DE2927780C2 - Szintillationsdetektor mit einem ratationssymmetrischen scheibenförmigen Szintillator kleinen Volumens - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Szintillationsdetektor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Für den energetischen Nachweis von ionisierenden Strahlen werden Szintillatoren verwendet, in denen bei der Absorption der Energie einzelner Strahlungsquanten oder geladener Teilchen Szintillationen ausgelöst werden. Die dabei erzeugte Lichtmenge ist in ihrer Intensität proportional der Energie der im Volumen des Szintillators absorbierten Strahlung. Die bei jedem <>5 Ereignis erzeugte Lichtmenge wird üblicherweise mit einem Fotovervielfacher verstärkt und in einer nachge schalteten Meßwertverarbeitung nach Inipulshöhen analysiert.

Die Absorption ionisierender Strahlen kann in jedem Volumenelement des Szintillators staltfinden. 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 einen Energieverlust bedeutet, ist davon auszugehen, daß auch für die Absorption der gleichen Energie an verschiedenen Orten im Szintillatorvolumen am Eingang des Fotovervielfacher Lichiimpulse unterschiedlicher Intensität auftreten.

Die unmittelbare Folge dieser Vorgänge ist eine Herabsetzung der erreichbaren Energieauflösung der zu messenden Strahlung. Dieser unerwünschte Effekt verstärkt sich mit kleiner werdendem Szintillatorvolumen, weil die Abstände zwischen den die Reflexionen bewirkenden Begrenzungsflächen des Szintillators rasch abnehmen.

Es ist ein Szintillationsdetektor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art bekannt (DD-PS 69 164), bei dem an einen fotoelektrischen Wandler ein rotationssymmetrischer Szintillator mit einem Volumen von weniger als einem Kubikzentimeter optisch angekoppelt und zylinderförmig mit einer auf der von dem fotoelektrischen Wandler abgewandten Seite aufgesetzten Halbkugel ausgebildet ist. Dieser bekannte Detektor weist ferner die im Oberbegriff des Anspruchs 2 genannten Merkmale auf.

Die bekannte Szintillatorgeometrie soll insbesondere zum Reduzieren der Anzeigeträgheit beitragen und vor allem eine optimale Lichtausbeute der eingebrachten Untergrundanregung des Fotoelementes und auch der ionisierenden Strahlung bewirken.

Der bekannte Szintillationsdetektor ist jedoch nicht geeignet, eine energieproportionale Auswertung des Szintillationslichtes zu ermöglichen.

Es sind auch Szintillationsdetektoren bekannt (US-PS 40 66 908; Buch von K. Siegbahn, »Alpha-, Beta- and Gamma-Ray Spectroscopy«, 1965, Band 1. Seite 251), deren Szintillatoren auf der von dem Fotovervielfacher abgewandten Seite eine Bohrung zum Aufnehmen eines radioaktiven Präparates bzw. für den Hinfall äußerer Strahlung aufweisen. Dabei soll die Effizienz der Messung durch das nahezu vollständige Einschließen des Präparates durch den Szintillator erhöht werden, bzw. die Rückstreuung von außen einfallender Strahlung verringert werden.

Der Szintillator nach der US-PS 40 66 908 ist an seiner Lichtaustrittsfläche durch einen lichtdurchlässigen Kleber mit einem Lichtleiter ähnlichen Durchmessers verbunden und von einer lichtdichten, für die zu messende Strahlung durchlässigen Kappe umgeben, wobei der Zwischenraum zwischen Szintillator und Kappe mit einem Metalloxidpulver gefüllt und Kappe und Lichtleiter durch einen Kleber verbunden sind.

Bei den letztgenannten Detektoren kann im Zentralbereich, der im wesentlichen mit der ebenen Stirnfläche der Sackbohrung identisch ist, weder Sekundärlicht defokussiert noch die Zahl der MehrFachreflexionen erhöht werden. Im peripheren Bereich des Szintillators

wird aber andererseits die Zahl der Mehrfachreflexionen stark erhöht Hier wird also der bei einem scheibenförmigen Szintillator mit ebenen Begrenzungsflächen auftretende Effekt der Volumenabhängigkeit der Energieauflösung, der durch den Armeldungsgegenstand beseitigt werden soll, in extremer Weise verstärkt

Bei einem anderen bekannten Szintillator (DE-OS 25 44 356) wird zur Erzielung einer gleichmäßigen Sammlung des Szintillationslichtes auf die Fotokathode in des Vervielfachers die dem Vervielfacher abgewandte Oberfläche des Szintillator mit einem regelmäßigen Raster aus Elementar-Rückstrahlern belegt

Bei dieser bekannten Einrichtung muß somit in einem aufwendigen Verfahren die Oberfläche einer Schicht in Form von Elementar-Rückstrahlern strukturiert und die die Elementar-Rückstrahler enthaltende Schicht mit dem Szintillator verbunden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Szintillatordetektor der im Oberbegriff deL Anspruches 1 vorausgesetzten Art so auszubilden, daß sich trotz des kleinen Szintillatorvolumens ein gutes Energieauflösungsvermögen ergibt

Diese Aufgabe wird bei einem Szintillationsdetektor der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten i=> Art durch die in dessen kennzeichnendem Teil genannten Merkmale gelöst.

Die mit dem vorgeschlagenen Szintillationsdetektor erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einer einfach auszuführenden Maßnahme eine wesentli- in ehe 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. Ji

Ein Ausführungsbeispiel eines Szintillationsdetektors mit den Merkmalen nach den Ansprüchen 1 und 2 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 2 r 3 mm und dessen Dicke d 1 mm beträgt. Die einer 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 einen kontinuierlichen bogenförmigen Übergang 4 von der achsenparallelen Wand 5 zu der Begrenzungslinie der vi der Strahlenquelle 2 zugewandten Strahleneintrittsfläche 3 des Szintillators 1 aufweist.

Die von einem als Fotovervielfacher 9 ausgebildeten fotoelektrischen Wandler abgewandte Fläche des Szintillators 1 weist in ihrem Zentralbereich 6, also dem Bereich extrem hoher Lichtausbeute, eine nach dem Äußeren des Szintillator 1 hin konkave Wölbung auf.

Diese beiden Maßnahmen, im Randbereich der Strahleneintrittsflache 3 Herabsetzung der Zahl der Mehrfachreflexionen durch Abmndung und im Zentralbereich 6 der Strahleneintrittsfläche 3 Erhöhung der Zahl der Mehrfachreflexionen durch nach dem Äußeren des Szintillators 1 hin konkave Ausbildung der Szintillatoroberfläche ergänzen sich also in der Weise, daß die Lichtausbeute an allen Orten des Szintillatorvolumens 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, der Fotovervielfacher 9 angeschlossen.

Eine Kappe 10 aus Aluminium umschließt den Szintillator 1 und das an den Szintillator 1 mit einem lichtdurchlässigen Kleber verbundene Ende des Lichtleiters 8. Die Kappe 10 ist an ihrer der Strahlenquelle 2 zugewandten ebenen Stirnseite als strahlendurchlässiges Strahlenfenster 11 ausgebildet, dessen Wandstärke 50 μΐη beträgt.

Der Hohlraum zwischen der Kappe 10 mit dem Strahlenfenster 11 unc dem Szintillator 1 mit dem Ende des Lichtleiters 8 ist mit einem Metalloxydpulver 12, wie MgO, vollständig ausgefüllt.

Die Kappe 10 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 10 gesteckt.

Die von der Strahlenquelle 2 ausgehende niederenergetische Gamma- oder Röntgenstrahlung 15 durchdringt das Strahlenfenster 11 und das Metalloxydpulver 12 und wird in dem aus einem NaJ(TL)-Kristall bestehenden Szintillator 1 absorbiert.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Szintillationsdetektor mit einem fotoelektrischen Wandler (9), an den ein rotationssymmetrischer scheibenförmiger Szintillator (1) mit einem Volumen von weniger als einem Kubikzentimeter über eine dem fotoelektrischen Wandler (9) zugewandte ebene Lichtaustrittsfläche (7) optisch angekoppelt ist wobei der Szintillator (1) von einem kreiszylindrischen Wandteil begrenzt ist, dessen erzeugende Gerade einen kontinuierlichen, nach dem Äußeren des Szintillators hin konvex gekrümmten, bogenförmigen Übergang (4) zu der Erzeugenden des von dem fotoelektrischen Wandler (9) abgewandten Oberflächenteiles des Szintillators (1) is aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem als Fotovervielfacher ausgebildeten fotoelektrischen Wandler abgewandte Fläche des Szintillator (1) in einem zentralen Bereich (6) eine nach dem Äußeren des Szintillator (1) hin konkave Wölbung aufweist.

2. Szintillationsdetektor nach Anspruch 1 mit einer den Szintillator umschließenden, mindestens zum Teil für die zu messende Strahlung durchlässigen, lichtdichten Kappe, die mittels einer Steckverbindung mit einem Rohr verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. der Szintillator (1) ist an seiner ebenen, dem Fotovervielfacher (9) zugewandten Lichtaustrittsfläche (7) durch einen lichtdurchlässigen ίο Kleber mit einem Lichtleiter (8) verbunden,

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

3. die Kappe (10) besteht aus Aluminium und umschließt außer dem Szintillator (1) auch das 3^r> mit dem Szintillator (1) verbundene Ende des Lichtleiters (8),

4. die Kappe (10) ist an ihrer vom Fotovervielfacher (9) abgewandten ebenen Stirnseite als für die zu messende Strahlung durchlässiges Strah- ui lenfenster (11) ausgebildet,

5. der Hohlraum zwischen der Kappe (10) und dem Szintillator (1) sowie dem Ende des Lichtleiters (8) ist mit einem Metalloxydpulver (12) vollständig gefüllt, «

6. die Kappe (10) ist an ihrem offenen Ende mit dem Lichtleiter (8) durch einen Kleber (13) verbunden,

7. der Lichtleiter (8) ist von dem aus Aluminium bestehenden Rohr (14) lichtdicht umschlossen, so

8. das den Lichtleiter (8) umschließende Rohr (14) ist auf das Ende der Kappe (10) gesteckt.