DE2254866A1 - Digitales strahlungsdosimeter - Google Patents

Description

United States Atomic Energy Commission, Washington, D.C, U.S.A.

Digitales Strahlungsdosimeter

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahlungsdosimeter bzw. einen Strahlungsdetektor, bei welchem eine mit ionisierbarem Gas gefüllte Kammer benutzt wird, die an einer Gleichstromspannungsquelle über zwei Elektroden liegt.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf miniaturisierte Strahlungsdosisdetektoren zur Verwendung in Schutzräumen gegen radioaktive Strahlung. _s

übliche Ionisationskammern, haben einen durchschnittlichen Ausgangsstrom, der direkt proportional der einfallenden Bestrahlungsrate ist. Diese Kammern sind die zweckmäßigsten Detektoren für die Dosisrate in erster Linie deshalb, weil sie einfach im Aufbau sind und ein voraussagbares Ansprechen gewährleisten. Die richtige Verwendung dieser ausgezeichneten De-

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tektoren stellt jedoch dem Konstrukteur radiologischer Instrumente zwei ernste Probleme. Das Grundproblem ist zunächst, daß insbesondere bei miniaturisierten Niedrigdruckkammern bei geringen Bestrahlungsraten nur sehr kleine Signal- oder Strompegel erzeugt werden. Zweitens ist eine Ionisationskammer,und die mit ihr verbundenen Verstärker,nicht in der Lage, was insbesondere bei Fernüberwachungsanordnungen stört, mehr als eine Dekade der Dosisrate zu messen, ohne Bereichsumschaltung (am Eingang hoher Impedanz) oder logarithmische Verstärkung zu benutzen. Dies ist natürlich eine Einschränkung, die für jeden Detektor mit analogem Ausgang zutrifft.

Die beiden erwähnten Einschränkungen werden dadurch beseitigt, daß man die übliche Ionisationskammer in eine oszillierende oder schwingende Ionisationskammer umwandelt. Bei einer derartigen Vorrichtung wird der Ionisationsstrom in eine Folge von Stromimpulsen umgewandelt, die Spitzenamplituden von ungefähr 10 Ampere haben, wobei die Wiederholfrequenz direkt proportional dem durchschnittlichen Ionisationsstrom und der Dosisrate ist. Dies ist der Fall bei der Gasentladungs-Ionisationskammer. Die Gasentladungskammer ist einfach eine übliche Kammer mit einer Kaltkathodengasentladungsvorrichtung (im folgenden als Gasdiode bezeichnet), wie beispielsweise eine Neonglimmlampe, die in Reihe mit der Kammeranode liegt. In der Praxis wird die Gasdiode aus zwei sehr wichtigen Gründen innerhalb der hermetisch abgedichteten Kammer angeordnet. Als erstes gestattet die innerhalb der Kammer herrschende kontrollierte Atmosphäre eine starke Verminderung der Leckströme, die üblicherweise an der Glasumhüllung der Diode auftreten. Zweitens muß aber auch die Gasdiode dem gleichen Strahlungsfeld wie die Ionisationskammer ausgesetzt sein. Die Umwandlung des durchschnittlichen Ionisationsstromes in eine Impulsfolge mit einer proportionalen Wiederholfrequenz oder Rate wird durch das einzigartige Verhalten der Gasdiode erreicht.

Im folgenden wird eine stark vereinfachte Erläuterung der Arbeitsweise einer Gasdiode gegeben. Wenn die Spannung an den Elektroden von Null ausgehend erhöht wird, ist der Leckstrom auf der Oberfläche der Glasumhüllung der Diode der einzige Strom, der fließt.

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Wenn das Glas sauber und die Umgebungsatmosphäre sehr trocken ist, können diese Leckströme leicht nur 10 Ampere betragen. Wird

die Elektrodenspannung weiter erhöht, so erreicht man einen kritischen Punkt>bei welchem eine Gasentladung auftritt und ziemlich große Ströme fließen können. Die Diodenspannung an diesem kritischem Punkt ist allgemein als die "Zündspannung" bekannt und liegt normalerweise im Bereich zwischen 75 und 150 Volt. Wenn sich die Gasentladung entwickelt und Strom führt, nimmt die Spannung an den Elektroden sehr schnell ab. Wenn die Spannung absinkt, fällt schließlich die aufgebaute Glimmentladung zusammen und die Lampe wird wieder ein offener Kreis. Die Spannung, bei der die Entladung verlöscht, ist als die "Löschspannung" bekannt, und ist normalerweise 15 ~ 50 Volt kleiner als die "Zündspannung". Wenn die Gasentladungskammer Strahlung aufnimmt und die Diode gelöscht ist, wird in der Kammer eine Ladung gesammelt, wobei die Kammerkapazität auf einen Punkt entladen wird,, bei dem die Diode zündet. Wenn die Diode zündet, wird die Kapazität sehr schnell über die Diode wieder aufgeladen, bis die Kammeranodenspannung wiederum eine Spannung gleich der Diodenlöschspannung erreicht. An diesem Punkt erlischt die Entladung und ein neuer Zyklus beginnt. Durch Anordnung eines kleinen Widerstandes in Reihe mit der Diode erhält man einen Impuls jedesmal dann, wenn die Diode zündet. Weitere Einzelheiten betreffend die übliche Gasentladungs-Ionisationskammer können aus dem US Patent 3 177 363 entnommen werden.

Unglücklicherweise sind jedoch die Eigenschaften einer kaltkathodengasdiode nicht so einfach und ideal wie dies oben beschrieben wurde. Es wurde angenommen, daß die Gasdiode einen Strom leitet, solange ihre Spannung unterhalb der Zündspannung liegt. Dann, wenn die Zündspannung erreicht wird, steigt der Diodenstrom abrupt auf einen relativ hohen Wert an. In Wirklichkeit leitet die Gasdiode

be
jedoch bereits einen kleinen Strom/vor die Zündspannung erreicht wird. Dieser Diodenstrom kann Fehler in dem Strom-in-Frequenz-Umwandlungsprozess hervorrufen, was unten beschrieben wird. Diese Fehler sind besonders störend bei den hier interessierenden Bedingungen, d.h. bei kleinen Durchschnittsströmen, kleiner Parallelkapazität und sich ändernden Pegeln der Gammastrahlung infolge

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der Miniaturisierung des Kammervolumens. Es hat sich herausgestellt, daß eine miniaturisierte Kanuner bei niedrigen Strahlungsraten unbrauchbar wird, d.h. bei Strahlungsraten, die bei tragbaren radiologischen Instrumenten von Interesse sind. Diese Unbrauchbarkeit gründet sich auf ein nicht ausreichendes aktives Gasvolumen, das einen Ionisationsvorspannungsstrom erzeugt, der mehreremale größer ist als der unten definierte kritische Strom der Diode.

Die Erfindung bezweckt,eine Gasentladungs-Ionisationskammer vorzusehen, die insbesondere als tragbares radiologisches Instrument benutzbar ist. Dabei sollen niedrige Herstellungskosten erreicht werden.

Ganz allgemein sieht die Erfindung zur Erreichung dieser Ziele vor, daß die Diodenspannung periodisch über die Zündspannung angehoben wird, auf welche Weise die Ausbildung einer Entladung auch bei niedrigen Strahlungsraten gewährleistet ist. Insbesondere sieht die Erfindung einen Strahlungsdetektor der digitalen oder Oszillator-Bauart vor, wo neben einer in Serie geschalteten Gasdiode eine Schaltung vorgesehen ist, welche periodisch die Kammervorspannung um einen vorbestimmten Betrag anhebt, wodurch die Ausbildung einer Entladung unabhängig vom Ionisationskammervorspannungsstrom erfolgt, wenn die Kammeranodenspannung sich der Diodenzündspannung nähert.

Vorzugsweise werden Tastimpulse der Gleichspannungsvorspannung überlagert, die an die Kammer angelegt ist, um auf diese Weise die Gasdiode zur Zündung dann zu zwingen, wenn sich die Anodenspannung der Diodenzündspannung nähert.

Das erfindungsgemäße digitale Strahlungsdosimeter ist gegenüber niedrigen Strahlungsdosisraten empfindlicher, und zwar auch dann, wenn es zusammen mit miniaturisierten Ionisationskammern benutzt wird.

Vorzugsweise sieh! die Erfindung bei einem Strahlungsdetektor der

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oben beschriebenen Bauart einen Tastimpulsgenerator vor, der mit der einen Elektrode der Ionisationskammer verbunden ist und Spannungsimpulse der gleichen Polarität wie die Spannungsquelle für die Ionisationskammer erzeugt, um so die Kammeranodenspannung über die kritische Spannung anzuheben, um das Leiten von Entlademitteln dann zu gewährleisten, wenn die Kammeranodenspannung infolge der Ionisierung des Gases an die kritische Spannung herankommt, wobei die Wiederholfrequenz oder Rate der Entlademittel proportional der Intensität der Ionisierungsstrahlung ist.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten Gasentladungs-Ionisationskammer, wobei die Kammerkapazität durch den Parallelwiderstand G dargestellt ist;

Fig. 2 eine Spannungs/Strom-Darstellung der Arbeitskurven für eine typische bei der vorliegenden Erfindung verwendete Gasdiode, und zwar sowohl für statisches Verhalten als auch für Übergangsoder Einschwingverhalten;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines gemäß der Erfindung ausgebildeten digitalen Strahlungsdosimeters;

Fig. 4 Vergleichsdarstellungen der Wellenförmen an der Anode der Ionisationskammern der Fig. 1 und 3.

In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schaltbild einer üblichen Gas-r entladungskammer dargestellt. An Hand dieser Darstellung soll im einzelnen das Problem beschrieben werden, wie man bei einer derartigen Vorrichtung für Niedrigdruck-Miniaturkammern - bei geringen Bestrahlungsraten - eine hinreichende Stromausgangsgröße erhält. Die Kammer 7 besteht aus einem leitenden als Kathode geschalteten Aussenmantel 9; elektrisch isoliert innerhalb des Kathodenmantels 9 befindet sich in einer abgedichteten ionisierbaren Gasatmosphäre eine Anode 11. Die Anode liegt in Reihe mit einer Gasdiode 13 und einem Belastungswiderstand 15, dessen ande-

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res Ende geerdet ist. An der Kathode liegt eine Gleichstromspannung, die hier in Form einer Batterie 17 dargestellt ist, wobei deren negativer Pol mit der Kathode 9 verbunden ist, während der positive Pol an Erde liegt. Die Kanunerkapazität ist als ein Parallelwiderstand C dargestellt.

Da die Diode 13 einen kleinen Strom durchläßt, bevor die Zündspannung erreicht wird, bewirkt dies einen Fehler bei dem Stromzu-Frequenz-ümwandlungsprozess. Der umzuwandelnde durch die Ionisationskammer erzeugte Strom I teilt sich in zwei Teile auf; der erste Teil dient zur Aufladung der Systemkapazität, während der zweite Teil gleich dem Diodenstrom ist. Die Frequenz der Impulsproduktion ist proportional dem (C+C,)-aufladenden Strom, und somit nur dann proportional dem gesamten Ionenkammerstrom, wenn der Diodenstrom null ist; C, ist dabei als die Diodenkapazität definiert. Der durch den endlichen Diodenstrora erzeugte Fehler ist proportional den Verhältnissen aus Diodenstrom zu Ionenkammerstrom. Wenn das Verhältnis aus Diodenstrom zu Ionenkammerstrom ansteigt, wird der Umwandlungsprozess schnell schlechter, bis das Verhältnis eins {der Diodenstrom = dem Ionenkammerstrom) erreicht ist, wo kein Strom zur Aufladung der Systemkapazität verfügbar ist, was zur Folge hat, daß die Diodenspannung Gleichgewicht irgendwo unterhalb der Zündspannung erreicht und keine Eingangsimpulse erzeugt werden.

Da sich die Gasdiode innerhalb der Ionenkammer befindet, ionisiert das zu messende Strahlungsfeld nicht nur das Gas in der Ionenkammer, sondern auch das Gas in der Diode, auf welche Weise der oben erwähnte Diodenstrom erzeugt wird. Der Diodenionisationsstrom steigt - wie in Fig. 2 dargestellt - verhältnismäßig langsam an, wenn die Spannung von Null ausgehend erhöht wird. Wenn die Spannung nur noch wenige Volt von der Zündspannung entfernt ist, steigt der Strom sehr schnell an, und zwar infolge der schnell ansteigenden Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Lawinen. Der durchschnittliche lonisationsstrom für irgendeine lonisationsspannung ist einfach der Durchschnittswert vieler Stromimpulse, die sich durch das Auftreten von Ionisationsereignissen im wirksamen (sensitiven) Volumen der Diode ergeben.

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Bei weit unterhalb der Zündspannung liegenden Spannungen werden die innerhalb der Diode durch einen Ionisationsvorgang (Ereignis) erzeugten positiven Ionen und Elektronen gesammelt, ohne genug Energie vom elektrischen Feld zu erhalten, um weitere Ionisation zu erzeugen. Mit anderen Worten, die ganze Ionisation und daher der gesamte Diodenstrom wird direkt durch bestimmte Ionisationsvorgänge erzeugt.

Wenn sich jedoch die Diodenspannung der Zündspannung nähert, kann die durch einen Ionisationsvorgang in der Diode erzeugte Ladung vor der Sammlung wachsen oder sich multiplizieren, was als die Townsend-Lawine bezeichnet wird.

Anhand von Fig. 2 sei für eine Dosisrate von 400 Röntgen pro Stunde die exakte Reihenfolge der Arbeitsvorgänge einer typischen Gasdiode 13 beschrieben, die in einem Gamma-Strahlungsfeld angeordnet ist. Es sei angenommen, daß die Folge am Punkt A beginnt, wobei die Gasdiode nur Ionisationsstrom leitet, der viel kleiner ist als der Ionisationsvorspannungsstrom I, ddr durch die Ionisationskammer 7 erzeugt ist. Somit lädt I die Parallelkapazität auf und die Spannung steigt linear mit der Zeit an, und zwar mit einer Rate von I/(C+C_fl) Volt/Sekunde.

Bei B beginnt die Gastverstärkung anzusteigen und der von der Diode geleitete Strom steigt schnell an. Der Diodenstrom steigt solange an, bis er am Punkt C die gleiche Größe erreicht wie der Vorspannstrom I. Dieser Stromanstieg kann innerhalb einer sehr kurzen Zeitperiode auftreten, da die erforderliche Spannungsänderung sehr klein ist.

Der Punkt C stellt einen stabilen oder nicht stabilen Zustand dar, was davon abhängt, ob I kleiner oder größer als der kritische Strom ist. Der kritische Strom ist derart definiert, daß dann, wenn der Vorspannstrom der Ionisationskammer 7 kleiner ist als der kritische. Wert, die Gasdiode sich nicht entlädt und umgekehrt. Wenn daher I kleiner ist als der kritische Strom (in diesem Fall 6 χ 10 ° Ampere), dann ist das System stabil und kommt am Punkt C in ein Gleichgewicht und hört daher auf als Strahlungsdetektor zu

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arbeiten.

Wenn I größer als der kritische Strom ist, wie dies in Fig. 2 der Fall ist, dann stellt der Punkt C einen nicht stabilen Zustand dar und der Diodenstrom steigt weiter an, und zwar in einen Bereich einer vorübergehenden Glimmentladung hinein und erreicht einen Spitzenwert am Punkt D, wo die Entladung aufhört anzuwachsen und anfängt zusammenzufallen, wobei - wie durch die gestrichelte Linie angedeutet - die Rückkehr längs einer Arbeitskurve zum Punkt A erfolgt. Diese vorübergehende Arbeitskurve fällt nicht notwendigerweise mit der statischen Spannung/Strom-Kurve zusammen. Auch ist die Spannung am Punkt A nicht notwendigerweise die gleiche wie die statische Regulierspannung der Glimmentladungszone, d.h. der Zone, in der eine Diode dieser Art universell als ein Spannungsregulator oder Indikator benutzt wird.

Die Stabilität oder Instabilität des Punktes C hängt eng mit der Neigung der statischen Spannung/Strom-Kurve am Punkt C zusammen. Für sämtliche Ströme links des kritischen Stromes ist die Neigung (dv/di) positiv, was bedeutet, daß die Arbeitspunkte in dieser Zone stabil sind. Die Neigung wird beim kritischen Strom null und wird bei Townsend-Strömen größer als der kritische Wert negativ und schafft somit eine unstabile Zone.

Wie oben bereits erwähnt wurde, kann die Gasentladungs-Ionisationskammer bei Punkt C¹ - wie in Fig. 2 dargestellt - in ein nutzloses Gleichgewicht gelangen, wenn nicht das aktive Volumen der Kammer groß genug ist, um einen Ionisationsvorspannungsstrom für die Diode zu erzeugen, der mehreremale größer ist als der kritische Strom. Normalerweise wird dieses Problem dadurch ausgeschaltet, daß man das Ionisationskammergasvolumen erhöht und dadurch sicherstellt, daß der durch ein gegebenes Strahlungsfeld in der Kammer erzeugte Vorspannungsstrom den kritischen Strom der Diode übersteigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung soll jedoch in erster Linie eine zuverlässige miniaturisierte Gasentladungs-Toni sationskammer geschaffen werden, deren effektives Gasvolumen

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einem Volumen entspricht, das kleiner ist als das Volumen, wel-

ches 50 cm Argon bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck einnehmen. Ein solches Volumen erzeugt keinen Ionisationsvörspannungsstrom, der größer ist als der kritische Strom"der Diode. Es wurde festgestellt, daß dieser Nachteil überwunden werden kann, und daß kleinere Kammern verwendbar sind, wenn man eine Schaltung verwendet, die periodisch die Diodenspannung über die Zündspannung anhebt, und zwar mittels Tastimpulsen fester Dauer, die der Kammervorspannung überlagert werden, wodurch die Ausbildung einer Entladung gewährleistet wird.

Diese Technik kann mit großem Vorteil zur Verbesserung derjenigen Detektoren verwendet werden, die andernfalls in einen Gleichge-

wo
wichtszustand irgend/rechts vom Punkt B - wie beispielsweise Punkt C* - geraten würden. In dieser Zone ist die Diodenspannung höchstens lediglich ein oder zwei Volt unterhalb der statischen Diodenzündspannung.

In Fig. 3 ist die Erfindung angewandt bei einem miniaturisierten digitalen Integrationsdosimeter beschrieben, welches eine miniaturisierte Gasentladungs-Ionisationskammer 21 verwendet. Eine 1,5 Volt Gleichspannungsquelle, wie beispielsweise eine einzellige D-Batterie 23, liegt mit der positiven Klemme am Eingang eines rückkopplungsgesteuerten Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandlers 25, der an getrennten Ausgängen -190 Volt und + 15 Volt Gleichspannung erzeugt. Der - 190 Volt-Ausgang des Umwandlers 25 liegt am Gehäuse (Kathode) 27 der Ionisationskammer 21, und zwar unter Zwischenschaltung eines Vorspannungswiderstandes 29. Der -190 Volt-Ausgang liegt ferner am Eingang eines Kippgenerators 31, dessen Ausgang über einen Koppelkondensator 33 mit der Kathode der Ionisationskammer 21 verbunden ist. Der Generator oder Oszillator 31 erzeugt die Tastimpulse mit einer Rate oder Frequenz von annähernd 100 Impulse/Sekunde; diese Impulse sind negative Impulse und haben eine feste Dauer von annähernd 6OO psec (in Breitenrichtung) und -20 Volt Amplitude. Diese Impulse werden der negativen an die Kammerkathode angelegten Gleichstromvorspannung überlagert und sind wirksam mit der Kammeranode durch

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- 10 die Elektrodenkapazität gekoppelt.

Obwohl der Umwandler 25 in Form eines Sperrschwingers einschließlich eines Transformators mit Mehrfachwindungen ausgebildet sein kann, um die richtigen Spannungen zu erzeugen, so ist es aber auch möglich zur weiteren Miniaturisiprung eine Leistungsversorgung ohne Transformator vorzusehen, wobei ein Tastinipulsgenerator in der Form von Brumm- oder Welligkeitsimpulsen benutzt werden kann. In diesem Falle würde sowohl der Umwandler 25 als auch der Oszillator 31 durch die transformatorlose Leistungsversorgung ersetzt.

Die Ionisationskammer kann in verschiedenen Formen ausgebildet sein. Die bevorzugte miniaturisierte Form ist in Fig. 3 dargestellt und kann aus einem die Kathode 21 bildenden Aussenmantel aufgebaut sein, der eine hermetisch abgedichtete Aluminiumdose ist. Der Aussendurchmesser der Dose ist typischerweise 0,75 Zoll (d.h. 0,75 χ 2,54 cm), wobei die Aussenseitenlänge 1,5 Zoll (1,5 χ 2,54 cm) und die Wandstärke annähernd 0,015 Zoll (0,015 χ 2,54 cm) beträgt. Die Anode 35 kann ein horizontal innerhalb der Dose oder Kathode auf der Längsachse der Dose angeordnetes Kupferrohr sein, welches folgende Abmessungen aufweist: 0,290 Zoll (0,290 χ 2,54 cm) Aussendurchmesser; 0,032 Zoll (0,032 χ 2,54 cm) Wände; 1,25 Zoll (1,25 χ 2,54 cm) Länge. Die Anode kann durch Isolationsstücke 37 gehaltert sein, wobei die Gasdiode 39 innerhalb des Anodenrohrs 35 angeordnet ist. Der eine Leiter der Gasdiode 39 steht mit der Anode 35 in Verbindung, während der andere Leiter - von welchem die Kammerausgangsgröße abgenommen wird sich durch den Isolator, beispielsweise einen Glasstopfen 41, hindurch erstreckt, um die Aussenverbindung mit einem Leiter 43 zu gestatten. Das Kammervolumen kann mit verschiedenen ionisierbaren Gasen angefüllt sein, was von der zu überwachenden Strahlung abhängt. Typischerweise ist die Kammer mit Argon oder Stickstoff auf einen Druck von 1 Atmosphäre zur Verwendung als Gamma-Strahlungsdosimeter gefüllt.

Der Ausgangsleiter 43 der Kammer liegt am Trigger-Eingang T eines komplementären monostabilen Multivibrators 45. Der Ausgang des Multivibrators 45 Ist mit der Basis eines Schalttransistors 47 ver-

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bunden. Jedesmal dann, wenn ein Ereignis oder Vorgang durch die Kammer festgestellt wird, wird ein negativer Impuls von sehr kurzer Dauer (ungefähr 3 Mikrosekunden) an den Multivibrator 45 angelegt, der seinerseits einen positiven Impuls von annähernd 25 Millisekunden erzeugt und den Transistor Al für diese Periode einschaltet.

Der Emitter des Transistors 47 ist geerdet und der Kollektor liegt über eine Steuer- oder Antriebsspule 49 eines üblichen Impulszählers 51 an der +15 Volt Gleichstromversorgung.Der +15 Volt Gleichstromversorgungsleiter liegt auch als Versorgungsspannung am monostabilen Multivibrator 45. Die zusätzliche zur Erregung der Zählerantriebsspule 49 erforderliche Energie ist in einem Speicherkondensator 53 gespeichert, der zwischen der +15 Volt Gleichspannungsversorgungsleitung und Erde liegt.

Im Betrieb liegt die Batteriespannung über einen (nicht gezeigten) Schalter am Umwandler 25. Wenn sich die Kammer 21 in keinem Strahlungsfeld befindet, ist die Kathode nur mit der -190 Volt Gleichstromvorspannung beaufschlagt, die annähernd 20 Volt Welligkeit (Brumm) mit einer Frequenz von 100 Impulsen/Sekunde aufweist, und zwar infolge der durch den Oszillator 31 hervorgerufenen überlagerung. Die Gasdiode 39 ist unter diesen Umständen nicht aktiv.

Wenn die Kammer beispielsweise in einem,Gamma-Strahlungsfeld angeordnet wird, erzeugt die Ionisation eine Ladungsansammlung auf der Anode 35 und einer (nicht gezeigten) Elektrode der Gasdiode. Wie man in Fig. 4 erkennt, lädt die Spannung an der Diode 39 (Wellenform B) auf der gleichen Rampe (Wellenform A) wie beim Stand der Technik, aber mit der Ausnahme, daß Tastimpulse überlagert sind, wie dies durch Wellenform B dargestellt ist. Nachdem die Rampe die Nachbarschaft des Punktes B (Fig. 2) erreicht hat, hebt der nächste Tastimpuls die Diodenspannung über die Zündspannung hinaus und die vorübergehende Glimmentladung wird eingeleitet.

Die tatsächliche Form der Tastimpulse muß derart sein, daß sie einfach von echten Entladungsimpulsen durch den Multivibrator°ge-

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trennt werden können. Vernünftigerweise macht man die Anstiegsund Abfallzeit der Tastimpulse wesentlich langer als die entsprechenden Zeiten der verhältnismäßig schnellen Entladungsimpulse. Die langsamen Tastimpulse können dann durch eine einfache Differenziereinrichtung zurückgewiesen werden, die einen in Serie liegenden Koppelkondensator aufweist, der in diesem Fall einfach die Elektrodenkapazität der Diode ist.

Bei der Zündspannung der Diode 39 wird die Glimmentladung erzeugt und ein negativer 1,2 Volt-Impuls von 3 Mikrosekunden Dauer tritt auf Leiter 43 auf. Dieser negative Impuls triggert den Multivibrator 45 und schaltet ihn in seinen halbstabilen Zustand, wobei am Ausgang (bestimmt durch die Zeitsteuerung des Multivibrators) der 25 Millisekunden-Impuls erzeugt wird. Dieser Impuls wird an die Basis des Transistors 47 gelegt und bringt diesen in seinen "Ein"-Zustand, worauf ein Strom durch die Antriebsspule 49 des Zählers für die Dauer des 25 Millisekunden-Impulses fließt. Die Erregung der Spule 49 stellt den Impulszähler um eine Zählstufe weiter. Das Fortschalten des Zählers erfolgt mit einer von der Intensität des Strahlungsfeldes abhängigen Geschwindigkeit.

Da jeder vom Zähler gezählte Kammerimpuls einer festen Strahlungsdosis entspricht, wird der Detektor ein Integrationsdosimeter einfach durch Zählung der Gesamtzahl der Impulse und durch Multiplikation mit der Dosis/Impuls. Tatsächlich wird, wenn die Detektoreichung 10 mR/Impuls oder 100 mR/Impuls ist, der Gesamtzählerstand in Röntgen einfach durch richtige Anordnung des Dezimalpunktes umgewandelt, wobei keine (zusätzliche) Umwandlung erforderlich ist. Wenn beispielsweise der Zählerstand 2894 Zählungen ist und die Detektoreichung 10 mR/Zählung ist, dann beträgt die gesamte integrierte Dosis 28,94 Röntgen. Somit wird die Gesamtdosis für eine Arbeitsperiode als direkte digitale Ablesung geliefert.

Impulszähler mit bis zu 10 Zählungen/Sekunde (entsprechend 360 R/ Stunde für eine 10 mR/Impuls Kammer) sind im Handel erhältlich. Dieser Bereich genügt für Anwendungen in einem Schutzraum gegen Radioaktivität, d.h. dem Hauptanwendungsfall dieses Instrumentes.

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Im vorliegenden Beispiel ergibt ein 10 itiR/Impuls-Detektor die folgenden Zählungswiederholfrequenzen:

360 R/Stunde eine Zählung alle 0,1 Sekunde

36 R/Stunde eine Zählung jede Sekunde

3.6 R/Stunde eine Zählung alle 10 Sekunden

0.36 R/Stunde eine Zählung alle 1 Minute und 40 Sekunden.

Man erkennt, daß eine übliche Armbanduhr mit einem laufenden Sekundenzeiger zusammen mit dem Detektor benutzt werden kann, um eine absolute Wiederholfrequenzmessung zu erhalten; dies ist vermutlich für ein Schutzrauminstrument von sekundärer Bedeutung.

Es sei darauf hingewiesen, daß auch andere Verfahren zur Anlegung des Tastimpulses benutzt werden können. Beispielsweise könnten, wenn erforderlich, sowohl die Tastimpulse als auch eine positive Kammervorspannung an die Anode der Kammer angelegt werden, und zwar an Stelle des Anlegens einer negativen Spannung an die Kathode, wie dies oben beschrieben wurde.

Die in diesem Beispiel verwendete Gasdiode 39 ist eine übliche Glimmlampe, wie beispielsweise eine Glimmlampe der Bauart Signalite TRQ-250, die jedoch sorgfältig ausgewählt wurde, um optimale Leistungsfähigkeit zu gewährleisten.

Man erkennt nunmehr, daß die Gasentladungs-Ionisationskammer dank der Erfindung als ein preiswertes, genaues, digitales Integrationsdosimeter verwendbar ist, und zwar durch das Anlegen von Tastimpulsen an die normale Kammervorspannung, um die Entladung der Gasdiode innerhalb der Kammer zu gewährleisten, obwohl das Gasvolumen nicht groß genug sein mag, um in schwachen Strahlungsfeldern einen ausreichenden Diodenvorspannungsstrom zu erzeugen.

Die Erfindung wurde oben an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, was jedoch nicht in beschränkender Weise ausgelegt werden soll. Die folgenden Patentansprüche definieren die Erfindung in allgemeineren Ausdrücken.

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⁺ ' Dies ist im einzelnen in dem Deutschen Patent

(Deutsche Patentanmeldung vom gleichen Tage wie die vorliegende Anmeldung und mit dem Titel "Strahlungsdosimeter" sowie der US Priorität vom 9. 11. 1971 und der Serial Nr. 196 893 - Anwaltsakte R-196 893 -)beschrieben.

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Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE * 2 $ 4 Ö O D

   Λ"

   f 1 · J Strahlungsdetektor mit einer ionisierbares Gas enthaltenden
   Kammer, die zwei mit Abstand angeordnete leitende Elektroden
   aufweist, mit deren einer eine Gleichspannung verbunden ist, um in der gasgefüllten Zone zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld zu erzeugen, welches einen Ionisationsstrom dann
   zwischen den Elektroden hervorruft, wenn Gasatome durch eine
   Ionisierungsstrahlung ionisiert werden, wodurch auf der anderen Elektrode des erwähnten Elektrodenpaares eine Ladespannung erzeugt wird, wobei mit der erwähnten.anderen Elektrode normalerweise nicht leitende Entlademittel verbunden sind, und wobei
   die Kammer jedesmal dann frei leitet, wenn die anliegende Spannung eine vorbestimmte kritische Spannung der Entlademittel
   übersteigt, während keine Leitung bei einer vorbestimmten Spannung unterhalb der kritischen Spannung stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß

   mit der einen Elektrode der Ionisationskammer (21) ein Tastimpulsgenerator verbunden ist, um Spannungsimpulse der gleichen Polarität wie die erwähnte Quelle zu erzeugen, um so die Ladespannung über die kritische Spannung anzuheben, um dadurch das Leiten der Entlademittel zu gewährleisten, wenn die Kammerladespannung sich infolge der Ionisation des Gases der kritischen
   Spannung nähert, wobei die Entladungswiederholfrequenz der Entlademittel proportional zur Intensität der ionisierenden Strahlung ist.
2. 2. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Entladungsmitteln Vorrichtungen verbunden ιsind, um die Anzahl der Wiederholungen der Entladung der Entlademittel aufzuzeichnen.
3. 3. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlademittel eine in der Ionisationskammer angeordnete
   Gasdiode aufweisen, deren erste Elektrode mit der Ladungssammelelektrode der Ionisationskammer verbunden ist, während deren
   zweite Elektrode den Ausgang der Kammer bildet, wodurch jedesmal dann, wenn die Diode zündet und die Kammer entlädt, ein
   Kurzzeitimpuls an der zweiten Elektrode erzeugt wird.

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   . _r_
4. 4. Strahlungsdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastimpulsgenerator einen Widerstand (29) aufweist, der in Reihe mit dem Ausgang einer Gleichstromspannungsquelle liegt, die mit der einen Elektrode der Kammer in Verbindung steht, und wobei ferner parallel zu dem Widerstand (29) ein Kippgenerator (31) geschaltet ist.
5. 5. Strahlungsdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Aufzeichnungsvorrichtung einen monostabilen Multivibrator (45) mit einem Triggereingang aufweist, der mit der zweiten Elektrode der Diode verbunden ist, und der an seinem Ausgang einen Impuls fester Dauer erzeugt, und zwar beim Anlegen eines Kurzzeitimpulses an seinem Eingang, und wobei ferner ein Transistorschalter mit Basis, Emitter und Kollektor vorhanden ist, wobei die Basis am Multivibratorausgang liegt, während ein Impulszähler (51) mit einer Antriebsspule (49) in Serie mit Kollektor und Emitter zwischen einer Versorgungsöpannungsquelle und Erde derart liegt, daß jedesmal dann, wenn der Multivibrator getastet wird, der Transistorschalter für die Dauer des Ausgangsimpulses vom Multivibrator eingeschaltet wird, so daß ein Strom durch die Antriebsspule (49) fließt, auf welche Weise eine Zählung registriert wird, die einer vorbestimmten Strahlungsdosis entspricht, die durch die Kammer pro Entladung gemessen wird.
6. 6. Strahlungsdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das effektive ionisierbare Gasvolumen innerhalb der Kammer weniger als dem Volumen von 50 ecm Argon bei Umgebungsbedingungen entspricht.

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