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Strahlcnnachweisvorrichtung
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Die Erfindung bctrifft eine Strahlennachweisvorriclltllng, insbesondere
für die Computer-Tomographie, bestehend aus einem mit einem Gas füllbaren Gehäuse
zur Aufnahme einer l)etektorreihe mit einer Vielzahl von im Abstand voneinnnder
angeordneten und sich gegenüberstehenden Elektrodenplatten, die durch auf den Elektrodenplatten
an zwei gegenüberliegenden Plattenkanten angeordnete Distanzstreifen, die sich in
Richtung der Plattenkanten erst recken, untereinander in gleicher Weise beabstandet
sind, wobei die Strahlennachweisvorrichtung ferner eine Hochspannungsquelle und
elektrische Signalverstärker aufweist, die mit den Elektrodenplatten verbunden sind.
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Eine derartige Strahlennachweisvorrichtung ist bereits uus der DE-OS
27 43 053 bekannt. Die Elektrodenplatten der Detektorroihe sind hier durch Distanzstreifen
voneinander getrennt, wobei Elektrodenplatten und Distanzstreifen abwechselnd zu
einem Block zusammengefügt bzw.
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gestapelt sind. An einer Elektrodenplatte liegen somit an beiden Seiten
Distanzstreifen an, wobei die Strahlung in Richtung der Distanzstreifen zwischen
den Elektrodenplatten hindurchtritt. Ziwschen den Elektrodenplatten und den Distanzstreifen
befindet sic ferner ein Klebemittel, so daß der gesamte I3lock in einer dafür geeigneten
Form zur Verklebung der Elemente zusammengepreßt wcrden kann. Mehrere solcher Blöcke
werden dann anschließend in einer dafür vorgesehenen Form oder Schablone zur Bildung
einer vollständigen Detektoranordnung ebenfalls miteinander verklebt.
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Elektrodenplatten bzw. Distanzstreifen können jedoch nur mit einer
gewissen Genauigkeit in ihren Abmessungen hergestcllt werden. Üblicherweise schwanken
die Abmessungen uni zwar geringe, bei Verwendung der Elemente zum Aufbau einer Detektoranordnung
jedoch störende Werte. Solche Schwankungen in den Abmessutogen wirken sich insbesondere
nachteilig aus, wenn derartige mit Fehlern behaftete Elektrodenplatten bzw. Distanzstreifen
zur Bildung von Detektorreihen .-tufeinandergelegt bzw. gestapelt werden. Bei einer
Addition derartiger Feloler können dann die in einer Detektorreihe liegenden Detektoren
von vorbestimmten Positionen abweichen, was zu Bildfehlern im rekonstruierten Bild
eines durchstrahlten Objektes führt.
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Besonders nachteilhaft wirkt sich die Addition solcher Fehler bei
kreisförmigen Detektorreihen aus, bei denen die einzelnen Elektrodenplatten auf
einen außerhalb der Detektorreihe liegenden Punkt, z.B. den Fokus einer Hdntgellrötlre,
ausgerichtet sind, von dem ein fächerförmiges, ebenes Strahlenbündel ausgeht, in
dessen Ebene die Detektorreihe zur Messung dieser Strahlung liegt. Hier führt die
bei Addition der Abmessungsfehler längs der Detcktorreihe auftretende Verscbiebung
der i)et ektoren dastl , daß eine Anzahl von Elektrodenplatten nicht mehr auf den
Röhrenfokus ausgerichtet sind, und daß demzufolge in einer einzelnen Detektorkammer
Bei'eictie entstehen, die nicht mehr direkt von der vom Fokus ausgehenden Strahlung
durchstrahlt werden, wodurch die Empfindlichkeit der entsprechenden Detektorkammern
vermindet wird.
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Aufgabe de Erfindung ist es dahcr, eine Strahlennachweisvorrichtung
mit einer Detektorreihe anzugeben, bei der sich Fchler in den Abmessungen der Flektrodenplatten
bzw. Distanzstreifen in Richtung der Detcktorrcihe nicht mehr addieren.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jeweils
e Lne Elcktrodenplatte mit nur einer benaclibarten Elektrodenplatte über l)istanzstreifen
miteinander verbunden ist, daß die Distanzstreifen in gleichem Abstand voneinander
mit einem Grundelement verbunden sind, und daß jeweils der Abstand von benachbarten,
nicht über Distanzstreifen miteinander verbundenen Elektrodenplatten genauso groß
ist, wie der Abstand der über Distanzstreifen miteinander verbundenen Elektrodenplatten.
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Werden einzelne und in gleicher Weise ausgebildete Elektrodenplattesi
paarweise über Distanzstreifen zur Bildung voii Detektorkammern zusammengefaßt,
so können diese @ nebeneinander auf einem Grundelement, z.B. einer ebenen innenwind
eines Detektorygehäuses, aufgestellt werden.
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Der Zusammenbau zweier Elektrodenplatten und zweier Distanzstreifen
zu einer Detektorkammer kann dabei mit Uilfe einer mcchanischen Lelire vorgenommen
werden, in der die Elektrodenplatten bzw. Distanzstreifen genau zueinander positioniert
werden können. Anschließend kann dann eine Verklebung der Detektorplatten mit des
Distanzstreifen erfolgen, z.B. mittels eincs unter Luftabschluß schnell trocknenden
Klebers.
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Die Positionierung der Detektorkammern erfolgt durch Messung ihres
Abstandes von einem für alle Detclstorkammern gemeinsamen Bezugspunkt. Hierdurch
wird errcicht, daß sich die Fehler (Toleranzen) in den Abmessungen von Elektrodenplatten
bzw. Distanzstreifen beim Aufbau einer derartigen Detektorreihe in ihrer Längsrichtung
nicht mebr addieren können, da benachbarte Detcktorkammern sich nicht mehr berühren.
Eine gegenseitige Verschiebung der Detektorkammern aufgrund der Addition von Abmessungsfehlern
ist also nicht mehr möglich.
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Eine Detektorreihe kann z.. aus einer Vielzahl von parallel zueinander
angeordneten, rechteckförmigen Elektrodenplatten bestehen, die senkrecht zu einer
ebenen Grundplatte stehen, zu der die Distanzstreifen parallel verlaufen (lineare
Detektorreihe). Die Distanzstreifen weisen dabei senkrecht zu ihrer Längsrichtung
einen rechteckförmigen Querschnitt auf und liegen mit ihrer einen Seite auf der
Grundplatte, nit der sie fest verbunden sind, während jeweils zwei Elektrodenplatten
an gegenüberliegenden Seiten eines Distanzstreifens befestigt sind. Der Abstand
zweier Elektrodenplatten ciner Detektorkammer entspricht dabei dem Abstand zweier
gegenüberliegender Elcktrodenplatten benachbarter Detektorkammern. Die Orte der
einzelnen Detcktorkammern werden durch Messung des Abstandes jeweils einer Detektorkammer
v-on einem für alle Detektorkammern gemeinsamen Bezugspunkt auf der Grundplatte
gemessen.
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Die Detektorreihe kann aber auch derart linear odej teilkreisförmig
ausgebildet sein, daß sich die Ebenen, in denen die senkrecht zum Grundelement stehenden
Elektrodenplatten liegen, in einer Geraden schneiden.
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Die Distanzstreifen verlaufen auch hier parail cl zum Grundelement
und weisen einen senkrccht zu ihrer Längsrichtung rechteckförmigen Querschnitt auf,
besitzen jedoch zwei sich gegenüberlicgende und uiii einen Winkel gegeneinander
geneigte Flächen zur Aufnahme der Elektrodenplatten. Die einzelnen Detektorkammern
sind so auf dem Grun<Ielement angeordnet, daß die jeweils zu ihnen gehörenden
Elektrodenplatten und die sich gegenüberliegenden, zu verschiedenen Detektorkammern
gehörenden Elektrodenplatten zueinander die gleiche Lage aufweisen. Durch die gegenüberliegenden
Elektrodenplatten
benachbarter Detektorkammern wird dann wiederum
eine detektorartige Kammer gebildet.
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Bei Computer-Tomograpiegeräten der zweiten und dritten Generation
werden z.B. teilkreisförmige Detektorreihen verwendet, in deren Kreismittelpunkt
der Fokus einer Rontgenröhre angeordnet ist. Die Detektorreibe wird dabei mittels
eines ebenen, durch Blenden ausgeblendeten, fächerförmigen Strahlenbündels bestrahlt,
in dessen Ebene die Dotektorreihe liegt. Die Strahlenquellen-Detektoranorduung ist
dabei um eine senkrecht zur Ebene des fticherförmigen Strahlenbundels verlaufende
Achse drehbar angeordnet, derart, daß ein im Strahlenbundel liegend er Körper unter
einer Vielzahl von in der Ebene liegenden Richtungen zur Messung von Absorptionswerten
entlang von Strahlenwegen durch den Körper durchstrahlt werden kann, aus denen ciii
in d d(r entsprechenden Ebe@@ liegendes Bild des Objebtes rekonstruiert wird. Selbstverständlich
können anch die bei Computer-Tomographiegeräten der vierten Generation verwendeten
ringförmigen Detektorreinen in entsprechender Weise aus diskreten Detektorkammern
aufs ein Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen cli e Distanzstreifon
ein in einer senkrecht zu ihrer Längsrichtung verlaufenden Ebene liegendes, T-förmiges
Querschmittsprofil auf, wobei die Elektrodenplatten an gegenüberliegenden Schaftseiten
des parallel zur Symmetrielinie des Querschnittsprofils verlaufenden Längsschaftes
anliegen.
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Durch ein derartiges Querschnittsprofil wird erreicht, daß die Stabilität
einer Deiektorkammer erhöht werden kann, da derartige Distanzstreifen eine große
Steifigkeit aufweisen. Hinzu kommt, daß in den Querschaft des T-formigen Profils,
der die Detektorplatten überragt, relutiv große Bohrungen zur Aufuahme starker Verbindungselemente
zur Befestigung der D@tcktorkammer mit der
Grundplatte eingebracht
werden können.
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Gleichzeitig wird durch ein solches Profil die Auflagefläche des Distanzstreifens
erhöht, wodurch die Stabilität der Detektorreibe vergrößert wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die
Distanzstreifen durch Paßstifte Init dem Grundelement verbunden und zusätzlich mit
ihm verklebt.
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Die in der Außenseite des Distanzstreifens eingebrachten Bohrungen,
die z.B. auf der in Längsrichtung des Distanzstrcifens verlaufenden Symmetriclinie
liegen, dienen zur Aufnahme von Paßstiften, mit denen jeweils eine Detektorkammer
auf dem Grundelement befestigt wird. Hierzu greifen die Paßstifte in weitere Bohrungen
ein, die nit Hilfe eine numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine in das Grundelement
eingebracht wurden. Durch die Genauigkeit t'r Lage ii ler Bohrungen in den Distanzstreifen
und im Grundelement wird dann die Genauigkeit der Position der Detektorkammern und
somit der Detektorkanäle bestimmt.
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Der Aufbau der einzelnen Detektorkammern auf dem Grundelement erfolgt
derart, daß nach(inander die einzelnen Detektorkammern mit ihren Paßstiften in die
vorgesehenen Bohrungen gesteckt werden. Dabei wird mit Hilfe einer 90°-Lehre ihre
Lage relativ zum Grundelement kontrolliert.
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Dic jeweils hinzugefügten und ausgerichteten Dctektorkammern werden
dann fixiert, indem sie mit den bereits vorhandenen Detektorkammern an der dem Grundelement
abgewandten Seite verklebt werden. Nachdem alle Detektorkammern eingesetzt worden
sind, werden die Detcktorliallllllern an der dem Grundelement abgewandten Seite
Illil.
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ciner durchgehenden Epoxidharzschicht überzogen, so daß @in@ schwingungsfreie
Detektorreihe entsteht.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es
zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer teilkreisförmigen Detektorreihe
mit drei Detektorkammern und Fig. 2 einen Schnitt durch eine Detektoranordnung parallel
zu den Elektrodenplatten.
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In der Fig. 1 ist ein Ausschnitt einer z.B. teilkreisförmigen Detektorreihe
1 dargestellt. Sie besitzt eine Vielzahl von einzelnen Detektorkammern 2, von denen
der Übersicht wegen nur drei dargestellt sind. Eine Detektorkammer 2 besteht dabei
jeweils aus zwei sich gegentiberliegenden, rechtcckförmigen Elektrodenplatten 3,
4, die durch zwei Distanzstreifen 5 (der Übersicht wegen ist jeweils nur ein l)istanzstreifen
5 dargestellt), die an gegenüberliegenden Kanten der Elektrodenplatten 3, 4 angeordnet
sind und sich entlang der Plattenkanten erstrecken, miteinander verbunden sind.
Eine zu detektierellde Strahlung 16 verläuft dabei parallel zu den Distanzstreifen
5. Die Distanzstreifen 5 besitzen senkrecht zu ihrer Langsrichtung ein T-fö'rmiges
Querschnittsprofil, so daß Detekvorkammern 2 mit besonders hoher Formstabilit.-it
bzw.
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Steifigkeit hergestellt werden können, wenn die Elektrodenplatten
3, 4 an den Schaftseiten 6, 7 des parallel zur Symmetrielinie 8 des Querschnittsprofils
verlaufenden Längsschaftes 9 und gleichzeitig mit ihren Kanten an den senkrecht
zur Symmetrielinie 8 verlaufenden Querscllaft 10 anliegen. Elcktrodenplatten 3,
4 und Distanzstreifen 5 werden dabei vorzugsweise miteinander verklebt, z.B.
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mit einem unter Luftabschluß schnell trocknenden Kleber, wobei die
Klebspaltdicke aus Gründen einer geringen Nachgicbigkeit möglichst klein gehalten
werden soll.
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Die Distanzstreifen 5 besitzen jeweils zwei senkrecllt in die Außenseiten
11 des T-förmigen Querschnittspro flis und auf der in Längsrichtung der Distanzstreifen
5 verlaufenden Symmetrielinie eingebrachte Bohrungen 12, 13, die als Referenzpunkte
bei der Fertigung des Distanzstreifens 5 dienen. In diese Bohrungen 12, 13 sind
mit guter Passung Stifte 14, 15 eingeklebt, relativ zu denen der Längsschaft 9 gefräst
ist. Die Schaftseiten 6 und 7 des Längsschaftes 9 verlaufen dabei parallel zur Symmetrielinie
8 des Querschnittsprofils und zueinander unter einem solchen Winkel OCp, daß die
auf ihnen liegenden, verlängert gedachten Elektrodenplatten 3, 4 sich im Kreismittelpunkt
(nicht dargestellt) der Detektorreihe 1 schneiden, in dem sich z.B. der Fokus einer
Röntgenröhre befindet, deren Strahlung 16 zu einem ebenen, fächerförmigen Strahlenbündel
ausgeblendet ist, dessen Ebene senkrecht zu den Elektrodenplatten 3, 4 verläuft.
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Die einzelnen Detektorkammern 2 sind mittels der Paßstifte 14, 15
mit einem ebenen Grundelement (19 in lig. 2) verbunden, die in vorgegebene Bohrungen
im Grundelement eingreifen. Dabei sind de Abstand untl die Lage der Bohrungen im
Grundelement für die jeweiligen Detektorkammern 2 von einem gemeinsamen, auf dem
Grundelement liegenden Bezugspunkt so gewählt, daß die zu einer Detcktorkammer 2
gehörenden Elektrodenplatten 3, 4 die gleiche Lage zueinander besitzen, wie benachbarte
und zu verschiedenen Detektorkammern gehörende Elektrodenplatten 3 , 4'. Die einzelnen
auf dem Grundelement 19 liegenden Distanzstreifen 5 berühren sich dabei nicht.
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Ferner sind die Distanzstreifen 5 zur Erioöhung der Stabilität der
Detektorreihe 1 mit dem Grundelement 19 uncl auf der dem G Grullde element 19 gegenüberliegnden
Seite mittels einer Epoxidharzschicht (5a in Fig. 2) miteinander verbunden.
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Die Elektrodenplatten 3, 4 bestehen vorzugsweise aus einem Material
mit hohem Elastizitätsmodul, um die Schwingungsamplitude mechanischer Plattenvibrationen
möglichst klein zu halten und gleichzeitig ihre Grundresonanzfrequenz möglichst
hoch zu legen. Ilierdurch wird die Störung des Meßsignales durch Mikrophonie (Kondensatormikrophonprinzip)
klein gehalten. Beispielsweise können die Elektrodenplatten 3, 4 aus isolierender
Aluminium-Sinterkeramik bestehen, wobei jeweils beide Oberflächen tier Elektrodenpiatten
3, 4 elektrisch voneinander getrennte, leitfähige Belege 17 tragen, die beispielsweise
aus einer Doppctschicht vor Nickel auf Nickel-Chrom bestehen. Dabei sind dit' Elektrodenplatten
4, 4' beidseitig mit einer Hochspannungsquelle 18a und jede Seite der Elektrodenpla@te
3 mit jeweils einem Signalverstärker 18b, 18b' verbunden. Zwischen jeweils zwei
Elektrodenplatten 3, ls, auch zwischen den zu verschiedenen Detektorkammern gehörenden
Elektrodenplatten 3, 4', entstehen somit Detektorkanäle, die mit ionisierbarem Gas
zur Messung einfallender Strahlung i(> gefiillt sind.
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Bei Ver-wendung isolierender Elektrodenplatten 3, 4 können die Distanzstreifen
5 aus Metall, z.B. Aluminium, bestehen, die mit Masse bzw. dem Gehäuse verbunden
sind, so daß Kriech- und Leckströme nicht auf die mit den elektronischen Signalverstärkern
verbundenen Elektrodenbeläge 17 gelangen können, wodurch sich sonst das Signal-Rauschverhältnis
der Detektoranordnung vcrscllleclltert. Dabei sind die Beläge 17 elektrisch von
den Distanzstreifen 5 getrennt.
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Die Elektrodenplattcn können auch vollständi;, aus Metall bestchen.
Ein Detektorkanal wird dann aus zwei i Elektrodenplatten gebildet, an denen eine
llochspannung liegt, und aus einer dazwischenliegenden Elektrodenplatte, die als
Signalplatte dient.
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Eine Ausführungsform einer Detektorreihe 1 besteht beispielsweise
aus einigen lltudert rechteckförmigen Detektorplatten 3, 4, die eine Dicke von 0,25
mm, eine Höhe von 60 mm und eine Breite von 40 mm besitzen. Die cinzelnen Detektorplatten
3, 4 besitzen dcbei gegenseitige Abstände von etwa 1,5 mm bzw. bei teilkreisförmigen
Anordnungen, Winkelabstände von 0,075°.
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In der Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Strahlendetektoranordnung
parallel zu den Elektrodenplatten 3, gezeigt, die mittels der Distanzstreifen 5
untereinander und mit der Grundplatte 19 einer die Stifte 14, 15 verbunden sind.
Auf der der Grundplatte 19 gegenüberliegenden Seite der Detektorkammern sind die
Distanzelemente 5 mit einer Epoxidharzschicht 5n überzogen, so daß eine schwingungsfreie
DeEtektorreille 1 entsteht. Die gesamte Detektorreihe 1 ist von einem deckelartigen
Gehäuseteil 20 umgeben, das auf der Grundplatte 19 aufliegt und mit ihr über Uolzen
21 verbunden ist. Zur Abdichttrng des mit ionisierbarem Gas (z.B. Xenon) gefüllten
Innerlraumes 22 dient eine Dichtung 23, z.B. ein in einer Ausnchmung verlaufender,
geschlossener Ring aus Gummi.
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Um zu vermeiden, daß von einem durchstrnhlten Objekt ein zu großer
Anteil von Streustrahlung schräg zur Richtung der Elektrodenplatten in die Detektorkammern
fällt, befindet sich ferner auf der Grundplatte 19 eine Streustrahlenblende 24,
die in einer der Detektorreihe 1 entsprechenden Weise aufgeh.lut ist. Di Die einzelnen
Blendenplatten 25 bestehen aus einem Röntgen strahlen absorbierenden Material, z.B.
Blei, Molybdän, oder Wolfram, und sind in Ebenen angeordnet, in denen die Elektrodenplatten
3, 4 liegen. Dic einzclnen Blendenplatten 25 sind dabei ebenso wie die Elektroden-
platten
3, 4 mit Distanzstreifen 5' miteinander und mit der Grundplatte 19 befestigt, wobei
die Distanzstreifen 5' den Distanzstreifen 5 entsprechen. Auch hier sind die dem
Grundelement 19 gegenüberliegenden Distanzstreifen 5 mit einer Epoxidharzschicht
5b überzogen bzw. miteinander verklebt.
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Die Positionen der Bohrungen für die Stifte 26 zum Befestigen des
Strenstrahlengitters 24 auf der Grundplatt 13 können dabei ebenso wie die I>ositionen
der Bohrungen für die Stifte 14, 15 (Fig. 1) durch Abstandsmessungen von einem für
alle Bohrungen gemeinsamen Bezugspunkt auf der Grundplatte 19 bestimmt werden, so
daß ein nachträgliches Justieren zwischen Detektorreihe 1 und Streustrahlenblende
24 entfällt.
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Mit Hiffe der Distanzstreifen 5 mit T-förmigem Querschnittsprofil
können natürlich Elektrodenplatten verbunden werden, die parallel zueinander liegen.
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Hierzu müssen lediglich die Schaftseiten 6, 7 des Längsschaftes 9
parallel zueinander verlaufen. Eine derartige Detektorreihe kann dann gemäß Fig.
2 ebenfalls in einem gasdichten Gehäuse 19, 20 angeordnet werden. Selbstverständlich
können auf diese Weise auch Elektrodenplatten mitcinander verbunden werden, die
eine lineare, sich in einer Richtung crstreckende Detektorreihe bilden, bei der
sich die Ebenen, in denen die Elektrodenplatten liegen, in einer Geraden schneiden.