DE3249284T1

DE3249284T1 - Mehranoden-Tiefschacht-Strahlungsdetektor

Info

Publication number: DE3249284T1
Application number: DE19823249284
Authority: DE
Inventors: Gerald R. 14870 Painted Post N.Y. Mansfield; Arthur H. 94022 Los Altos Calif. Rogers; Kevin J. 02052 Medfield Mass. Sullivan
Original assignee: Medical and Scientific Designs, 02370 Rockland, Mass.
Priority date: 1981-12-22
Filing date: 1982-12-20
Publication date: 1984-02-09
Also published as: JPS58502167A; EP0097705A1; GB2124020A; GB8322066D0; GB2124020B; WO1983002331A1; US4420689A

Description

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Beschreibung

Mehr-Anoden-Tiefschacht-Strahlungsdetektor g Gebiet der Technik

Diese Erfindung betrifft Gammastrahlungsselektoren und insbesondere Mehr-Anoden-Feldkonfigurationen von Proportionaldrahtdetektoren.

Stand der Technik

Bisher wurden große NaI:T1-Kristalle in Szintillationszählern verwendet, um Tiefquellen- oder Tiefschacht-(deep well)Gammastrahlung in Photonen umzuwandeln, die durch periphere Photovervielfacherröhren verstärkt wurden. Die Gamma-Ladungs-Umsetzung ist ein komplexer mehrstufiger Prozeß, bei dem folgendes mitspielt:

1· ein Zusammentreffen mit einem Iodidatom

2. eine Freigabe-eines äußeren Hüllenelektrons,

3. eine Anregung von NaI durch das freie Elektron,

4. eine Abwanderung der Anregungsenergie zu einem Tl-DotierungsZentrum,

5. eine Emission eines Photons im Spektralbereich eines Photovervielfacher-Leuchtstoffes und

6. eine Kaskadenvervielfachuhg in den Stufen einer Photovervielf acherröhre .

Diese hochentwickelten Zähler sind zwar in der Forschung sehr nützlich, ihre Größe, Kompliziertheit, Kosten und kurze Lebensdauer haben jedoch ihre kommerziellen Anwen-

düngen begrenzt.

Die ausgedehnten Abmessungen, die erforderlich sind, um einen Nal-Kristall mit einer diskreten Photovervielfacherröhre zu kombinieren, verringert die erreichbare Zellendichte. Außerdem erfordern Nal-Kristalle eine hermetische periphere Abdichtung. Schon Spuren von Wasser bewirken, daß der Kristall seine Szintillationsfähigkeit verliert. Auch kleine Infiltrationsraten können zu einer Ansammlung von Wasser im Kristall führen, welche die Kristallstruktur beeinträchtigt. Die absoluten "Trockenraum-Bedingungen", welche für ein ordnungsgemäßes Züchten, Bearbeiten und Verpacken des Kristalls erforderlich sind, tragen noch zu den bereits hohen Kosten von Szintillationseinheiten bei.

Ein-Draht-GeigerZählerkammern ermöglichen eine direkte Umsetzung von Gammastrahlung in Elektronen. Die hohe Sammel- oder Kollektionsspannung zwischen der zentralen Gradänode und der äußeren zylindrischen Kathode verursacht jedoch einen vollständigen, sich selbst tragenden elektrischen Durchschlag in Ansprache auf jede Strahlung, die über dem Detektor- oder Ansprechschwellenwert liegt. Die heftige Lawine in der Nähe der zentralen Anode breitet sich spontan längs des Drahtes aus und muß nach jedem Zählschritt durch zeitweilige Verringerung der Sammelspannung gelöscht werden. Diese Entionisierungs-Relaxationsperiöde nach jeder Ansprache ist "Totzeit" und begrenzt

die maximale Zählerrate von Geigerzählern erheblich. 30

Für die konventionellen Weitwinkelanwendungen bildet das periphere zylindrische Gehäuse das Strahlungsfenster. Das Fenster muß dünn sein, um von der Gammastrahlung durchdrungen werden zu können und kann daher der inneren expandierenden Kraft eines unter Druck stehenden Konvertierungsgases nicht standhalten. Die meisten Geigerzähler sind daher auf Innendrücke in der Nähe des Atmosphären-

druckes begrenzt und haben dementsprechend niedrige Gamma könvertierungsfaktoren.

Die Ionisation, die insgesamt jedem Erfassungszyklus zugeordnet ist, erzeugt eine molekulare Beeinträchtigung im Konvertierungsgas, was in Kombination mit der enormen Beschleunigung in der Nähe des zentralen Anodendrahtes eine langsame strukturelle Verschlechterung der Anodenoberfläche bewirkt. Geigerzähler haben typischerweise eine kürzere nutzbare Lebensdauer als Proportionalzähler, die bei niedrigen Spannungen mit weniger Ionisation arbeiten.

Zusammenfassung 15

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung _t einen verbesserten, billigeren Strahlungsdetektor zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Strahlungsdetektor mit effizienter, direkter Strahlungs-Signal-Konversion zu schaffen.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung,einen Strahlungsdetektor mit einem Minimum an Vergiftungseffekten und verlängerter Betriebslebensdauer zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Strahlungsdetektor anzugeben, der periodisch regeneriert werden kann.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Proportional zähler mit geringerer Leistungsquellen-Stromentnahme zu schaffen.

³^ Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Proportional zähler anzugeben, der ein hohes Verhältnis von Konvergierungsgasvolumen pro Volt der Sammelspannung aufweist.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung,einen Tiefschacht-Proportionalzähler mit niedriger Zählvariation in Abhängigkeit von der Anordnung der Strahlungsquelle im Schacht zu schaffen.

Es iöt ein weiteres Ziel dieser Erfindung,eine Proportionäizähleranordnung mit hoher Packungsdichte anzugeben.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine Anordnung von Porportionalzählern anzugeben, die weniger empfindlich gegen betriebliche Fluktuationen der Sammelspannung ist.

Kürz gesagt werden diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß eine Mehrzahl von beabstandeten Anodendrähten mit einer Kathodenanordnung, die von den Anodendrähten beabstandet ist und einem Sammelbereich dazwischen begrenzt, durch die sich die Gammastrahlung ausbreitet, vorgesehen werden. Ein Konvertierungsmedium im Sammelbereich wandelt die Energie eines Teiles der Gammastrahlung in vorübergehend geladene Teilchen des Kohvertierungsmediums um. Eine Leistungsquelle hält ein elektrisches Feld über den Sammelbereich von den Anodendrähten zur Kathode aufrecht, um die vorübergehenden negativen Teilchen in Richtung auf die Anodendrähte zu beschleunigen, eine Lawinenvervielfachung zu bewirken und die negativen Teilchen an den Anodendrähten zusammen, um eine Ausgangsladung proportional zur Energie der konvertierten Gammastrahlung zu erzeugen.

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'"■"* ■"■>;.■ Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Ziele und Vorteile des vorliegenden Strahlungsdetektor und der Arbeitsweise der Anodendrähte ergeben

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sich aus der folgenden, ins Einzelne gehenden Beschrei-' 'i bun£ und den Zeichnungen, in denen:

Figur 1Α eine isometrische Ansicht einer Einzelzellen-Ausführungsform zeigt, die geschnitten ist um das Innere das Zellenanordnung zu zeigen;

Figur.1B eine Draufsicht der Zellenanordnung darstellt, die einen inneren und einen äußeren Elektronensammelbereich zeigt;

Figur 2A eine typische Kurve der gesammelten Ladung (Qc) für eine feste Anzahl von Primärelektronen in Abhängigkeit von der Sammelspannung (Vc) darstellt, welche den Proportionalbetriebsbereich des Typs von Zelle gemäß Figur 1 zeigt;

Figur 2B eine Kurve der Zählrate in Abhängigkeiten von Vc, welche ein spannungsunempfindliches Plateau in einem Vc-Betriebsbereich zeigt;

Figur 3A eine geschnittene Seitenansicht einer inneren Zellenanordnung, welche einen Zählwert unabhängigen Bereich für longitudinale Positionen längs eines Teiles mittlerer Tiefe des Schachtes zeigt;

Figur 3B eine Seitenansicht eines Teiles eines Schachtes darstellt, die eine radioaktive Substanz zeigt, die in einem Quellenbehälter nicht zentriert ist;

Figur 4A eine Seitenansicht eines Teiles eines Schachtes darstellt, welche kompensierende Weglängeneffekte von Strahlungswegen mit Orientierungen verschiedener Neigung zeigt;

Figur 4B eine Draufsicht eines Teiles eines Schachtes darstellt, die die kompensierenden Weglängeneffekte von zentrierten und nicht zentrierten Strahlungsquellen zeigt;

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·■■, ■ 1 Figur 5 eine aufgebrochene isometrische Ansicht eines Strahlungsdetektorsystems mit einer Anordnung von Zellen Zeigt;

Figur 6 eine Draufsicht auf eine "Bienenwaben"-Kathodenanordnung von Kathoden zeigt, die durch sechsseitige reguläre Polygone gebildet werden;

Figur 7 eine Draufsicht auf eine achtseitige Kathode darstellt, die zur Positionierung der Anodendrähte in dreieckige prismatische Volumina unterteilt ist;

Figur 8 eine Draufsicht auf eine quadratische Kathode mehr als einer Anode in jedem Prismenvolumen zeigt und 15

Figur 9 eine Schnittansicht eines Detektorsystems darstellt, welches eine sequentielle Reihe von Zählstationen mit einem Strahlungsquellen-Förderer aufweist.

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Einzellen-Ausführungsform

Allgemeiner Betrieb

Figur 1A zeigt einen Strahlungsdetektor 100 mit einer EinDetektor-Zellenanordnung 110 in einem Gehäuse 106, welches ein Strahlungs-Elektronen-Konvertierungsgas mit ei-/, ^l nem Ionisierungsteil (wie Xenon) und einem Zusatzteil (wie Methan) enthält. Das Gehäuse 106 definiert den Gas- ^Q konvertierungsbereich der Zelle 100. Das Konvertierungsgas steht vorzugsweise unter einem Druck von mehreren Atmosphären, was einen geeigneten hermetischen Aufnahme-,' kolben erfordert, der beispielsweise durch Endplatten· 1 06T

'*"· und 106B, die mit einem Zylinder 106C verschweißt sind,

^D gebildet ist. Ein Probenbereich, der durch einen tiefen Schacht 112 längs der Mittelachse des Zylinders 106C ge-

bildet ist, nimmt eine radioaktive Quelle 116 zur Messung

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-rf-

auf. Die Quelle 116 ist in einem geeigneten Behälter angeordnet, wie einem Kunststoff- oder dünnwandigen Glasrohr 120. Der Quellenbehälter 120 wird in den Schacht 112 längs einer Einführungsachse 122 bis zu einer mittleren Tiefe eingeführt, wo die Quelle 116 seitlich durch das Gas des Konvertierungsbereiches umgeben ist. Der Behälter 120 verbleibt im Raummilieu, welches physisch vom Gasmilieu im Gehäuse 106 durch die Sperrwirkung des Schachtmaterials isoliert ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schacht oben und unten offen, so daß er den Behälter 120 an jedem Ende aufnehmen kann. Alternativ kann der Behälter 120 durch den Schacht 112 geführt werden; oder der Schacht kann sich nicht die ganze Strecke durch den Konvertierungsbereich erstrecken.

Von der Quelle 116 gehen Gammastrahlen isotrop aus und treten durch die dünne Seitenwand des Behälters 120 und durch ein Strahlungsfenster mit niedrigem "Z" (Kernladungszahl), welches durch die dünnen Wände des Mittel-Schachtes 112 gebildet wird, in den Konvertierungsbereich ein. Die Wahrscheinlichkeit der Konvertierung für Strahlung, die durch das Konvertierungsgas geht, ist eine Funktion der Weglänge der Strahlung im Gas und der Dichte des Gases. Jedes konvertierte Strahlungsquant erzeugt ein freies Elektron von etwa 30 keV, welches seine Energie längs eines Stoßweges von mehreren Millimetern verliert, wobei mehrere Hundert vergängliche Sekundärelektronen freigesetzt werden.

Durch eine innere Kathode (die Außenfläche des mittleren Rohres 112) oder eine äußere Kathode (die Innenfläche des Zylinders 106C) wird im Gehäuse 106 ein den Probenbereich umgebender Elektronensammel- und Verstärkungsbereich 126 gebildet. Durch einen Satz von beabstandeten vertikalen Anodendrähten, die in einer käfigartigen Struktur zwischen den Kathoden angeordnet sind, wird eine Anode 130 gebildet. Das obere und das untere Ende jedes Ano-

dendrähtes ist durch eine obere und eine untere isolierende Halterung 132T bzw. 132B gehaltert. Den Anodendrähten 130 wird eine positive Sammelspannung Vc über ein Leitband oder einen Kragen 126 zugeführt, der mindestens eine der Endhalterungen 132 umgibt. Vc erzeugt ein äußeres elektrisches Feld Eo (siehe Fig. 1B) über einen äußeren Sammeibereich 126:0, der von den Anodendrähten 130 radial nach außen bis zur äußeren Kathode 106C reicht, und ein inneres Feld Ei über einen inneren Sammelbereich 126:1, der sich radial nach innen zur inneren Kathode 112 erstreckt. Die Sammelfelder Eo und Ei beschleunigen die Sekundärelektronen in den beiden Sammelbereichen zum nächsten Anodendraht 130. Die Anodendrähte haben einen extrem kleinen Durchmesser, was eine immense Konzentration des Ε-Feldes in der Nähe jedes Drahtes verursacht. Die resultierende Lawinenvervielfachung erzeugt Tausende von Lawinenelektronen für jedes Sekundärelektron. Alle gesammelten Elektronen vereinigen sich unter Bildung eines Ausgangsladungsimpulses Qc auf einer Ausgangsleitung 140.

Die gesammelte Ladung wird auf einen Ereignisindikator (nicht dargestellt) übertragen.

Die Ausbeute an Ausgangsladung pro Volt angelegter Sammelspannüng wird dadurch verbessert, daß die nach jeder Gammastrahlungsumsetzung freigesetzte vergängliche Ladung gleichzeitig sowohl vom äußeren als auch vom inneren Sammelbereich 126 gesammelt wird. Die beiden Kathodenkonfigurationen verdoppeln die Strahlungsweglänge durch das Konvertierungsgas, was eine zweifache Erhöhung der Wahrscheinlichkeit der Umsetzung bewirkt. Diese Verbesserung des Sammlungswirkungsgrades wird ohne Erhöhung der Sammelspannung erreicht. Außerdem verringert die zentrale Anordnung des Probenbereiches das Volumen (und dementr sprechend die Gaskosten) des inneren Sammelbereiches

-^ 3E> 126:1, während dieselbe Weglänge wie der äußere Sammelns * ] bereich 126:0 aufrechterhalten wird.

Niederenergetische Gammastrahlung ist nicht in der Lage, das Seitenwandmaterial der Glasrohre 120 und des Mittelschächtes 112 zu durchdringen. Diese niederenergetischen Gammastrahlen werden im Seitenwandmaterial absorbiert und erzeugen daher keine vorrübergehende Ausgangsladung. Der AbsorptionsSchwellenwert kann zur Ausschaltung mittelenergetischer Gammastrahlung dadurch erhöht werden, daß man eine Niederenergie-Filterhülse 142 in den Mittelschacht 112 einsetzt. Der Filter 142 liefert zusätzliches IQ Seitenwandmaterial für die Absorption. Benachbarte Energiemaxima können durch Beseitigung des unteren Maximums durch geeignete Wahl der Masse und der Dicke des Filters 142 beseitigt werden.

Proportionalbetrieb

Der Wert der Sammelspannung Vc an den Anodendrähten 130 wird so gewählt, daß die Zelle im Proportionalbereich der Qc-Vc-Kennlinie 200 (siehe Figur 2A) arbeitet. Der Propportionalbereich liegt zwischen dem unteren Vc-Driftbereich (keine Lawinenbildung) und dem höheren Vc-(Geiger-) Sättigungsbereich. Im Proportionalbereich ist die Ladung Qc der gesammelten Elektronen direkt proportional zur Anzahl der erzeugten Sekundärelektronen und etwas weniger proportional zur Energie der umgewandelten Gammastrahlung. Der tatsächliche Sammelfaktor längs des Proportionalbereiches ist eine Funktion des angelegten Vc, welches die Verwendung eines oberen und eines unteren Schwellenwertes zur Begrenzung der Zählempfindlichkeit auf einen vorgegebenen Bereich von Gammastrahlungsenergien gestattet.

Geigerzähler arbeiten dagegen im nicht diskriminierenden Sättigungsbetrieb, bei dem an die Kammer eine Durchbruchsspannung Vb angelegt wird.

Das proportionale Vc ist niedriger als das von Geigerzählern benötigte Vb. Diese niedrigere Spannung erhöht die Zuverlässigkeit und die Betriebslebensdauer des Strah-

-XJ-' /to-

lungsdetektors 100. Die Proportionalspannungen setzen den Konvertierungsgaszusatz weniger "Spannungsbeeinträchtigung" aus, einem Halterungseffekt, der durch Molekülzerstörung charakterisiert ist. Außerdem verursacht das niedrigere Ionisierungsniveau weniger Oberflächenaushöhlung und Versprödung des Anodenmaterials, was das Anodenverhalten und die Anodenlebensdauer verbessert.

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Das Vc-unempfindliche Plateau

Die Strahlungszählrate von der Zelle 100 nimmt mit zunehmendem Vc von einer niedrigen Schwellenspannung Vt bis zu einer hohen Gesamtsammlungsspannung Vh zu (siehe die Zählrate/Vc-Kennlinie 240 in Figur 2B). Eine weitere Erhöhung von Vc über Vh hat wenig Einfluß auf die Zählrate bis sich Vc der Durchbruchspannung Vb nähert. Das näherungsweise horizontale Zählratenniveau 24 2 zwischen Vh und Vb bietet einen Vc-unempfindlichen Betriebsbereich Vop. Das Zählniveau im Plateau 242 ist das Integral der "Gesamtzählrate" innerhalb des Energiemaximums oder peaks 246 (oberhalb der Kurve 240 angeordnet).

Bei Sammelspannungen (Vc Vt) vor dem Schwellenwert vermag die Zelle 100 nicht einmal die stärkste Strahlung innerhalb des Energiepeaks 246 zu erfassen, da die freigesetzten Elektronen durch das niedrige E-FeId nicht ausreichend beschleunigt werden. Einige dieser langsamen Elektronen rekombinieren vor dem Erreichen der die einzelnen Anoden jeweils umgebenden Lawinenzonen. Andere vermögen keine volle Lawine auszubilden und erzeugen kleinere Ladungsimpulse, die im elektronischen Rauschen des Vorschwellenwert-Spannungsbereiches verlorengehen. Bei der Sammelspannung Vc = Vt wird nur die Strahlung der höchsten Energie des Peaks 246 wahrgenommen, was für den Beginn des positiven Überganges A in der Kennlinie 240 verantwortlich ist. Die schnelleren Primärelektronen, die aus dieser hochenergetischen Strahlung resultieren, set-

zeη mehr Sekundärelektronen frei, die zur Lawinenbildung ausreichend beschleunigt werden und einen erfaßbaren Ausg'ang"s impuls erzeugen. Bei Vc - Vmid, ist das I-Feld stark genug, um eine erfaßbare Lawine in Ansprache auf die Hälf te höherer Energie des Peaks 240 zu erzeugen. Das resultierende Zählniveau ist die Hälfte des Maximums. Bei Vc = Vh Wird praktisch die Gesamtzahl der Strahlen im Energiepeak 246 gezählt. Eine weitere Erhöhung von Vc über Vh bewirkt nur ein schwaches Ansteigen des Zählwertniveaus. Das Zählwertplateau 24 2 ist wegen des niederenergetischen Schwanzes 250 in der Energiekurve 240 und Unter grund-Höhenstrahlung nicht exakt horizontal.

, Der Zählwert im Plateau 242 ist verhältnismäßig unempfind lieh gegen eine Vc-Drift im Sammelspannungsbereich Vop. Die Sammelspannungsdrift kann weitgehend verringert werden, es ist jedoch schwierig, sie vollständig zu beseitigen. Die Spannungsdrift hat ihre Ursache in erster Linie in WärmeSchwankungen von Komponenten der Leistungs-Versorgung und Halterungseffekten. Die Betriebsspannung kann in der Nähe der Mitte des Sammelspannungsbereiches Vop des speziellen Detektors (oder einer Gruppe von speziellen Detektoren) gewählt werden, um eine verbesserte Betriebsstabilität trotz unvermeidbarer Spannungsdrift zu erhalten.

Gleichmäßigkeit des sammelnden Feldes

Jeder Anodendraht 130 der Zelle 100 hat eine individuelle Zählraten-Vc-Kennlinie ähnlich der Kurve 240. Diese individuellen Anodenkennlinien werden gleich sein, wenn die Anodenspannungen und sammelnden Felder um jede Anode gleich sind. Wenn die sammelnden Felder geringfügig verschieden sind, weisen die verschiedenen Anoden geringfügig verschiedene Vt, Vh, Plateaubereiche 242 und Vb auf. Die Gesamtzählratenkennlinie für die Zelle wird dann eine Mischung aus allen individuellen Anodenkennlinien

sein itiit einem weniger ausgeprägten Plateau begrenzter Brauchbarkeit. Ungleichmäßige Sammelfelder um die Anoden tragen zu "heißen Flecken", Schwankungen in der Durchbruchsspannung Vb bei, was in einer Beeinträchtigung der Breite und der Ebenheit des Plateaus 242 resultiert.

Die direkteste Methode, übereinstimmende Sammelfelder um alle Anodendrähte 130 zu erzeugen, besteht darin, beim Entwurf des Sammelbereiches eine geometrische Symmetrie der Anoden zu verwenden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind die rylindrische innere Kathode 112 und die zylindrische äußere Kathode 106C konzentrisch mit den Anodendrähten ausgerichtet, die symmetrisch zwischen ihnen angeordnet sind. Außerdem sind die Drähte gleich weit voneinander beabstandet und in der Mitte zwischen den Kathoden angeordnet. Man kann die geometrische Mitte, genau auf halbem Wege zwischen den Kathoden, verwenden. Wegen des kleinen Feldgradienten, der durch die Feldkonzehtration in der Nähe der kleineren Kathode 112 erzeugt wird^ gibt es jedoch einen elektrischen Mittelpunkt, der etwas näher an der inneren Kathode 112 liegt als der geometrische-Mittelpunkt. Beim elektrischen Mittelpunkt Stimmer Ei und Eo besser überein. Die Verwendung des elektrischen Mittelpunktes hat einen zusätzlichen Vorteil gegenüber anderen Anodenpositionen. Geringfügige, unvermeidbare Schwingungen längs der einzelnen Anodendrähte werden kapazitiv auf die Kathode·^ gekoppelt und verursachen Mikrophoniestörungen im Kollektorstrom. Beim elektrischen Mittelpunkt verursachen die entgegengesetzt wirkenden Änderungen der Kapazität zwischen Anode 130 und den Kathoden 112 bzw. 106C Mikrophoniesignale: entgegengesetzter Polaritäten. Durch die Interferenz zwischen ι diesen Signalen wird der Mikrophoniestörungseffekt ausgeschaltet.

Die longitudinale Spannung der Anoden muß ausreichen, um eine Auswärtswölbung ("Tonnenbildung'") während des Betriebs infolge der durch Vc bewirkten gegenseitigen Abstoßung zu verhindern. Wenn sich der mittlere Teil jedes Anodendrahtes näher an der äußeren Kathode 106c befindet, als die Endteile, werden Vt, Vh und Vb zu Spannungßbändern anstatt zu mehrdefinierten und brauchbaren genauen Spannungen, wodurch das Plateau 242 weniger ausgeprägt wird.

.10.

Unterschiede der Quellenposition

Die Position des Quellenbehälters 120 in der inneren Kathode 112 kann von Quelle zu Quelle (oder innerhalb der Zählperiode für eine Einzelprobe) schwanken. Außerdem kann die Position der Quelle 116 innerhalb des Behälters 120 variieren. Die zylindrische Tiefschachtkonfigüration gestattet eine erhebliche Variation der Position der Quelle und des Behälters ohne unzulässige Änderungen des Zählniveaus.

Unempfindlichkeit gegenüber der longitudinalen

Position

Figur 3A zeigt einen Detektor 300 mit einer flüssigen Strahlungsquelle 316, deren Massenzentrum im geometrischen Zentrum des Tiefenschachtes 312 angeordnet ist. Dem Detektor 300 wurde ein X-Y-Koordinatensystem überlagert, dessen Ursprung mit der Mittelposition der Quelle 316 zusammenfällt. Zum Positionsvergleich ist daneben eine Quellenhöhe-Zählwert-Kennlinie 318 für den Tiefschacht-Detektor 312 dargestellt. Der mittlere Teil der Kurve 318 entspricht Quellenpositionen in der Nähe des Ursprüngen und ist eben (höhenunempfindlich). Der Zählwert fällt ab, wenn sich die Quellenposition dem oberen und dem unteren Ende des Schachtes 312 nähert.

-Xi-

Für mittlere Positionen geht das meiste der Strahlung durch den Sammelbereich und trägt zum Zählwert bei. Die Strahlung mit vertikalen und nahezu vertikalen Wegen entweicht durch den kleinen Raumwinkel, der an beiden Enden

.5 der Röhre 312 gebildet wird. Für die Quellenposition X = O^ Y=O, wie sie in Figur 3A dargestellt ist, ist der kleine, nach oben gerichtete Raumwinkel A:up, durch : den die Strahlung entweichen kann, gleich dem kleinen, nach unten gerichteten Raumwinkel A:dn. Der Rest des Raumwinkels um den Ursprung (X = G, Y = 0) ist der Winkel der Elektronensammlung. Nahezu vertikale Strahlen, die die Halterungen 132T oder 132B treffen, gehen entweder durch das isolierende Material oder werden in diesem absorbiert ohne daß die Bedingungen für eine Lawinenbildung vorliegen. Der Entweich-Winkel kann als effektiver Entweich-Winkel A:eff,der etwas größer als A:up angesehen werden, wenn Randentweichwege durch die inneren Ecken des Sammelbereiches berücksichtigt werden. Bei diesen Strahlen ist die Gasweglänge minimal und dementsprechend minimal ist auch die Wahrscheinlichkeit der Erfassung.

Quellenpositionen direkt oberhalb und unterhalb der Mittelpositian (XK= 0, Y = 0) haben ebenfalls kleine Entweich-Winkel und dementsprechend einen großen Sammelwinkel. Bei Quellenpositionen, die etwas weiter von der Mittelposition entfernt sind, nimmt der obere Entweich-Winkel A:up geringfügig zu, so daß mehr Strahlung am Sammelbereich vorbeigehen kann; und der untere Entweich-Winkel A:dn nimmt geringfügig ab, so daß weniger Strahlen entweichen können. Die Summe der Entweick-Winkel bleibt nahezu eine Konstante (A:up + A:dn = C) längs des mittleren Teiles des Schachtes 312. Die progressiven Zunahmen des einen Entweich-Winkels erzeugen, wenn sie mit dem progressiven kompenzierenden Abnehmen des entgegengesetzten Entweich-Winkels kombiniert werden, den ebenen mittleren Bereich der Ansprachekennlihie 318. Die Positionen

des Behälters und der darin befindlichen Proben können daher erheblich in der Höhe variieren, ohne das Zählniveau zu beeinflussen.

Unempfindlichkeit bezüglich der radialen

Position

Figur 3B zeigt die radiale Versetzung einer festen Quelle 330 bezüglich der Y-Achsen-Mittellinie der Röhre 312. Die exzentrischen Entweich-Winkel sind etwas anders orientiert, sie haben jedoch ihren Wert nicht geändert. Die Summe des oberen und des unteren Entweich-Winkels für radial versetzte Quellenpositionen bleibt konstant.

Weglängenkompensation

Der große Konversionswinkel, der sich durch den Tiefenschacht ergibt, bietet viele mögliche Orientierungen des Weges für die durch den Sammelbereich gehende Strahlung. Eine Quellengeometrie mit längeren Gaswegen hat eine höhere Stoßwahrscheinlichkeit und einen dementsprechend höheren Erfassungswirkungsgrad. Ein "Weglängenkompensations"-Effekt neigt jedoch dazu, diese scheinbare

Ungleichförmigkeit zu kompensieren. 25

Horizontale Wege 446 haben den kürzesten Gasweg (siehe Figur 4); diese Wege erfahren jedoch auch die geringste Absorption in den Seitenwänden des Probenbehälters und des Strahlungsfensters. Nach oben gerichtete Wege 448 und nach unten gerichtete Wege 450 müssen eine größere Strecke in den Seitenwänden durchlaufen und erfahren eine entsprechend größere Intensitätsdämpfung vor der Erfassung im Sammelbereich 460. Diese geneigten Wege haben jedoch auch längere Wegstrecken durch das Konvertierungsgas und eine entsprechend größere Wahrscheinlichkeit für einen Konvertierungs-Zusammenstoß. Der dämpfen-

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de Teil jedes Weges wird durch den Konvertierungsteil kompensiert, wodurch Schwankungen im gesamten Erfassungswirkungsgrad für die verschiedenen Wege verringert wird. Dieser Kompensationseffekt ist im Falle eines Probenbehälters kleinen Durchmessers besonders signifikant, der in den Schacht oder einem Winkel eingesetzt und während der Meßperiode an der Innenwand des Schachtes aufgerichtet bleibt.

Zentrale Quellenpositionen 470 (siehe Figur 4B) haben eine kürzere Dämpfungsweglänge als exzentrische Positionen in 472. Die zentrale Position 4 70 hat auch den kürzesten Konvertierungsweg durch das Konvertierungsgas. Die exzentrischen Positionen 472 haben mehr Verluste durch die Seitenwände, jedoch eine entsprechend größere Konvertierungsweglänge.

DetektorZeilenanordnung

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Eine ebene Mehrzellendetektoranordnung 500 (dargestellt in rlgur 5) kann verwendet werden, um gleichzeitig Strählungen von einer-Charge von Proben zu zählen. Im Chargenoder Stark-Stop-Betrieb wird jede Zelle 510 mit einer Probe beschickt und die gesamte Anordnung wird für die Zählperiode in Betrieb gesetzt. Gewünschtenfalls können eine oder mehrere Zellen zur Eichung des Systems dienen. Solche Eichzellen können mit einer radioaktiven Quelle beschickt werden, die eine bekannte Zählrate hat.

Jede Zelle kann mit benachbarten Zellen und den Zwischenräumen 544 zwischen diesen durch Kanäle 54 6 in den äußeren kathodenzylindern 506 kommunizieren, um ein gemeinsames Konvertierungsgasmilieu zu schaffen, das in Strömungsverbindung mit jeder Zelle und jedem Zwischenraum steht. Der Betrieb jeder Zelle 510 wird daher durch Gasverunreinigungsund Alterungseffekte gleichmäßig beeinflußt. Alle Gas bezüglichen Parameter des Zählwirkungsgrades

können durch die Eichzählung von der Eichprobe normiert werden. Die Zwischenräume 54 4 enthalten eine Konvertierungsgasreserve, welches den Einfluß der obigen Parameter verdünnt und die nutzbare Lebensdauer des Gases verlängert, Ein Ventilanschluß 548 im Gehäuse 506 gestattet das anfängliche Installieren und periodische Ersetzen oder "Reinigen" des Konvertierungsgases.

Die Zellen 510 erhalten ein gemeinsames Vc durch eine Spannungsschiene 550. Wegen der identischen Geometrie haben die Zellen einen gemeinsamen Plateaubereich 24 2 und können daher mit der gleichen Sammelspannung von einer einzigen Leistungsquelle 554 betrieben werden. Ein großer Isolationswiderstand 558 ist zwischen die Schiene 550 und jede Zellenanschlußleitung 540 geschaltet um den Speisestrom zu begrenzen'>und das Übersprechen zwischen den Zellen minimal zu halten. Ein Gleichspannungs-Blockkondensator 560 ist in Reihe zwischen jede Anschlußleitung und einen Impulszähler 262 geschaltet, um einen Ausgangsweg niedriger Impedanz für die durch die Anoden 530 gesammelten Ladungsimpulse zu bilden.

Die Schnittstellenschaltungen der Anordnung (die Schiene 550, die Widerstände 558, die Kondensatoren 560 und die zähler 562) sind vorzugsweise außerhalb des Gehäuses 506 auf einer geeigneten Struktur, wie einer Schnittstellenschaitungskarte 566 angeordnet. Die Zuführungsleitungen 540 können an einer Zugangsöffnung 570 zur Durchführung durch das Gehäuse 506 zusammengefaßt sein. Eine geeigne-

3^ te Leiter-Metall-Abdichtung, wie ein Epoxiharz oder eine Schweißung können verwendet werden, um die Zugangsöffnung 570 zu sichern, um das Austreten des Konvertierungsgases und das Eintreten von Verunreinigungen zu verhindern. Die äußeren Kathoden 528 und die inneren Kathoden 512 können auf Massepotential gehalten werden, so daß keine Kathodenrückleitung durch die Zugangsöffnung 570 benötigt wird.

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^6.

Die Energie zur Lieferung der Ladung in den verschiedenen Ausgangsimpulsen kommt von der Gammastrahlungsumsetzung im Inneren der Zellen 510. Die Leistungsquelle 554 führt die Ladung vom Anodendraht zur Kathode zurück. Die Energie jedes wahrgenommenen Gammaquants wird in eine vorübergehende Ladung umgesetzt, die gesammelt und über den Ausgangskondensator 56 0 zum Zähler 56 2 übertragen wird. Die Leistungsversorgung 554 hält das elektrische Sammelfeld für die Beschleunigung und die Lawinen aufrecht. Die Belastung der Leistungsversorgung 554 ist ein Sehr kleiner Leckstrom (wenige Nanoampere), der von der Hochspannungsschiene 550, den Leitungen 540 und den Anodendrähten 530 nach Masse verlorengeht, und ein noch kleinerer Rückstrom für die gesammelte Ladung. Die Leistungsversorgung 554 kann daher eine billige Einrichtung kleinen Leistungsvermögens sein. Eine begrenzte Drift des Vc von der Versorgung 554 kann wegen des gemeinsamen Plateaubereichs 242 toleriert werden.

Die in Figur 6 dargestellte Bienenwabenzellenstruktur eliminiert die Zwischenräume, so daß die Packungsdichte der Zellen maximal und das Gasvolumen sowie die Kostenerfordernisse minimal werden. Die äußere Kathode 606 wird durch einen regulären Polyedermantel mit N Seiten gebildet, wobei N = 6 ist. Jede Seite jeder inneren Polygonzelle hängt mit einer Seite von N Nachbarzellen zusammen. Die peripheren Zellen sind nicht von Nachbarzellen umgeben und haben dafür Außenseiten, die sie nicht mit anderen Zellen teilen. Anodendrähte 630 sind vorzugsweise in geometrisch identischen Positionen innerhalb jeder Polygonzelle montiert und axial symmetrisch mit dem Polygonmantel. Diese identischen Anodenpositionen kann man sich dadurch vorstellen, daß man den Mantel 606 in N gedachte dreieckige Prismenvolumina, die in Figur 6 dargestellt sind (gestrichelte Linien 632) unterteilt. Jedes Prismenvolumen hat eine Polygonseite als Basis und zwei Schenkelseiten, die von den Scheitelecken der Basis zur Achse

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des Mantels 606 verlaufen. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 ist ein einziger Anodendraht längs der Mittellinie jedes Prismenvolumens angeordnet. Die Anoden befinden sich jeweils in einer Ebene, die senkrecht auf der Basis steht und diese halbiert sowie durch die Mitte des Mantels geht.

Figur 7 zeigt eine Zelle 706 in Form eines regulären Polygons, bei dem N = 8 ist und die Anodendrähte 730 innerhalb der Schenkelebene jedes Prismenvolumens angeordnet sind. Figur 8 zeigt ein vierseitiges reguläres Polygon 806 mit zwei Anoden 830 in jedem dreieckigen Prismenvolumen mit geometrischer und axialer Symmetrie.

Eine serielle Mehrzellendetektoranordnung 9 00 (dargestellt in Figur 9) kann verwendet werden, um kontinuierlich Strahlungen von einer Reihe von Proben zu zählen, die sequentiell an einem Eingang 960 eingeführt werden. Ein endloses Förderband 964 bewegt jede Probe 960 an allen Detektorstationen oder Zellen 910 vorbei. Der Mittelschacht jeder Zelle ist an beiden Enden offen, so daß das Band 964 und"die Probe 916 hindurchgehen können. Die innere Kathode 912 kann ein langgestreckter Zylinder sein, der eine gemeinsame Kathode auf einer gemeinsamen Spannung für jede Zelle 910 bildet. Die äußere Kathode 906 kann ebenfalls ein langgestreckter Zylinder sein, der eine gemeinsame äußere Kathode auf einer gemeinsamen Spannung (vorzugsweise Masse) für jede Zelle bildet. Die verschiedenen Sätze von Anodendrähten 930 sind voneinander iso-

liert um das übersprechen möglichst klein zu halten. Das Band 964 kann ein Einmal-Streifen aus absorbierendem Material, wie Filterpapier,sein, der von einer Vorratsrolle abgewickelt und auf einer Abfallrolle aufgewickelt wird.

Der Papierstreifen empfängt mehrere Tropfen von jeder ■

radioaktiven Probe an gleichbeabstandeten Intervallen in Übereinstimmung mit den Abständen zwischen den seriellen Zellen 910. Alternativ können die Proben durch die

10

15

20

25

fei·.-.■#.■;■

Schwerkraft längs einer geneigten inneren Gleitbahn nach unten gefördert werden. Wenn jeweils eine Probe unten von der Gleitbahn entfernt wird, gleiten alle übrigen Proben nach unten zur nächsten Zellstation.

Spezielles Ausführungsbeispiel

Die folgenden Einzelheiten werden als illustratives Beispiel eines Einzellendetektors angegeben. Die unten angegebenen Abmessungen und Werte sind nicht als Beschränkungen der Erfindung anzusehen. Zahlreiche andere Ausführungsbeispiele und Konfigurationen sind möglich. In diesem Beispiel sind:

Innere Kathode: Aluminiumröhre 0,020" dick,

Länge 3 bis 4 Zoll, Außendurchmesser 5/8 bis 3/4 Zoll. Äußere Kathode: Aluminiumkörper,

Länge 3 bis 4 Zoll,
Durchmesser 1,5 Zoll,
acht, symmetrisch beabstandet, 20 Mikron, vergoldetes Wolfram, Länge etwa 4/5 der äußeren Kathode, Spannung etwa 60 Gramm. Geschätzte tonnenförmige Verlagerung weniger als 40 Mikron.

Konvertierungsgas: Mischung aus 9 5% Xenon mit 5%

Methan als Löschzusatz bei 5 bis 8 Atmosphären.

V:op = 4,3 kV (+ oder -200), Vt = 3,5 kV, Vh = 4,1 kV. 1:125 36 keV Peak bei 1k-50k Zählschritten pro Minute. 2-3 Minuten
10 Meg Ohm

Anodendrähte:

Spannungen: Gammaquelle:

Zählperiode: Widerstände:

Kondensatoren: Mikrofarad-Bereich

Die oben angegebenen Abmessungen und Werte können in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung erheblich variieren. Die innere Kathode kann dünner als 0,020" sein, um Gammastrahlung niedrigerer Energierechnung zu tragen. Der Gasdruck kann verringert werden, um einen Druckbruch dieser dünneren inneren Kathode zu vermeiden. Es können Zellen vorgesehen werden, die länger als 4" oder kürzer als 3" sind, wobei der in Figur 3 dargestellte longitudinale Zählwert-unempfindliche Bereich entsprechend ver-

IQ größert bzw. verringert wird. Längere und einen größeren Durchmesser aufweisende Zellen haben einen etwas höheren Gammakonversionswirkungsgrad mit einem entsprechend größeren Gasbedarf. Mehr Anoden können verwendet werden, um das Totvolumen niedrigen I-Feldes zwischen benachbarten Drähten zu reduzieren. Drähte größeren Durchmessers werden eine geringere tonnenförmige Verformung aufweisen, sie verringern jedoch auch die Intensität des benachbarten Feldes, wodurch die Lawinenverstärkung geringer wird. · . ■ ■ ,

Abschließende Zusammenfassung

Es ist klar, daß bei den Strukturen und Ausführungsformen, die hier gezeigt sind, verschiedene Änderungen gemacht werden können, ohne vom Konzept der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann die innere Kathode durch einen Film 4 1 2C aus einem geeigneten leitfähigem Material, wie Aluminium, gebildet werden, das auf der äußeren Oberfläche eines Zylinders aus einem geeignet festen Material niedriger Kernleitungszahl, wie Keramik, niedergeschlagen ist. Das geringe Absorptionsvermögen des Schachtmaterials erlaubt es, Gammastrahlung niedriger Energie in den Konversionsbereich zur Erfassung durchzudringen. Außerdem kann ein Kathodenausgang aus positiver Ladung an einer oder beiden Kathoden vorgesehen sein. Die äußere Kathode kann ein Netz aus leitfähigem Material sein, um eine Strömungsverbindung zwischen den Zellen über die Zwischen-

-SrI-

räume zu schaffen. Außerdem können die Merkmale der in den verschiedenen Figuren dargestellten Ausführungsformen bei den Ausführungsformen anderer Figuren verwendet werden.

Der kahmen der Erfindung soll daher durch die Terminologie der folgenden Ansprüche und deren rechtliche Äquivalente bestimmt werden.

10 15 20

26 30 35

Claims

Patentansprüche

. j Gaminastrahlungsdetektor zum Erzeugen einer Ausgangsladung in Ansprache auf Gammastrahlung, die sich von einem Probenbereich ausbreitet, mit:

einer Mehrzahl von beabstandeten Anodendrähten;

einer Flächenkathodenanordnung, die von den Anodendrähten beabstandet ist und dazwischen einen Sammelbereich begrenzt, durch den sich die Gammastrahlung ausbreitet;

einem Konvertierungsmedium im Sammelbereich zum Umsetzen der Energie mindestens eines Teiles der Gammastrahlung in vorübergehend geladene Teilchen;

einer Leistungsquelle zur Aufrechterhaltung eines elektrischen Feldes im Sammelbereich von den Kathodendrähten zur Flächenkathodenanordnung, welches die vorübergehende positive Ladung zur Flächenkathode und die vorübergehenden negativen Teilchen zu den Anodendrähten beschleunigt und eine Lawinenvervielfachung sowie eine Sammlung der negativen Teilchen an den Anodendrähten bewirkt, um die Ausgangsladung zu bilden.

2. Gammastrahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn η zeichnet , daß die Strahlungsquelle eine radioaktive Substanz innerhalb des Probenbereiches ist.

3. Gammastrahlungsdetektor nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch eine Sperrenanordnung zwischen dem Probenbereich und dem Sammelbereich zur physischen Isolierung des Konvertierungsmediums von der radioaktiven Substanz.

4. Gammastrahlungsdetektor nach Anspruch 3, da-

. ■ _ i_ — ¹^ +· rlsR I

durch

-k e η η ζ e ichn e t , daß die

ÜUrcil y *= λ w .«..__

Sperrenanordnung eine Umhüllung um das Konvertierungs' ittedium und den Sammelbereich bildet.

5. Gammastrahlungsdetektor nach Anspruch 4, da.-..·

■ i . ,. durch gekennzeichnet, daß die >f V Ausgangsladung eine an der Flächenkathodenanordnung

■ ii ; λ gesammelte vorübergehende positive Ladung ist.

6. Gammastrahlungsdetektor nach Anspruch 4, d a -

; durch gekennzeichnet, daß die Ausgangsladung eine an den Anodendrähten gesammelte vorübergehende negative Ladung ist.

15

.7". Gammastrahlungsdetektor nach Anspruch 4 , d a -

durchgekennzeichnet, daß das Konvertierungsmedium in der Umhüllung ein Gas hoher Masse unter Druck ist, um die Umsetzung der Gamma-20 strahlung in geladene Teilchen zu fördern.

8. Gammastrahlurigsdetekitor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenkathodenanordnung und der Sammelbereich den •25 Probenbereich umgeben. /'/****

da

Si=*- q Gaimastrahlungsdetektor nach Anspruch 8,

m τ ■ _{a u r c h}

lÜfcfr f Anodenarähte axial symmetrisch um den Probenberexch

®0 angeordnet sind.

S'^{: S} ₁₀. Strahlungsdetektor zum Erzeugen eines Ausgangsladungs-

J-Ά impulses in Ansprache auf elektromagnetische Strah-

W:Vn _lung von einer Strahlungsquelle mittels eines Strah-

M"*- ^ ^3b lungs-Elektronen-Konvertierungsmedium und Hochspan-

m;®;¹ S^v^.·: ' nungsSammlung, mit:

einer Umhüllungsanordnung, die das Konvertierungsmedium einzuschließen vermag um einen Strahlungs-Elektronen-Konvertierungsbereich zu definieren;

einer Kathodenanordnung in der Umhüllungsanordnung, die einen Ladungssammelbereich im Konvertierungsbereich definiert;

einem in der Umhüllungsanordnung gebildeten und sich in das Innere des Ladungssammelbereiches erstreckenden Schacht zum Definieren eines sich außerhalb der Umhüllungsanordnung befindlichen Probenbereiches, wobei der Schacht mindestens ein für die Aufnahme der Strahlungsquelle geeignetes offenes Ende aufweist; 15

einem dünnen Strahlungsfenster, das über mindestens einen Teil der Wände des Schachtes gebildet ist, um den Durchgang von Strahlung vom äußeren Probenbereich in den.Konvertierungsbereich zu gestatten; 20

einem Satz von beabstandeten Anodendrähten innerhalb der Umhüllungsanordnung, welche im Ladungssammelbereich verlaufen und um den Schacht herum angeordnet

sind;
25

einer sich in elektrischem Kontakt mit der Kathodenanordnung und den Anodendrähten befindenden und zum Anschluß einer Sammelhochspannung geeigneten Leiteranordnung zum Erzeugen eines ladungssammelnden elektrisehen Feldes von den Anodendrähten zur Kathodenanordnung zum Sammeln des Ausgangsstrahlungsimpulses.

11. Strahlungsdetektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht eine an beiden Enden offene längliche zylindrische Röhre ist.

12. Strahlungsdetektor nach Anspruch 10, dadurch .■:..■ gekennzeichnet, daß die Kathodenan-

.:■ Ordnung durch eine äußere Kathodenelektrode und eine

innere Kathodenelektrode gebildet ist und daß der Satz von Anodendrähten dazwischen angeordnet ist, um ein

äußeres sammelndes elektrisches Feld und ein inneres Γ '. ν; sammelndes elektrisches Feld zu tragen.

13. Strahlungsdetektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenelek-

troden konzentrische Zylinder sind.

14. Strahlungsdetektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht ein

leitfähiger Zylinder ist und die innere Kathodenelektrode bildet.

15. Strahlungsdetektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht ein

Zylinder mit einer leitfähigen Außenfläche ist, die ;: mit dem Konvertierungsbereich in Verbindung steht

ι und die innere Kathodenelektrode bildet.

16. Strahlungsdetektor nach Anspruch 13, dadurch $5 gekennzeichnet, daß die Anodendrähte

symmetrisch zwischen den beiden Kathodenelektroden
^; angeordnet sind.

* ^; ■>' 17. Strahlungsdetektor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anodendraht im geometrischen Zentrum zwischen den Kathodenelektroden angeordnet ist.

18. Strahlungsdetektor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anodendraht

' jß' f ■'

im elektrischen Zentrum zwischen den Kathodenolektro

den angeordnet ist.

J14 ¹J I Ö

19. Strahlungsdetektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Umhüllungsanordnung leitfähig ist und die äußere Kathodenelektrode bildet.

20. Strahlungsdetektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß er weiterhin

eine isolierende Endhalterung an jedem Ende des Satzes von Anodendrähten enthält.
10

21. Strahlungsdetektor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß er weiterhin einen leitfähigen Kragen um mindestens eine der isolierenden Endhalterungen enthält, um den Satz von Anodendrähten elektrisch anzuschließen.

22. System zum gleichzeitigen Erfassen von Gammastrahlung von einer Mehrzahl von Strahlungsquellen mittels eines Strahlungs-Elektronen-Umsetzungsgases und Hochspannungs-Lawinensammlung, mit:

einer Umhüllungsanordnung;

einer Mehrzahl von offenendigen Probenbereichen, die durch die Oberfläche der Umhüllungsanordnung an deren Außenseite gebildet und zur Aufnahme der Mehrzahl von Strahlungsquellen geeignet sind;

einer Mehrzahl von Sätzen von beabstandeten Anodendrähten innerhalb der Umhüllungsanordnung, wobei ein

Satz von beabstandeten Anodendrähten um jeden Proben-. bereich angeordnet ist;

einer Kathodenanordnung innerhalb der Umhüllungsan-Ordnung, die von den Anodendrähten beabstandet ist, um einen Sammelbereich zwischen jedem Satz von Anodendrähten und der Kathodenanordnung zu definieren;

2Λ928Α

einem in der Umhüllungsanordnung enthaltenen Konversionsgas innerhalb jedes Sammelbereiches zum Umsetzen der wahrgenommenen Gammastrahlung in freie Elektronen;

g einer mit jedem Satz von Anodendrähten und der Kathodenanordnung verbundenen Leiteranordnung;

einer Sammlungsspannung-Versorgungsanordnung, die mit der Leiteranordnung verbunden ist, um ein sammelndes

^q elektrisches Feld von jedem Satz von Anodendrähten zu der Kathodenanordnung zu erzeugen, um freie Elektronen, die innerhalb jedes Sammelbereiches erzeugt werden, in Richtung auf die Anodendrähte um diese zu beschleunigen und vervielfachte Lawinenelektronen zu

lg . erzeugen, die durch die Anodendrähte gesammelt werden und ein Gammastrahlungs-Erfassungssignal bewirken.

23. System nach Anspruch 22, dadurch g e -

k e η η ζ e i c h η et , daß die Sammelbereiche miteinander strömungsmäßig kommunizieren und eine allen Sammelbereichen gemeinsames, einziges Konversionsgasmilieu bilden.

24. System nach Anspruch 23, dadurch g e - kennzeichnet, daß es weiterhin eine

die Umhüllungsanordnung durchsetzende Ventilanordnung enthält, um den Durchtritt von Konversionsgas in das einzige Konversionsgasmilieu und aus diesem heraus zu gestatten.
30

25. System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannungsversorgungsanordnung eine einzige Sammelspannung liefert und

daß die Leiteranordnung eine Anodenspannungsschiene enthält, die die Sätze von Anodendrähten parallel

verbindet um die einzige Sammelspannung zu empfangen.

26. System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem Satz von Anodendrähten ein Ausgangssignal erhalten wird und daß die Leiteranordnung außerdem enthält:

eine Mehrzahl von Einrichtungen hoher Impedanz, von denen jeweils eine zwischen jeden Satz von Anodendrähten und die Anodenspannungsschiene geschaltet ist;

eine Mehrzahl von Anodenausgangsleitungen, von denen jeweils eine von jedem Satz von Anodendrähten wegführt, um die gesammelten freien Elektronen zu führen und

einer Mehrzahl von Einrichtungen niedrigerer impedanz, von denen jeweils eine zwischen jede Anodenausgangsleitung und den Satz von Anodendrähten geschaltet ist.

27. System nach Anspruch 25, (^; dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenanordnung außerdem enthält:

eine Mehrzahl von äußeren Kathoden innerhalb der. Umhüllungsanordnung, wobei eine äußere Kathode zumindest teilweise jeden Satz von Anodendrähten und den zugehörigen Sammelbereich und Probenbereich umgibt;

eine Mehrzahl von inneren Kathoden innerhalb der Umhüllungsanordnung, wobei eine innere Kathode innerhalb jedes Satzes von Anodendrähten angeordnet ist und ³^ den zugehörigen Probenbereich umgibt.

- 3/f-

28. Öystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , daß ein Ausgangssignal Von den Anoden erhalten wird und die Leiteranordnung Weiterhin eine Mehrzahl von Kathodenausgangsleitungen enthält.

29. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kathode ein ge-'rader Zylinder ist und die Anodendrähte symmetrisch zu diesem verlaufen.

30. System nach Anspruch 22, dadurch g e -

: kennzeichnet, daß die Mehrzahl von Probenbereichen in einer ebenen Anordnung angeordnet sind um gleichzeitig eine Charge von Strahlungsquellen aufzunehmen.

.31. System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , daß es weiterhin eine Abschirmungsanordnung enthält, um zu verhindern, daß nicht ungesetzte Strahlung, die von einer Zelle austritt, in-eine benachbarte Zelle eintritt.

32. System nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschirmungsanordnung durch Gammastrahlen absorbierendes Material gebildet ist, das zwischen den benachbarten Zellen angeordnet ist.

33..System nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschirmanordnung durch das Material der Kathodenanordnung gebildet ist.

³^ 34. System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , daß die äußere Kathodenanordnung eine Mehrzahl von getrennten Kathoden-

• -Αλί elektroden ist, von denen jede durch die Seiten eines regulären Polygon-Prismas mit N Seiten gebildet ist, wobei eine Kathodenelektrode jeden Satz von Anodendrähten umgibt, um eine Detektorzelle zu bilden.

35. System nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet , daß die N Seiten jeder inneren Zelle in der ebenen Anordnung mit einer Seite von N benachbarten Zellen zusammenhängt um eine

IQ eng gepackte Bienenwaben-Matrix von Zellen zu bilden.

36. System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das innere jeder Bienenwabenzelle durch N dreieckige prismatische Volumina gebildet ist, von denen jedes eine der N Seiten der Zelle als Basis und zwei Schenkelflächen aufweist, von denen sich jeweils eine von den beiden longitudinalen Rändern der Basis zur Achse der Mantelelektrode erstreckt.

37. System nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß jedem dreieckigen prismatischen Volumen eine Mehrzahl von Anodendrähten an- geordnet ist, die parallel zur Achse der Zelle verlaufen.

38. System nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle N. Anoden- drähte enthält, die sich durch sie parallel zur Achse der Zelle erstrecken, wobei ein Anodendraht innerhalb jedes dreieckigen prismatischen Volumens in geometrisch identischen Positionen wie die Anodendrähte in den anderen dreieckigen prismatischen Volumina angeordnet ist.

-ΜΙ 39. System nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Anodendraht in einer Ebene angeordnet ist, die durch die Mitte des dreieckigen prismatischen Volumens geht und fäurch die Achse der Zelle orthogonal zuaÜpSasis des dreieckigen prismatischen Volumens verläuft.

40. System nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Anodendraht in einer Ebene angeordnet ist, aie, durch die Achse der Zelle und durch einen der longitudinalen Ränder der Basis des dreieckigen prismatischen Volumen geht.

41. System nach Anspruch 22, dadurch g e kennzeichnet, daß die Mehrzahl von Probenbereichen in einer Reihenanordnung angeordnet ist, um nacheinander eine Reihe von Strahlungsquellen aufzunehmen.

42. System nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet , daß die Kathodenanordnung außerdem enthält:

eine einzige äußere Elektrodenstruktur in der Umhüllungsanordnung, die sich um jeden der Probenbereiche längs der Serienanordnung erstreckt und eine gemeinsame äußere Kathode hierfür bildet und

eine einzige innere Elektrodenstruktur in der Um-

hüllungsanordnung, die sich um jeden der Probenbereiche längs der Reihenanordnung erstreckt und eine gemeinsame innere Kathode hierfür bildet.

43. System nach Anspruch 42, dadurch g e kennzeichnet, daß die Sätze von Anodendrähten längs der Reihenanordnung gleich beabstandet sind und eine Reihe von gleichartigen sowie gleich-

-3-3-1 beabsLandeten Sammelbcreichen bilden.

44. System nach Anspruch 43 weiterhin g e k e η η s zeichnet durch:

eine Fördervorrichtung, die sich durch die Reihe von Probenbereichen erstreckt und zum Tragen der Strahlungsquellen geeignet ist; und

10 einer Bewegungsvorrichtung zur Bewegung der Fördervorrichtung, so daß jede der Strahlungsquellen nacheinander durch jeden der Strahlungsbereiche fließt.