DE293240C

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Publication number: DE293240C
Application number: DENDAT293240D
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Description

KAISERLICHES Λ

PATENTAMT.

Es ist bekannt, als Kennzeichen für die Beschaffenheit einer Strahlung hinsichtlich ihrer Absorbierbarkeit die zur Absorption eines bestimmten Bruchteiles der Strahlung erforderliehe Dicke einer Schicht aus einem die betreffende Art von Strahlen absorbierenden Stoffe zu verwenden. So wendet man dieses Verfahren bei Röntgenstrahlen an, indem man beispielsweise die Dicke einer die Hälfte der Strahlung

ίο absorbierenden Schicht, der Halbwertschicht, bestimmt.

Eine solche zur Bestimmung der Dicke einer einen bestimmten Bruchteil einer Strahlung absorbierenden Schicht dienende Einrichtung bildet den Gegenstand der Erfindung. Bei der neuen Einrichtung finden zwei Vorrichtungen Verwendung, deren elektrischer Leitungswiderstand unter der Einwirkung der zu untersuchenden Strahlung eine der Intensität der Strahlung proportionale Änderung erfährt, also beispielsweise zwei Ionisationszellen, wenn es sich um Röntgen- oder andere ionisierende Strahlung handelt. Gemäß der Erfindung ist nun die eine der beiden Vorrichtungen unmittelbar, die andere unter Zwischenschaltung eines Absorptionskörpers aus geeignetem/ zweckmäßig demjenigen Stoffe, für welchen die zur Absorption des gewünschten Teiles der Strahlung erforderliche Schichtdicke bestimmt werden soll, der Strahlung zugänglich gemacht und der Unterschied der Widerstandsänderungen der beiden Vorrichtungen, wenn diese gleichzeitig bestrahlt werden, dient als Maß für die zu bestimmende absorbierende Schichtdicke.

Die Einrichtung kann dabei als Nullinstrument, aber auch als direkt die fragliche Schichtdicke anzeigendes Meßgerät ausgebildet sein.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Einrichtung schematisch dargestellt. Z₁ und z₂ sind zwei Vorrichtungen der genannten Art, wie sie kurz als Strahlungswiderstände bezeichnet seien, beispielsweise zwei Ionisationszellen, von — wie vorläufig vorausgesetzt sei — untereinander gleichem Widerstand.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 findet, wenn die Einrichtung als Nullinstrument ausgebildet ist, ein Differentialstrommeßgerät I Verwendung, bei welchem, etwa durch entsprechende Wahl der Windungszahlen seiner Spulen, die beiden bei gleicher Stromstärke in den beiden Wicklungen auf das den Zeiger tragende bewegliche System ausgeübten Richtkräfte in dem gegebenen Verhältnis der Intensitäten der ungeschwächten und der durch die absorbierende Schicht, deren Dicke bestimmt werden soll, geschwächten Strahlung, also, wenn es sich um die Halbwertschicht handelt, im Verhältnis 2:1 stehen. Die Schaltungsanordnung erfolgt dabei so, daß der Stromweg von der Stromquelle d aus sich durch die beiden Strahlungswiderstände Z₁ und Z₂ hindurch verzweigt, um sich hinter dem Differentialstrommeßgerät / wieder zu vereinigen, jedoch so, daß der die geringere Richtkraft liefernde unter den beiden stromdurchflossenen Teilen des Differentialmeßgerätes I in dem gleichen Zweige wie der der ungeschmälerten Strahlung ausgesetzte Strahlungswiderstand Z₁ liegt. Hat der strahlenabsorbierende Körper ti die gesuchte, dem gewünschten Absorptionsverhält-

nis entsprechende, zweckmäßig durch Benutzung, eines keilförmigen Körpers u und dessen Verschieben vor dem Strahlungswiderstande Z₁ einzustellende Dicke, so verschwindet dann der Ausschlag am Differentialmeßgerät I. Dabei ist vorausgesetzt, daß, wie dies beispielsweise bei Ionisationszellen leicht erreichbar ist, im unbestrahlten Zustande der Einrichtung die Strahlungswiderstände Z₁ und z₂ zu groß und

ίο daher die auftretenden Stromstärken zu klein sind, um einen merklichen Ausschlag des Differentialstrommeßgerätes I zu erzeugen. Trifft diese Voraussetzung nicht zu, so ist es durch entsprechende Bemessung der Windungszahlen der Spulen von I sowie — was gleichzeitig zum Ausgleich etwaiger kleiner Verschiedenheiten der Strahlungswiderstände Z₁ und z₂ dient — durch Verändern des Regulierwiderstandes f dahin zu bringen, daß bei unbestrahlter Einrichtung der Ausschlag des Differentialmeßgerätes nach dem Schließen des Schalters g in dem gewünschten Verhältnis, also wenn die Einrichtung zur Bestimmung der Halbwertschicht dienen soll, auf die Hälfte sinkt. Notwendig ist nur, daß die Strahlungswiderstände Z₁ und Z₂ stets den Hauptteil des Gesamtwiderstandes der beiden Stromwege ausmachen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die beiden Strahlungswiderstände Z₁ und z₂ mit der gemeinsamen Stromquelle d je zu einem außerdem den Kondensator h bzw. m enthaltenden Stromkreise verbunden, wobei das Verhältnis der Kapazität des Kondensators m zu jener des Kondensators h dem gewünschten Absorptionsverhältnis gleich gemacht ist. Die an den Kondensatoren h und m herrschenden elektrischen Spannungen werden mittels des ihren Unterschied anzeigenden statischen Spannungsmeßgerätes q gewöhnlicher Art miteinander verglichen. Durch Verschieben des geeignet geformten, in seinen verschiedenen Teilen verschieden dicken Absorptionskörpers u vor dem Strahlungswiderstande Z₂ erreicht man wieder, daß das Spannungsmeßgerät auf Null einspielt; dann ist die eben eingestellte Dicke des Absorptionskörpers u die gesuchte. Sie entspricht nämlich dem gewünschten Absorptionsverhältnis, in welchem dann auch die Widerstandsabnahmen von Z₂ und Z₁ und deshalb, wenn wieder die Strahlungswiderstände Z₁ und Z₂ genügend groß sind, auch die auf den Kondensatoren h und m angesammelten Elektrizitätsmengen zueinander stehen. Der in der Fig..2 noch dargestellte Schalter r dient zum Kurzschließen und damit Entladen der Kondensatoren h und m nach der Messung.

Beide Ausführungsformen der Einrichtung können aber auch für die direkte Ablesung der dem gewünschten Absorptionsverhältnis entsprechenden Schichtdicke ausgebildet werden. Es ist nämlich, da unter der beispielsweise bei Ionisationszellen stets erfüllten Voraussetzung genügend großen Widerstandes von Z₁ und z_% die Stärke der sie durchfließenden Ströme i_x bzw. i₂ ihrem Widerstände proportional ist,

I₁-CI und, wie bekannt ist, t_a = el e — ^ab,

wenn C einen hier nicht weiter interessierenden Proportionalitätsfaktor, I die Intensität der Strahlung, e die Basis der natürlichen Logarithmen, α den Absorptionskoeffizienten des Stoffes des Absorptionskörpers u für die betreffende Strahlung bedeuten und b die Dicke ' des gerade vor dem Strahlungswiderstande Z₂ im Wege der Strahlung liegenden Teiles des Absorptionskörpers u ist. Ist a die gesuchte,

dem gewünschten Absorptionsverhältnis — entsprechende Dicke des Absorptionskörpers u, so würde dem Absorptionskörper von dieser Dicke a ein Strom durch den Strahlungswiderstand z₂ von der Stärke

*;= c— = cie-««

entsprechen.

Somit ist die Größe

η —

und ihr natürlicher Logarithmus

Ig η = α α, daher — Ig η = α b.
Da nun nach den beiden ersten Gleichungen

= 1, e

— ab

ist, erhält man

Ig i₂ = Ig I₁ — 0. b = Ig I₁
und daher

a = b

■lg

lgw

(2)

Bringt man daher an die Stelle des Differentialstrommeßgerätes, Z in Fig. ι ein Gerät

zur Messung des'Quotienten-Λ-, so kann dieses

unmittelbar in Einheiten der gesuchten Schichtdicke α geeicht werden.

Entsprechendes gilt auch für die Ausführungsform nach Fig. 2. Wegen der vorausgesetzten Beziehung zwischen der Kapazität U₁ des Kondensators h und jener A₂ des Kondensators m

erhält man nämlich für die während einer gegebenen Zeitspanne T durch die unter dem Einfluß der Strahlung in den beiden Stromkreisen auftretenden Ströme I₁ und i₂ auf den

Kondensatoren h und m angesammelten Elektrizitätsmengen

I₁ T= It₁ S₁

und

4 T —

wenn mit S₁ und S₂ die elektrischen Spannungen an den Kondensatoren h und m bezeichnet werden. Da hiernach

WS₁

also gemäß der Gleichung (1)

MS₁

ist, ergibt sich

Ig

WS₁

Auch hier wieder kann demnach, wenn man an die Stelle des Spannungsmessers q der Fig. 2 ein Gerät zur Messung des Spannungsquotienten —— bringt, dieses unmittelbar in

^S2

Einheiten der gesuchten Schichtdicke α geeicht werden. Natürlich bedarf der Spannungsquotientenmesser noch einer (in der Zeichnung nicht dargestellten) dritten, zwischen die beiden Kondensatoren h und m führenden Verbindung, wie eine solche Verbindung in Fig. 1 für das Meßgerät I und die Stromquelle d ab-

k gebildet ist. Die Wahl des Verhältnisses -7I-

der Kapazitäten der beiden Kondensatoren h und m kann übrigens beliebig erfolgen. Beispielsweise ergibt sich, wenn diese Kapazitäten einander gleich groß sind, die Schichtdicke a aus der Beziehung

a — 0

gemäß welcher dann der Spannungsquotientenmesser q zu eichen ist.

Die zur direkten Ablesung der gesuchten Schichtdicke dienenden Ausführungsformen der neuen Einrichtung haben, wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, als Voraussetzung für richtige Messung zunächst die einer mindestens annähernd homogenen Strahlung. Annähernd richtig bleibt aber die Messung mit ihnen auch bei heterogener Strahlung, wenn der Stoff und die Dicke des Absorptionskörpers so gewählt sind, daß dieser die betreffende Strahlung in nicht allzusehr von dem gewünschten Absorptionsverhältnis verschiedenem Maße absorbiert. Ferner ist für diese Ausführungsformen de:

Einrichtung auch die Proportionalität der Widerstandsänderung von Z₁ und z₂ mit der Intensität der Strahlung nicht notwendige Voraussetzung. Nur ist, wenn diese Proportionalität fehlt, die an die Stelle der vorstehend rechnerisch abgeleiteten jeweils tretende Beziehung zwischen der gesuchten Schichtdicke und dem Ausschlage des Strom- bzw. Spannungsquotientenmessers empirisch zu ermitteln.

Darüber hinaus ist für die Erfindung überhaupt auch die ursprüngliche Gleichheit der Strahlungswiderstände Z₁ und Z₂ nicht wesentlich. Das Verhältnis dieser beiden Widerstände 75 zueinander kann beliebige Werte haben,, denn das Wesen der Messung gemäß der Erfindung besteht eben darin, die unter dem Einfluß der Strahlung auftretende Widerstandsabnahme der beiden Vorrichtungen Z₁. und z₂, von denen die eine unmittelbar, die andere unter Zwischenschaltung des Körpers u von bekannter Absorptionsfähigkeit der Strahlung ausgesetzt ist, miteinander zu vergleichen. Dieser Vergleich läßt sich stets, bei den mit Nulleinstellung arbeitenden Einrichtungen durch entsprechende Bemessung des Differentialstrommeßgerätes bzw. der Kondensatoren, bei den Einrichtungen für die direkte Ablesung der gesuchten Schichtdicke durch entsprechende Eichung des Quotientenmeßgerätes bewerkstelligen.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zur Ermittelung der Durchdringungsfähigkeit von Strahlungen durch Bestimmen derjenigen Dicke einer aus Stoffen bekannter Absorptionsfähigkeit für die betreffende Strahlung bestehenden Schicht, welche einen bestimmten Bruchteil der Strahlung absorbiert, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die zu bestimmende Schichtdicke der Unterschied der Widerstandsänderung zweier Vorrichtungen dient, welche die Eigenschaft haben, ihren elektrischen Leitungswiderstand unter dem Einfluß der betreffenden Strahlung deren Intensität proportional zu ändern (Strahlungswiderstände), und von denen die eine unmittelbar, die andere unter Zwischenschaltung eines Körpers bekannter Absorptionseigenschaften der Strahlung zugänglich gemacht ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlungswiderstände in je einem von zwei Stromkreisen einer Stromquelle liegen und mit einem gemeinsamen Differentialstrommeßgerät verbunden sind, das infolge seiner Bemessung unter dem Einfluß der beiden die Strahlungswiderstände durchfließenden Ströme dann keinen Ausschlag gibt, wenn

das Verhältnis der beiden Stromstärken dem gewünschten Absorptionsverhältnis entspricht, und daß zur Einstellung der Strahlungswiderstände gemäß diesem Verhältnis der verstellbar angeordnete, Teile untereinander verschiedenen 'Absorptionsvermögens aufweisende Absorptionskörper dient.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlungswiderstände in Reihe mit je einem Kondensator in je einem von zwei Stromkreisen einer Stromquelle liegen und die Kondensatoren mit einem gemeinsamen Spannungsmeßgerät verbunden sind, das infolge der Bemessung der Kondensatoren unter dem Einfluß der beiden die Strahlungswiderstände durchfließenden Ströme auf die Kondensatoren dann keinen Ausschlag gibt, wenn das Verhältnis der beiden Stromstärken dem gewünschten Absorptioiisverhältnis ent- a° spricht, und daß zur Einstellung der Strahlungswiderstände gemäß diesem Verhältnis der verstellbar angeordnete, Teile untereinander verschiedenen Absorptionsvermögens aufweisende Absorptionskörper dient.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 bzw. 3 zur direkten Ablesung der gesuchten Schichtdicke, bei welcher der Absorptionskörper fest eingestellt sein kann und das Differentialstrommeßgerät durch ein den Quotienten der beiden Stromstärken messendes Gerät, bzw. das Spannungsmeßgerät durch ein den Quotienten der beiden Kondensatorspannungen messendes Gerät ersetzt ist, während zwischen der Widerstandsänderung der Strahlungswiderstände und der Intensität der Strahlung eine beliebige gegebene eindeutige Beziehung bestehen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.