DE3050716C2 - Method for operating a position-sensitive proportional counter tube - Google Patents
Method for operating a position-sensitive proportional counter tubeInfo
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
- H01J47/06—Proportional counter tubes
Description
ten besteht und bei dem eine kontinuierliche Verzögerungsleitung den Zähldraht bzw. die Zähldrähte erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer hohen Ortsauflösung der Energieverlust der ionisierenden Strahlung im Zählrohr ausgenutzt wird, der direkt proportional der Bahnlänge im Zählrohr ist und mit dem die Impulshöhe ansteigt, indem nur solche Impulse von der Nachweiselektronik ausgewählt werden, deren Impulshöhe derten exists and in which a continuous delay line the counting wire or wires detected, characterized in that to achieve a high spatial resolution of the energy loss the ionizing radiation in the counter tube is used, which is directly proportional to the track length is in the counter tube and with which the pulse height increases by only such pulses from the detection electronics be selected, the pulse height of which the
durch Rückstrahlung an den Kollimatorwandungen. Der Wunsch nach einer erhöhten Ortsauflösung bei dem bekannten Proportionalzählrohr führt also letztlich dazu, daß Einbußen in der Empfindlichkeit der Anordnung in Kauf genommen werden müssen, die dieses Gerät für sehr schwache Strahlungen als ungeeignet erscheinen lassen.due to reflection on the collimator walls. The desire for increased spatial resolution the known proportional counter tube thus ultimately leads to a loss in the sensitivity of the arrangement must be taken into account that this device appears to be unsuitable for very weak radiation permit.
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 an-In contrast, it is the object of the invention to provide a method according to the preamble of claim 1
Strahlung πύί zum Zähldraht (7) senkrechten Einfall 20 zugeben, bei dem einerseits eine wirksame KoUimation entspricht der zu messenden Strahlung erreicht wird, ohne aber 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- andererseits die Empfindlichkeit der Anordnung zu bezeichnet, daß man die Gasverstärkung mit Hilfe der einträchtigen.Radiation πύί to the counting wire (7) perpendicular incidence 20, in which on the one hand an effective KoUimation corresponds to the radiation to be measured is achieved, but without 2. Method according to claim 1, characterized on the other hand, the sensitivity of the arrangement to denote that the gas amplification with the help of the amicable.
Betriebsspannung und das Zählgas so wählt, daß Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die Merkma-The operating voltage and the counting gas are selected so that this object is achieved by the invention through the features
Raumladungseffekte auftreten, die bewirken, daß 25 le des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.Space charge effects occur which cause 25 le of the characterizing part of claim 1.
senkrecht zum Zähldraht (7) einfallende Strahlung Es ist grundsätzlich bekannt, daß bei den in FrageIncident radiation perpendicular to the counting wire (7) It is generally known that in the case of the
eine wesentlich kleinere lmpuishöhe ergibt als der kommenden IonisatVyisvorgängen die resultierendea significantly smaller pulse level results than the resulting ionization processes
ihr hervorgerufenen Primärionisation ent- Impulshöhe/Impulsform von verschiedenen physikali-Primary ionization caused by the impulse height / shape of various physical
vonfrom
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines ortsempfindlichen Proportionalzählrohrs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for operating a position-sensitive proportional counter tube according to the preamble of claim 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus »Journal of Chroma-Such a method is from »Journal of Chroma-
spricht, wogegen schräg zum Zähldrahl (7) einfallen- sehen Parametern abhängen. So beschreibt eine Veröfde Strahlung eine Impulshöhe proportional ihrer 30 fentlichung (»Nuclear Radiation Detection«, Mc Graw Primärionisati>n erzeugt. Hill Book Company INC, 1958, S. 103-107), daß imspeaks, whereas inclined to the counting beam (7) depend on the incident parameters. This is how a publication describes Radiation has a pulse height proportional to its output ("Nuclear Radiation Detection", Mc Graw Primary ionization generated. Hill Book Company INC, 1958, pp. 103-107) that im
Falle einer Ionisationskammer mit parallelen Elektrodenplatten, speziell einer sogenannten Elektronen-lmpuls-lonisationskammer, die Impulshöhe und die Impulsform vom Entstehungsort der Primärionisation abhängen, daß bei Ionenbahnen mit gleicher Anzahl Λ/νοη Ionen die erzeugten Spannungsimpulse vom Ladungsschwerpunkt dieser N Ionen bei der Ionisation abhängen und damit vom Abstand der Sanvndelektrode. Dar-In the case of an ionization chamber with parallel electrode plates, especially a so-called electron pulse ionization chamber, the pulse height and the pulse shape depend on the place where the primary ionization occurs, so that in the case of ion paths with the same number of Λ / νοη ions, the voltage pulses generated depend on the center of charge of these N ions during the ionization and thus from the distance of the Sanvndelectrode. Dar-
tography«, 150 (1978) Seite 411 bekannt und in seinen 40 aus folgt aber, daß bei Ionenbahnen mit gleichem La-Einzelheiten in einem Prospekt »Chromelec 101« der dungsschwerpunkt aber unterschiedlicher Neigung die Firma Numelec in 78 005 Versailles beschrieben.tography «, 150 (1978) page 411 and in its 40 it follows that in ion trajectories with the same La details in a brochure “Chromelec 101” the focus of the conversation but the different inclinations Numelec in 78 005 Versailles.
Eine allgemeine Problematik bei ortsempfindlichen
Proportionalzählrohren mit diesem Meßsystem besteht
darin, daß die Ortsauflösung dadurch begrenzt ist. daß in 45
das Zählrohr auch solche Partikel eintreten und dort
eine Zählung und damit eine entsprechende Impulsinduzierung auf der Verzögerungsleitung verursachen, die
nicht senkrecht auf dem kürzesten Weg von der zu messenden Oberfläche zum Zähldraht gelangen, sondern 50 Abhängigkeit von dem Ort der Primärionisation keine
schräg laufen. Auch bei noch so genauer elektronischer Rolle mehr spielt.A general problem with location-sensitive
There is proportional counter tubes with this measuring system
in that the spatial resolution is limited. that in 45
the counter tube also such particles enter and there
cause a count and thus a corresponding pulse induction on the delay line, the
do not get vertically on the shortest path from the surface to be measured to the counting wire, but do not run at an angle depending on the location of the primary ionization. Even with the most precise electronic role, more plays a role.
Messung der Laufzeitdifferenz sind der Ortsauflösung Oie Unterscheidung der Bahnneigungen beruht dabeiMeasurement of the transit time difference is based on the spatial resolution or the distinction between the orbital inclinations
durch diese physikalischen Gegebenheiten somit Gren- darauf, daß die erzeugte Ladungslawine von Sekundärzen gesetzt, da der gemessene Ort des induzierten Im- elektronen proportional zur Primärionisation, diese pulses auf der Verzögerungsleitung nur innerhalb be- 55 wiederum proportional zum Energieverlust des durchstimmter Grenzen mit dem tatsächlichen Ort der Emis- laufenden Teilchens,/ί-Teilchens, ist. Der Energie verlustDue to these physical conditions, therefore, to the extent that the generated avalanche of charges from the secondary set, since the measured location of the induced im-electron is proportional to the primary ionization, this pulses on the delay line are only proportional to the energy loss of the tuned Limits with the actual location of the emitting particle, / ί particle. The loss of energy
gleiche Impulsform auftritt, daß folglich der hier behandelte Effekt sich zur Lösung der genannten Aufgabe nicht heranziehen läßt.the same pulse shape occurs that consequently the one dealt with here Effect cannot be used to solve the stated problem.
Demgegenüber beruht der vom erfindungsgemäßen Belriebsverfahren ausgenutzte Effekt bei einem Proportionalzählrohr zunächst einmal auf dem Auftreten von Sekundärelektronen in der unmittelbaren Umgebung des Zähldrahtes, wodurch die oben beschriebeneIn contrast, the effect utilized by the operation method according to the invention is based on a proportional counter tube first of all, on the occurrence of secondary electrons in the immediate vicinity of the counting wire, making the above described
sion des ionisierenden Teilchens übereinstimmt, bedingt durch die geometrischen Verhältnisse.sion of the ionizing particle matches, conditional through the geometric relationships.
Bei dem bekannten Proportionalzählrohr hat man zur Verbesserung der Ortsauflösung versucht, die störenden, mit schräger Bahn einfallenden Teilchen zu eliminieren, indem man das Eintrittsfenster des Zählrohres mit einer mechanischen Kollimatorvorrichtung abgeschlossen hat. Dieser Kollimator besteht aus feinen La-In the case of the known proportional counter tube, attempts have been made to improve the spatial resolution to remove the disruptive, Eliminate particles falling on an inclined path by opening the entry window of the counter tube with a mechanical collimator device. This collimator is made of fine laminate
ist aber umso größer, je länger die Teilchenbahn im Zählrohr ist. Die Anzahl der die Impulshöhe im Zähldraht (und damit in der Verzögerungsleitung) bestimmenden am Zähldraht eintreffenden Sekundärelektronen ist also ein direktes Maß für die Bahnneigung des diese Ladungslawine verursachenden, nachzuweisenden, durchlaufenden Teilchens, mit der Folge, daß senkrecht zum Zähldrahl durchlaufende Teilchen kleinerebut is greater, the longer the particle path in the counter tube. The number of the pulse height in the counting wire (and thus in the delay line) determining secondary electrons arriving at the counting wire is therefore a direct measure of the orbit inclination of the avalanche causing this cargo avalanche to be detected, particles passing through, with the result that particles passing through perpendicular to the counting beam are smaller
mellen. die senkrecht zum Zähldraht angeordnet sind b"> Impulse auf der Verzögerungsleitung verursachen alsmell. which are perpendicular to the counting wire cause b "> pulses on the delay line than
und die eine gewisse Höhe haben müssen, um eine wirk- schräg durchlaufende Teilchen.and which have to have a certain height in order to be able to move a particle that is actually at an angle.
same KoUimation zu erzielen. Dieses Prinzip ist besonders günstig dann anzuwen-to achieve the same coordination. This principle is particularly favorable to apply
Dcrartigc Kollimatoren haben jedoch einige Nachtci- den, wenn durch zusätzliche Maßnahmen eine hoheSuch collimators, however, have some night cides, if by additional measures a high one
Empfindlichkeit des Zählrohrs gewährleistet ist. so daß der Verzicht auf die Auswertung von Teilchen mit schräg verlaufender Teilchenbahn sich nicht negativ auf die Empfindlichkeit des Zählrohrs auswirkt.Sensitivity of the counter tube is guaranteed. so that dispensing with the evaluation of particles with inclined particle trajectories does not have a negative effect affects the sensitivity of the counter tube.
Durch den Verzicht auf einen mechanischen Kollimator eröffnet sich insbesondere die Möglichkeit, das Proportionalzählrohr mit offenem Eintrittsfenster zu betreiben und die Bauhöhe des Zählrohrinnenraums zu reduzieren, was einerseits für sich genommen schon zur Erhöhung der Empfindlichkeit beiträgt, andererseits aber wiederum einen Beitrag zur höheren Ortsauflösung erbringt, da mit sinkendem Abstand der zu messenden Oberfläche vom Zähldraht des Zählrohres unabhängig vom Auswertepnnzip die Ortsauflösung schon deswegen besser wird, weil die Abweichungen des Strahlungsortes vom Ort des entsprechenden induzierten Impulses proportional mit dem Abstand Oberfläche—Zählrohr abnehmen.Dispensing with a mechanical collimator opens up the possibility of using the proportional counter tube to operate with an open entry window and to increase the height of the interior of the counter tube reduce, which on the one hand already contributes to increasing the sensitivity, on the other hand but again a contribution to the higher spatial resolution provides, since with decreasing distance of the surface to be measured it is independent of the counting wire of the counting tube From the evaluation pnnzip, the spatial resolution is better because the deviations of the Radiation location from the location of the corresponding induced pulse proportional to the distance Surface — Remove the counter tube.
Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren, das sozusagen einen »elektronischen Kollimator« darstellt, gestattet also gleichzeitig das Ergreifen von ergänzenden Maßnahmen, um die Empfindlichkeit des Zählrohres soweit zu erhöhen, daß diese durch den Verzicht auf die Auswertung über der vorgebbaren Impulsschwelle liegenden impulse nicht beeinträchtigt wird.The operating method according to the invention, so to speak represents an "electronic collimator", so it allows additional ones to be grasped at the same time Measures to increase the sensitivity of the counter tube to such an extent that this can be achieved by dispensing with the Evaluation of pulses lying above the specifiable pulse threshold is not impaired.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens erforderliche Diskriminatorstufen der Auswerteschaltung läßt sich vorteühafterweise ein Einkanaldiskriminator verwenden, der nur diejenigen Impulse des Impulshöhenspektrums der Verzögerungsleitung zur Messung der Aktivitätsverteilung auswählt, die in einem vorgebbaren »Impulsfenster« liegen, wobei die obere Schwelle dieses Impulsfensters so niedrig einstellbar ist, daß man sicher sein kann, daß durchgelassene Impulse nur von Teilchen stammen können, deren Bahn praktisch senkrecht von der zu messenden Oberfläche verläuftDiscriminator stages of the evaluation circuit required to carry out the operating method according to the invention can advantageously be a single-channel discriminator use that only those pulses of the pulse height spectrum of the delay line selects for measuring the activity distribution that lie in a predeterminable »impulse window«, whereby the The upper threshold of this impulse window can be set so low that one can be sure that the Impulses can only come from particles whose trajectory is practically perpendicular to the surface to be measured runs
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor. daß die Betriebsspannung des Proportionalzählrohrs (und damit dessen Gasverstärkung) möglichst hoch gewählt ist, so daß eine Erniedrigung der Impulshöhen von senkrecht auf den Zähldraht auftreffenden Strahlen relativ zu den Impulshöhen von schräg auftreffenden Strahlen auftritt.An embodiment of the invention provides. that the operating voltage of the proportional counter tube (and thus whose gas amplification) is selected as high as possible, so that the pulse heights are reduced from perpendicular rays impinging on the counting wire relative to the pulse heights of rays impinging obliquely occurs.
Diesen Effekt kann man damit erklären, daß bei senkrecht auffallenden Strahlen wegen der örtlich konzentrierten Ladungslawine durch die von dieser erzeugten (positiven) Ionen durch Raumladungsabschirmupg bzw. Rekombinationen ein Teil der Sekundärelektronen den Zähldraht nicht erreicht und folglich wesentlich kleinere Impulse auftreten als nach der Primärionisation zu erwarten ware. Dieser Raumladungseffekt tritt bei schräg einfallenden Strahlen offenbar nicht oder nur in schwacher Form auf. Die zur Erreichung hoher Ortsauflösung unerwünschten schräg einlaufenden Strahlen lassen sich durch diese Ausgestaltung daher noch leichter beim Meßvorgang in den Diskriminatorstufen eliminieren.This effect can be explained by the fact that in the case of perpendicular rays, because of the locally concentrated rays Charge avalanche due to the (positive) ions generated by the space charge shielding resp. Recombinations some of the secondary electrons do not reach the counting wire and are therefore much smaller Pulses occur than would be expected after the primary ionization. This space charge effect occurs at an angle incident rays apparently not or only in weak form. The one to achieve high spatial resolution unwanted inclined incoming rays can therefore be made even easier by this design Eliminate the measuring process in the discriminator stages.
Ein Schaltungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird nun anhand eines Blockschaltbildes noch kurz erläutert:A circuit example for performing the operating method according to the invention will now be based on a Briefly explained in the block diagram:
Die beiden Enden der Verzögerungsleitung 9 sind je mit einem Vorverstärker 14 verbunden, dessen Ausgangssignale über »shaping Verstärker« 15 den NuII-durchgangsdiskriminatoren 16 zugeführt werden. Durch die durchgeführte Nulldurchgangsmessung sind Laufzeitmessungen von einer ns (Nanosekunde) möglich. The two ends of the delay line 9 are each connected to a preamplifier 14, the output signals of which are fed to the zero passage discriminators 16 via “shaping amplifiers” 15. The zero crossing measurement carried out enables transit time measurements of one ns (nanosecond).
Mit drei weiteren Diskriminatoren 17 werden die Impulshöhen gemessen. Durch entsprechende Schwelleneinstellung dieser Diskriminatorcn werden Strahlen unter mehr Gder weniger senkrechtem Einfallswinkel zum Zähldraht 7 zur Messung der Aktivitätsverteilung ausgewählt. Die Signale der Diskriminatoren 16 und 17 werden Koinzidenzstufen 18 zugeführt, die dann bei Vorliegen der Koinzidenzbedingung (Nulldurchgang und Impulsfenster) ein Start- und ein Stop-Signal zur Laufzeitmessung liefern.With three further discriminators 17, the pulse heights measured. By setting the thresholds of these discriminators accordingly, rays are under more of the less perpendicular angle of incidence to the Counting wire 7 selected for measuring the activity distribution. The signals from the discriminators 16 and 17 Coincidence stages 18 are supplied, which then when the coincidence condition is met (zero crossing and pulse window) provide a start and a stop signal for the runtime measurement.
ίο Die weitere Datenauswertung erfolgt dann über einen Zeit-Digital-Konverter oder über einen Zeit-Amplitudenkonverter 19 mit einem herkömmlichen Impulshöhenanalysator 20. Dort werden die Meßdaten der Aktivitätsverteilung quantitativ abgespeichert Auf einem Bildschirm 21 kann dann die Aktivitätsverteilung direkt dargestellt und ausgewertet werden. Mit der beschriebenen Anordnung können bei entsprechender konstruktiver Ausgestaltung des Zählrohres Tritium-Strahlenquellen von 05 mm Abstand und Kohlenstoff-14-Quellen von 1 mm Abstand einwandfrei ausgelöst werden.ίο The further data evaluation then takes place via a Time-to-digital converter or via a time-to-amplitude converter 19 with a conventional pulse height analyzer 20. There the measurement data of the activity distribution are stored quantitatively on a The activity distribution can then be displayed and evaluated directly on screen 21. With the described Tritium radiation sources can be arranged with an appropriate structural design of the counter tube triggered flawlessly from a distance of 05 mm and carbon-14 sources from a distance of 1 mm will.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (1)
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DE19803050716 DE3050716C2 (en) | 1980-01-29 | 1980-01-29 | Method for operating a position-sensitive proportional counter tube |
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DE3050716C2 true DE3050716C2 (en) | 1984-08-09 |
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-
1980
- 1980-01-29 DE DE19803050716 patent/DE3050716C2/en not_active Expired
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Journal of Chromatography, Vol.150, 1978, S.409-418 * |
Prospekt der Firma Numelec, Versailles, "Chromelec 101" * |
W.J. Price "Nuclear Radiation Detection", New York, 1958, McGraw-Hill Book Company, Inc., S.103-107 * |
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