DE2149491A1

DE2149491A1 - Strahlungsdetektor

Info

Publication number: DE2149491A1
Application number: DE19712149491
Authority: DE
Inventors: Randolph Henry William
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1970-10-06
Filing date: 1971-10-04
Publication date: 1972-04-13
Also published as: CA931669A; GB1358066A; US3649834A; FR2111069A5

Description

Strahlungsdetektor

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor. Strahlungsdetektoren mit einer Gasfüllung werden beispielsweise für Ionisierungskammern oder Proportionalzähler verwendet, in denen Alpha-, Beta- oder Gammastrahlen niedriger Energie durch Gasionisierung und Analyse des elektrischen Ausgangs gemessen bzw. überwacht werden können. Zahlreiche Ausgestaltungen solcher Vorrichtungen sind bekannt. So werden z.B. nach dem US Patent 2 576 616 die Ionen der Zerfallsprodukte kurzlebiger Spaltprodukte auf einer fahrenden Elektrode gesammelt und der Meßstelle zugeführt. Die Meßwerte ergeben eine Anzeige für die Menge der kurzlebigen Spaltprodukte, z.B. Edelgase wie Xenon usw.

Nach dem US Patent 3 015 729 wird zwischen einer Drahtelektrode und einer diese umgebendenZylinderelektrode eine Spannungsdifferenz erzeugt. Der radioaktive Staub wird auf der Drahtelektrode niedergeschlagen

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und die emittierte Strahlung durch einen Zähler gemessen.

In den bekannten Vorrichtungen bestehen zahlreiche Irrtums- und Ungenauigkeitsquellen, z.B. durch Dämpfung durch die Gehäusewände oder durch von den Gehäusewänden emittierte Photoelektronen, durch Strahlungs- oder Photoelektronenstreuung und dgl. Wie sich herausstellte, ist es ferner sehr ungünstig, daß das eingeführte Gas mit den Elektroden oder Gehäusewänden in Berührung gelangt. Restliches radioaktives Mak terial verursacht Fehler, so daß eine häufige, umständliche Reinigung

erforderlich ist. Bei kontinuierlichem Arbeiten ist das praktisch unmöglich. Besonders bei der Messung des Alpha- und Betazerfallspektrums verursachen diese Irrtümer Störvorgänge und schlechte Auflösung der Energiehöhen. Durch Kollision von Zerfallspartikeln mit den Wänden oder anderen Flächen vor Zerstreuung der Gesamtenergie im Zählgas wird der Energiehöhenmeßwert verfälscht. Die Fehler werden durch die notwendige Verstärkung der Betateilchen niedriger Energie noch verschärft.

Die Erfindung hat daher einen Strahlungsdetektor zur Aufgabe, der diese Fehlerquellen weitgehend ausschaltet. Der Strahlungsdetektor der Erfindung sieht vor, daß die zweite Elektrode mit ihren Enden in einer röhrenförmigen Schutzelektrode eingeschlossen ist, die einen zusammen mit der ersten Elektrode den aktiven Detektorraum bildenden, mittleren Teil freiläßt.

Die Zeichnung zeigt schematisch und teilweise im Längsschnitt eine Laminar strömung s zelle der Erfindung mit einem Strahlungsdetektor.

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Eine erste Elektrode 11 begrenzt als geschlossenes Zylinder gehäuse eine Detektorkammer 10. Eine zweite zentrale Elektode 13 besteht aus einem von der elektrischen Dose 12 in einer Endwand der Elektrode 11 koaxial intlie Detektor kammer 10 reichenden, langgestreckten Glied oder Draht.

Eine zweigeteilte Scrrutzelektrode 15 ist um die zentrale Elektrode 13 in der Detektorkarnmer 10 angeordnet. Der untere Teil 15a führt von der elektrischen Dose 12 durch die Endwand der Elektrode 11 in den mittleren Teil der Detektorkarnmer 10, während der obere Teil 15b von einer weiteren elektrischen Dose 30 durch die Stirnwand der Elektrode 11 in die Detektorkarnmer 10 bis zu einer mit dem unteren Teil 15a koaxialen, aber im Abstand von diesem liegenden Stelle reicht. Die mittlere Elektrode 13 wird an ihren Enden durch das Isoliermaterial 17 koaxial in der Schutzelektrode 15 gehalten, wobei ein mittlerer Teil freibleibt und eine ZähldrahÜänge 14 boMet. Audi die Durchführungen der Sclratzelektrode durch die Elektrodenwand 11 sind durch den Isolator 16 isoliert.

Durch eine Öffnung 19 am Boden der Elektrode 11 wird ein radioaktives Zählgas eingeführt und clur ch das Druckregel ventil 20 so niedrig eingestellt, daß in der Detektorkammer eine Laminar strömung entsteht. Eine 3?ackong 21 aas Glasperlen oder dgl» auf einem Gitter 18 über der Öffnung 19 vermindert die Turbulenz und erzeugt eine Laminar strömung des Zählgases.

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Ein Injektionsrohr 23 für das Testgas führt durch den Boden der Elektrode 11 und. reicht in die Kammer 10 parallel und im Abstand zur Elektrode 17, Schutzelektrode 15 und den Seitenwänden der Elektrode 11 und endet unterhalb vom Zähldraht 14. Ein Aufnahmerohr 25 von größerem Durchmesser führt durch den Kopf der Elektrode 11, fluchtet mit dem gegenüberliegenden Rohr 23 und endet oberhalb des Zähldrahts 14« Ein Umgehungsrohr 27 von kleinerem Durchmesser zweigt von dem Rohr außerhalb der Kammer 10 ab und führt durch das Kopfende der Elektrode ' II, ohne aber weit in die Kammer zu ragen. Die Rohre 23, 25, 27 sind

gegen die Elektrode durch die Isolierung 28 an den Durchgangs stellen isoliert.

Außerhalb von der Kammer lö enthält das Rohr 23 ein Druck- oder Strömungsregelventil 22 zur Einstellung auf Laminarströmungsgeschwindigkeit» Das Rohr 23 kann auch ^in Pulsations ventil 24 enthalten, das gesonderte Quanten, des Testgases in auf eiaanderfolgenden Abschnitten eiisfiiisrt.

P PSe Spanaungs quelle 29 hat mehrere Anschlüsse 31 verschiedener Span-

i»sfsl*ö&e for die Elektroden II, 13* ISa* 15b waä die Rohre 23 und 25. Der ZSMkreis 33 ist mit <Ser Elektrode 13; und der Spanrtungsqoelle 29

Anschluß über eirae oder beide Dosen 12,_: 30 wird die Elektrode 11 geerdet» während die Elektrode 13 und der Zähldraht 14 auf der höchsten Spannung, die Schutzelektrode 15 und die Rohre 23 und 25 dagegen auf einer mittleren Spannung gehalten werden. Diese mittlere

Spannung wird zur Verringerung einer Verzerrung des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden 11 und 13 durch die folgende Gleichung bestimmt:

V = Vc ^lQg^B/^R , log B/A

worin: V die mittlere Spannung, Vc die Spannung der zentralen Elektrode 13, B den Radius bis zur Innenwand der Elektrode 11, A den Radius der zentralen Elektrode am Zähldraht 14 und R den Radius bis zum Mittelpunkt der Rohre 23 und 25 oder der Wand der Schutzelektrode 15 bezeichnet.

Der aktive Detektorkammer raum 10a wird scharf dadurch begrenzt, daß die Schutzelektrodenteile 15a, 15b auf der durch die Gleichung festgelegten Spannung gehalten werden. Dieser Raum 10a reicht seitlich vom Zähldraht 14 bis zur Elektrodenfläche 11 und endet scharf an einer mit den Enden der Schutzelektrodenteile 15a, 15b seitlich ausgerichteten Ebene. Der übrige Detektorraum 10b über und unter dem aktiven Volumen 10a ist ein Totraum, d. h. durch ihn laufende Strahlungsteilchen werden vom Zählkreis 33 nicht registriert. Zur Vermeidung einer.Störung des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden 11 und 13 werden, auch sie auf der durch die Gleichung festgelegten,mittleren Spannung gehalten. Da infolge der gleichen Spannung in der gesamten Rohrdicke kleine Störungen auftreten können, enden die Rohre vorzugsweise außerhalb vom aktiven Kammerraum 10a.

Möglich sind auch andere Elektrodenformen, z. B. die Detektorkammer begrenzende, parallele Elektrodenplatten. Die Elektroden sollen in allen

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seitlichen Richtungen die gleichen Abstände haben, um in der ganzen Detektorkammer ein gleichmäßiges elektrisches Feld aufrechtzuerhalten. Die gezeigte, besonders günstige Ausbildung ist z.B. als Proportionalzähler für das Betaspektrum, eine Anordnung mit parallelen Elektrodenplatten als Ionenkammer in der Alpha spektroskopie besonders geeignet.

Zum Betrieb wird ein nichtradioaktives Zählgas, z.B. eine Argon-Methanmischung oder Wasserstoff!in die Öffnung 19 eingeführt. Das ™ Zählgas soll elektropositiv oder träge sein, um den Einfang von Betapartikeln gering zu halten und eine Verstärkung zu ermöglichen. Die Zähl gas Strömung wird durch das Ventil 20 so eingestellt, daß in der Detektorkammer eine stromlinienförmige oder laminare Strömung entsteht. Nach Durchgang durch die Packung 21 entsteht die Laminar strömung spontan. Zur Vermeidung einer Störung der Strömung werden die Rohr223 und 25 parallel zu den Elektroden und zur Strömungsrichtung ausgerichtet. Durch das Abzugsrohr 25 wird das Zählgas fortlaufend aus der Detektorkammer 10 abgeführt. Ein gegebenenfalls radioaktives Material enthaltendes Testgas wird mit Laminar s tr ömungs ge sch windigkeit durch das Rohr 23 in die Detektor kamm er 10 eingeführt, und zwar als zusammenhängender Kern des von der Packung 21 kommenden Zählgases durch Mitnahme oder in impulsförmigen Abschnitten. Das Solenoidventil 24 kann zwischen einer Offen- und Schließstellung pulsiert werden, so daß impulsförmige Gasquanten eingeführt werden, während das Regelventil 22 die Laminar strömung des Testgases aufrechterhält. Das Testgas fließt durch den aktiven Kammer raum 10a um den Zähldraht 14 und ionisiert durch radioaktiven Zerfall das Zählgas. Dadurch entsteht durch

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Leitung zwischen den Elektroden 11 und 13 ein elektrischer Impuls, der in den Zählkreis 33 gegeben wird. Der Kreis 33 kann mit einer leichten Verzögerung zum Ventil 24 synchronisiert werden, so daß nur gezählt wird, solange sich das Testgas im aktiven Raum 10a befindet, Durch entsprechende Einstellung der Spannung zwischen den Elektroden 11 und 13 arbeitet der Detektor entweder als Proportionalzähler mit Verstärkung oder als Ionisierungskammer ohne Verstärkung.

Testgas und Zählgas fließen schließlich in das Aufnahmerohr 25 und werden aus der Kammer 10 abgeführt. Eine geringe Menge Zählgas wird fortlaufend durch die Abzweigung 27 in das Rohr 25 geleitet. Dadurch wird eine Stagnierung im. oberen Teil der Detektorkammer 10 vermieden.

Der Strahlungsdetektor arbeitet ohne Aufbau von restlichem radioaktivem Material im aktiven Raum der Detektorkammer. Der Detektor ergibt eine ausgezeichnete Auflösung für Beta- und Älphazer falls spektroskopie niedriger Energie« Er ist z. B. zur Erzielung eines Betazerfallspektrums für Tritium bis herunter zu wenigen eV verwendbar* aber auch mit guter Auflösung fSr höchste Z«rfallsenergien von etwa, 18,4 KeV für die Auswertung vosa

Claims

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1. !Strahlungsdetektor mit einem, zwei zueinander parallel angeordnete Elektroden umgekehrter elektrischer Polarität enthaltenden, gasgefüllten Detektorgehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Einlaßleitung (9) ein Zählgas in einer Laminar strömung im wesentlichen durch das gesamte Volumen der Detektorkammer (10) geleitet wird, durch in die Detektorkammer reichende, im Abstand von der einen Elektrode angeordnete Injektio ns mittel (23) ein Testgas in einer von dem Zählgas umhüllten und dieses mitnehmenden Laminarströmung eingeleitet und durch mit den Injektionsmitteln-fluchtende Auslaßmittel (25) wieder abgeführt wird, wobei die Injektions- und Auslaßmittel so angeordnet sind, daß das Testgas mit den Elektroden nicht in Berührung gelangt.

2. Strahlungsdetektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn- ψ zeichnet, daß die eine Elektrode als ein die Detektorkammer

einschließendes, zylindrisches Gehäuse (11) ausgebildet ist und die zweite Elektrode (15) entlang der Längsachse der ersten Elektrode und der Detektorkammer verläuft.

3. Strahlungsdetektor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der Detektorkammer eine die Laminarströmung des Zählgases erzeugende Packung enthält.

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4. Strahlungsdetektor gemäß Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die In jektions mittel mit einem Pulsationsventil ausgestattet sind, das gesonderte Quanten des Testgases in aufeinanderfolgenden Abschnitten einführt.

5. Strahlungsdetektor gemäß Anspruch 1,2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode mit ihren Enden in einer röhrenförmigen Schutzelektrode (15a, 15b) eingeschlossen ist, die einen zusammen mit der ersten Elektrode den aktiven Detektorraum bildenden, mittleren Teil (14) freiläßt.

6. Strahlungsdetektor gemäß einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Auslaßmittel für das Testgas aus koaxial miteinander fluchtenden, gegenüberliegenden Röhren bestehen, die parallel zu den Elektroden verlaufen, aber nicht bis in den aktiven Detektorraum reichen.

7. Strahlungsdetektor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Spannungsquelle (29) die Schutzelektrode auf einem Spannungswert zwischen denen der Elektroden (11, 14) hält.

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