DE2814091C2

DE2814091C2 - Detektoranordnung zur energie- und richtungsunabhängigen Messung der Dosis oder Dosisleistung einer ionisierenden Strahlung mit einem Strahlungsdetektor und einem diesen umschließenden Absorptionsfilter

Info

Publication number: DE2814091C2
Application number: DE19782814091
Authority: DE
Inventors: Hans-Dietrich Girle; Theodor 5990 Altena Vogel
Original assignee: Graetz GmbH and Co OHG
Current assignee: Nokia Deutschland GmbH
Priority date: 1978-04-01
Filing date: 1978-04-01
Publication date: 1982-11-04
Also published as: CH639782A5; DE2814091A1; ATA229479A; AT365785B

Description

das sowohl das für die Strahlungsmessung wirksame aktive Volumen des Strahlungsdetektors als auch Teile des Detektors außerhalb dessen aktiven Volumens umgibt, das außerdem entlang der Rohrachse des Detektors in mehrere Filterabschnitte mit einem die Energieabhänfeigkeit des Strahlungsdetektors kompensierenden Absorptionsprofil aufgeteilt ist, bei dem ferner ein das wirksame Volumen des Strahlungsdetektors umgebendes mittleres Filterteil zur Kompensation der spektralen Energieverteilung einer senkrecht zur Rohrachse des Strahlungsdetektors auf die Detektoranordnung einwirkende ionisierende Strahlung bemessen ist,

und bei dem die mittlere Ordnungszahl der außerhalb des aktiven Volumens des Strahlungsdetektors angeordneten äußeren Filtertet-Ie nicht wesentlich von der mittleren Ordnungszahl der Stoffe abweicht, aus denen das mittlere Filterteil gebildet ist.

5. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß das mittlere Filterteil (12) wenigstens eine Lage eng aneinander gereihter Ringe aufweist

6. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit wendeiförmigem Absorptionsfilter, dadurch gekennzeichnet daß das Absorptionsfilter als auf dem Trägerrohr (11) angeordnete Drahtwendel (25) ausgebildet ist deren Windungen (26) im Sereich des mittleren Filterteils (12) eng aneinanderliegen und im Bereich der äußeren Filterteile (13,13') eine nach außen hin zunehmend größer werdende Steigung aufweisen.

7. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet daß das mittlere Filterteil (12) von einem rohrförmigen Mantel (27) aus einem eine ionisierende Strahlung in einem vorgegebenen Maß absorbierenden Material umschlossen ist

8. Detektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Mantel (27) einen Längsschlitz (28) einer vorgegebenen Schlitzbreite (^aufweist

dadurch gekennzeichnet,

a) daß das mittlere Filterteil (12) eine zusätzliche Absorption senkrecht zur Rohrachse (1) des Strahlungsdetektors (2) aufweist deren Betrag so bemessen ist da3 sie einen auf das aktive Volumen (6) des Strahlungsdetektors einwirkenden Anteil (21) der Streustrahlung, die unter der Einwirkung einer senkrecht zur Rohrachse der Detektoranordnung verlaufenden ionisie-Die Erfindung betrifft eine Detekioranordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Derartige Detektoranordnungen werden in Strahlungsmeßgeräten mit einem Meßwertumformer und einer Anzeige- und/oder Meldeeinrichtung oder in größeren Strahlungsmeßsystemen mit einem oder mehreren Meßwertumformern und Meßwertausgabevorrichtungen zur Messung einer ionisierenden Strahlung verwendet Der in der Detektoranordnung enthaltene Meßwandler ist ein Strahlungsdetektor mit einem abgeschlossenen effektiven Volumen, in dem eine auf den Strahlungsdetektor einwirkende ionisierende Strahlung eine elektrische Größe in der Gestalt eines Stromes oder einer Spannung oder einer Impulszahl erzeugt. Diese elektrische Größe ist jedoch im

50 allgemeinen nicht nur von der Strahlungsmenge der ionisierenden Strahlung am Meßort abhängig, sondern

renden Strahlung in den äußeren Filterteilen 45 auch von der Photonenenergie der einzelnen spektralen (13,13') erzeugt wird, kompensiert Strahlungsanteile und von der Richtung, in der die

ionisierende Strahlung auf den Strahlungsdetektor auftrifft Diese Energieabhängikeit und Richtungsabhängigkeit ist eine für eine genaue Messung hinderliche Eigenschaft derartiger Strahlungsdetektoren, z. B. Ionisationskammern oder Zählrohre. Da andererseits diese Strahlungsdetektoren verhältnismäßig einfach handzuhaben sind, ist man bestrebt, diese unerwünschten Abhängigkeiten durch vorgeschaltete Absorptionsfilter 2. Detektoranordnung nach Anspruch 1, gekenn- 55 in weiten Bereichen zu kompensieren.

Eine aus der DD-PS 49 547 bekannte Detektoranordnung besteht aus einem zylinderförmigen Strahlungsdetektor und einem den Strahlungsdetektor vollständig umgebenden kugelförmigen Metallabsorber, der aus

b) und daß die Zusammensetzung und die Abstände der äußeren Filterteile (13,13') gegeneinander und gegen das mittlere Filterteil (12) so bemessen sind, daß der vom Strahlungsdetektor (2) gelieferte Meßwert weitgehend vom Einstrahlungswinkel («,) der Strahlung gegen die Senktrechte zur Rohrachse (1) unabhängig ist

zeichnet durch ein den Strahlungsdetektor (2) umschließendes Trägerrohr (11), auf dem das mittlere Filterteil (12) und die äußeren Filterteile (13, 13') angeordnet sind.

3. Detektoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, 60 einzelnen Metallringen bei Einhaltung von geeigneten dadurch gekennzeichnet daß die äußeren Filterteile Abständen aufgebaut ist. Die Abstände der Metallringe (13, 13') jeweils aus wenigstens einem Ring (18)
und/oder wenigstens einer Scheibe (19) gebildet

ersetzen eine gleichmäßig über eine geschlossene Kugel verteilte Perforation, die zur Kompensation der

sind. Energieabhängigkeit des Detektors auf der Kugel

4. Detektoranordnung nach Anspruch 3, dadurch 65 angebracht ist, und die ebenfalls aus der genannten

gekennzeichnet, daß die äußeren Filterteile (13,13') Patentschrift bekannt ist. Ein mit einem ein- oder

aus Ringen mit einem kreisförmigen Querschnitt gebildet sind.

mehrschichtigen, in seiner Form der Oberflächengestalt eines zylinderförmigen Detektors angepaßten Rohr aus

einem Schwermetall belegter Detektor weist nach der genannten Patentschrift eine bedeutend vergrößerte Richtungsabhängigkeit der Anzeige auf. Die Kugelform des Absorbers verhindert eine Richtungsabhängigkeit der Strahlungsmessung, die allein durch den Absorber hervorgerufen wird. Zur Kompensation einer Richtungsabhängigkeit eines zylinderförmigen Strahlungsdetektors muß die Kugelgestalt des Absorbers in die Form eines abgeplatteten Rotationsellipsoides übergeführt werden, dessen kleinere Achse mit der Zylinderachse des Detektors zusammenfällt Ein derartiger Absorber erfordert gegenüber sinem zylinderförmigen Strahlungsdetektor verhältnismäßig viel Raum und ist deshalb insbesondere für die Verwendung in kleinen tragbaren Strahlungsiueßgeräten, z. B. für den Strahlenschutz, nicht geeignet Ferner erfordert die Herstellung eines geeigneten Rotationsellipsoiden aus einzelnen Metallringen und die Lagerung des zylinderförmigen Strahlungsdetektors in diesem Absorber einen hohen Aufwand, der ebenfalls der Herstellung preiswerter Strahlenschutzgeräte im Wege steht Schließlich ist in der bekannten Druckschrift kein für eine Kompensation erforderlicher Zusammenhang zwischen der Form des Rotationsellipsoiden des Absorbers und der Richtungsabhängigkeit des Strahlungsdetektors angegeben.

Eine Detektoranordnung der im Obergegriff des Anspruches 1 angegebenen Art ist aus der FR-PS 80 057, Zusatz zur FR-PS 12 95 620, bekannt In Fig. 1 dieser Patentschrift ist ein im wesentlichen rohrförmiger Strahlungsdetektor dargestellt, um den zur Kompensation der Energieabhängigkeit der vom Strahlungsdetektor erzeugten Meßsignale ein der Oberflächengestalt des Strahlungsdetektors folgendes, nach den Figuren 2 bis 5 im wesentlichen rohrförmig ausgebildetes Absorptionsfilter angeordnet ist Dieses Absorptionsfilter enthält nach Fig. 5 zur zusätzlichen Energiekompensation auch der niederenergetischen ionisierenden Strahlung Schlitze in axialer Richtung und umschließt das aktive Volumen des Strahlungsdetektors über das aktive Volumen hinausgehend. Die randseitigen Schlitze des Absorptionsfilters münden offen in die beiden Ränder des Filters, so daß Teile des aktiven Volumens des Detektors in den Randzonen unbedeckt sind. Dies führt nach der Patentschrift zu einer Reduzierung der Richtungsabhängigkeit der bekannten Detektoranordnung. Auch eine wendeiförmige Ausbildung des Absorptionsfilters ist aus der FR-PS bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Detektoranordnung der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art so auszubilden, daß gegenüber dem im Oberbegriff vorausgesetzten Stand der Technik eine wesentlich genauere Annäherung an die gewünschte Richtungsabhängigkeit erzielt wird.

Bei der Lösung dieser Aufgabe geht man davon aus, daß sich das aktive Volumen vorzugsweise längs der Rohrachse des rohrförmigen Strahlungsdetektors erstreckt und daß die Vorzugsrichtung für die Strahlungsmessung des Strahlungsdetektors in einer mit Normalebene bezeichneten Ebene senkrecht zu dieser Rohrachse liegt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebene Ausbildung gelöst.

Nach dem Stand der Technik geschaffene Detektoranordnungen, die eine gewünschte Richtungsunabhängigkeit aufweisen, können nur mit wesentlich größeren Raumabmessungen hergestellt werden, als sie der Strahlungsdetektor aufweist. Kleinvolumige, in einer gewünschten Weise richtungskompensierte Detektoranordnungen können mit einem bekannten geschlitzten oder andere Absorptionsprofile aufweisenden Absorptionsfilter höchstens in einer groben Annäherung und unter Umständen nur mit großem Herstellungsaufwand geschaffen werden. Eine Detektoranordnung nach der Erfindung weist dagegen den Vorteil auf, daß zunächst das mittlere Teilfilter zum Ausgleich der Energieabhängigkeit des Strahlungsdetektors in be-

Ό kannter Weise bemessen und hergestellt werden kann. In weiteren daran anschließenden Meßschritten werden die einfach ausgebildeten äußeren Teilfilter derart ausgewählt und angeordnet daß bei den einzelnen Meßeinstellungen des Strahlungsdetektors dessen Rich-

'5 tungsabhängigkeit ausgeglichen ist Der Einfluß der Streustrahlung der äußeren Filterteile auf das aktive Volumen kann beispielsweise durch eine zusätzliche Absorberfolie auf dem mittleren Teilfilter ausgeglichen werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß infolge der einfachen Ausbildung der äußeren Filterteile bei der Bemessung des Absorptionsfilters die Anordnung der äußeren Teilfilter leicht verändert werden kann. Detektoranordnungen nach der Erfindung sind somit nicht nur leicht herzustellen, sondern auch einfach zu bemessen.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausbildungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das mittlere Filterteil wenigstens eine Lage eng aneinandergereihter Ringe auf. Insbesondere bei langgestrecktem aktiven Volumen entlang der Detektorachse kann in kurzer Zeit durch Verändern der Lage und Anzahl der Ringe ein optimales mittleres Filterteil bemessen werden (Anspruch 5).

Den Ringen des Absorptionsfilters äquivalent sind die Windungen einer Drahtwendel, deren Windungen im Bereich des mittleren Filterteils eng aneinanderliegen und im Bereich der äußeren Filterteile eine nach außen hin zunehmend größer werdende Steigung aufweisen (Anspruch 6).

Zum Ausgleich der geringerer. Absorption an den Stoßstellen der Ringe oder der Windungen im Bereich des mittleren Filterteils kann es von Vorteil sein, wenn das mittlere Filterteil von einem rohrförmigen Mantel aus einem eine ionisierende Strahlung in einem vorgegebenen Maß absorbierenden Material umschlossen ist (Anspruch 7).

Insbesondere zum Ausgleich der Absorption durch die Bauteile eines Dosimeters, in dem die erfindungsgemaß ausgebildete Detektoranordnung befestigt ist, kann dieser rohrförmige Mantel in vorteilhafter Weise einen Längsschlitz einer vorgegebenen Schlitzbreite aufweisen (Anspruch 8).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Detektoranordnung in einem Schnitt entlang der Rohrachse des Strahlungsdetektors,

F i g. 2 ein Diagramm zur schematischen Darstellung der Abhängigkeit der elektrischen Ausgangsgröße eines Strahlungsdetektors vom Einfallswinkel der ionisierenden Strahlung,

Fig.3 die schematische Darstellung einer Detektoranordnung in drei Meßeinstellungen zur Bemessung des Absorptionsfilters,

Fig.4 die schematische Darstellung einer Detektoranordnung mit einer Drahtwendel und einem auf dem mittleren Filterteil angeordneten geschlitzten rohrför-

migen Mantel.

F i g. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt einer Detektoranordnung, die längs der Rohrachse 1 eines Strahlungsdetektors 2, zum Beispiel eines Zählrohres, zur Messung einer ionisierenden Strahlung aufgeschnitten ist. Von dem Strahlungsdetektor ist in der Zeichnung ein Teil der Detektorwand 3, der Anodendraht 4 und ein Teil der den Anodendraht halternden Isolationsstützen 5 dargestellt. Um den Anodendraht 4 liegt das für die Strahlungsmessung wirksame aktive Volumen 6, in dem eine die Detektorwand durchdringende ionisierende Strahlung ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt. Eine ionisierende Strahlung 7, die senkrecht zur Rohrachse 1 auf den Strahlungsdetektor 2 einwirkt, erzeugt den größten Wert des elektrischen Ausgangssignals des Strahlungsdetektors bezogen auf das Ausgangssignal, das eine gleichwertige ionisierende Strahlung unter einem anderen Einfallswinkel in dem Strahlungsdetektor erzeugt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die Vorzugsrichtung des Strahlungsdetektors, nämlich die Strahleneinfallsrichtung mit der größten Wirkung im Strahlungsdetektor, in einer Normalebene, die senkrecht zur Rohrachse 1 verläuft und in der Zeichnung durch die strichpunktierte Linie 8 angedeutet ist

In dem in Fig.2 dagestellten Diagramm wird die Richtungsabhängigkeit des unter dem Einfluß einer ionisierenden Strahlung in einem Strahlungsdetektor erzeugten elektrischen Ausgangssignals vom Einfallswinkel der ionisierenden Strahlung dargestellt Es zeigt die Rohrachse 1 des im Zentrum des Diagrammes angeordneten Strahlungsdetektors 2. Die Linie 8 stellt die Vorzugsrichtung des Strahlungsdetektors oder die Durchgangslinie der zugehörigen Normalebene durch die Diagrammebene dar. Der Abstand des Punktes P₀ vom Zentrum O stellt schematisch den Wert des Ausgangssignals des Strahlungsdetektors dar bei einer Einstrahlungsrichtung der ionisierenden Strahlung in der Vorzugsrichtung. Bei einer von der Vorzugsrichtung der Linie 8 abweichenden Einstrahlungsrichtung «, der gleichen ionisierenden Strahlung ist der dem Punkt P-, entsprechende Wert nicht mehr durch den Kreisbogen 9 durch den Punkt P₀ bestimmt, sondern durch eine die Richtungsabhängigkeit des Strahlungsdetektors 2 kennzeichnenden Kennlinie 10.

Zur Kompensation der Energieabhängigkeit und der Richtungsabhängigkeit des in F i g. 1 teilweise dargestellten Strahlungsdetektors ist dieser von einem Trägerrohr 11 umschlossen, auf dem ein mittleres Filterteil 12 und zu beiden Seiten des mittleren Filterteiles mehrere äußere Filterteile 13 angeordnet sind. Das mittlere Filterteü 12 besteht aus mehreren eine ionisierende Strahlung um einen vorgegebenen Betrag absorbierenden Schichten 14 und 15 eines metallischen Stoffes und ist so bemessen, daß es die unterschiedliche Wirkung der spektralen Energieverteilung der in Vorzugsrichtung auf das aktive Volumen 6 des Strahlungsdetektors 2 einwirkenden ionisierenden Strahlung 7 ausgleicht Es ist für diesen Zweck deshalb unmittelbar über dem aktiven Volumen 6 angeordnet Durch das Vorsetzen des mittleren Filterteils 12 vor das aktive Volumen 6 des Strahlungsdetektors wird die in F i g. 2 dargestellte richtungsabhängige Kennlinie 10 des Strahlungsdetektors 2 in die dort gestrichelt gezeichnete, energiekompensierte Kennlinie 16 geändert und trifft dort auf einen Kreisbogen 17 für die Ausgangssignale des Strahlungsdetektors mit dem Wert A₀. Die äußeren Filterteile 13 (Fig. 1) sind in ihrer

Zusammensetzung so ausgebildet und in ihrem Abstand zueinander und zum mittleren Filterteil so bemessen, daß in weitem Bereich des Einstrahlungswinkels die energiekompensierte Kennlinie 22 der Detektoranordnung etwa längs des Kreisbogens 17 verläuft. Auf der Kennlinie 22 entspricht der Einstrahlungsrichtung «,der Wert Aj. Versuche zeigten, daß es zur Beibehaltung der Energiekompensation auch bei von der Vorzugsrichtung abweichenden Einstrahlungsrichtungen erforderlich ist, daß die mittlere Ordnungszahl der Stoffe, aus denen die äußeren Filterteile 13 bestehen etwa in der Nähe der mittleren Ordnungszahl der Stoffe liegt, aus denen das mittlere Filterteil 12 gebildet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die dem mittleren Filterteil 12 zunächst liegenden äußeren Filterteile je aus einem Ring 18 mit einem kreisförmigen Querschnitt und einer Scheibe 19, während "die beidseitig äußersten Filterteile je aus zwei Ringen 18 bestehen. Ringe mit kreisförmigem Querschnitt sind handelsüblich oder können wenigstens mittels handelsüblicher Werkzeuge hergestellt werden. Die Abstände der äußeren Filterteile voneinander und vom mittleren Filterteil 12 werden durch Abstandsringe 20 aus einem die ionisierende Strahlung nicht absorbierenden Werkstoff, z. B. Presspappe, festgelegt

Ist das Trägerrohr 11 so ausgebildet, daß es die in der Vorzugsrichtung 8 einfallende ionisierende Strahlung 7 nur unwesentlich absorbiert, so kann eine von dieser ionisierenden Strahlung in den äußeren Filterteilen erzeugte Streustrahlung in das aktive Volumen 6 des Strahlungsdetektors 2 gelangen und dort einen zusätzlichen Anteil des Ausgangssignals des Detektors erzeugen, der im Diagramm der F i g. 2 durch eine Beule

21 der energie- und richtungskompensierten Kennlinie

22 der Detektoranordnung dargestellt ist Zum Ausgleich dieser Beule an der Vorzugsrichtung 8 der Kennlinie 22 kann es erforderlich sein, auf den mittleren Filterteil 12 zusätzlich eine in der Zeichnung nicht dargestellte Absorptionsfolie anzubringen.

Vielfach ist das Trägerrohr 11 jedoch aus einem dünnen metallischen Material mit einer vorgegebenen Absorption ionisierender Strahlung hergestellt und absorbierender Bestandteil des aus den Filterteilen 12 und 13 gebildeten Absorptionsfilters. In diesem Fall gelangt im allgemeinen ein für die Messung unmerklicher Anteil der Streustrahlung zum aktiven Volumen, so daß die Kennlinie 22 keine Ausbeulung 21 zeigt

In F i g. 3 ist schematisch ein Kompensationsabgleich der Richtungsabhängigkeit einer Detektoranordnung

dargestellt Die Detektoranordnung 23 ist in drei Meßstellungen I, II und III dargestellt, die durch unterschiedliche Winkel Null, c. 1 und a. 2 ihrer Vorzugsrichtung 8 zur Richtung 24 des ionisierenden Strahlungsfeldes gekennzeichnet sind. In allen drei Meßstellungen ist die Detektoranordnung 23 gleich weit von der nicht dargestellten ionisierenden Strahlungsquelle entfernt In der Meßstellung I ist auf das Trägerrohr 11 der Detektoranordnung nur das mittlere Filterte« 12 aufgesetzt In der Meßstellung Π wird auf

die Seite des Trägerrohrs 11, die der Strahlungsquelle zunächst liegt ein äußeres Filterteil 13 aufgeschoben und in seiner Lage so lange verändert, bis der Meßwert des Ausgangssignales der Detektoranordnung in der Meßstellung Π dem Meßwert A₀ des Ausgangssignales

^ der Detektoranordnung in der Meßstellung I entspricht In der Meßstellung ΠΙ der Detektoranordnung wird auf dem der Strahlungsquelle zunächst liegenden Teil des Trägerrohrs ein weiterer Filterteil 13' aufgeschoben und

so lange in seiner Lage verändert, bis der Meßwert des Ausgangssignales der Detektoranordnung in dieser Meßstellung wiederum dem Ausgangswert A₀ der Detektoranordnung in der Meßstellung I entspricht.

In Fig.4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer energie- und richtungskompensierten Detektoranordnung dargestellt. Bei dieser Detektoranordnung ist auf dem Trägerrohr 11 eine Drahtwendel 25 aufgebracht, deren Windungen 26 im Bereich des mittleren Filterteils 12 eng aneinander gepreßt sind. Im Bereich der äußeren Filterteile ist die Drahtwendel mit zunehmend größer werdender Steigung gewickelt, so daß die Abstände der einzelnen Windungen mit zunehmender Entfernung vom mittleren Filterteil größer werden. Die einzelnen Windungen 26 stellen in diesem Bereich die einzelnen Filterteile 13 dar. Im Bereich des mittleren Filterteils 12 ist über die Windungen der Drahtwendel ein längsge-

schlitzter, rohrförmiger Metallmantel 27 geschoben, der die Dichteeinbrüche an den Stoßstellen der Windungen 26 ausgleicht und insbesondere an dieser Stelle die notwendige Energiekompensation herstellt. Die Breite b des Schlitzes 28 in dem Metallmantel 27 ist so

ίο bemessen, daß er die Absorption der ionisierenden Strahlung durch Bauteile eines Dosimeters ausgleicht, die die in dieses Dosimeter eingebaute Detektoranordnung abdecken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

230244/356

Claims

Patentansprüche:

1. Detektoranordnung zur energie- und richtungsunabhängigen Messung der Dosis oder Dosisleistung einer ionisierenden Strahlung mittels eines im wesentlichen rohrförmigen Strahlungsdetektors mit einem den Strahlungsdetektor umschließenden, der Oberflächengestalt des Strahlungsdetektors folgend im wesentlichen rohrförmig ausgebildeten Absorptionsfilter,