DE3546062A1 - Ortsempfindliches proportional-zaehlrohr hoher aufloesung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein ortsempfindliches Proportional-Zählrohr hoher Auflösung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem bekannten Zählrohr dieser Art ist ein hochohmiger Anodendraht vorgesehen, dessen Enden über je einen Vorverstärker mit der den Ort der Einstrahlung ionisierender Strahlung durch Bestimmen der Anstiegszeit der einzelnen Signale ermittelnden Auswerte-Schaltung verbunden sind, die in jedem Zweig einen Filter-Verstärker und einen Nulldurchgangsindikator aufweist und wobei das Signal in dem einen Zweig gegenüber dem Signal in dem anderen Zweig der Auswerte- Schaltung über eine Verzögerungsschaltung verzögert wird, ehe beide Signale jeweils einem Zeit/Amplituden- bzw. Zeit/Digital-Wandler und deren Ausgangssignale über einen Speicher bzw. über ein MCA-Glied dem Signal auswertenden Rechner zugeführt werden; vgl. Jules Hendrix, Advances in Polymer Science, Springer-Verlag 1985, S. 74/75.

Ein solcher hochohmiger Anodendraht ist schwierig herstellbar, da er als kohlebeschichteter Quarzfaden mit hoher Homogenität auszubilden ist, um eine brauchbare Ortsauflösung von etwa 50 µ zu erreichen.

Durch die durch die einfallende Strahlung ausgelöste Ionenlawine in unmittelbarer Drahtnähe oder durch sehr intensitätsreiche Primärstrahlung, z. B. durch direkten Einfall des Strahles einer Röntgenröhre, kann die aufgedampfte Kohlenstoffschicht des Anodendrahtes leicht zerstört werden. So entstandene "Brennflecke" auf der Anode können die Ursachen für Ladungsspitzen bilden, so daß es oft zu Lichtbogenbildung und damit zu Durchschlägen kommt. Außerdem führt eine solche Veränderung des Anodendrahtes zu Inhomogenitäten in der Ansprechwahrscheinlichkeit des Detektors. Weiterhin weist der kohlenstoffbeschichtete Quarzfaden einen hohen Temperaturkoeffizienten auf, wodurch sich die Ortzuordnung nur innerhalb weniger Grad C genau ermitteln läßt. Ein solcher Anodendraht weist daher nur für kurze Betriebszeiten reproduzierbare Werte auf.

Es ist ferner bekannt, die an der Kathode eines solchen Zählrohres influenzierten Signale mit Hilfe der sogenannten Ladungsteilungs- Methode auszuwerten. Hierzu ist die Kathode des Zählrohres in Streifen unterteilt, die jeweils über je einen gleichgroßen Widerstand überbrückt sind. Die die Endstreifen dieser Kathode verlassenden Signale sind über Vorverstärker und jeweils die Summe- und die Differenz der abgenommenen Signale bildenden Verstärker an eine Ladungsteilungs-Schaltung geführt, von wo sie über ein ADC-Glied und einen Zwischenspeicher an den auswertenden Rechner geleitet werden.

Auf diese Weise werden die über beide Seiten der einen Widerstand bildenden Kathode auftretenden Signalladungen geteilt, wobei die entsprechenden Teilladungen umgekehrt proportional zum Widerstand zwischen dem Ort des Auftretens der Ladung und dem Ende der Kathode sind; vgl. Seiten 71/72 der oben genannten Literaturstelle.

Diese Methode ist jedoch hinsichtlich der Auswertung der Signale aufwendig und nicht immer reproduzierbar, da die Division von elektrischen Ladungen sehr schwierig ist und logarithmische Verstärker benötigt, was der Einführung dieser Auswertungsmethode in die Praxis entgegensteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ortsempfindliches Proportional-Zählrohr unter Benutzung der Anstiegsmethode zur Bestimmung des Ortes der einfallenden Strahlung zu schaffen, das ohne einen sensitiven Hochwiderstandsdraht als Anode arbeitet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Zählrohres zur Auswertung der an der Kathode influenzierten Signale ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit als Anode einen vergoldeten Wolframdraht zu verwenden, der mechanisch sehr stabil ist und daher dem Zählrohr eine hohe Lebensdauer ermöglicht. Ein solcher Faden kann ausreichend vorgespannt werden, ohne daß Bruchgefahr z. B. durch mechanische Stoßbelastungen besteht. Die Anwendung der Anstiegsmethode erlaubt die Verwendung einfacher Differenzierschaltungen. An die Toleranzen der einzelnen Widerstände sind keine besonders großen Anforderungen zu stellen, so daß etwa gleich große Widerstände eines einzigen Fertigungsloses verwendbar sind. Schließlich ist die Herstellung der Streifen-Kathode einfach, da sie in der bei gedruckten Schaltungen bekannten Technik herstellbar ist und sich ebenfalls durch hohe Lebensdauer auszeichnet. Insgesamt wird also durch die Erfindung eine deutliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften solcher Zählrohre erreicht bei gleichzeitiger Einsparung von Kosten, ohne daß hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften Kompromisse zu schließen sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Auswerte-Schaltung eines ortsempfindlichen Proportional-Zählrohres gemäß der Erfindung und

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Kathode für ein Zählrohr gemäß Fig. 1.

Ein in Fig. 1 nicht näher dargestelltes ortsempfindliches Proportional-Zählrohr PZ der wirksamen Länge l weist in seiner nicht dargestellten Zählkammer als Zähldraht eine vorzugsweise aus einem vergoldeten Wolframdraht bestehende Anode A auf, der eine Kathode K in einem vorbestimmten Abstand gegenüberliegt.

Die Kathode besteht, wie insbesondere Fig. 2 zeigt, aus einer Vielzahl von einzelnen parallel und mit gleichmäßigem Abstand nebeneinanderliegenden metallischen Streifen K 1 bis Kn die auf einem Substrat z. B. einer Kunststoffplatte 10 angeordnet, vorzugsweise aufgedruckt sind. Jeder Kathoden- Streifen geht in eine Anschlußfahne F 1 bis Fn über. Die nebeneinanderliegenden Kathodenstreifen sind an ihren Anschlußfahnen jeweils durch etwa gleichgroße Widerstände W 1 bis Wn elektrischleitend überbrückt, so daß eine widerstandsempfindliche Kathode entsteht. Die so gebildete Kathode K ist in bezug auf die Anode derart räumlich angeordnet, daß die einzelnen Kathoden-Streifen annähernd rechtwinklig zu der als Zähldraht dienenden Anode liegen.

An die Enden der Kathode, also ihre Streifen K 1 und Kn, ist jeweils ein als Impedanzwandler geschalteter Verstärker IC angeschlossen. Die Ausgänge dieser Verstärker sind mit der allgemein mit AS bezeichneten Auswerte-Schaltung verbunden. Jeder Zweig dieser Auswerte-Schaltung besteht aus einem Filter/Verstärker FA 1, denen je eine Nulldurchgangsschaltung ZC 01 und ZC 02 nachgeschaltet sind. Ferner werden die beiden Zeitsignale einem Zeit-Digital-Wandler (TDC oder TAC) zugeführt und die hier gewonnene positionsabhängige Adresse wird in einem Histogramming (Speicher) zwischengespeichert, das mit einem hier nicht dargestellten, der Signalauswertung dienenden Rechner verbunden ist.

Wie sich aus dem vorstehend beschriebenen Schaltbild und den dazugehörigen Signal-Diagrammen sofort entnehmen läßt, werden die durch eine Teilchenstrahlung verursachte Elektronen-Lawine am Orte x erzeugten Ladungen von der Anode A wie üblich aufgenommen. In der Kathode K werden entsprechende Ladungen influenziert, die einen vom entsprechenden Orte x ausgehenden Stromfluß in beiden Richtungen von x aus durch die Kathode bewirken. Die örtliche Lage x der Lawine wird nun bestimmt durch Messung und Vergleich der beiden in Abhängigkeit der Zeitkonstante der jeweils RC-Glieder bildenden Teile der Kathode sich ausgleichende Ströme an beiden Enden der Kathode, und zwar durch Ermittlung des jeweiligen Nulldurchganges der ermittelten Signalspannungen in bezug auf die Zeit T _A bzw. T _B , also durch Vergleich der jeweiligen Anstiegszeiten.

Man kann nämlich zeigen, daß bei entsprechender Filterung der auftretenden Signale gilt wobei Δ t _c das Zeitintervall des Nullwerdens zwischen den Enden an der linken und rechten Seite der Kathode ist.

Die Proportionalitätskonstante s ist gegeben durch

S=R×C _t (2)

mit C _t =C×1+2×C _load

wobei C und R die verteilten Kapazitäten und Widerstände pro Längeneinheit der hier verwendeten Kathode sind. C _load ist die Eingangskapazität der Vorverstärker.

Hieraus ergibt sich, daß z. B. Herstellungstoleranzen grundsätzlich durch Widerstandsabgleich, beispielsweise durch Verwendung leicht unterschiedlicher Widerstände W, ausgeglichen werden können.

Obwohl die Erfindung anhand eines eindimensionalen Zählrohres beschrieben wurde, ist es ohne weiteres möglich, die Kathode auch als zweidimensionale Matrix ebenfalls in Form einer gedruckten Schaltung auszubilden, so daß auch ihre Verwendung in Verwendung mit einem zweidimensionalen Zählrohr möglich ist.

Claims (5)

1. Ortsempfindliches Proportional-Zählrohr hoher Auflösung, mit einer Zählkammer, mindestens einer in der Zählkammer angeordneten Anode als Zähldraht, einer Kathode und einer Auswerte-Schaltung zur Bestimmung des Ortes der Einstrahlung ionisierender Strahlung durch Bestimmen der Anstiegszeit der von einer der Elektroden abgenommenen Signale, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale von der Kathode (k) abgenommen werden, daß die Kathode (k) aus gleichmäßig parallel aneinander gereihten, annähernd rechtwinklig zum Zähldraht (A) angeordneten elektrisch leitenden Streifen (K 1 bis Kn) besteht, die über Widerstände (W 1 bis Wn) elektrisch miteinander verknüpft sind und daß der erste und der letzte Streifen (K 1, Kn) über Impedanzwandler (IC) an die Auswerte-Schaltung (AS) angeschlossen sind.

2. Proportional-Zählrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (W 1 bis Wn) annähernd gleiche Werte aufweisen.

3. Proportional-Zähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Toleranzabgleichs die Widerstände (W 1 bis Wn) zumindest teilweise unterschiedliche Werte aufweisen können.

4. Proportional-Zähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (k 1 bis kn) nach Art einer gedruckten Schaltung ausgebildet ist.

5. Proprtional-Zähler nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Verwendung in Verbindung mit einem zweidimensionalarbeitenden Zählrohr die Kathode (k 1 bis kn) als gedruckte Matrix ausgebildet ist.