DE2653507A1 - Verfahren und vorrichtung zur feststellung harter strahlungen - Google Patents

Description

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AO-EBOE IiAiDIOFAIE DE VALORISATION DE LA RBGHEROHE (ANVAR)

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Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung harter Strahlungen.

Die Erfindung "betrifft die Verfahren und Vorrichtungen zur Feststellung von harten elektromagnetischen oder korpuskularen Strahlungen sowie die derartige Vorrichtungen ausrüstenden Sonden. Unter "harten Strahlungen" sind die zu verstehen, deren Energie größer als ein entsprechend den Anwendungen veränderlicher Schwellenwert ist, welcher jedoch stets größer als 5 keV ist. Die Benutzung dieser Sonden und der zugehörigen Vorrichtungen kann daher in der Röntgentechnik aber auch in der Sendegammagraphie auf biologischem, anatomischem oder medizinischem Gebiet in Betracht gezogen werden.

Ein Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von Sonden der erwähnten Art mit äußerst geringen Abmessungen, welche daher gestatten, ein Bündel sehr geringen Querschnitts festzustellen und aus quasi punktförmigen Messungen durch Verfahren der Abtastung (scanning) oder der Tomographie ein Bild nachzubilden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Lieferung von Oberflächensonden der erwähnten Art, welche gestatten, die Verteilung einer Strahlung mit einer ausgezeichneten Auflösung zu analysieren.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von Sonden der genannten Art, welche mit Vorrichtungen zur Anzeige oder zur Speicherung von Strahlungsdaten kombiniert werden können und mit inneren Mitteln zur Übertragung und zur Löschung dieser Daten versehen sind.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Lie-

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ferung von Sonden der genannten Art, welche mit Mitteln zur Anzeige oder zur Speicherung von Daten kombiniert werden können, welche bereits für Vorrichtungen ausgebildet wurden, welche Strahlungssonden bekannter Art benutzen, z.B. Gitterkammern.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die

Lieferung von Vorrichtungen zur Peststellung von Strahlungen, welche erfindungsgemäße Sonden benutzen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Angabe von Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Sonden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von Vorrichtungen der genannten Art, welche unmittelbar, d.h. ohne Zwischenbehandlung, das Bild einer Strahlungsverteilung ergeben.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von Vorrichtungen der genannten Art, welche durch ihre Ausbildung Arbeitsspeicher für die Verteilung der Strahlung bilden, d.h. Speicher, welche die Daten während der von der Bedienungsperson für erforderlich erachteten Dauer anzeigen und augenblicklich wieder betriebsbereit, d.h. wieder meßbereit, gemacht werden können.

Die Erfindung nutzt die Eigenschaften der supraleitenden Materialien erster Art aus. Bekanntlich besitzen bei diesen Materialien die an den Zustand der Supraleitfähigkeit gebundenen Eigenschaften Übergänge erster Ordnung, welche in der Nähe des kritischen Wertes des umgebenden Magnetfeldes mit Hysterese behaftet sind. Wenn man insbesondere die Stärke des das Material in supraleitendem Zustand umgebenden Feldes unter Ausgang von einem wesentlich unter dem kritischen Wert liegenden Wert erhöht, bleiben die Supraleitfähigkeit sowie der Meißner-Effekt, anders ausgedrückt, die Wirkung der Abschirmung oder des Ausschlusses des Magnetfeldes, über diesen kritischen Wert hinaus bestehen, so daß sich dann das Material in einem häufig "überhitzungszustand" genannten metastabilen Zustand befindet. Einer der Erfinder hat bereits nachgewiesen (am 21. September 1971 der Universite de Paris-Sud, Centre d'Orsay, mit dem Titel "Contribution a I¹ etude de l'effet Meißner dans des supraconducteurs en regime metastable" vorgelegten Doktorarbeit von Claude Valette), daß der Überhitzungszustand von sphärischen homogenen Körnern eines supraleitenden Materials erster Art plötzlich durch eine Betastrahlung aufgehoben wird, welche den Übergang zu

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dem normalen Zustand bewirkt.

Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß der Aufprall eines Photons oder eines Teilchens einer genügenden Energie die Austreibung eines Photoelektrons bewirkt, welche diesen Übergang erzeugt. Dieser Aufprall kann daher dadurch festgestellt werden, daß man im Äugenbliok dieses Aufpralls eine an den Zustand des Materials gebundene elektrische oder magnetische Größe mißt.

Gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung enthält der Strahlungsempfänger der Vorrichtung zur Peststellung von Strahlungen eine Strahlungssonde, welche durch wenigstens ein homogenes Korn eines supraleitenden Materials erster Art gebildet wird, einen Kryostaten zur Aufrechterhaltung des supraleitenden Materials in der Zone der Supraleitfähigkeitstemperaturen, und Mittel, welche in der von der Sonde eingenommenen Raumzone ein Magnetfeld geeigneten Werts erzeugen, um das Material bei Fehlen der Strahlung in einem metastabilen supraleitenden Zustand zu halten, wobei die Vorrichtung zur Peststellung von Strahlungen außerdem Mittel zur Messung einer an den Zustand des Materials gebundenen Größe oder einer Veränderung einer Größe aufweist, um den Übergang von dem metastabilen supraleitenden Zustand In den normalen Zustand unter der Wirkung eines Photoelektrons festzustellen, welches durch den Aufprall eines Teilchens oder eines Photons der Strahlung erzeugt wurde.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält die Vorrichtung in einem Kryostaten wenigstens ein Sondenelement zur Feststellung der Strahlung, welches einen Freiheitsgrad für eine Translationsbewegung besitzt und wenigstens ein homogenes Korn eines supraleitenden Materials erster Art enthält, wie z.B. Quecksilber, Zinn oder eine legierung aus Indium und Wismut, wobei Feldspulen in dem von dem Sondenelement oder den Sondenelementen eingenommenen Raum ein Magnetfeld mit einem Feldgradienten erzeugen, welcher parallel zu der Translationsrichtung ist, dessen Stärke so bemessen ist, daß das Korn oder die Körner des Materials bei Fehlen einer Strahlung in einem metastabilen supraleitenden, häufig Überhitzungszustand genannten, Zustand gehalten werden, und dessen Richtung so gewählt ist, daß jedes Sondenelement dann durch magnetische Levitation in einer Stellung gehalten wird, welche von einer durch eine unmagnetische Rückholkraft bestimmten Rückholstellung entfernt ist. Wenn eine gewisse Zahl von Körnern eines Sondenele-

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meats in den normalen. Zustand übergegangen ist, stehen sie nicht mehr¹ /unter der Wirkung des Eevitationseffekts,. undL das S'ondenele— ment kehrt in seine Rückholstellung zurück« Es ist daher möglich, durch Bestimmung der Stellung· einer Sonde auf optischem,, elektrischem, oder anderem Wege zu wissen, ob sie der Strahlting ausgesetzt gewesen ist oder nicht.

Gemäß' der beabsichtigten Anwendung kann die Sonde durch ein einziges Korn oder eine homogene Dispersion von Körnern in einem festen Körper· gebildet werden,, welcher durch ein Dielektrikum gebildet wird und die Form eines Stäbchens oder einer Platte haben kann. Bei einer bevorzugten Äusfuhrungsform weisen die Keßmittel wenigstens eine Spule auf _f deren Kern durch wenigstens ein Köm gebildet wird, sowie wenigstens einen Kreis zur Feststellung; der Änderung des Selbstinduktionskoeffizienten der Spule beim an den Übergang gebundenen lindringen des Magnetflusses.

Bas Korn oder die Körner des supraleitenden Materials,, welche für die Herstellung einer Sonde benutzt werden sollen, werden vorher entsprechend der beabsichtigten Anwendung durch wenigstens einen Sortiervorgang durch Absetzen ausgewählt» auf welchen wenigstens ein Sortiervorgang durch levitation in einem Magnetfeld mit einem öradienten folgt, wobei die Körner nach ihrem .Ansprechen auf dieses Feld gewählt werden, d.h., nach dem den tlberhitzungseffekt zerstörenden Wert des Feldes. Die Vorrichtung zur Vornahme des Sortieren® durch Levitation enthalt in einem Kpyostaten eine Kapsel, welche die zu sortierenden Körner enthält, welche sich im Vakuum oder in dem kryöstatischen Mittel befinden, sowie Helmholtz-Spulen zur Erzeugung des Feldes und Gegen-Helmhaltz-Spulen zur Erzeugung; des Feldgradienten.

Es ist zu bemerken, daß die erfindungsgemäße Strahlungssonde nicht umkehrbar ist, solange das Überhitzungsfeld bestehen, bleibt, so daß das Materialkoni einen Speicher der Ursache bildet, welche den Übergang erzeugt hat, daß es aber genügt, den Wert des umgebenden Feldes erheblich, unter den kritischen Wert zu. senken und hierauf von neuem auf den Überhitzungswert zu bringen, um die Sonde von neuem betriebsbereit zu machen. Die durch, die Erfindung ausgenutzte Übergangserscheinung erster Ordnung, welche in der Aufhebung eines nach. Belieben reproduzierbaren metastabilen GQ.eicngewich.ts besteht, gehört zu. der Art der Erscheinungen eines

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Wechsels thermodynamischer Ordnung, von denen bereits gewisse durch "bekannte Vorrichtungen zur Feststellung von Strahlungen ausgenutzt wurden, wie Wilson-Eammern, Blasenkammern und (ritterkammern.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. ta ist ein schematischer Schnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sortiervorrichtung.

Pig» tb ist ein schematischer Schnitt einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 2 ist ein allgemeines Schema der erfindungsgemäßen Torrichtung zur Feststellung einer Strahlung.

Fig. 3 ist ein Schema, z.T. in Form eines Blockschaltbilds, einer ersten Ausführungsform dieser Vorrichtung.

Fig. 4 ist ein Schema einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 5 ist ein Schema einer dritten Ausführungsform.

Fig. 6 ist eine Skizze einer ersten. Ausführungsform eines erfindungsgemäßen öberflächensondenelements.

Fig. 7a und Fig. 7b sind zwei Skizzen, welche eine zweite Ausfiihrungsform einer erfindungsgemäßen Oberflächensonde und ein Schema der zugehörigen Schaltungen zeigen.

Fig. 8 ist ein Schema eines Apparats zur Badiographie durch Abtasten (scanning), welcher eine erfindungsgemäße Sonde benutzt.

Fig. 9 ist ein Schema eines Apparats für Sendegamntagraphie durch Tomographie, welcher eine erfindungsgemäße Sonde benutzt.

Fig. töa, 10b und tO<s sind Schemata einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Feststellung einer Strahlung, in welcher die Sonden freie Körner sind, wobei die Feststellung der lage auf optischem Wege und die ßückholung durch, die Schwerkraft erfolgt.

Fig. 11 ist ein schematischer Schnitt einer erfinduogsgemäßen Vorrichtung, bei welcher die Sonden mit Körnern beladene Stäbchen aus einem Polymerharz sind und die Büekholung durch. den Umlauf des kryostatisehen Strömungsmittels erfolgt.

Zur Erleichterung des Yerständnisses der Figuren

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sind meistens die Bestandteile ausgelassen, deren Darstellung für das Verständnis der Figuren unnötig ist, wie gewisse Teile der Kryostate, Pumpvorrichtungen, Dichtungsebenen von auseinandernehmbaren Elementen, Dichtungen, doppelte Wände usw., und gewisse Zubehörelemente wie Strahlungskollimatoren.

Vor der Betrachtung der Pig. 1a und 1b ist es notwendig, einige Angaben über das Verfahren zur Herstellung der Körner aus einem supraleitenden Werkstoff, welche die erfindungsgemässen Sonden bilden sollen, und über die Eigenschaften, welche sie besitzen müssen, zu machen. Diese Körner müssen:

- sphärisch sein und eine homogene Struktur haben, um nicht unter Berücksichtigung der Hystereseunterschiede bei Vorhandensein eines Magnetfeldes mit dem kritischen Wert "Übergangsschwänze" aufzuweisen;

- möglichst gleiche Durchmesser haben;

- für gleiche Werte des umgebenden Magnetfeldes aus dem supraleitenden Zustand in den normalen Zustand "kippen".

Zur Erzielung sphärischer Körner werden diese durch Emulgieren des geschmolzenen Materials in einem heißen Flüssigkeitsbad hergestellt, welches mit Hilfe einer Ultraschallsonde umgerührt wird. Es ist natürlich erforderlich, daß die die Aufgabe des Emulsionsträgers erfüllende Flüssigkeit ohne Verdampfung die Schmelztemperatur der Körner aushalten kann. Wenn das Material Zinn oder eine Legierung von Indium und Wismut ist, kann der Emulsionsträger ein Mineralöl sein.

Die erhaltenen sphärischen Körner erfahren ein erstes Sortieren durch Absetzen, welches gestattet, mit einer sehr guten Annäherung Körner mit ähnlichen Durchmessern von z.B. 4 bis 5 Mikron auszuwählen. Diese werden einem zweiten Sortiervorgang durch magnetische Levitation mit Hilfe der Vorrichtung der Fig. 1a unterworfen, welche eine Kapsel 11 enthält, in welche die zu sortierenden Körner gebracht werden. Ein Schieber 12 kann in dem mittleren Abschnitt der Kapsel 11 gleiten, um sie in zwei getrennte Räume zu unterteilen. Wenn die Körner eingebracht sind, wird über die Kapsel 11 ein Deckel 13 gestülpt und sie wird in das Bad aus flüssigem Helium eines Kryostaten 14 bekannter Art gebracht, welcher zwei Mantel aufweist, von denen der innere Mantel 141 das Heliumbad enthält, während der äußere Mantel 142 mit dem Mantel 141 einen mit flüssigem Stickstoff

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gefüllten Schutzraum abgrenzt.

Der Schieber 12 kann von außerhalb des Kryostaten mittels einer Vorrichtung betätigt werden, welche symbolisch durch durch Rollen 122 geführte Drähte 121 dargestellt ist.

In Fig. 1a ist angenommen, daß die eingetauchte Kapsel mit flüssigem Helium gefüllt ist. Es spricht jedoch nichts gegen die Benutzung einer dichten Kapsel mit Schieber und Deckel, in welcher ein Vakuum vor dem Eintauchen hergestellt wird.

Der Kryostat 14 weist zwei Paare von ringförmigen Spulen 16 und 17 auf, welche die Kapsel 11 umgeben und mit Gleichstrom gespeist werden, um ein Magnetfeld mit Feldgradienten in dem von ihnen begrenzten Raum zu erzeugen. Die Spulen 16 sind Helmholtz-Spulen, d.h. sie sind so bemessen, angeordnet und gespeist, daß sie ein homogenes Magnetfeld erzeugen. Der Wert dieses Feldes ist gleich dem des Überhitzungsfeldes, welchem die Körner in der Sonde unterworfen werden. Die Spulen 17, "Gegen-Helmholtz-Spulen" genannt, sind so bemessen bemessen, angeordnet und gespeist, daß sie dem Feld der Spulen 16 einen Feldgradienten überlagern, welcher die entgegengesetzte Richtung hat, z.B. die aufsteigende Richtung.

Wenn die Kapsel 11 in den Kryostaten gebracht

ist, befinden sich alle Körner in dem supraleitenden Zustand. Der Schieber 12 befindet sich in der Öffnungsstellung. Man speist zunächst die Helmholtz-Spulen 16 und hierauf die Gegen-Helmholtz-Spulen 17. Die Körner, welche in ihren normalen Zustand gekippt haben, bleiben auf dem Boden der Kapsel 11, während diejenigen, welche in dem supraleitenden Zustand geblieben sind, durch die Wirkung des Meißner-Effekts zu dem Deckel 13 gezogen werden. Die Betätigung des Schiebers 12 gestattet, die beiden Arten von Körnern getrennt zu halten, wenn die Kapsel 11 aus dem Kryostaten herausgenommen wird. Da dieser Sortiervorgang durch Levitation wiederholt werden kann, ermöglicht er offenbar, Körner auszuwählen, welche für den gleichen Wert des überhitzungsfeldes empfindlich sind, welcher zwischen Sehr engen Grenzen liegt, z.B. 345 bis 350 Gauß, um Sonden herzustellen, welche für einen genauen Energiewert empfindlich sind, z.B. den einem Rand eines Gammaspektrums entsprechenden. Es ist sogar möglich, ein einziges Korn zu isolieren, um eine quasi punktförmige Sonde herzustellen. Es ist zu bemerken, daß, je schärfer die Auswahl

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der zur Bildung einer Sonde bestimmten Körner ist, der Wirkungsgrad der Sonde umso besser ist, d.h. der Anteil der Körner, welche bei einem bestimmten Energiepegel übergehen. Die Größe der Körner bestimmt den kleinsten Ansprechenergiepegel und die Dauer der Unterbrechung des supraleitenden Zustande. Je feiner die Körner sind, umso kleiner sind diese Größen. Umgekehrt, je größer die Körner sind, umso weniger sind sie für die Stördiffusionsstrahlung empfindlich. Ferner ist zu bemerken, daß es möglich ist, die Körner während ihres Sortierens durch levitation der Strahlung einer monoenergetischen radioaktiven Strahlenquelle auszusetzen, um diejenigen von ihnen auszuwählen, welche für eine bestimmte Energieschwelle empfindlich sind.

Fig. 1b_ zeigt eine andere Ausführungsform der Sortiervorrichtung zur "fortlaufenden" Auswahl der Körner. Die HeImholtz-Spulen 16b und die Gegen-Helmholtz-Spulen 17b sind in dem inneren Gefäß 141 des Kryostaten 14 so angeordnet, daß der Gradient des Magnetfeldes in der.Figur nach links gerichtet ist. Ein lotrechter Kanal 18 aus unmagnetischem Material tritt durch den Kryostaten. Sein unterer Abschnitt ist in zwei Kanäle 181 und 182 durch eine innere Wand 183 getrennt. Der Kanal 181 ist wie der obere Teil des Kanals 18 bemessen und liegt mit ihm in einer Flucht. Die zu sortierenden Körner werden durch die obere Mündung 184 eingeführt. Die supraleitend gebliebenen Körner werden durch den magnetischen Gradienten abgelenkt und fallen in den Kanal 182, während die anderen in den Kanal 181 fallen.

Es ist zuweilen erforderlich, die Körner in einem dielektrischen Bindemittel zu dispergieren, welches sich in festem Zustand wenigstens in dem Bereich der niedrigen Benutzungstemperaturen befindet. Man kann eine große Zahl von Bindemitteln benutzen, es ist jedoch im allgemeinen zweckmäßig, ein Epoxyharz zu wählen, da diese Art von Polymeren den Vorteil bietet, bei Temperaturänderungen keine Risse zu bilden. Man kann so Oberflächensonden herstellen, welche bei Raumtemperatur erhalten bleiben. Zur Vornahme der Dispersion führt man das durch die Körner gebildete Pulver in das flüssige Harz ein, welchem gegebenenfalls ein Härtungsmittel und ein Katalysator zugesetzt sind, und man unterwirft das Gemisch einem Durchrühren durch eine Ultaschallsonde. Unabhängig davon, ob das gewählte Harz thermoplastisch oder wärmehärtend ist, werden die

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Durchrührdauer und die Temperatur so festgelegt, daß die Körner gleichmäßig dispergiert sind, wenn das Harz eine solche Viskosität hat, daß ihre Abscheidung unmöglich wird. Hierauf nimmt man die Formung vor. Man erhält z.B. Platten durch Walzen oder Drähte oder Stäbchen durch Ziehen. Es ist zu bemerken, daß, da die Körner in dem Dielektrikum eingeschlossen sind, es nicht nötig ist, daß der Grundstoff so gewählt wird, daß er bei Raumtemperatur fest bleibt. So kann man Quecksilber als supraleitendes Material wählen. Seine Dispersion im Kryostaten erfolgt in einem Alkohol, welchem ein Benetzungsmittel zugesetzt ist, z.B. Matriumoleat, wobei die Temperatur während des Vorgangs soweit gesenkt wird, daß die Quecksilbertröpfchen in Form von Kügelchen erstarren. Die flüssige Phase wird dann immer noch bei niedriger Temperatur durch Verdampfung im Vakuum ausgeschieden. Die Auswahl der Körner durch levitation kann ohne Schwierigkeit erfolgen, da sie in einem Kryostaten vorgenommen wird. Zur Herstellung von Oberflächensonden kann man als Bindemittel, wenn die Sonden in der Kälte aufbewahrt werden, ein flüssiges Dielektrikum benutzen, z.B. einen Fettkörper mit einer Erstarrungstemperatur, welche niedriger als die des Quecksilbers ist. Man kann auch ein polymerisierbares Harz benutzen, z.B. ein Epoxyharz, dessen Polymerisation nach dem Emulgieren durch eine schnelle Erwärmung so vorgenommen wird, daß die Ausscheidung und die Verwachsung der Quecksilberkügelchen verhindert wird. Die Sonde kann so bei Raumtemperatur aufbewahrt werden, da die verflüssigten Quecksilberkörner in dem Benutzungskryostaten wieder erstarren und wieder in den supraleitenden Zustand zurückkehren.

Ganz allgemein gestattet das obige Verfahren zur Dispersion von Körnern in dem Dielektrikum, Sonden zu erhalten, welche einen starken Anteil von Körnern (bis zu 50 Volumenprozenten) enthalten und somit ein ausgezeichnetes räumliches Auflösungsvermögen haben, wenn die Körner fein sind. Infolge der Art der weiter unten beschriebenen Ableseverfahren ist es ohne Bedeutung, daß zwei benachbarte Körner miteinander in Berührung stehen. Wesentlich ist, Anhäufungen von Körnern und Lücken zu verhindern.

Fig. 2 zeigt, wie bereits ausgeführt, ein allgemeines Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Feststellung von Strahlungen. Die Sonde 21 mit supraleitenden Körnern, für welche weiter unten Ausführungsbeispiele angegeben sind, ist in dem inneren Mantel

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221 des Heliumkryostaten 22 in geringer Entfernung von dem Boden des Mantels angeordnet, so daß sie durch eine dünne Heliumschicht gekühlt wird, welche sich durch Konvektion erneuert. Die Spule 23, welche die Sonde 21 dem Überhitzungsfeld unterwerfen soll, ist um die Sonde herum in den Schutzraum eingetaucht, welcher von dem flüssigen Stickstoff enthaltenden Mantel 222 "begrenzt wird. Die zu beobachtende Quelle von Gammastrahlen, z.B. ein biologisches Präparat, in welches man eine lösung eines radioaktiven Körpers eingespritzt hat, ist unter dem Kryostaten angeordnet. Die Strahlung tritt durch einen gegen den Boden des Kryostaten gelegten, eine Diffusion verhindernden Kollimator 24 bekannter Bauart, z.B. in Honigwabenform. Dieser Boden wird durch ein für die Strahlungen durchlässiges Material gebildet, z.B. ein leichtes Metall, Aluminium, Beryllium usw. , oder durch ein geschichtetes Material aus einem Polymer und Glasfasern. Die Ablesevorrichtung 25, für welche weiter unten Ausführungsbeispiele angegeben sind, ist ebenfalls in den Kryostaten eingetaucht. Sie hat zur Aufgabe, elektrische Signale zur Peststellung der Zustandsänderung der supraleitenden Körner der Sonde 21 unter der vereinten Wirkung des durch die Spule 23 erzeugten Überhitzungsfeldes und der Aussendung von Photoelektronen zu liefern, welche durch die Energieverluste der Photonen der Strahlung bei dem Zusammenprall mit den Körnern erzeugt wird. Die Signale der Ableseschaltung 25 werden durch die Stufe 26 verstärkt und gegebenenfalls durch einen Analog-Digital-Wandler 27 behandelt, um durch einen Apparat 28 angezeigt oder gespeichert zu werden. Der die Feldspule 23 durchfließende Gleichstrom wird durch eine Speisung 29 geliefert. Diese enthält durch einen Regelwiderstand 221 symbolisch dargestellte Steuerorgane zur Regelung der Stärke des Überhitzungsfeldes. Der Wandler 27 enthält einen nicht dargestellten Taktgeber, welcher zur Bildung der Unterbrechungssignale benutzt werden kann, welche durch eine Verbindung 271 einem Steuereingang der Speisung 29 zugeführt werden und auf jeden Meßvorgang folgen. Diese Signale unterbrechen zeitweilig den Speisestrom der.Spule 23, um die Körner der Sonde 21 in den supraleitenden Zustand vor der nächsten Messung zu bringen. Die Empfindlichkeit der Sonde ist umso besser, je durchlässiger die sie von der Strahlenquelle trennenden Wände für diese Strahlung sind. Bei gewissen Anwendungen ist es möglich, das in den Kryostaten eingetauchte Prä-

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parat gegen die Oberfläche der Sonde zu legen.

Nachstehend sind die Ableseschaltungen der Vorrichtung zur Feststellung von Strahlungen beschrieben. Grundsätzlich können zahlreiche lösungen in Betracht gezogen werden, da es sich um die Messung einer an den Zustand der Körner gebundenen Eigenschaft handelt, wie der spezifische Widerstand, die spezifische Wärme, die Wärmeleitfähigkeit, die akustische Impedanz usw. Gewisse dieser Eigenschaften eignen sich jedoch schlecht für örtliche Messungen durch einfache Mittel. Andere, wie der spezifische Widerstand, können nur durch eine unmittelbare Verbindung mit der Sonde bestimmt werden. Die magnetischen Eigenschaften dagegen können durch einfache Mittel gemessen werden und erfordern keine unmittelbare Berührung. Pig. 3 und 4 betreffen diese Möglichkeit ausnutzende Schaltungen. Die Kryostate sind nur durch ihre gestrichelten Außenwände dargestellt. Die Apparate zur Speicherung oder Anzeige sind fortgelassen. Es ist angenommen, daß die Sonde nur ein einziges Korn enthält, wie aber weiter unten ausgeführt, können die gleichen Meßprinzipien mit Oberflächensonden benutzt werden, welche eine größere Zahl von Körnern enthalten. In den beiden Schaltungen ist der benutzte Meßparameter die Selbstinduktion einer Detektorspule, deren Kern durch das Sondenkorn gebildet wird.

In Fig. 3 ist das Sondenkorn 31» welches in den

Kryostaten 32 eingetaucht ist und sich in dem von der Spule 33 ausgestrahlten Überhitzungsfeld befindet, von einer Ableseinduktionsspule 351 umgeben. Diese bildet ein Element eines Schwingkreises, welcher außerdem einen Kondensator 352 und einen Widerstand 353 enthält, und dessen Schwingungen mittels einer polarisierten Diode 354 über eine Speisung 355 aufrechterhalten werden, deren Spannungsregelorgan symbolisch durch ein Potentiometer 356 dargestellt ist. Der von dem Schwingkreis gelieferte Strom beaufschlagt den Verstärker 36 über einen Entkopplungskondensator 37. Der Ausgang des Verstärkers ist mit nicht dargestellten Apparaten zur Messung oder zur Behandlung von Daten verbunden, z.B. einem Frequenzmesser. Da die Frequenz des Schwingkreises eine Funktion des Selbstinduktionskoeffizienten der Spule 31 ist, wird sie durch das Eindringen des Flus- · ses in den durch das Korn 31 gebildeten Kern beeinflußt. Der gesamte Schwingkreis ist in den Kryostaten eingetaucht. Eine einfache Rechnung zeigt, daß die durch das Eindringen des Flusses bewirkte

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Frequenzänderung des Schwingkreises umso größer ist, je kleiner der Abstand zwischen dem Korn 31 und der Spule 351 ist.

Man kann übrigens auch die Schaltung der Pig. 3 als Flußmesser benutzen. Wenn 0 der induzierte Fluß, d der Durchmesser des Sondenkorns 31, D der Durchmesser der Induktionsspule 351 und H- die Stärke des durch die Spule 33 angelegten Feldes ist, kann man nachweisen, daß die Änderung Δ 0 des Flusses etwa folgende ist:

Δ 0 = (d/D) (πd² H/4) (1)

worin d/D ein dimensionsloser Koeffizient ist, welcher den Empfindlichkeitsverlust infolge des entmagnetisierenden Feldes des Korns

"3 ausdrückt. Man sieht so, daß die Stärke des Signals zu d umgekehrt proportional ist. Die Verwendung dieses Verfahrens ist also nicht geeignet, wenn das Korn sehr klein ist.

Fig. 4 zeigt eine andere Detektorvorrichtung, welche die Vornahme einer dynamischen Messung des Eindringens des Flusses gestattet. Die mit den Bauteilen der Fig. 3 identischen Bauteile tragen die gleichen Bezugszeichen. Die Detektorspule 351 ist mit der Primärwicklung eines Transformators 41 zur Impedanzerhöhung verbunden, dessen Sekundärwicklung die Eingänge eines Differentialverstärkers 42 mit kapazitiver Gegenkopplung beaufschlagt. Die Gegenkopplungsschleife ist symbolisch durch einen Kondensator 43 dargestellt. Bekanntlich ist, wenn das Sondenkorn 31 in den normalen Zustand kippt, die Dauer der Ausbildung des Flusses in dem Korn:

At ' =■# π d²/4 (2)

und die größte in der Detektorspule induzierte Spannung ist: e = Δ 0 / Δ t = (d/D) (H/er*) (3)

Wie man sieht, ist das induzierte Signal zu dem Durchmesser des Korns proportional. Der Verstärker 42 erfüllt die Aufgabe eines schnell ansprechenden ballistischen Galvanometers. Wenn er z.B. als Oszillograph geschaltet ist, macht sich das Eindringen des Flusses in das Korn durch ein Signal in Form einer Spitze bemerkbar.

Die Rechnung zeigt, daß, wenn der mittlere Durchmesser

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der Windung der Spule 351 30 Mikron beträgt, die induzierte Spannung 10 Mikrovolt für einen Korndurchmesser von 10 Mikron und 1 Mikrovolt für einen Korndurchmesser von 1 Mikron beträgt.

Die Benutzung einer Schaltung der in Fig. 4 dargestellten Art ermöglicht daher bei zweckmäßiger Wahl ihrer Bauteile, ein Signal zu erhalten, welches mit Körnern sehr kleinen Durchmessers feststellbar ist,und dessen Wert mit den logischen Schaltungen verträglich ist, welche bereits für die Datenbehandlung von Strahlungsdetektoren bekannter Art benutzt wurden, wie z.B. Gitterkammern. Eine derartige mit einem isolierten Korn benutzte Schaltung bietet den Vorteil, die Analyse des Anstiegs des Sondensignals zu ermöglichen. Man verfügt so über ein Modell, welches die Berechnung der Kenngrößen von Oberflächensonden gestattet, für welche weiter unten Ausführungsformen beschrieben sind.

Es ist übrigens möglich, eine Sonde mit einem einzigen Korn zur Analyse eines Strahlungsflusses zu benutzen, z.B. dem von einem biologischen Präparat ausgesandten, indem man der Sonde oder dem Präparat eine Abtastbewegung erteilt. Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung, bei welcher die Bewegung dem Präparat erteilt wird. Dieses wird von einem Tisch 45 getragen, welcher in zwei zueinander senkrechten Richtungen durch durch Verstärker 47 gesteuerte Schrittschaltwerke 46 angetrieben wird. Diese werden durch Signale betätigt, welche in einer Steuerlogik 48 gebildet werden, welche einen nicht dargestellten Taktgeber enthält, welcher während eines jeden Be fehle signals zur Verschiebung ein Uht erb rechungs signal aussendet, welches die Unterbrechung des Speisestroms der Spule 33 durch die Speisung 39 vornimmt . Die Sonde kippt zwischen aufeinanderfolgenden Messungen in den supraleitenden Zustand. Der als ballistisches Galvanometer arbeitende Verstärker 42 kehrt nach jeder Messung in die Nullstellung zurück und ist von neuem betriebsbereit.

Fig. 5 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche eine Oberflächensonde benutzt. Die mit bereits in Fig. 3 und 4 dargestellten Bauteilen identischen Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Sonde 52 wird, wie bereits ausgeführt, durch eine Dispersion von Körnern eines supraleitenden Materials in einer Platte aus Epoxyharz gebildet. Das Ableseorgan 51 ist ein magnetisch-optischer

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Wandler bekannter Art mit Lichtmodulatoren mit Kerr-Zellen oder Pöckels-Zellen oder auch nematischen Kristallen. Es wird durch eine Schaltung 53 gespeist. Die Eingangsfläche ist an der Oberflächensonde 52 befestigt. Das Bild kann durch die entgegengesetzte Fläche innerhalb des gleichen Kryostaten 32 beobachtet werden.

Wachstehend sind erfindungsgemäße Oberflächensonden beschrieben, in welche Stromkreise mit Selbstinduktion eingebaut sind, welche gestatten, örtliche Ablesungen gemäß den bereits unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 beschriebenen Verfahren vorzunehmen.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer linearen Sonde, mittels welcher man durch itfebeneinanderlagerung von gleichen Elementen eine Oberflächensonde bilden kann. Sie wird durch einen zylindrischen Abschnitt 61 kleinen Durchmessers gebildet, welcher durch Ausdrücken von mit den Körnern beladenem Epoxyharz hergestellt wird. Die Körner sind nicht dargestellt. Um diesen Abschnitt herum ist ein Leiter 62 gewickelt, welcher einander berührende Windungen haben kann, wenn er isoliert ist, von welchem eine gewisse Zahl von Selbst induktions anzapfungen 63 abgenommen werden kann, an welche Schaltungen zur Speisung, zur Auffindung und zur Datenbehandlung angeschlossen werden können, welche nicht dargestellt sind, deren Ausbildung aber der der entsprechenden Schaltungen der Fig. 3 oder 4 entspricht, und deren Verwirklichung somit dem Fachmann geläufig ist. Es ist so möglich, während einer Messung die eine jede Selbstinduktionsspule betreffenden Daten zu registrieren oder sichtbar zu machen. Die Selbstinduktionsabschnitte der nebeneinanderliegenden Elemente begrenzen so Meßbereiche, welchen sehr geringe Abmessungen gegeben werden können. Der Nachteil dieses Sondentyps besteht darin, daß er grundsätzlich ebensoviele Ablesekreise wie Meßbereiche erfordert. Es seien jetzt Fig. 7a, welche eine Oberflächensonde mit matrizenarbig angeordneten Ableseleitern und die zugeordneten Stromkreise zeigt, sowie Fig. 7b, welche ein Querschnitt der Sonde längs -der linie VII-YII der Fig. 7a ist, betrachtet. Die Matrizenanordnung ermöglicht, die Zahl der Verb indungen und der Ablesekreise beträchtlich zu verringern.

Die Sonde 71 wird durch eine dünne Platte 711 aus " Epoxyharz gebildet, in welcher gleichmäßig Sondenkörner dispergiert sind. Die Unterseite der Platte (siehe Fig. 7b) ist mit einer metallischen Auflage oder Folie 112 Überzogen, welche einen Körper-

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Schluß- oder Rückschlußleiter bildet. Die Oberseite ist mit einer gewissen Zahl von parallelen metallischen Streifen 7132 überzogen, bei welchen jedes Ende mit der Körperschlußebene 712 durch einen Leiter 714x verbunden ist.

Die Streifen 713x sind mit einer Isolierschicht 716 z.B. aus einem Epoxylack überzogen, welcher sie von anderen Streifen 713z trennt, welche zu ihnen senkrecht liegen, und bei welchen ein Ende mit der Körperschlußebene 712 durch einen Leiter 714v_ verbunden ist.

Die Streifen 713x und 21 sind außerdem mit ihren nicht mit der Ebene 712 verbundenen Enden mit einem Ausgang (z.B. dem Ausgang "minus") einer nicht dargestellten frleichstromspeisung mit Hilfe von Leitern 715 x und v_ verbunden. Die Körperschlußebene 712 ist ihrerseits mit dem Ausgang entgegengesetzten Zeichens des gleichen Speisekreises verbunden.

Jeder leitende Streifen 713 x oder v_ bildet mit der Körperschlußebene 712 eine Schleife, deren durch den Übergang eines irgendwo in dieser Schleife angeordneten Bereichs von supraleitenden Körnern hervorgerufene Selbstinduktionsänderung festgestellt werden kann. Die Lage, oder anders ausgedrückt die Adresse, eines beliebigen, unter der Wirkung der Strahlung übergehenden Bereichs von supraleitenden Körnern kann daher durch die Lage der beiden zueinander senkrechten Schleifen bestimmt werden, deren Selbstinduktionskoeffizient gleichzeitig beeinflußt wird, vorausgesetzt natürlich, daß die Ablese- und Behandlungskreise schnell genug ansprechen, um jede Verwechslung zu vermeiden.

Zur Erleichterung des Verständnisses der Pig. 7a und 7b ist die Zahl der Streifen 713x und 21 willkürlich verringert und ihre Breite vergrößert. In Wirklichkeit kann natürlich die Breite der Streifen sehr klein sein (einige Zehner Mikron), während ihre Zahl groß sein kann (z.B. etwa hundert Streifen χ und etwa hundert Streifen χ). Diese Streifen können auf beliebige bekannte Weise hergestellt werden, wie Aufkleben eines Metallbandes, Aufbringen im Vakuum mit Abdeckung, usw. Sie können übrigens durch gekreuzte zylindrische Leiter ersetzt werden. Der Aufbau der Sonde kann außerdem auf beliebige andere Weise als die in Pig. 7b dargestellte verwirklicht werden. Man kann sie z.B. durch eine gekreuzte Anordnung von isolierten Drähten bilden_? welche auf eine Unterlage aufgeklebt

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_λΛ 0665 76 B

und mit einem mit Körnern aus einem supraleitenden Werkstoff beladenen Epoxylack überzogen sind. Die Körperschluß- oder Rückschlußebene 712 kann ihrerseits durch gekreuzte Streifen oder Drähte ersetzt werden, deren jeder eine Schleife mit dem ihm gegenüberliegenden Leiter 713x oder χ bildet.

Der Kryostat, in welchen die Sonde eingetaucht

ist, ist nicht dargestellt. Die die Sonde in dem Kryostaten umgebende Feldspule ist symbolisch durch die in Fig. 7a neben der Sonde angeordnete Spule 72 dargestellt.

Die Schaltungen zur Auswertung der Schleifensignale und zur Datenbehandlung brauchen nicht im einzelnen beschrieben zu werden, da ihre Ausführung dem Fachmann ohne weiteres möglich ist, wenn man ihm ihre Funktionen definiert hat. Beispielshalber sind jedoch dargestellt:

- eine jeder Schleife zugeordnete Ableseschaltung 715 x oder v_, welche wie die in Fig. 4 oder Fig. 5 dargestellte ausgebildet ist;

- eine Schaltung 73 zur Datenbehandlung, deren

Eingänge hinter den Schaltungen 715 liegen, und welche in zwei, den Schleifen χ bzw. v. zugeordnete Gruppen aufgeteilt sind. Jede Eingangsgruppe weist einen Analog-Digital-Wandler mit einem nachgeschalteten digitalen Parallel-Reihenwandler auf;

- ein durch einen Oszillographen 74 gebildetes Anzeigeorgan;

- ein analoges UHD-Glied 75» welches dem Oszillographen 74 Lichtblitzsignale liefert und seinerseits von den Ausgängen χ und ε der Schaltung 73 gesteuert wird;

- die Speisung 76 der Feldspule 72;

- eine logische Steuerschaltung 77, welche die Abtastung der Schleifen der Sonde durch die Schaltung 73, die Lieferung der von dieser Schaltung gespeicherten Ausgangssignale, die Steuerung der Abtastung des Oszillographen 74 durch eine Steuerschaltung 78 und die Unterbrechung des Arbeitens der Speisung 76 zur Unterbrechung des von der Spule 72 gelieferten Überhitzungsfeldes auslöst, um die Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft der Sonde 71 zwischen zwei Meßfolgen zu ermöglichen, d.h. die. Rückkehr aller Körner der Sonde in den supraleitenden Zustand.

Fig. 8 zeigt, wie bereits angegeben, einen Apparat 709823/0913

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zur Abtastung (scanning) durch Röntgenstrahlen mit einer erfindungsgemäßen Sonde, welche durch eine gewisse Zahl von im Überhitzungszustand befindlichen und in einem Dielektrikum angeordneten supraleitenden Körnern gebildet wird.

Die zu beobachtende Probe 81 ist zwischen der ein zylindrisches Bündel kleinen Querschnitts liefernden Röntgenröhre 82 und der in den Kryostaten 85 eingetauchten Sonde 83 angeordnet. Die Sonde 83 ist in die Ihrerseits von der Feldspule 832 umgebene Detektorspule 831 eingeschaltet. Der in der Spule 831 erzeugte Strom i ist zu der Zahl der Körner der Sonde 83 proportional, welche unter der Wirkung der einfallenden Strahlung in den normalen Zustand kippen.

Die Probe 81 ist an einem Halter 84 befestigt,

welchem mittels einer Vorrichtung 841 mit Schrittschaltmotoren eine Translationsbewegung in einer zu dem Bündel senkrechten Richtung X und eine Drehbewegung Y um die Achse X erteilt werden kann. Stellungsfühler 842 geben der linearen Stellung X bzw. der Winkelstellung Y des Halters 84 entsprechende Signale χ und v_.

Ein die Signale 1, χ und y_ empfangender Mikrorechner 86 steuert ein Druckwerk und einen Zeichentisch, welche nicht dargestellt sind, um die Werte dieser Signale zu registrieren und die entsprechende Absorptionskarte zu zeichnen.

Eine ebenfalls durch den Rechner 86 gesteuerte

Schaltung 87 ermöglicht die Unterbrechung der Speisung der Feldspule 832 während der Verstellungen des Halters 84 zwischen den Meßstellungen, um die Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft der Sonde 83 sicherzustellen. Dieser können Abmessungen gegeben werden, welche erheblich kleiner als die der Strahlungssonden von "scanners" bekannterArt sind, und sie kann ohne Sättigung erheblich stärkere Flüsse aushalten, d.h. man kann schneller besser definierte Bilder erhalten.

Fig. 9 zeigt einen Apparat für Sendegammgraphie

durch Tomographie, welcher ebenfalls eine erfindungsgemäße Sonde benutzt. Die ein radioaktives Element mit G-ammaemission enthaltende Probe 91 bildet die Strahlenquelle. Die Sonde 93, welche in die Detektorspule 931 eingeschaltet und dem Feld der Feldspule 932 in dem Kryostaten 95 ausgesetzt ist, hat einen ähnlichen Aufbau wie die Sonde 83 der Fig. 8, ihre Abmessungen sind jedoch groß genug, um

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das durch den Kollimator 92 bekannter Art "begrenzte l\Futzstrahlungsfeld zu überdecken. Die Verschiebungen des Halters 94 sind hier Verdrehungen in zwei zueinander senkrechten Ebenen A und B. Diese Verschiebungen erfolgen mittels der Vorrichtung 941 mit Schrittschaltwerken und werden von dem Stellungsfühler 942 gemessen, welcher den Verdrehungen in den Ebenen A bzw. B entsprechende Signale a bzw. b_ liefert. Ebenso wie in dem Apparat der Pig. 8 wertet ein Mikrorechner 96 die Signale a und b und das Signal i der Spule 932 aus, um nicht dargestellte Vorrichtungen zur Anzeige der Daten sowie die Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft der Sonde zu steuern.

Gegenüber den bekannten Apparaten des Typs "Auger" besitzt die Vorrichtung der Pig. 9 den Vorteil, daß sie nicht nur Messungen unter erheblich stärkeren Flüssen ergeben kann, sondern auch eine vollständigere Ausscheidung der Diffussionsunschärfe ermöglicht. Man kann nämlich durch die ¥ahl der Ausbildung und der Abmessungen der supraleitenden Körner der Sonde 93 sowie der Stärke des Feldes der Spule 932 die Kippschwelle der Körner so einstellen, daß diese für die diffundierte Strahlung unempfindlich werden.

Fig. 10a, 10b und 10£ zeigen schematisch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie als Sondenelemente freie Körner verwendet, deren Stellung mittels einer optischen Vorrichtung festgestellt wird, und welche durch die Schwerkraft zurückgezogen werden, wenn sie nicht mehr der magnetischen levitation ausgesetzt sind. Fig. 10a ist ein Axialschnitt der Gesamtanordnung, Fig. 10b ist ein teilweiser Axialsehnitt in größerem Maßstab, und Fig. 10p_ ist ein Diametralschnitt längs der Schnittebene X-X der Fig. 10b.

Eine Kapsel 21a ist in den inneren Mantel 221a

des Heliumkryostaten 22a in geringer Entfernung von dem Boden des Mantels eingetaucht, so daß sie durch eine dünne flüssige Heliumschicht gekühlt wird, welche sich durch Konvektion erneuert. Der äußere Mantel 222a begrenzt einen mit flüssigem Stickstoff gefüllten Schutzraum. Die Kapsel 21a weist ein Gehäuse 211a aus einem unmägnetischen Material auf, wie Glas oder Austenitstahl, welches durch eine Stanhopelupe 212a abgeschlossen ist. Der Innenraum des Gehäuses 211a ist in lotrechte Kanäle 213a durch Kapillarrohre aus Glas oder Wände in Honigwabenform aus Austenitstahl unterteilt. In jedem Kanal ist wenigstens ein Korn 214a aus einem supraleitenden

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ty

Werkstoff erster Art untergebracht, z.B. aus Quecksilber, Zinn, Indium, einer Legierung aus Indium und Wismut, aus Blei oder aus Thallium.

Der äußere Mantel 222a ist von zwei Paaren von ringförmigen Spulen 23a und 24a umgeben, welche mit Gleichstrom gespeist werden, um ein Magnetfeld mit Feldgradienten in dem von ihnen begrenzten Raum zu erzeugen. Die Spulen 23a sind Helmholtz-Spulen mit einem solchen Stromsinn, daß ein homogenes, zu dem unteren Teil des Kryostaten gerichtetes Feld erzeugt wird. Die Spulen 24a sind Gegenhelmholtzspulen, in welchen der Strom so fließt, daß ein nach oben gerichteter Feldgradient erzeugt wird. Die Werte des Feldes und des Feldgradienten werden entsprechend der für die Detektorvorrichtung gewünschten Empfindlichkeit bestimmt, d.h. durch die Strahlungsenergieschwelle, auf welche sie ansprechen soll. Die Spulen brauchen nicht unbedingt den Mantel des Kryostaten zu umgeben. Sie können sehr gut innerhalb desselben oder sogar in dem Schutzraum angeordnet werden.

Wenn die Kapsel 21a in den Kryostaten eingetaucht und den durch die Spulen 23a und 24a erzeugten Feldern ausgesetzt ist, befinden sich alle Körner in dem metastabilen supraleitenden Zustand und verhalten sich infolge der Wirkung der Abschirmung des Feldes (Meißner-Effekt) wie nach dem oberen Teil der Kapsel getriebene magnetische Blasen. Es sind Kanäle 213a erforderlich, um die Körner zu verhindern, auseinanderzustreben und den Rändern der Kapsel zuzustreben.

Bekanntlich ergibt eine Stanhopelupe der bei 212a dargestellten Art nur ein von einem Beobachter im Unendlichen gesehenes scharfes Bild von an ihrer ebenen Fläche anliegenden Gegenständen, wobei sie außerdem die umgebende Lichtstrahlung auf diese Gegenstände konzentriert. Die der Levitation unterworfenen Körner erscheinen also als ebensoviele glänzende scharfe Flecke. Die Körner dagegen, welche unter der Wirkung der.Strahlung (welche in Fig. 10a, 10b_, 10c_ durch die untere Seite des Kryostaten ankommt) übergegangen sind, kommen von der Levitation frei und gehen in den unteren Teil der Kanäle 213a abwärts. Sie erscheinen nicht mehr in dem Feld der Lupe 212a, und ihre Bilder gehen in dem optischen Grund unter. Die unmittelbare Betrachtung durch die Lupe 212a zeigt daher in dem von der Sonde abgefangenen Strahlenbündelab-

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schnitt die Verteilung der Elementarstrahlen, deren Energie grosser als ein bestimmter Schwellenwert ist. Dieser Schwellenwert kann eingestellt werden, z.B. durch V/ahl der Größe der Körner, um die Wirkung der Strahlungen auszuschalten, welche in dem Körper diffundiert sind, dessen Bild man herzustellen wünscht.

Wenn man zwischen das Strahlenbündel und die

Sonde einen für die Strahlung undurchsichtigen Schirm bringt und den Strom der Spulen 23a unterbricht, um das Überhitzungsfeld aufzuheben, werden alle Körner wieder supraleitend, legen sich gegen die Lupe 212a, und die Sonde ist für eine neue Untersuchung betriebsbereit. Durch Wiederholung mehrerer Messungen an einem Strahlenbündel mit verschiedenen Werten des Überhitzungsfeldes kann man eine Karte der Verteilung der Strahlungsenergien nach Klassen der Energiewerte aufstellen.

Das durch die Lupe 212a gesehene Bild kann natürlich angezeigt oder registriert werden. Pig. 10a zeigt ein Beispiel einer Apparatur zur Anzeige durch Fernsehen. Das Objektiv 251a der Kamera 25a ist von einer kreisförmigen Lichtröhre 252a mit diffusem Licht umgeben. Die Kamera 25a ist mit einem Fernsehempfänger 26a verbunden, welcher die Registrierung durch Thotagraphleren des Schirms oder die gleichzeitige Beobachtung durch mehrere Beobachter gestattet. Dieses Fernsehsystem kann übrigens einfach durch einen Photoapparat ersetzt werden.

Die obige Detektorvorrichtung hat einen geringen

Platzbedarf und kann einfach und billig hergestellt werden. Sie hat ein sehr gutes Auflösungsvermögen, da man im Handel Kapillarrohre mit einem Durchmesser von einigen zehn Mikron findet, mit welchen sehr feine Kanäle 213a gebildet werden können. Da es möglich ist, Körner mit einem Durchmesser von einigen Mikron auszuwählen, können mehrere Körner in jedem Kanal untergebracht werden. Die Vorrichtung der Fig. 10a, 10b, 10c_ ist jedoch nur geeignet, wenn sie die Strahlung durch ihre Unterseite empfängt, da die Bückholkraft der Körner die Schwerkraft ist. Die Vorrichtung der Fig. 11 weist diesen Nachteil nicht auf. Außerdem enthält sie als Sondenelemente Stäbchen mit dispergierten Körnern. Die Feststellung der Lage erfolgt durch elektrische Mittel. Alle diese Maßnahmen sind übrigens mit den in Fig. 10a, 10b und 10£ dargestellten austauschbar.

Bei der Vorrichtung der Fig. 11 erfolgt die ßück-709823/0913

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holung nicht mehr durch die Schwerkraft, sondern durch den Umlauf eines kryogenen Strömungsmittels, welches z.B. flüssiges oder gasförmiges Helium ist. Die Richtung der Strahlung ist daher ohne Bedeutung. Der Kryostat 51a von allgemein zylindrischer Form mit waagerechter Achse besitzt einen inneren Mantel 311a und einen äußeren Mantel 312a. Die beiden Mantel begrenzen einen mit flüssigem Stickstoff gefüllten Schutzraum. Das Überhitzungsfeld wird durch die in dem Schutzraum untergebrachten Helmholtz-Spulen 32 und Gegen-Helmholtz-Spulen 33a erzeugt. Ein zylindrischer Hantel 34a aus einem unmagnetischen Werkstoff, welcher metallisch sein kann, ist gleichachsig in dem Mantel 311a angeordnet und bildet mit diesem einen ringförmigen Durchlaß. Er ist auf der Seite des offenen Endes des Kryostaten an einen Stutzen 341a angeschlossen, während der Mantel 311a an einem Stutzen 313a angeschlossen ist. Der Mantel 34a endigt in geringer Entfernung von dem Boden 214a des Kryostaten. Die Stutzen 313a und 341a sind an eine nicht dargestellte kryogene Heliumpumpanlage angeschlossen. Der Mantel 34a enthält Stäbchen 35a aus mit Körnern aus einem supraleitenden Werkstoff beladenem Araldit, welche gedrängt mit einem Spiel angeordnet Bind, welches ihr gegenseitiges Gleiten gestattet. In dem in Fig. 11 dargestellten Pail strömt das Helium in der Richtung der Pfeile, so daß es die Stäbchen 35a von dem Boden 314a zu entfernen sucht. Die Spulen 32a und 33a werden dagegen so gespeist, daß der Feldgradient die Stäbchen gegen den Boden 314a zurückführt, wenn sich das Material der Körner in dem supraleitenden Zustand befindet. Die z.B. aus halogeniertem Polykarbid (Teflon oder dgl.) bestehenden Anschläge 36a verhindern jedoch die Stäbchen 35a,gegen den Boden 314a zu stoßen, so daß das Helium in dem Zwischenraum zwischen den Stäbchen und dem Boden und in den Zwischenräumen zwischen den Stäbchen strömen kann, wodurch die Kühlung bei beliebiger Stellung der Stäbchen sichergestellt ist.

Die Vorrichtung der Fig. 11 kann mit (z.B. induktiven oder kapazitiven) elektrischen Stellungsdetektoren 37a versehen werden, oder mit einem optischen Detektorsystem wie in Fig. 10a, 10b und 10c. In diesem Fall genügt es, das dem Boden des Kryostaten zugewandte Ende der Stäbchen mit einem Überzug zu versehen, welcher reflektierend ist oder eine hohe Albedo besitzt. Ferner ist zu bemerken, daß die Vorrichtung umkehrbar ist. Wenn man den Sinn

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der Speiseströme der Feldspulen 32a "und 33a und den Sinn der Strömung des Strömungsmittels "umkehrt, wird der Sinn der Verschiebung der Stabehen unter der Wirkung der Strahlung umgekehrt.

Ganz allgemein kann die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Sonden, welche durch eine gewisse Zahl von in einem dielektrischen Bindemittel dispergierten supraleitenden Körnern gebildet werden, durch Einarbeitung von schweren Elementen in einfacher chemischer Form oder in dem Bindemittel kombiniert erhöht werden, um die Fähigkeit des Abhaltens der Strahlung und somit die Wahrscheinlichice it der Aussendung von das Kippen erzeugenden Photoelektronen zu vergrößern.

Die Füllung aus einem schweren Element wird zweckmässig durch kleine Körner mit einem Durchmesser von höchstens einem Mikron eines Elements mit einer über 70 liegenden Atomzahl gebildet, z.B. Uran, Wismut, Blei, Thallium usw. Dieses Element kann in Form einer Verbindung, z.B. eines Oxyds, eines Halogenide, eines Karbids, eines Nitrids usw. eingearbeitet werden.

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Claims (28)

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1. Verfahren zur Feststellung von elektromagnetischen oder korpuskularen Strahlungen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Peststellung eines Photons oder eines Strahlungsteilchens die Erscheinung des Übergangs eines homogenen Korns eines supraleitenden Werkstoffs erster Art aus dem metastabilen supraleitenden Zustand

zu dem normalen Zustand unter der Wirkung eines durch den

Aufprall des Photons oder des Teilchens auf das Korn ausgetriebenen Photoelektrons ausgenutzt wird.

2. Vorrichtung zur Peststellung von elektromagnetischen oder korpuskularen Strahlungen, insbesondere für die Sendegammagraphie, mit einem Strahlungsempfänger und Mitteln zur Peststellung der von dem Empfänger gelieferten Strahlungsempfangssignale dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger eine Strahlungssonde, welche durch wenigstens ein homogenes Korn aus einem supraleitenden Werkstoff erster Art gebildet wird, einen Kryostaten zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Werkstoffs unter dem kritischen Wert und Mittel aufweist, welche in der von der Sonde eingenommenen Raumzone ein Magnetfeld mit einem bestimmten Wert erzeugen, um den Werkstoff bei Pehlen einer Strahlung in dem metastabilen supraleitenden Zustand zu halten, und daß die Peststellungsmittel wenigstens ein Organ oder eine Schaltung zur Messung einer Größe oder einer Änderung einer Größe aufweisen, welche an den Zustand des Werkstoffs gebunden sind, um den übergang des Werkstoffs von dem metastabilen supraleitenden Zustand zu dem normalen Zustand unter der Wirkung eines durch den Aufprall eines Teilchens oder eines Strahlungsphotons auf den Werkstoff erzeugten Photoelektrons festzustellen.

3. Detektorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde durch ein einziges Korn gebildet wird.

4. Detektorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde durch eine homogene Dispersion von Körnern in einem Element eines bei der durch den Kryostaten festgelegten Temperatur festen dielektrischen Werkstoffs gebildet wird.

5. Detektorvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Werkstoff ein Epoxyharz ist.

6. Detektorvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Element ein Zylinderabschnitt ist.

7. Detektorvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, da-

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durch gekennzeichnet, daß das Element eine Platte ist.

8. Detektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß der supraleitende Werkstoff Queck-Silber, Zinn oderAegierung von Indium und Wismut ist.

9. Detektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Werkstoff eine Füllung aus einem Element mit einer über 70 liegenden Atomzahl enthält.

10. üetektorvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das schwere Element in Form von Körnern mit einer Abmessung von höchstens 1 Mikron vorhanden ist.

11. Detektorvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das schwere Element in Form einer chemischen Verbindung vorhanden ist.

12. Detektorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung wenigstens eine Spule mit wenigstens einer wenigstens ein Korn aus einem supraleitenden Werkstoff umgebenden Windung und Mittel aufweist, welche die an den Übergang des supraleitenden Werkstoffs gebundene Änderung des Selbstinduktionskoeffizienten der Spule bei dem Eindringen des Magnetflusses feststellen.

13. Detektorvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung eine Resonanzschaltung ist, deren Selbstinduktionselement die Spule ist, wobei die Schaltung Mittel zur Feststellung der Änderung der .Resonanzfrequenz der Schaltung aufweist.

14. Detektorvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung außerdem einen die Impedanz erhöhenden Transformator, dessen Primärwicklung an die Klemmen der Spule angeschlossen ist, und einen Differentialverstärker mit kapazitiver Gegenkopplung aufweist, dessen Eingänge mit der Sekundärwicklung des Transformators verbunden sind, und dessen Ausgang ein Spannungssignal liefert, dessen Amplitude zu der in der Spule bei der Zustandsänderung des Werkstoffs induzierten Spannung proportional ist.

15. Detektorvorrichtung nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde ein mit Induktionsschleifen bedecktes ebenes Element aufweist, wobei außerdem Mittel vorhanden sind, welche die

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.3.

von den Schleifen gelieferten Indukt ions signale in numerische Signale umwandeln, um die Signale mit Adressen zu speichern, welche den Stellen der Schleifen in ihren diesbezüglichen Netzen entsprechen, und um gleichzeitig einem Organ zur Aufzeichnung, Anzeige oder Registrierung die Adressen der Schleifen eines jeden ITetzes zu liefern, welches gleichzeitig ein Induktionssignal geliefert hat.

16. Detektorvorrichtung nach Anspruch 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ zur Messung einer an den Zustand des Werkstoffs gebundenen Größe ein magnetisch-optischer Wandler ist, dessen Eingangsseite gegen die Seite der Sonde gelegt ist, welche ihrer den Strahlungen ausgesetzten Seite entgegengesetzt ist.

17. Verfahren zum Sortieren der Körner eines supraleitenden Werkstoffs für Strahlungssonden nach einem der Ansprüche 3 bis 11, gekennzeichnet durch einen Sortiervorgang durch magnetische Levitation, welcher darin besteht, die Körner in supraleitendem Zustand einem Magnetfeld mit Feldgradienten auszusetzen, wobei die Extremwerte dieses .Feldes entsprechend der festzustellenden Strahlungsenergie vorausbestimmt werden.

18. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Kryostaten eine Kapsel enthält, welche die zu sortierenden Körner aufnimmt und mit einem Schieber versehen ist, welcher ihr Volumen in zwei lotrecht aneinander angrenzende Räume unterteilt, wobei die Kapsel von Helmholtz-Spulen, welche in ihr ein homogenes Magnetfeld erzeugen, und von Gegen-Helmholtz-Spulen umgeben ist, welche in der Kapsel einen Magnetfeldgradienten erzeugen, welcher lotrecht gerichtet ist und sich dem homogenen Feld überlagert.

19· Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Kryostaten eine lotrechte Leitung enthält, deren oberer Teil oberhalb des Kryostaten durch eine Öffnung mündet, in welche die zu sortierenden Körner geschüttet werden, während ihr unterer Teil unterhalb des Kryostaten mündet, wobei diese Leitung durch eine lotrechte Wand in einen ersten und einen zweiten Kanal unterteilt und so geformt ist, daß der erste Kanal in einer Flucht mit dem oberen Abschnitt liegt, wobei Helmholtz-Spulen in der Leitung ein homogenes Magnetfeld und · Gegen-Helmholtz-Spulen in ihr einen waagerecht gerichteten Feldgradienten erzeugen, so daß die normalen Körner nicht abgelenkt

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werden, während die supraleitenden Körner abgelenkt werden und in den zweiten Kanal fallen.

20. Detektorvorrichtung zur Feststellung von harten elektromagnetischen oder korpuskularen Strahlungen, insbesondere für die Radiographie oder die Sendegammagraphie, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Kryostaten eine gewisse Zahl von Sondenelementen enthält, welche einen Freiheitsgrad für eine Translationsbewegung haben und wenigstens ein homogenes Korn eines supraleitenden Werkstoffs erster Art enthalten, wobei Mittel vorhanden sind, welche in der von den Sondenelementen eingenommenen Raumzone ein Magnetfeld mit einem zu der Translationsrichtung parallelen Feldgradienten erzeugen, welcher einen solchen Wert hat, daß der supraleitende Werkstoff der Körner eines jeden Elements in einem metastabilen supraleitenden Zustand gehalten wird, sowie einen solchen Sinn, daß jedes Element durch die Wirkung der durch das Feld auf die Körner ausgeübten magnetischen Levitation von einer durch eine unmagnetische Rückholkraft bestimmten Rückholstellung entfernt gehalten wird, sowie Mittel, welche die Levitationsstellung eines jeden Elements von der Rückholstellung unterscheiden, welche es einnimmt, wenn der Werkstoff der in ihm enthaltenen Körner unter der Wirkung wenigstens eines Photoelektrons, dessen Emission durch die Strahlung ausgelöst wird, von dem supraleitenden Zustand zu dem normalen Zustand, d.h.- dem nicht supraleitenden Zustand, übergeht.

21. Detektorvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der supraleitende Werkstoff Quecksilber, Zinn, Wismut, eine Legierung aus Indium und Wismut, Blei oder Thallium ist.

22. Detektorvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldgradient so gerichtet ist, daß die Rückholkraft die Schwerkraft ist.

23. Detektorvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholkraft durch die Strömung eines kryogenen. Strömungsmittels erhalten wird.

24. Detektorvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Unterscheidung der Levitationsstellung eines jeden Sondenelements von seiner Rückholstellung ein optisches Element aufweist, welches ein scharfes Bild wenigstens·eines Teils eines Sondenelements in einer der Stellungen und ein unscharfes Bild

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in der anderen Stellung ergibt.

25. Detektorvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Unterscheidung der Levitationsstellung eines jeden Sondenelements von seiner Rückholstellung elektrische Mittel aufweist.

26. Verfahren zum Sortieren der Körner eines supraleitenden Werkstoffs für Sondenelemente zur feststellung von Strahlungen für eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 bis 26, gekennzeichnet durch einen Sortiervorgang durch magnetische Levitation, welcher darin besteht, die Körner in supraleitendem Zustand einem Magnetfeld mit Feldgradienten auszusetzen, wobei die Extremwerte des Feldes entsprechend der festzustellenden Strahlungsenergie vorausbesti.mmt werden.

27. .Detektorvorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Kryostaten eine Kapsel enthält, welche die zu sortierenden Körner aufnimmt und mit einem Schieber versehen ist, welcher ihr Volumen in zwei lotrecht aneinander angrenzende Räume unterteilt, wobei die Kapsel von Helmholtz-Spulen, welche in ihr ein homogenes Magnetfeld erzeugen, und von Gegen-Helmholtz-Spulen umgeben ist, welche in der Kapsel einen magnetischen Feldgradienten erzeugen, welcher lotrecht gerichtet ist und sich dem homogenen Feld überlagert.

28. Detektorvorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Kryostaten eine lotrechte Leitung aus einem unmagnetischen Werkstoff aufweist, deren oberer Abschnitt oberhalb des Kryostaten durch eine Öffnung mündet, in welche die zu sortierenden Körner geschüttet werden, während ihr unterhalb des Kryostaten mündender unterer Abschnitt durch eine lotrechte Wand in einen ersten und einen zweiten Kanal unterteilt wird, wobei die Leitung eine solche Form hat, daß der erste Kanal in einer Flucht mit dem oberen Abschnitt liegt, wobei Helmholtz-Spulen in der Leitung ein homogenes Magnetfeld und Gegen-Helmholtz-Spulen in ihr einen waagerecht gerichteten Feldgradienten erzeugen, so daß die normalen Körner nicht abgelenkt werden und in den ersten Kanal fallen, während die supraleitenden Körner abgelenkt werden und in den zweiten Kanal fallen.

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