blockschaltbild der Fig. 2 innerhalb des strichpunktierten Rahmens gezeigt. Sie wird hiernach als "Eichanordnung" bezeichnet und enthält einen zusätzlichen Impulshöhenanalysator 40, der mit zwei Diskriminatoren ausgerüstet ist, welche zur Definierung des in Fig. 1 mit ^L1 " ^L2 bezeichneten Eichfensters dienen. Der Impulshöhenanalysator 40 macht es möglich, daß ein Zähler in der arithmetischen Einheit 30 die Anzahl Impulse innerhalb des Fensters L₁-L₂ während einer vorbestimmten Zählzeit registriert, welche identisch sein kann mit der Zeit, während der die von den Analysatoren 28, 28* und 28" durchgelassenen Impulse gezählt werden. Der Zähler registriert also den Ausdruck %_ N^ der oben angegebenen Formel (2).

Die Ausgangsimpulse der linearen Torschaltung 22 werden auch über

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eine zweite lineare Torschaltung 44 an einen Analog-Digitai-ümßetier 42Λ2%. vom Wilkonson-Typ) gegeben. Der* Steuerungseingang der linearen Torschaltung 44 ist mit dem Ausgang des Ainplitudenwählers (Analysators) 40 gekoppelt, so daß nur die in das Fenster L₁ - L₂ fallenden Impulse zum Wandler gelangen. Jedesmal, wenn der Wandler einen Impuls empfängt, liefert er einem zweiten Zähler des Computers eine Anzahl von Bits, die der Impulshöhe proportional ist. Am Ende der Zählzeit hat der Computer daher in digitaler Form die Gesamtzahl der Impulse im Fenster L₁ - L₂ und die summierte Amplitude der Impulse verfügbar, d.h. den Nenner und Zähler der Formel (2) zur Bestimmung von r.

Die so gelieferten Daten enthalten jedoch Zählungen, die vom Rauschen (Untergrund) herrühren. Wenigstens im Fall von Testproben mit niedriger Aktivität würde das Vorhandensein der Rauschzählung dem Wert r möglicherweise alle Signifikanz nehmen, jedoch ist es verhältnismäßig einfach, die beobachteten Anzeigen in wahre Anzeigen umzuwandeln. Es ist gewöhnlich nur erforderlich, von Hand, durch Regelung der Schalter 46 bzw. 48, die dem Rauschen entspre- ( chende Zählrate und die entsprechende mittlere Impulshöhe anzuzeigen. Die Schalter steuern (nicht gezeigte) Generatoren. Diese Lösung liefert befriedigende Ergebnisse, da die Veränderung des Rauschens mit dem Löschungswert verhältnismäßig klein ist, da der der Löschung unterworfene Anteil des Rauschens nur in außergewöhnlichen Fällen 20% Überschreitet. Die mittels der Handschalter 46 und 48 angezeigten Werte können experimentell ein für allemal durch Verwendung einer nicht markierten Bezugsprobe und .der verschiedenen, zur Bestimmung des Parameters r verwendeten Zählfenster bestimmt werden.

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Um den Vert von r zu bestimmten, braucht der Computer nur die Differenz zwischen den vom Wandler 42 und dem durch den Schalter 48 betätigten Generator gelieferten Daten sowie die Differenz zvischen den vom Analysator 40 und dem vom Schalter 46 gesteuerten Generator gelieferten Daten zu berechnen und die beiden Ergebnisse durcheinander zu dividieren. Diese Berechnungen können in vollkommen üblicher Weise durchgeführt werden und brauchen daher hier nicht beschrieben zu werden.

(wandler)
Der Analog-Dig it alumsetzer / 42 kann von üblicher Bauart sein« Der Wandler kann auch aus einer Hilfsapparatur bestehen, die unabhängig vom Spektrometer benutzt verden kann. Beispielsweise kann ein vom Anmelder entwickelter Mehrkanalanalysator vom Typ DIDAC benutzt werden, um eine genügende Genauigkeit bei der Ermittlung der Lage des Flächenschwerpunkts zu erhalten, muß der Wandler einen digitalen Ausgang mit wenigstens fünf binären Zahlen haben. Bin 100-lanalanalysator ist gewöhnlich für diesen Zweck ausreichend. Wenn die untere Grenze L₁ des Eichfensters nicht am Beginn des Spektrums liegt (dieser Fall ist in Pig.1 gezeigt), wird der Analysator vorzugsweise benutzt, indem eine Subtraktion auf Null-Kanal durchgeführt wird, d.h. die Selektion mit einem Kanal 1 durchgeführt wird, der nicht der Amplitude O (was zu einem Verlust an Genauigkeit führen würde), sondern der Amplitude L₁ entspricht. Angenommen, daß r gleich dein Mittelwert von L^ und L₂ und dafi die Strecke zwischen dem Ursprung und L₁ gleich L₁-L₂ ist, so haben offensichtlich die Grenzen im Fall der üblichen Verwendung de3 Analysators ein Verhältnis von 1:2, wahrend das Verhältnis im Fall der Subtraktion auf NulL-Kanal OH ist, wodurch sich, größer« rolative Divergenten und e.ine höhere Genauig-

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keit bei der Begti—nngjvon r ergibt«

Die soeben beschriebene Vorrichtung ermöglicht die Bestinaung des Wertes des Parameters r bezüglich jeder Probe» die den Potoraultipliern 10 und 12 gegenüber angeordnet wird. Um aus r im Fall einer unbekannten Probe die Zählausbeute E zu erhalten, muß selbstverständlich zu-vor die zwischen der Zählausbeute und den Paran&er r bestehende Beziehung bestimmt werden.

Die allgemeine Gestalt der Kurven, welche für die Veränderungen repräsentativ sind, ist in Fig. 3 für Tritium und in Fig. 4 fü* Kohlenstoff-14 wiedergegeben. Die Kurve 50 in Fig. 4 bezeichnet die Zählausbeute für Kohlenstoff in seinem eigenen Fenster, während die Kurve 52 die Zählausbeute für Kohlenstoff-14 im Tritiumfenster angibt. Man ersieht» daß die Kurven viel flacher verlaufen als wenn r durch die durch einen Außenstandard induzierte Zählrate gebildet wird.

Gs ist auch darauf hinzuweisen, daß die soeben beschriebene Eichanordnung ohne jede wesentliche Veränderung Fitissigkeits-Scintillations spektrometer», der gegenwärtig verwendeten Typen angepaßt werden kann. Die Eichanordnung kann in Form einer anpaßbaren Einheit gebaut wer den 1 die im Fall von Spektrometern, die mit einem Computer nach Art des Computers 30 ausgerüstet sind, susamnen mit den entsprechenden Programmen für den Computer 30 geliefert wird.

Die Arbeitsweise der Eichanordnung wird nun ganz kurz für den Fall

von mit Kohlenstoff-14 und Tritium doppelt markierten Proben beschrieben (Fall der Fig. 1). Zunächst werden drei Eichkurven ermittelt!

Zählausbeute E₀₀ für Kohlenstoff-14 in seinem eigenen Zählfenster

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(in Fig. 1 mit 14_C bezeichnet) als Funktion von r, der Lage des Flächenschwerpunkts im Fenster L₁ - L₂; Die Zählausbeute E_CH für Kohlenstoff-14 im Tritium-Zählfenster (in Fig. 1 mit 3_H bezeichnet) als Funktion von r (diese Kurve ist erforderlich, um den Beitrag von Kohlenstoff-14 im Tritiuafenster zu bestimmen);

Zählausbeute B^ für Tritium in seinem eigenen Zählfenster (in Fig. 1 mit 3_H bezeichnet) als Funktion von r.

Die ersten beiden Kurven werden gewonnen unter Verwendung eines Satzes von mit Kohlenstof f-14 markierten Vergleichsproben mit bekannten Aktivitäten und verschiedenen Löschungswerten. Die dritte Kurve wird gewonnen durch Verwendung eines Satzes von doppelt markierten Vergleichsproben, die jede eine bekannte Aktivität von Kohlenstoff-14 und eine bekannte Aktivität von Tritium enthalten. Die Zählausbeute E^ wird im Fall jeder Probe erhalten:

- Durch Bestimmung der Äählrate im Fenster 3_H

- durch Berechnung der Zählrate, welche dem Beitrag von Kohlenstoff -14 entspricht, und zwar durch Multiplikation der Zerfallsrate (die bekannt ist, da die Kohlenstoffaktivität der Probe ebenfalls bekannt ist) mit der Zählausbeute E_Q„;

- durch Subtraktion der beiden erwähnten Werte;

- durch Dividieren des Ergebnisses durch die Zerfallsrate des Tritiums, die bekannt ist, da die ³H Aktivität der Probe bekannt ist.

Man kann so die Kurve der Fig. 3 aufzeichnen.

Nachdem die Kurven bestiarat wurden, wird die Zählausbeute E jeder weiteren zu analysierenden Probe, die zur Zählstation gebracht

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wird, in einfacher Weise gemessen, da nur eine Zählung für jede Probe durchzuführen ist. Nur falls wenigstens einer der Betriebsparameter des Flttssigkeits-Scintillationsspektroaeters verändert werden soll, um ein besonderes Kriterium zu erfüllen (vorbestimmter Löschungsvert, gleichbleibende 6Uteziffer E²/b, gleichbleibender Beitrag usv.) sind zwei aufeinanderfolgende Zählungen erforderlich.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung sind K Bezugsproben (K * 10) mit den Zahlen 1,2,3... N bezeichnet und in N aufeinanderfolgenden Gliedern der Fördervorrichtung angeordnet. Die Proben zeigen steigende Zählausbeuten ε und steigende Werte r; die Proben sind so gewählt, daß der Bereich der Veränderung ihrer Ausbeuten den der zu analysierenden Testproben übersteigt. Die Testproben bilden eine zweite Gruppe» die nacheinander in der Fördervorrichtung angeordnet sind. In Fig. 5 ist nur die erste Testprobe mit 80 bezeichnet. Zwei Markierungsstopfen sind in den Gliedern 82 und 84 Vor den Bezugsproben bzv· den Testproben angeordnet· Der Arbeitsgang verläuft dann in den folgenden, vereinfacht beschriebenen Schritten: 1. Bestimmung von N Punkten der Eichkurve (E gegen r) I

a) Die Aktivitäten der einfach markierten Bezugsproben (¹⁴C markierten Proben) werden mittels der Fernschreibertastatur in den Zentralspeicher eingegeben.

b) Der Markierungsstopfen im Glied 82 kommt als erster zu einer

K Arbeitsstation/.· ein Detektor bewirkt die übertragung eines Stan dardisierungs-Computerprogramms von einem Hilfsspeicher (z.B.lochstreifen des Fernschreibers 36) in den Zentralspeicher 32 des Computers. Der Computer stellt dann automatisch die Fenster der 'Analysatoren 28 und 40 auf die richtigen Werte;

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c) Pie erste Bezugsprobe 1 gelangt dann zur Arbeitsstation/, der Probenwechsler führt die Probe zur Zählstation 14» «wischen die Fotomultiplierröhren 10 und 12.

d) Bin Zählvorgang findet statt, und die Ergebnisse verden dem Computer 30 zugeführt, der für die Bezugsprobe ι die Werte r₁ und B₁ des Parameters r und der Ausbeute B bestimmt. Die Werte T^ und B₁ verden gespeichert*

e) Die Schritte c) und d) werden für jede Bezugsprobe wiederholt. Infolgedessen wird eine Eichkurve (Zählausbeute von ⁴C im Fenster h3 gegen r im Fenster L₁ -L₂) i& ^der ^ ^ig. 6 gezeigten Form gespeichert. Die Punkte 1,2,3,·..N in Fig. S entsprechen den Proben 1,2,3,...N.

2.) Bestimmung der Aktivität der mit Kohlenstoff-14 markierten Testproben *.

a) Die Fördervorrichtung bringt das Glied 84, welches einer Gruppe von Testproben vorangeht, zur Arbeitsstation. Der Markierungsstopfen bevirkt die Einführung eines Programms vom Hilfsspeicher (Lochstreifen des Fernschreibers 36).

b) Die erste Testprobe 80 wird zur Zählstation gebracht.

c) Die Scintillationen im Fenster ^C werden for eine vorbestimmte Zeit gezählt und im Speicher des Computers gespeichert. Die vom Analysator 40 und analog-Su-Digitalwandler 42 am Ende der vorbestimmten Zeit gelieferten Daten werden vom Computer verarbeitet, der den. Wert t_qq für die Testprobe 80 bestimmt. Ein erster Schritt in der Berechnung von B besteht darin» diejenigen gespeicherten Werte von r und B auszuwählen, welche sur Bestimmung der Zählausbeute Egg für die Testprobe 80 verwendet verden 3ollen. Das Programm kann den Aufbau haben, der in Fig. 7 unter Benutsimg einer für

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Programme ttblichen Darstellungsweise wiedergegeben ist. Das Programm beruht auf der Annahme, daß ^₁ 4. r₂ ⁴^"'" ^^rN ^{durcn r}8O zunächst mit r* verglichen wird, um sicherzustellen, daß ?go^ ^₁ (falls das nicht der Fall ist, muß die Testprobe verworfen werden, da eine Interpolation nicht möglich ist); r_Q0 wird dann mit uen aufeinanderfolgenden Werten T₂, r₃»··· *_N verglichen und sollte kleiner als r_N sein. Wenn gefunden wird, daß r_Q0 größer als r^ und kleiner als r_i+1 ist, wird der Wert E₈₀ durch die Lagrange-Formel bestimmt, wobei r_ir *£-i· ^ri+i ¹^^{10 E}i' ^Ei-1' ^Bi+1 ^als Bezugswerte verwendet werden. Der Wert von Eg₀ wird dann zur Korrektur der Zählung und zur Berechnung der Aktivität verwendet, die vom Fernschreiber als dpm wiedergegeben wird, d) Die Schritte b) und c) werden mit jeder Testprobe wiederholt

Wie oben angegeben, können Eichanordnungen von anderem Typ als der in Fig. 2 gezeigte, verwendet werden. Beispielsweise zeigt Fig. 8 eine Anordnung, die teilweise nach dem Prinzip der Analogberechnung arbeitet. Von dem eigentlichen Spektrometer sind in dieser Figur als einzige Bestandteile die lineare Torschaltung und die arithmetische Einheit 30 des Computers gezeigt. Ein Impulshöhenanalysator 56, der dem Analysator 40 der Fig. 2 ähnlich ist, läßt diejenigen Impulse, deren Amplitude innerhalb des Fensters L₁- L₂ liegt, durch. Diese Impulse werden an eine Formungsschaltung 53 angelegt, welche sie in Rechtecksignale mit einer konstanten Breite und einer Höhe gleich oder proportional der des Eingangsimpulses umwandelt. Die geformten Signale laden einen Speicher-

(Wandlers) kondensator 66 auf, der mit einem Analog-rigital-Umsetzer^ / 60

verbunden sein kann. Das Ausgangssignal des Wandlers wird einem • Zähler 72 zugeführt, der den Computer 30 beliefert, der die vom

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Wandler 60 gebildeten und im Zähler 72 gespeicherten Werte dividiert.

Das Zählen erfolgt während einer vorbestimmten Zeitdauer, welche durch Anlegen geeigneter Signals an die Eingänge 62 und 6^ der Formungsschaltung 58 bzw. des Zählers 72 bestimmt wird. Die von dan Rechteck3ignalen getragenen Ladungen werden im Speicherkondensator βδ gespeichert. Am Ende der Zählperiode werden die das Ends der Zählvorgabeseit anzeigenden Signale an den Eingang 68 des Wandlers 60 gelegt, der getriggert wird und dem Computer 30 ein numerisches Signal liefert, welches den Zähler der Formel (2) darstellt. Der Hegelwiderstand 70 wird auf einen regelbaren Leckstroia eingestellt» um die vom Speicherkondensator 66 gespeicherten Ladungen in einem Maß zu verringern, welches den Beitrag des Rauschens kompensiert.

Die beiden beschriebenen AusfUhrungsfomien sind geeignet zur Bestimmung der dem Flächenschwerpunkt in einem einzigen einstellbaren, jedoch für alle Testproben gleichen Fenster entsprechenden Amplitude. Derartige Eichanordnungen können jederzeit verwendet werden, wenn alle zu untersuchenden Proben ein Radioisotop mit hoher oder mittlerer Energie enthalten (z.B. Kohlenstoff-14), welches allein vorliegen oder von einem zweiten Radioisotop mit niedrigerer Energie (z.3. Tritium) begleitet sein kann.

Wenn dagegen das Spektrometer eine Mehrzahl von Proben analysieren soll, vondanen einige, z.B. mit Tritium und Kohlenstoff-14, zweifach markiert sind, während andere nur mit dem Radioisotop mit niedrigerer Energie, wie Tritium, markiert sind oder nur eine sehr geringe Aktivität an dem die höhere Energie aufweisenden Isotop haben, ist es vorzuziehen, ein Spektrometer vorzusehen,

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COPV

welches zusätzlich au der in Fig. 2 geseigten Standardisieruirigsanordnung eins Susatsanordnung aufweist, welche mit der ersten Anordnung identisch sein kann (welche den Wähler 4O_? ?ien ikaalog-Digitalwandler 42, die lineare Torschaltung 44 und die Slaaent® 46 und 48 star Bertiaksichiigung des Sauschen3 umiaSi« Dax» Impulshöhenanalysator der Susatsanördmmg ist so singestsllt·» daß as· sinem anderen Fenster entspricht» bsispislswsista dem Fenster H dsr Fig. 1 im Fall einer Gruppe von Tsatpjfobens iro& «isnsia mit ¹⁴C markiert, einige mit C mrsd ^SH doppelt aiarkiart andere mxr mit Tritiisia mar^isrt sind« In diasssa Fall sgntbält dia Vorrichtung auch, sine automatische Wählanordauag» ?@iö&8 la wssentlichan eine logischa Vor^hlschaltung aufweist -and bei Beendigung da3 Zäläleas aatscheidet ₉ ob öss» Fläshansc^-arpiaäikt lsi Tritiiainfanstea? odsr dar im SColilenstof^i^Fsnsts^ bei'schast imd als Löschungskorrslationsparajnetar benutzt werden rmQ. Wenn, die Zählrate im Fenster .^C hoch ist_t muß selbstverständlich der Flächenschwerpunkt in diesem Fenster benutzt werden, da» solange er nicht zu vernachlässigen ist, eine Ko rektur durchgeführt werden muß, um die Amplitude des Fläehenscift/erpunkts £ür Tritium im TritiumPenster su bestimmen.

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Claims (1)

1. - 13 -

   / t J) YssTiiikrtm aur Bestimmung von quantitativen Aazeigea des LSschuagsgradaa, dar- in ainer durch ?lüo3iglceii:33cintillatioa zu

   en Probe auftritt, die wenigstens ain radioaktives dss&aa Serialia-aracliaiawnga^i au aälilsa sind, aÄthälii dadi-irüii g-akanassiciiiie £, daß dia .iuaplitude des ?läc)ienscliwerpuakts ϊϊί*^ι:5 ''¹I p"»».<-«j 'tri!>^<i*'b-^e<3'i"*I"'tiiHt;^;3iii Ajrnj !*» ^ri»d.^a'*''¹'*'■^νν·"^Ώ"ΙίίΚ !"li^cTE^yideVi Als⁴ScIi??"ΐii"3

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   ») 7-srfahren nach Ari^crueU 1_? 7obei i:la ?roba ^iae Mahraal-il von aciloakti'-~yl Isotopen -iiithal:. dadui''C..i jske^msaleimst, da3 dei' iiansSra A^plii;ud<;iibareicii so gewählt ist, daB sr nur Ze?~ n des anergiereichsren der Radioisotope umfaßt.

   3») Varfalir-en nach A&aipruca 1 aur Gesinnung ^jaatitativer Anzeigen d^3 Lüsciiungsgradss, i^r in η Proben auf tritt, von dei3.^a jeds ^enigstan^ si/ei Tadioa^tlva Isotope zit vsrsciiiadenen fiaergiaspaictrsn ^itliilt^ .l-d-;rcii jexamisstcLna·_? jaü -.-iniächst getrsnnfc -Ills ■iur-iailca^ncvia^ir^'sgss'^ts jedar άαΐ* frobsn .ja siiisni arstan verbau ίίΐΐ-ηΐΐΞ?! -'u;iplis:udanbej!»5ich, walciias nur <3inen Baitrag vom «riergiarsichsrsn der bsiden Sadioisotcpa iimfaöt, und in aiiisia zweiten vor basting can Amplicudanbe^»:!.^}:, '/elches i/anigstans d-^i Haupt teil :ί3^ au. ν das ener-gici^jneys u<g' beiden Radioisotope zurück-

   i3ärsclieinuag2n iuniaBt, besciaant virci_s dis* Uari vorbeit^nmteii arsi^n und z~ne±zmi A

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   "•19-"

   bereichen gezählten Zerfallserscheinungen getrennt summiert und JBU? dasjenige der Ener-giespektren, welches die genauere Bestimmung

   Flächenschwerpunkt
   der dem ... /entsprechenden Amplitude liefert, das Ergebnis der Summierung durch die Zählrate geteilt wird»

   4.) Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,¹ daß wenigstens ein Betriebsparameter des Spektrometer entsprechend dem Wert von r eingestellt und die gleiche Probe mit dem für die zu bestimmende Aktivität eingestellten Parameter mit einem genau bekannten Wert der liählausbeute gezählt wird.

   5.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer. Vorstufe die Werte P_{1 9} r₂,. ♦. r_n bzw. S₁, E₂,... B_n von • r und B für einen Satz von N Be*2ugsproben mit je bekannter Aktivität des Radioisotop« gemessen und gespeichert werden und der Wert von Ξ für jede Testprobe automatisch berechnet wird, nachdem der Wert von r für die Testprobe durch Interpolation zwischen η Sätzen •von gespeicherten Werten entsprechend gespeicherten Werten von r, von denen einige größer als und die anderen kleiner als der Wert von r für die Testprobe sind, bestäamit wird, wobei η eine vorbestimrate Zahl größer als 1 und kleiner als N ist.

   6.) Flüssigkeits-ScAntillationsspektrometer mit einer Vorrichtung zur Bestimmung des !-.öschungsgrades nach dem Verfahren von Anspruch 1, mit Detcsktorvorrichtungen zur Erzeugung elektrischer Ausgangsimpulse mit in Beziehung zu den Energien der Scintillatio- nen in einer Testprobe stehenden Impulshöhen, mit Impulshöhenanalysatoren_a welch« diese Impulse empfangen und diejenigen der-^ » selben, die in einem vorbestimmten Energiskanal liegen, weitsr-

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   BAD ORIGINAL

   leiten, gekennzeichnet durch eine Zählvorrichtung, die eine Zählung der letztgenannten Impulse liefert* eine Summiervorrichtung, welche die Amplituden der letztgenannten Impulse addiert, eine Vorrichtung zur Subtraktion des Hauschanteils von der Zählung und Summe und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Verhältnisses der Nettosumme zur Nettozählung, welches Verhältnis eine Anzeige für den Löschungsgrad ist.

   7.) Spektrometer nach Anspruch 6 zum Zählen von doppelt markierten Testproben, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bestimmung des Löschungsgrades den Flächenschwerpunkt des Abschnitts des Spektrums des eine höhere Energie aufweisenden Isotops bestimmt» der in einem Amplitudenfenster (L₁ - L₂) liegt, in welchem das Isotop mit niedrigerer Energie zur Zählung keinen Beitrag leistet.

   8») Spektrometer nach Anspruch 6 oder 7 zum Analysieren von gemischten Proben, vcn denen einige mit zwei Radioisotopen und andere mit nur einem der beiden Radioisotopen markiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bestimmung der Amplitude des Flächenschwerpunkts zwei Anordnungen umfaßt, welche getrennt Messungen der Daten ausführen, welche zur Bestimmung der Amplitude entsprechend deu Flächenschwerpunkten in zwei getrennten Energiefenstern, von denen jedes einem der beiden Radioisotope entspricht, erforderlich sind,

   9.) Spektrometer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Einrichtung zur automatischen Auswahl desjenigen der beiden Fenster, welches den höchsten Genauigkeitsgrad zur Bestimmung ά<?.ν Höhe des FlUchenschs/erpunJcts des entsprechenden

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   Radioisotops liefert, aufweist·

   10.) Spektrometer nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur automatischen Modifizierung von wenigstens einem der Betriebsparameter des Spektrometer, um die Zählausbeute jeder der Testproben auf einen vorbestimmten Wert zu bringen.

   11.) Spektrometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandleranordnung einen logarithmischen Verstärker enthält«

   12.) Spektrometer nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bestimmung der dem Flächenschwerpunkt entsprechenden Höhe einen Impulshöhenanalysator (4O)₉ welcher Impulse« de^en Höhe in dem genannten Abschnitt des Spektrums liegt* sowohl zu einem Zählkanal mit einem Zähler zur Aufzeichnung der Impulse als auch zu einem anderen Kanal mit einem Analog-zu-Digitalvandler (42) weiterleitet, und einen Zähler und Einrichtungen (30) sum Dividieren des vom zweiten Kanal gelieferten Ergebnisses durch das vom ersten Kanal gelieferten Ergebnis aufweist (Fig. 2).

   13·) Spektrometer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Korrektureinrichtungen zur Korrektur von Rauschen aufweist, welche ein Element (46) zur Anzeige des Rauschanteils an der Zählrate und ein Element (48) zur Anzeige des mittleren Rauschpegels aufweist, und die Divisionseinrichtung dazu bestimmt ist, zuerst den Inhalt der Zähler als eine Punktion der angezeigten Daten zu korrigieren und dann die Division durchzuführen.

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   14.) Spektrometer riach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dai die Einrichtung zur Bestimmung der dem Flächenschwerpunkt entsprechenden Impulshöhe folgende Vorrichtungen enthältχ Einen Impulshöhenanalysator (56)» welcher den genannten Spektralab'ichnitt abgrenzt und Impulse einem ersten Kanal zuleitet, der einen Zähler (72) zur Registrierung der während einer vorbestimmten Zeitdauer übermittelten Impulse aufweist, und zu einen zweiten Kanal, der eine allen Impulsen eine gleichbleibende Dauer verleihende Formr bungsschaltung (58) aufweist, übermitteltf einen Kondensator \.-δ) zur Speicherung der von den geformten impulsen getragenen Ladungen, einen Analog-Digitalumsetzers ·* (60) und eine Vorrichtung zum Triggern des Analog Digitalumsetzers am Ende des vorbestimmten Zeitintervalls, sowie eine Vorrichtung (30), welche den Ausgang des Analog-Digitalumsetzers durch die vom Zähler (72) registrierte Zählung dividiert (Fig.8).

   15·) Spektrometer nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Rauschkorrekturein^ichtung, welche einen zum Speicherkondensator parallelgeschaltetm Regelwiderstand (70) aufweist.

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