DE2927780A1

DE2927780A1 - Szintillationsdetektor

Info

Publication number: DE2927780A1
Application number: DE19792927780
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Rapp
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1979-07-10
Filing date: 1979-07-10
Publication date: 1981-01-15
Also published as: DE2927780C2; FR2461267A1; GB2056476A; FR2461267B1; GB2056476B

Description

KERNFORSCIIUNGSZENTRUM Karlsruhe, den 2.JuIi 1979 KARLSRUHE GMBH PLA 7928 Hä/str

Szintillationsdetektor

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Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Für den energetischen Nachweis von ionisierenden. Strahlen werden Szintillatoren verwendet, in denen bei der Energieabsorption einzelner Strahlungsquanten oder geladener Teilchen Lichtblitze oder kuminiszenzerscheinungen ausgelöst werden. Die dabei erzeugte Lichtmenge ist in ihrer Intensität proportional der im Volumen des Szintillators integrierten Strahlung. Die bei jedem Ereignis erzeugte Lichtmenge wird üblicherweise mit einem Fotovervielfacher verstärkt und in einer nachgeschaltetei Meßwertverarbeitung nach Impulshöhen analysiert.

Die Absorption ionisierender Strahlen kann in jedem Volumenelement des Szintillators stattfinden. Das für die Meßwertverarbeitung verfügbare Licht je Energieabsorptionsereignis setzt sich zusammen aus einem von dem jeweiligen Volumenelement direkt an den Fotovervielfacher abgestrahlten Anteil an Primärlicht und einem Anteil an Sekundärlicht, der resultiert aus der Summe aller Reflexionen an der Innenseite des Szintillators.

In Abhängigkeit von der Lage des Volumenelementes in dem das Energieabsorptionsereignis innerhalb des Szintillatorvolumens stattfindet ändert sich die Zahl der Mehrfachreflexionen. Da jede Reflexion mit einem Energieverlust identisch ist, ist davon auszugehen, daß auch für die Absorption der gleichen Energie an verschiedenen Orten im Szintillatorvolumen am Eingang des Fotovervielfachers Lichtimpulse unterschiedlicher Intensität auftreten.

Die unmittelbare Folgedieser Vorgänge ist eine Herabsetzung der erreichbaren Energieauflösung der zu messenden Strahlung. Dieser unerwünschte Effekt verstärkt sich mit kleiner werdendem

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Szintillatorvolumen, weil die Abstände zwischen den die Reflexionen bewirkenden Begrenzungsflächen des Szintillators rasch abnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Szintillationsdetektor· ^zu entwickeln, dessen Energieauflösung von dem Volumen des Szintillators weitgehend unabhängig ist und insbesondere auch bei Szintillatoren mit einem Volumen der Größenordnung kleiner als Kubikzentimeter eine erhebliche Verbesserung der Energieauflösung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Szintillationsdetektor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die in dessen Kennzeichen genannten Merkmale gelöst. ' :

Die mit dem vorgeschlagenen Szintillationsdetektor erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einer einfach auszuführenden Maßnahme eine wesentliche Verbesserung der Energieauflösung erreicht wird, und daß die Möglichkeit geschaffen wird, auch kleine Szintillationsdetektoren für die Impulshöhenanalyse zu verwenden und damit für deren Einsatz neue Anwendungen zu erschließen.

Ein Äusführungsbeispiel eines Szintillationsdetektors mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 3 ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Der Szintillator 1 besteht aus einem mit Thallium aktivierten Natriumjodid-Kristall, der als Kreisscheibe ausgebildet ist und dessen Durchmesser 2r = 3 mm und dessen Dicke d = 1 mm beträgt. Die der Strahlenquelle 2 zugewandte Oberfläche des Szintillators 1, die Strahleneintrittsfläche 3 ist in ihrem Randbereich, also dem Bereich extremer Lichtverluste durch Mehrfachreflexionen in der Weise abgerundet, daß die Erzeugerkurve des rotationssymmetrischen Szintillators 1 einea kontinuierlichen bogenförmigen Übergang 4 von der achsenparallelen Wand 5 zu der Begrenzungslinie der der Strahlenquelle 2 zugewandten Oberfläche 3 des Szintillators 1 aufweist.

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Der Zentralbereich 6 der Strahleneintrittsfläche 3, also der Bereich extrem hoher Lichtausbeute ist konkav ausgebildet. Diese beiden Maßnahmen, im Randbereich der Strahleneintrittsfläche 3 Herabsetzung der Zahl der Mehrfachreflexionen durch Abrundung und im Zentralbereich 6 der Strahleneintrittsfläche 3 Erhöhung der Zahl der Mehrfachreflexionen durch konkave Ausbildung der Szintillatoroberflache ergänzen sich also in der Weise, daß die Lichtausbeute an allen Orten des' Szintillator volumens annähernd gleich groß ist.

An die von der Strahlenquelle 2 abgewandten Kreisfläche des Szintillators 1, die Lichtaustrittsfläche 7 ist über einen Lichtleiter 8, der aus einem Glasstab von 3 mm Durchmesser besteht, ein Fotovervielfacher 9 angeschlossen. Eine Kappe Io aus Aluminium umschließt den Szintillator 1 und das an den Szintillator 1 mit einem lichtdurchlässigen Kleber angeschlossene Ende des Lichtleiters 8. Die Kappe Io ist an ihrer der Strahlenquelle 2 zugewandten ebenen Stirnseite als strahlendurchlässiges Strahlenfenster 11 ausgebildet, dessen Wandstärke 5o Mikrometer beträgt.

Der Hohlraum zwischen der Kappe Io mit dem Strahlenfenster und dem Szintillator 1 mit dem Ende des Lichtleiters 8 ist mit einem Metalloxydpulver 12 wie MgO vollständig ausgejEüllt.

Die Kappe Io ist an ihrem offenen Ende mit dem Lichtleiter 8 durch einen Kleber 13 fest verbunden.

Der Lichtleiter 8 ist von einem Rohr 14 aus Aluminium lichtdicht umschlossen. Das den Lichtleiter 8 umschließende Rohr 14 ist an seinem Ende im Innendurchmesser erweitert und auf die dort im Außendurchmesser verjüngte Kappe Io gesteckt. Die von der Strahlenquelle 2 ausgehende niederenergetische Gamma- oder Röntgenstrahlung 15 durchdringt das Strahlenfenster 11 und das Magnesiumoxydpulver 12 und wird in dem aus einem NaJ(TL). -Kristall bestehenden Szintillator 1 absorbiert.

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Die damit verbundene Energieumwandlung führt in den.beispielhaft dargestellten ■Entstehungsarten 16,17,18 zu jeweils einem Lichtblitz, dessen Hellt zum Teil direkt und zum Teil über η Reflexionen an der Innenseite des Szintillators 1 als Lichtimpuls 19 über den Lichtleiter 8 auf den Fotovervielfacher 9 übertragen wird.

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Bezugszeichenliöte

1 Szintillator

2 Strahlenquelle

3 Strahleneintrittsfläche von

4 Übergang von 3 auf 5

5 achsenparallele Wand von

6 Zentralbereich von 3

7 Lichtaustrittsfläche von

8 Lichtleiter zwischen 1 und

9 Fotovervielfacher

10 Kappe

11 Strahlenfenster in

12 Metalloxydpulver

13 Kleber

14 Rohr

15 Strahlung von 2

16 Volumenelement in 1 17

19 Lichtimpuls

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Claims

KERNFORSCHUNGSZENTRUM Karlsruhe, den 2.JuIi 1979 KARLSRUHE GMBH PLA 7928 Hä/str

Patentansprüche:

Szintillationsdetektor mit einem Szintillatorvolumen von weniger als einem Kubikzentimeter mit auf die Werte grösserer Szintillationsdetektoren verbesserter Energieauflösung,

dadurch gekennzeichnet,

daß die der Strahlenquelle (2) zugewandte Oberfläche (3) des Szintillators (1) in vorbestimmter Weise so ausgebildet ist, daß vom Szintillator (1) absorbierte Ladungsträger gleicher Energie unabhängig von dem Entstehungsort (16,17, 18) eines Lichtblitzes im Volumen des Szintillators (1) rür jedes Absorptionsereignis am Eingang eines dem Szintillator (1) nachgeschalteten "Fotovervielfachers (9) ein Lichtstrom etwa gleicher Größe erzeugt wird.
2. Szintillationsdetektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale,

1) der Szintillator (1) ist als Scheibe ausgebildet,

2) die achsenparallele Wand (5) der Scheibe hat die Form eines Kreiszylinders,
3) die Erzeugerkurve des rotationssymmetrischen Szintillators (1) weist einen kontinuierlichen bogenförmigen Übergang (4) von der achsenparallelen Wand (5) zu der Begrenzungslinie der der Strahlenquelle (2) zugewandten Oberfläche (3) des Szintillators (1) auf,

A) der Zentralbereich (6) der der Strahlenquelle (2) zugewandten Oberfläche (3) des Szintillators (1) ist konkav ausgebildet.

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3. Szintillationsdetektor nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale,

Dder Szintillator (1) ist an seiner ebenen, von der Strahlen- ■ quelle (2) a:bgewandten Kreisfläche (7) durch einen lichtdurchlässigen Kleber mit einem Lichtleiter (8) verbunden,

2) Szintillator (1) und Lichtleiter (8) haben den gleichen Durchmesser,

3) eine Kappe (lo) aus Aluminium umschließt den Szintillator (1) und das an den Szintillator (1) angeschlossene Ende des Lichtleiters (8) ,
4) die Kappe (lo) ist an ihrer der Strahlenquelle (2) zugewandten ebenen Stirnseite als strahlendurchlässiges Strahlenfenster (11) ausgebildet,
5) der Hohlraum zwischen der Kappe (lo) und dem Szintillator (1) mit dem Ende des Lichtleiters (8) ist mit einem Metalloxydpul·"-¹- (12) vollständig gefüllt,
6) die Kappe (lo) ist an ihrem offenen Ende mit dem Lichtleiter (8) rurch einen Kleber (13) verbunden·,
7) der Lichtleiter (8) ist von einem Rohr (14) aus Aluminium lichtdicht umschlossen,
8) das den Lichtleiter (8) umschließende Rohr (14) ist auf das Ende der Kappe (lo) gesteckt.

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ORIGINAL INSPECTED