DE3023794C2 - Einrichtung mit einer selbstauslösenden, einen Proportionalkammer-Abschnitt und einen Funkenkammer-Abschnitt aufweisenden Hybrid-Funkenkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus »Nuclear Instruments and Methods«, Bd. 150, 1978, Nr. 2, S. 203 bis 208 ist eine derartige Einrichtung bekannt, die mit einer selbstauslösenden Hybrid-Funkenkammer arbeitet. Solche Hybrid-Funkenkammer zeichnen sich im Vergleich mit herkömmlichen Zweielektroden-Funkenkammern durch großen Bedienungskomfort, hohe Nachweisausbeute, gute Auflösung, verbesserte Kmpfindlichkeitsgleichmäßigkeit und verringerte Instabilität des Betriebs aus und lassen sich sehr gut zum Nachweis geladener Teilchenstrahlung wie beispielsweise ^-Strahlung einsetzen, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Allerdings traten beim Betrieb derartiger Hybrid-Funkenkammern Instabilitäten auf. deren Lirsache nicht bekannt war.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die beobachteten Betriebsinstabilitäten im wesentlichen auf sogenannte sekundäre Funken zurückzuführen sind, die im Proportionalkammer-Abschnitt als Folgeerscheinung korrekt gezündeter Funken im Funkenkammer-Abschnitt auftreten. Diese im Proportionalkammer-Abschnitt auftretenden sekundären Funken können nicht nur selbst störend in Erscheinung treten, sonderr, zudem die Entstehung weiterer fehlerhafter Funken begründen, die ihrerseits durch eine von den sekundären Funken hervorgerufene übermäßig starke Elektronenemission aus der Kathode des Proportionalkammer-Abschnitts ausgelöst werden. Diese Elektronenemission nimmt insbesondere dann erhebliche Ausmaße an, wenn auf der Oberfläche der Kathode des Proportionalkammer-Abschnitts ein Metalloxid mit hohem Widerstand oder ein organischer Verunreinigungsfilm abgeschieden ist Die Ablagerung beispielsweise eines organischen Verunreinigungsfilms läßt sich jedoch nicht oder allenfalls nur mit äußerst großem Aufwand vermeiden. Insbesondere ist dies unmöglich, wenn die Einrichtung als sogenannte /Ϊ-Strahlenkamera verwendet und die Kathode des Proportionalkammer-Abschnitts in Kontakt mit der zu messenden Probe gebracht wird. Hierbei lagert sich nicht nur feiner Staub auf der Kathodenoberfläche ab, sondern es verbrennt auch die in dem Arbeitsgas enthaltene organische Substanz bei Auftreten von sekundären Funken und scheidet sich dabei auf der Kathodenoberfläche ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart auszubilden, daß die unerwünschte Auslösung von sekundären Funken im Proportionalkammer-Abschnitt sicher verhindert und damit die Stabilität des Betriebs erhöht ist

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden

Teil des Patentanspruchs 1 genannte Ausbildung gelöst.

Die Erfindung macht sich d'ibei die weitere

Erkenntnis zunutze, daß die Auslösung sekundärer Funken sicher vermeidbar ist, wenn die im Proportionalkammer-Abschnitt herrschende Feldstärke unter einen Schwellwert herabgesetzt wird, der im wesentlichen durch das verwendete Arbeitsgas und den Abstand zwischen den Elektroden bestimmt ist, und daß ein sekundärer Funken erst geringfügig später als der auslösende Funken im Funkenkammer-Abschnitt erzeugt wird.

Die vorgesehene Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung setzt die im Proportionalkammer-Abschnitt herrschende Feldstärke nach Auftreten eines Funkens im Funkenkammer-Abschnitt sehr rasch unter den Schwellwert herab. Mit dieser Maßnahme ist die Stabilität des Betriebs erheblich verbessert. Dies gilt auch dann, wenn auf der Oberfläche der Kathode des Proportionalkammer-Abschnitts organische Verunreinigungen oder dergleichen vorhanden sein sollten, da aufgrund der Unterdrückung sekundärer Funken auch keine weiteren fehlerhaften Funken mehr gezündet werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Aus der DE-OS 19 08 864 ist eine Funkenregelschaltung für eine andersgeartete Funkenkammer bekannt, die aus einem Detektorraum, in dem ein relativ schwaches elektrisches Feld herrscht und die nachzuweisende Strahlung durch fotoelektrische Einwirkung auf die Gasatome Ladungsträger auslöst, und der eigentlichen Funkenkammer besteht, in der ein starkes

elektrisches Feld herrscht und in der, durch die Ladungsträger ausgelöst, die interessierenden Funken auftreten. Da allerdings bei jedem in der eigentlichen Funkenkammer auftretenden Funken eine erhebliche Zerstörung des vorhandenen organischen Gases stattfindet, wird dort zum Vermeiden dieses Effekts und zur gleichzeitigen Verringerung der Totzeit des Detektors die Funkenkammer bei jedem auftretenden Funken durch eine Entladeschaltung kurzgeschlossen, so daß der größte Teil des Funkenstroms nicht direkt über die Funkenkammer, sondern vielmehr über die Entladeschaltung abfließt Ober die Entstehung sekundärer Funken sind dieser Druckschrift keinerlei Erkenntnisse entnehmbar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines ₎₅ Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels,

F i g. 2 schematisch die Arbeitsweise der Hybrid-Funkenkammer,

F i g. 3 den Schaltungsaufbau einer bei dem in F r g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eingesetzten Triggerschaltung,

F i g. 4 bei Untersuchung einer ⁶⁰Co-/?-StrahIenprobe erhaltene Zählcharakteristikkurven mit und ohne Verwendung der Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung und

Fig.5 bei Verwendung derselben Probe und unter denselben Betriebsbedingungen wie bei dem der F i g. 4 zugrunde liegenden Versuch erhaltene Verteilungen der Funken-Lichtflecken, wobei Fig.5a die Resultate bei Verwendung der Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung und F i g. 5b die Ergebnisse ohne Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung bei einer Versorgungsspannung V₅ = 5,55 kV zeigen.

F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung mit einer selbstauslösenden Hybrid-Funkenkammer 1 und einer Kochgeschwindigkeits-Entladeschaltung 19. Die Hybrid-Funkenkammer 1 weist drei parallele, flache Elektroden 2, 3 und 4 auf, die zueinander in Abständen von 5 mm stehen. Eine zu messende Probe 5 ist unterhalb der Elektrode 4 angeordnet Diese Teile sind in einem abgedichteten Arbeitsgas-Behälter 6 untergebracht. Dir Zwischenraum zwischen den Elektroden 2 und 3 wirkt als Funkenkammer-Abschnitt 7 und der Zwischenraum zwischen den Elektroden 3 und 4 entsprechend als Proportionalkammer-Abschnitt 8. Die Elektrode 2 besteht aus dnem elektrisch leitenden Glas. Ihr Durchführungs-Anschluß 2' ist mit einer Hochspan- >o nungsversorgung 11 über einen Entladungslösch-Widerstand 9 mit hohem Widerstandswert und einen Widerstand 10 mit niedrigem Widerstandswert verbunden, über die an die Elektrode 2 eine Hochspannung V₅ angelegt ist. Die Elektrode 3 besteht aus einem Netz aus rostfreiem Stahl. Ihr Durchführungs-Anschluß 3' ist mit einer Hochspannungsversorgung 14 über einen Widerstand 12 mit niedrigem Widerstandswert und einen Entladungslösch-Widerstand 13 mit hohem Widerstandswert verbunden, über die an die Elektrode 3 eine Hochspannung V_p angelegt ist. Die Elektrode 4 besteht ebenfalls aus einem Netz aus rostfreiem Stahl. Ihr Durchführungs-Anschluß 4' ist über einen Widerstand 15 geerdet und ferner über einen Widerstand 16 mit einem Zähler 17 verbunden. Als Arbeitsgas wird eine ^ro Gasmischung aus Argo .· und Äthylalkohol mit Raumtemperatur und Atniosphärendruck (mit dem Sättigungsdruck bei 0°C) verwendet, die in Pfeilrichtung durch eine Röhre 18 einströmt

Die Arbeitsweise der Hybrid-Funkenkammer ist wie folgt:

Wenn die von der Probe 5, die an einer Stelle ungefähr 1 mm unterhalb der Elektrode 4 parallel zu der Elektrodenoberfläche angeordnet ist, emittierten ^-Strahlen die Maschen der Elektrode 4 passieren, wird, wie in F i g. 2 gezeigt, entlang ihrer Spur das Arbeitsgas zwischen den Elektroden 3 und 4 ionisiert Hierbei werden die freigesetzten Elektronen beträchtlich durch das hohe elektrische Feld zwischen den Elektroden 3 und 4 vervielfacht Tritt ein Teil der Elektronen durch die Maschen der Elektrode 3, so wird ein Funke zwischen den Elektroden 2 und 3 erzeugt Ohne Gegenmaßnahmen könnte dieser Funke einen sekundären Funken in dem ProportionaJkammerabschnitt 8 zwischen den Elektroden 3 und 4 hervorrufen.

Um die Erzeugung eines derartigen sekundären Funkens zu vermeiden, ist die Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung 19 dem Prope-rtionalkammer-Abschnitt 8 der Hybrid-Funkenkammer 1 parallel geschaltet Die Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung 19 weist ein Thyratron 20 und eine Triggerschaltung 21 auf. Die Anode des Thyratrons 20 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 12 und dem Entladungslösch-Widerstand 13 verbunden, der mit der Elektrode 3 der Hybrid-Funkenkammer 1 verbunden ist Die Kathode des Thyratrons ist geerdet, so daß das Thyratron 20 dem Proportionalkammer-Abschnitt 8 parallel geschaltet ist Ferner ist eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 22, der Triggerschaltung 21 und einem Widerstand 23 zwischen den Verbindungspunkt des mit der Elektrode 2 verbundenen Widerstandes 9 und des Widerstandes 10 und das Gitter des Thyratrons

20 geschaltet

Als Thyratron wird ein wasserstoffgefülltes Thyratron verwendet, das für hohe Spannungen und hohe Ströme ausgelegt ist und eine kleinere Ionisationszeit als 0,1 μ5βο hat. Als Triggersignal für das Thyratron wird der Spannungsabfall an der Elektrode 2 benutzt, der durch den in dem Funkenkammer-Abschnitt 7 erzeugten Funken ausgelöst wird.

Die Polarität des von der Elektrode 2 abgenommenen Triggersignals ist negativ. An den Stcuereingang des Gitters des Thyratrons 20 muß jedoch ein Impuls mit einer positiven Polarität und einer Impulshöhe von mehr als 175 Volt angelegt werden. Um diese Eingangsbedingung zu erfüllen, ist die Triggerschaltung

21 mit dem Gitter des Thyratrons 20 verbunden. Die Triggerschaltung 21 ist eine herkömmliche, hier nicht näher erläuterte Transistorschaltung mit einem Hochfrequenztransistor, die in F i g. 3 gezeigt ist. Sie besteht nach F i g. 3 aus Widerständen 30 bis 36, Dioden 37 bis 41, Kondensatoren 42 und 43 und Transistoren 44 bis 47. Ein von der Elektrode 2 abgenommenes Signal χ wird durch die Triggerschaltung 21 in einen Impuls y mit positiver Polarität, sehr schneller Anstiegszeit und einer Impulshöhe von ungefähr 180VoIt umgesetzt. Die Schaltung wird mit einer Betriebsspannung + V betrieben.

Die Zeitdauer zwischen dem Fu:iken in dem Funkenkammer-Abschnitt 7 und der Erzeugung eines sekundären Funkens in dem Proportionalkammer-Abschnitt 8 betrug sei Verwendung des vorstehend beschriebenen Arbeitsgases 0,2 μβεο.

Bei Verwendung der Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung beträgt die gesamte Verzögerungszeit nach der Erzeugung des Funkens im Funkenkammer-Ab-

schnitt 7 bis zum Ansprechen der Entladeschaltung 19 ungefähr 0,1 μ5βΰ, so daß die Bedingung für das Ansprechen der Entladeschaltung 19 innerhalb von 0.2 μsec nach Auftreten des Funkens vollständig erfüllt ist.

Ergebnisse von Versuchen mit der beschriebenen Einrichtung werden im folgenden besprochen. Im allgemeinen wird die Instabilität der Arbeitsweise der Hybrid-Funkenkammer deutlich, wenn die einfallende Strahlungsintensität niedrig ist. Daher wurden unter Verwendung einer Probe mit einer niedrigen Strahlungsintensität, beispielsweise einer ^Μ Co-/J-Strahlenprobe der durch die Existenz der Entladeschaltung verursachte Unterschied in der Zählcharakteristik und der Einfluß der Entladeschaltung auf die Stabilität der Arbeitsweise der Funkenkammer untersucht.

Fig.4 zeigt die Beziehung zwischen der Zählrate

^Cpiu) cuiiiüngCn JC iviiiiLjiC^ ujlu uCr uiigCiCgiCn Spannung Vs in k Vfür den Fall, daß eine hohe Spannung Vp von 2,8 kV an den Proportionalilcammer-Abschnitt 8 angelegt ist. Die verwendete Kathode (Elektrode 4) des Proportionalkammer-Abschnittes 8 war auf ihrer Oberfläche gezieli mittels einer organischen Substanz aus vier auf die gesamte Oberfläche aufgebrachten Schichten (ungefähr 10~⁶cm) eines monomolekularen Stearinsäure-Films verunreinigt. Bei einer herkömmlichen Hybrid-Funkenkammer, bei der keine Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung verwendet wird, zeigt sich kein Plateau in der Zählcharakteristikkurve, die durch die gestrichelte Linie in F i g. 4 angedeutet ist, und die Arbeitsweise wird instabil. Demgegenüber wird bei Verwendung der Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung ein stabiler Betrieb erhalten, wie aus der durchgehenden Linie in Fig.4 ersichtlich ist. Ist der Wert der an dem Funkenkammerabschnitt angelegten Spannung Vi großer als 5,7 IcV. so wird die durch störende Funken hervorgerufene Zählrate erheblich vergrößert und damit die Arbeitsweise instabil, da dann die elektrische Feldstärke zwischen den Elektroden 2 und 3 so groß ist, daß unabhängige zusätzliche Funken zwischen den Elektroden 2 und 3 erzeugt werden. Daher sollte, wenn die angelegte Spannung V_p 2.8 kV beträgt, die angelegte Spannung Vs kleiner als 5,7 kV sein.

Bei einer angelegten Spannung Vs = 5,55 kV, bei der die Stabilität dann, wenn keine Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung verwendet wird, deutlich niedriger ist, wie dies in Fig.4 gezeigt ist, wurde die Verteilung der Funken-Lichtflecke mittels einer nicht gezeigten gewöhnlichen optischen Kamera, die oberhalb der Elektrode 2 angebracht ist, photographiert und die Qualität des bei Einsatz der Entladeschaltung erhaltenen Bildes untersucht. Das Ergebnis ist in F i g. 5 gezeigt. Hierbei war die Probe durch Verteilen von ⁶⁰Co in ein gleichseitiges Dreieck mit einer Seitenlänge von 2 cm

lohergestellt. In dem in F i g. 5b gezeigten Fall wurde keine Entladeschaltung verwendet. Wie ersichtlich, ist das Bild beträchtlich durch die Erzeugung sekundärer, störender Funken gestört. Bei Verwendung der Entladeschaltung wird dagegen, wie in Fig. 5a gezeigt, ein genau der Probe entsprechendes Bild erhalten.

Somit wird die Betriebsweise beträchtlich allein dadurch stabilisiert, daß mit der Hybrid-Funkenkammer uiC ι iGCiigvSCii'iVinviigfxCitS- !-.niiuuvSCiiuiiuiig VCri/UriuCn wird. Diese Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung kann abnehmbar an der Hybrid-Funkenkammer als externer Schaltkreis montiert sein. Ferner kann sie in die Hybrid-Funkenkammer integriert sein. Wird die Entladeschaltung als externer Schaltkreis verwendet, ist es möglich, sie an einer handelsüblichen Hybrid-Funkenkammer anzubringen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend besi iriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es versteht sich von selbst, daß beispielsweise für die Entladeschaltung jede Art von Entladeelementen verwendet werden kann, die den größten Teil der in dem durch die Proportionalkammer gebildeten elektrostatischen Kondensator angesammelten Ladung mit hoher Geschwindigkeit unter den gewünschten Bedingungen entladen können, bevor nach der Erzeugung eines Funkens im Funkenkammer-Abscimitt ein sekundärer Funke entsteht. Als Arbeitsgas, das in die Hybrid-Funkenkammer eingeschlossen ist. können außer dem vorstehend beschriebenen Arbeitsgas die verschiedensten Gasmischungen verwendet werden.

■»ο Als zu messende Strahlungsquelle können nicht allein ^-Strahler, sondern auch <x-, γ- oder Röntgen-Strahler usw. verwendet werden. Als Triggerschaltung kann jede Schaltung verwendet werden, sofern sie unter den gewünschten Bedingungen das Entladeelement triggert. ■15

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung mit einer selbstauslösenden Hybrid-Funkenkammer, die einen Proportionalkammer-Abschnitt, in welchem durch eine nachzuweisende Strahlung ausgelöste Elektronen vervielfacht werden, und einen Funkenkammer-Abschnitt aufweist, in dem die vervielfachten Elektronen einen Funken hervorrufen, gekennzeichnet durch eine Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung (19), die durch die Erzeugung eines Funkens in dem Funkenkammer-Abschnitt (7) sofort ausgelöst wird und dabei die elektrische Feldstärke in dem Proportionalkammer-Abschnitt (8) unter einen Schwellwert herabsetzt, unter dem die Entstehung von durch Funken im Funkenkammer-Abschnitt (7) hervorgerufenen sekundären Funken in dem Proportionalkammer-Abschnitt (8) nicht möglich ist, und die derart ausgebildet ist, daß sie bei Auftreten eines Funkens im Fünkenkammer-Abschnitt (7) die Verringerung der im Proportionalkammer-Abschnitt (8) herrschenden elektrischen Feldstärke innerhalb eines Zeitintervalls bewirkt, das kleiner ist als die nach der Erzeugung des Funkens im Funkenkammer-Abschnitt (7) zur Auslösung eines sekundären Funkens im Proportionalkammer-Abschnitt (8) erforderliche Zeitdauer.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung (19) als Entladeelement ein Wasserstoff-Thyratron (20) aufweist

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode des Wasserstoff-Thyratrons (20) mit einer dem Proportionancammer-Abschnitt (8) und dem Funkenkammer-Abschnitt (7) gemeinsamen mittleren Elektrode (3) der Hybrid-Funkenkammer (1) und die Kathode des Wasserstoff-Thyratrons mit Masse verbunden sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter des Wasserstoff-Thyratrons (20) mit einer Reihenschaltung aus einem Widerstand (23), einer Triggerschaltung (21), die eine Polaritätsumkehr anliegender Impulse bewirkt, und einem Kondensator (22) verbunden ist, dessen anderer Anschluß an einen zwischen der die Anode des Funkenkammer-Abschnitts (7) bildenden Elektrode (2) und einer Hochspannungsversorgung (11) liegenden Spannungsteiler (9,10) geführt ist.