DE3785577T2

DE3785577T2 - Gasionisationsdosimeter mit integriertem Schaltkreis für Personen.

Info

Publication number: DE3785577T2
Application number: DE87118192T
Authority: DE
Inventors: E Uber Iii
Original assignee: Medrad Inc
Current assignee: Bayer Medical Care Inc
Priority date: 1987-01-27
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1993-10-07
Anticipated expiration: 2007-12-09
Also published as: CA1276044C; ATE88577T1; US4769547A; EP0280779B1; EP0280779A1; JPS6463887A; DE3785577D1

Description

Ionisierende Strahlung stellt eine unmittelbare Gefahr für Menschen dar, weshalb die Dosis, die eine Person empfängt, minimiert sein sollte. Die Dosis bezieht sich auf die Energie, die durch die Person absorbiert wird. Eine Dosisminimierung wird am besten durch Vermeidung jedweder unnötigen Strahlungsaussetzung und der Minimierung der notwendigen Strahlungsaussetzung erreicht. In jedem Fall kann der Grad der Aussetzung kontrolliert werden, wenn eine Person seine Aussetzung überwacht. Daher ist eine Echtzeitwarnvorrichtung wünschenswert, welche überwacht und die Person bei Strahlungsaussetzung alamiert. Vorrichtungen, die derzeit zur Ermittlung und Warnung von Strahlengefahren eingesetzt werden, sind groß und kostenaufwendig. Diese Merkmale verhindern, daß jede Risikoperson eines dieser Vorrichtungen ständig benutzen kann.
Übliche Strahlungsüberwachungsmethoden, Film- und Thermolicht erzeugende Detektoren (TLD), verzeichnen nur angesammelte Dosen. Diese gewähren keine gleichzeitige Warnung einer momentanen Strahlungsaussetzung. Ihre Verwendung ist jedoch gesetzlich vorgeschrieben, um eine akkumulierte Strahlendosis auf zuzeichnen. Wenn eine Person ihre jährliche Dosis überschreitet, darf diese nicht länger in einer Strahlungsumgebung arbeiten und die Person oder die verantwortliche Firma wird entsprechend vermerkt.
Die Erfindung genügt den Genauigkeits- und den Nicht-Manipulierbarkeitsanforderungen gegenwärtiger Strahlungsüberwachungsvorrichtungen, wobei der Träger bei einem finanziellen Aufwand vergleichbar mit dem des Films oder der TLD- Marke überdies vor der Dosisrate und der Gesamtdosis gewarnt wird. Hierdurch wird eine Warnvorrichtung für alle die verfügbar, die gefährlicher Strahlung ausgesetzt sein könnten.
in einem Artikel "A Silicon Diode Dosimeter With a Memory - An Alternative to Mailed TLD," beschreiben Robert L. Dixon und Kenneth E. Ekstrand ein integriertes Dosimeter. Die Vorrichtung verwendet eine Siliciumdiode, um einen Strom proportional zur Röntgenstrahlungsdosis zu erzeugen, welcher es ausgesetzt ist. Der Strom wird integriert und mit einem Bezugsniveau verglichen. Wenn der Integrator eine Schwelle überschreitet, wird ein Zähler weitergeschaltet und der integrator wird zurückgesetzt. Das Dison-Ekstrand Dosimeter verwendet eine Siliciumdiode ohne Vorspannung, wohingegen die Erfindung eine gasgefüllte Ionenkammer mit einer Sammelelektrode verwendet, die dem Gas ausgesetzt ist, um die Ionen zu sammeln. Die Sammelelektrode ist als Teil eines Verstärkers in einen integrierten Schaltkreis eingebaut. Die Erfindung verwendet auch eine von verschiedenen Methoden, um den Leckstrom zu kompensieren, wohingegen Dixon-Ekstrand ein manuelles Potentiometer benutzen. Das Siliciumdosimeter von Dixon-Ekstrand ist nicht sehr empfindlich und nicht zum Tragen gedacht.
In einem Artikel mit der Überschrift "A New Tiny Computerized Radiation Dosimeter" von M. A. Wolf et al., wird ein Armbanduhr-Dosimeter offenbart. Bei der Armbanduhr ist es nicht vorgesehen, eine Dosis bei unterschiedlichen Hauttiefen zu bestimmen. Auch zählt die Armbanduhr Photone. Dieser Photonenzähler unterscheidet sich von dem erfindungsgemäßen Konzept des Sammelns geladener Ionen. Die Genauigkeit der Messung mit dieser Armbandmeßuhr ist eine Funktion der Energie der Röntgenstrahlen.
In einem Artikel von A. Arbel et al. mit der Überschrift "Development of a Portable Microdosimeteric Radiation Protection Monitor Covering a Dynamic Range of 120 dB Above Noise," wird an ein Dosimeter beschrieben, bei dem ein gewebe-äquivalentes Gas in einer Ionenkammer eingesetzt wird. Der Vorteil von gewebe-äquivalentem Gas besteht darin, daß der von der Vorrichtung gemessene Strom, der Einheit rad oder der absorbierten Strahlungsdosis exakt entspricht. Der Arbel-Überwacher verwendet kein Gasvolumen unmittelbar über einem integrierten Schaltkreis (IC) und keine Sammelelektrode auf der Oberfläche des IC in direktem Kontakt mit dem Gas. Weiterhin benutzt Arbel keine Sammelelektrode die in einem Verstärker in den IC eingebunden ist. Auch verwendet Arbel den Logarithmus von einem verstärkten Signal aus der Ionenkammer.
D. A. Waechter et al. beschreiben in einem Artikel mit der Überschrift "New Generation Low Power Radiation Survey Instruments," ein übliches, tragbares Dosimetersystem. Der tragbare Überwacher besteht aus einem Geiger-Müller Rohr (GM-Rohr) mit einem Ereigniszähler, der die Anzahl der Ionisierungsereignisse aufzeichnet. Zugehörig ist eine Ableseanzeige und ein Audioalarm. Obwohl es für eine Warnung nützlich ist, besteht das Problem bei einem GM-Rohr darin, daß dessen Verhalten nicht linear mit der Energie der Strahlung ist, so daß dessen Genauigkeit mit der Strahlungsenergie variiert.
Ein Dosimeter mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der IEEE, Transactions on Nuclear Science, August 1979 ("A Multichannel Electrometer Data- Aquisition System") bekannt. Dieses bekannte Dosimeter weist jedoch eine Reihe von Ionisationskammern auf, die in einem Abstand von ungefähr 2 cm dichtgedrängt angeordnet sind. Ein wesentlicher Nachteil dieses Dosimeters kann in der Trennung der unterschiedlichen Ionisationskammerdetektoren und ihrer entsprechenden Elektrometer gesehen werden. Deshalb sind Kabel, etc. zum Anschließen der Ionisationskammern und der Elektrometer notwendig. Zusätzlich ist jedes Elektrometer in einem Aluminiumgußgehäuse untergebracht. Diese Nachteile erlauben es deswegen nicht, das bekannte Dosismeter zu verkleinern, um als ein persönliches Dosimeter ohne jede Verminderung seiner Meßgenauigkeit verwendet zu werden.
Es ist Aufgabe dieser Erfindung, ein kleines, leichtgewichtiges Dosimeter mit integriertem Schaltkreis zu schaffen, welches elektronisch und genau sowohl die Gesamtstrahlungsaussetzung als auch die Rate der Aussetzung aufzeichnet und anzeigt, und welches als ein persönliches Dosimeter verwendet werden kann.
Gemäß der Erfindung wird die vorgenannte Aufgabe durch ein elektrisches Dosimeter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den nachfolgenden Unteransprüchen gezeigt.
In einer Ausführungsform weist das Dosimeter eine Strahlungsdetektoreinheit und eine Detektorsteuer- und Interface-Einheit auf. Die Detektoreinheit besteht aus einer Vielzahl von Detektoruntereinheiten. Jede Untereinheit weist eine halbkugelförmige Blase aus einem elektrisch leitenden, gewebe-äquivalenten Kunststoff auf, welche ein Gasvolumen innerhalb der Blase definiert. Das Gas ist ausgelegt, durch darauf auftreffende Strahlung ionisiert zu werden. Ein integrierter Schaltkreis (im folgenden IC genannt) ist unterhalb des Gasvolumens angebracht. Eine Sammelelektrode auf der Oberfläche des IC steht in direktem Kontakt mit dem Gas und sammelt Ionen, die aus der Ionisation des Gases in Folge der Strahlung resultieren. Der IC weist einen Verstärker auf, der die Sammelelektrode aufnimmt. Die Detektorsteuer- und interface-Einheit konditioniert das Signal aus dem Verstärker und puffert dieses Signal. In einer Ausführungsform weist die Einheit einen abfragenden Verstärker, der als ein Komparator arbeitet, und einen Zähler auf, der zur Steuerung der Detektoruntereinheit und zur Speicherung des Signals als Strahlungsdosisdaten verwendet wird. Die Sammelelektrode ist ein Regelgatter für einen Verstärkungstransistor in dem eingebauten Verstärker. Ein elektrisches Feld innerhalb des Gasvolumens bewegt die Ionen einer Polarität zu der Sammelelektrode. Die Regelgatter-/Sammelelektrode ist auf ein vorgegebenes Niveau elektrisch vorgespannt, welches sich abhängig von den gesammelten Ionen ändert. Deshalb ist das Ausgangssignal des Verstärkertransistors ein Signal, das die Menge der gesammelten ionen repräsentiert. Das Signal wird an das interface angelegt und wird zu dem Abfrageverstärker geführt. Wenn das konditionierte Signal eine vorgegebene Schwelle passiert, wird ein Zähler ausgelöst und weitergeschaltet. Das Auslösen des Zählers befiehlt auch einem Schaltkreis ein vorgegebenes Vorspannungsniveau an dem Regelgatter (der Sammelelektrode) des Verstärkungstransistors zu beseitigen oder wiederherzustellen. Das Interface weist auch eine Vorrichtung zum Übertragen der Strahlungsdaten an eine externe Vorrichtung nach Empfang eines Dosisübertragungsbefehls auf. Das Interface kann zusätzlich einen Dosis- und Dosisratencomputer und einen Speicher aufweisen. In weiteren Ausführungen wird das Spannungsniveau (Vorspannung) der Sammelelektrode nach Empfang eines Auslösepulses von einem hohen auf ein niedriges Niveau oder umgekehrt umgeschaltet. Hierdurch wird die Notwendigkeit beseitigt, eine Spannungsquelle mit der Sammelelektrode elektrisch zu verbinden, um die angesammelte Ladung zu beseitigen.
Mehrfachelektroden können auf der Oberfläche des IC verwendet und entweder als Sammelelektroden oder als Vorspannungselektroden konfiguriert werden. Bei letztgenannter Konfiguration erstrecken sich die Flußlinien des elektrischen Feldes zwischen den Vorspannungselektroden und den Sammelelektroden. Anderweitig reicht das elektrische Feld zwischen die Sammelelektroden und die innere Oberfläche des leitenden Kunststoffs, welches die Gasblase definiert.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung verwendet verschiedene Gasvolumen, die oberhalb eines einzelnen IC angeordnet sind. Bei dieser Anordnung besitzt der IC eine Vielzahl von Sammelelektroden mit direktem Kontakt zu jedem Gasvolumen. In einer zusätzlichen Ausführungsform ist ein Gasvolumen in einem kleinen Abstand von der Oberseite des Ic angeordnet. In diesem Fall sind der IC und die entsprechende Sammelelektrode in dem abgelegenen Gasvolumen auf dem Substrat angebracht. Die Elektrode ist elektrisch mit dem Verstärker in dem IC verbunden.
in anderen Ausführungsformen ist das Dosimeter mit einer Anzeigevorrichtung passend verbunden, welche steuerbar die Übertragungsbefehle für die Dosis- und Dosisratendaten erzeugt und diese Daten anzeigt. Das Dosimeter ist auch mit einer Kalibrierungs- und Anzeigeeinheit passend verbunden. Weiterhin kann eine Vielzahl von Dosimetern als ein Großbereichs-Strahlungsüberwachungssystem ausgebildet sein.
Die Erfindung zusammen mit ihren weiteren Aufgaben und Vorteilen wird mit Bezug auf die nachfolgende Beschreibung und in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verdeutlicht, in denen:
Fig. 1 ein funktionales Blockdiagramm des Dosimeters mit integriertem Schaltkreis zeigt;
Fig. 2A eine schematische Vorderansicht des IC-Dosimeters darstellt, wobei einige innere Komponenten gezeigt werden;
Fig. 2B eine teilweise Querschnittsansicht von zwei Gasvolumen oder Ionenkammern über einen integrierten Schaltkreis aus der Perspektive der Schnittlinie 2B'-2B'' in Fig. 2A zeigt;
Fig. 2C das DosImeter mit zwei Gasvolumen über einen integrierten Schaltkreis und eine dazwischen angeordnete Schicht aus gewebe-äquivalentem Kunststoff zeigt;
Fig. 3A eine andere Ausführungsform zeigt, bei der eine Kammer in der Nähe aber versetzt zu dem integrierten Schaltkreis angeordnet ist;
Fig. 3B eine Ausführungsform zeigt, bei der zwei Ionenkammern konzentrisch über einen integrierten Schaltkreis angeordnet sind;
Fig. 4 eine freigeschnittene Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung darstellt, die Ionenkammern über zwei integrierten Schaltelementen zeigt;
Fig. 5 den integrierten Schaltkreis mit Oberflächenelektroden E&sub1;, E&sub2; und E&sub3; zeigt;
Fig. 6 die Querschnittsansicht der Ionenkammer mit Mehrfachelektroden E&sub1;, E&sub2; und E&sub3; mit direktem Kontakt zu dem Gas in der Kammer zeigt;
Fig. 7A, 7B und 7C jeweils mehrfache Ionenkammern je IC und Mehrfachkammern zeigt, von denen jede einen zugehörigen IC hat;
Fig. 8, 9 und 10 schematisch die elektrischen Feldkonfigurationen bei Mehrfachelektroden in einer Ionenkammer zeigen;
Fig. 11 und 12 Schaltkreise in Blockdiagrammform zeigen, welche den Strom an der Abfrage- oder Sammelelektrode messen;
Fig. 13 einen Rücklaufschaltkreis zeigt, welcher eine erhöhte Vorspannung an eine Vorspannungselektrode anlegt;
Fig. 14 einen anderen Rücklaufschaltkreis zeigt;
Fig. 15 einen Blockdiagramm-Schaltkreis zur Messung der Strahlungsmenge und zum Zählen der Strahlungsdosis zeigt;
Fig. 16 einen Blockdiagramm-Schaltkreis zeigt, der die Rate ändert, bei der sich die Spannung auf der Sammelelektrode abhängig von der Strahlungszählung ändert;
Fig. 17 einen Blockdiagramm-Schaltkreis zur Kompensation des Leckstroms zwischen der Ableitung des Schalttransistors T&sub1; und des IC Substrats zeigt;
Fig. 18 einen weiteren Leckkompensationsschaltkreis zeigt;
Fig. 19 einen Blockdiagramm-Schaltkreis, der die an der Vorspannungselektrode anliegende Vorspannung verändert, wodurch der Entladungstransistor beseitigt wird;
Fig. 20A und 20B einen Blockdiagramm-Schaltkreis, der das an der Sammelelektrode anliegende Spannungsniveau verändert, und entsprechend das Zeitdiagramm hierzu zeigt;
Fig. 21 einen Blockdiagramm-Schaltkreis zeigt, der sowohl das an der Vorspannungselektrcde anliegende Spannungsniveau als auch das an der Sammelelektrode anliegende verändert;
Fig. 22 ein Zeitdiagramm für den Schaltkreis aus Fig. 21 zeigt;
Fig. 23 Mehrfachelektroden, die mit einer Auswahleinrichtung verbunden sind, in Blockdiagrammform zeigt;
Fig. 24A, 24B und 24C schematisch einen Versorgungsschaltkreis, einen Rücklaufschaltkreis und einen kapazitiven Spannungsmultiplikator der Erfindung zeigen;
Fig. 25 einen Speicher- und Kommunikationsbereich für den Dosimeter zeigt;
Fig. 26 die Versorgungs- und Kommunikationspfade für mehrfache integrierte Schaltelemente in dem Detektor zeigt;
Fig. 27 eine Explosionsansicht des IC-Dosimeters und eine Aufnahme-Anzeigeeinheit zeigt, die mit dem Dosimeter passend verbindbar ist;
Fig. 28 einen Blockdiagramm-Schaltkreis für die Anzeigeeinheit zeigt;
Fig. 29 eine Dosimeterkalibrierungs- und Anzeigevorrichtung zeigt; und,
Fig. 30 ein Großbereichs- Strahlungsüberwachungssystem zeigt, das vier IC-Dosimeter verwendet.
Diese Erfindung betrifft allgemein ein IC-Dosimeter und insbesondere ein Dosimeter mit einem Volumen eines ionisierbaren Gases über dem fest angeordneten integrierten Schaltkreis.
Fig. 1 zeigt ein funktionales Blockdlagramm des Dosimeters. Ein Dosimeter 10 weist zwei generelle Bereiche auf, eine Dosimetereinheit 12 und eine Detektorsteuer- und Interface- Einheit 14. Die Dosimetereinheit 12 weist Strahlungsdetektoruntereinheiten 1, 2 ...n-1, n auf. Jede Detektoruntereinheit beinhaltet ähnliche Teile wie die, welche bei der Detektoruntereinheit 1 beschrieben sind. Eine Ionenkammer 16 enthält ein ionisierbares Gasvolumen über einen integrierten Schaltkreis mit einer Sammel- oder Abfrageelektrode in direktem Kontakt mit dem Gas. Ein Feldgenerator 18 erzeugt ein elektrisches Feld innerhalb des Gasvolumens und bewegt die Ionen in dem Gas, welche durch Strahlung erzeugt wurden. Ionen einer Polarität werden abhängig von dem elektrischen Feld zu der Sammelelektrode gezogen. Das Signal von der Sammelelektrode wird am Verstärker 20 angelegt und wird nachfolgend an einem Leckkompensations- und Entladungskontroller I 22 in der Detektorsteuer- und Interface- Einheit 14 angelegt. Die Leckkompensation wird später mit Bezug auf die Figuren 15 bis 18 im Detail erläutert. Wahlweise oder zusätzlich kann die Detektoruntereinheit 1 einen Leckkompensationsschaltkreis A 24 aufweisen. Da die Sammelelektrode Ionen in dem Gas abhängig von der daran angebrachten Vorspannung anzieht, weist die Untereinheit eine Ladungsbeseitigungsvorrichtung 26 auf, die mit dem Eingang des Verstärkers 20 und dem Eingang des Feldgenerators 18 gekoppelt ist. Der spezifische Schaltungsaufbau der Ladungsbeseitigungsvorrlchtung 26 und dessen Arbeitsweise werden später mit Bezug auf die Figuren 15 bis 22 beschrieben.
Der Leckkompensations- und Entladungsschaltkreis I 22 steuert die Ladungsbeseitigungsvorrichtung 26. In der Detektorsteuer- und Interface-Einheit 14 wird ein Leckkompensations- und Entladungsschaltkreis mit jeder Strahlungsdetektoruntereinheit verbunden. Die Leckkompensations- und Entladungseinheit I 22 ist mit einem Dosis- und Dosisratenrechner und Kontroller 30, Speicher 32, einer Körperschnittstelle 34 und einem elektronischen Interface 36 verknüpft. Der Dosis- und Dosisratenrechner und Kontroller bestimmt im allgemeinen sowohl die Gesamtmenge der Strahlung, welcher das Dosimeter unterworfen wurde, als auch die Rate, bei der Detektor die Strahlung ermittelt. Diese Werte werden als Strahlungsdaten in den Speichern 32 gespeichert.
Das Dosimeter kann mit CMOS integrierten Schaltelementen ausgestattet werden, um den Energiebedarf zu vermindern und um somit die Größe einer Energieversorgung zu reduzieren. Die Energiequelle kann sich im Inneren des Dosimeters befinden, und kann eine Batterie sein. Die Energieversorgung und die Batterie sind in Fig. 1 nicht dargestellt. Verschiedene Detektoruntereinheiten und angeschlossene Stromkreise in der Detektorsteuereinrichtung können als eine Vielzahl von integrierten Schaltkreisen (IC's) ausgeführt sein. Diese IC's können mit einem Microcomputer auf einem Chip verbunden sein, der als Dosis- und Dosisratenrechner und Kontroller 30, Speicher 32, Körperschnittstelle 34 und elektronisches Interface 36 dient. in einer anderen Ausführungsform kann ein wesentlicher Bereich des Detektors als ein einzelner IC ausgeführt sein.
im allgemeinen kann die Körperschnittstelle 34 eine Anzeigevorrichtung 31 aufweisen, die die Gesamtstrahlungszählung anzeigt, z.B. die Dosis oder die Dosisrate. Die Körperschnittstelle kann auch betätigbare Schalter (Eingabe 29) aufweisen, so daß die Dosis und die Dosisrate auf Anforderung angezeigt werden kann. Wahlweise können diese Werte kontinuierlich angezeigt werden. Die Körperschnittstelle kann des weiteren ein Alarmschaltelement 33 aufweisen, welches einen auditiven, visuellen oder anderweitigen (beispielsweise fühlbaren oder olfaktorischen) Alarm für einen Menschen erzeugt, der anzeigt, daß eine gewisse Dosisschwelle oder eine Dosisratenschwelle überschritten wurde. Das elektronische Interface 36 weist in einer anderen bevorzugten Ausführungsform einen Kommunikationsbereich auf, der das Dosimeter mit anderen elektronischen Einheiten verknüpft, beispielsweise einem Anzeigeschlitten, Kalibrierungseinheiten oder anderer Zusatzausrüstung. Das elektronische Interface gewährt in Kombination mit dem Rechner und Kontroller 30 und den Speichern 32 das Festlegen oder Programmieren der Dosisschwelle oder der Dosisratenschwelle. Der Rechner und Kontroller steuert die Schnittstellen 34 und 36, die Speicher 32 und die anderen Komponenten in der Einheit 14.
In einer anderen Ausführungsform sind die Detektoruntereinheiten 1, 2, n-1 und n ausgebildet, um unterschiedliche Grade von Strahlung wahrzunehmen. Die Detektoruntereinheit 1 ermittelt signifikant niedrigere Strahlungsniveaus als die Untereinheit 2. Der Rechner und Kontroller 30 ist programmiert, die Ausgabe der Untereinheit 2 erst dann auszuwählen, nachdem die Ausgabe der Untereinheit 1 einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Grundsätzlich puffert die Detektorsteuer- und Interface-Einheit 14 das Signal von der Dosimetereinheit 12 und konditioniert sowohl das Ausgangssignal von diesen Untereinheiten wie es ebenso diese Ausgangssignale weiterverarbeitet.
Fig. 2A zeigt die ungefähre Größe einer Ausführungsform eines Dosimeters mit integriertem Schaltkreis (weiter als IC- Dosimeter bezeichnet) 10. Die Figur zeigt eine schematische Vorderansicht und einige interne Teile des Dosimeters. Halbkugelförmige Blasen aus einem gewebe-äquivalenten Kunststoff 14, 16 und 18, die jeweils Gasvolumen 14a, 16a, 18a und 18b definieren, ragen über eine Oberfläche 20 des IC-Dosimeters hinaus. Das Gas in den Volumen wird ionisiert, wenn das Dosimeter einer Strahlung ausgesetzt wird. Eine Blase und das eingeschlossene Gasvolumen bilden zusammengenommen eine Ionenkammer. Löcher 22 gewähren Zugriff auf Steuerknöpfe bei einem optional tragbaren IC-Dosimeter, der eine Ableseeinrichtung beinhaltet. Ein Fenster 24 gewährt Einblick auf eine Ableseanzeige, typischer Weise ein LCD, der die Strahlungsdosis und/oder die Dcsisrate anzeigt. Eine Nut 26 hält einen Strahlungsdetektorfilm 28 oder hält ein TLD-Material. Die Nut nimmt optional eine Namensplatte auf. Wie dem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet bekannt ist, gewährt der Strahlungsfilm eine Anzeige der Gesamtmenge der Strahlungsaussetzung (Strahlungsdosis), nachdem der Film von seinem Halter entfernt und entwickelt wurde. Ein Strahlungsfilm 28 in dem IC-Dosimeter schafft ein Sicherungsaufzeichnungsmedium. Dieser Film kann periodisch abgelesen werden, z.B. jährlich oder bei einem Ausfall der Elektronik des Dosimeters. Eine Batterie 30 ist auch in Fig. 2A gezeigt. Eine Blase 18 definiert, wie gezeigt, zwei Ionenkammern für Volumen 18a und 18b. Das Dosimeter 10 weist einen internen, akustischen piezoelektrischen Alarm 32 auf.
Fig. 2B zeigt aus der Perspektive der Schnittlinie 2B'-2B'' in Fig. 2A eine Teilquerschnittsansicht einer kugelförmigen Kunststoffblase 94, die zwei Gasvolumen, ein großes Volumen 96 und ein kleines Volumen 98 definiert. Ein integrierter Schaltkreis 100 ist unmittelbar unter den Gasvolumen 96 und 98 angeordnet und hat Oberflächenbereiche 102a und 102b mit direktem Kontakt zu den im wesentlichen diskreten Gasvolumen. Die Elektroden befinden sich auf den Oberflächen 102a und 102b, sind aber in Fig. 2 nicht dargestellt. Der integrierte Schaltkreis 100 ist auf der Basis 104 angebracht. Ein Verbindungskabel 106 erstreckt sich zwischen dem integrierten Schaltkreis 100 und anderen Komponenten in dem Dosimeter, die sich an anderen Stellen auf der Substratbasis 104 befinden.
Dem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet ist bekannt, daß nationale und internationale gesetzliche Regelungen Dosismessungen bei unterschiedlichen Gewebetiefen verlangen und/oder empfehlen. Aus diesem Grund sind mehrere Ionenkammern in dem IC-Dosimeter aufgenommen. Die Geometrie von jeder Ionenkammer kann verändert werden, um der Strahlungsempfindung des menschlichen Körpers zu gleichen. Gleichfalls können anstelle des gewebe-äquivalenten Kunststoffs unterschiedliche Wandmaterialien verwendet werden. Auch können verschiedene Gasarten eingesetzt werden, um die Detektion der vorgenannten Arten oder Strahlungsenergien zu variieren. Die Dicke der Wand der Ionenkammer, wenn diese aus gewebe-äquivalentem Kunststoff gebildet ist, bestimmt die Tiefe in dem menschlichen Körper, bei der die Strahlung gemessen wird. Ein Beispiel eines gewebe-äquivalenten Kunststoffs ist ein auf Polyethylen basierender Kunststoff mit einer Mischung aus Ruß, Kalziumfluorid und Stickstoff enthaltenden Kunststoffen, die nahezu den elementaren Eigenschaften (C, N, H und O) und der effektiven Atomzahl eines menschlichen Muskels gleichen.
Die Gasvolumen 96 und 98 werden nicht als komplett isoliert gezeigt und ebenso der Kunststoff, der die Blase 94 bildet, erstreckt sich seitlich entlang einer Oberfläche 108 auf dem Substrat 104. Eine exakte Trennung zwischen den Volumen 96 und 98 ist nicht notwendig, da die durch die Strahlung erzeugten Ionen in jedes Volumen abhängig von einem darin aufgebauten elektrischen Feld wandern werden. Es ist vernachlässigbar, wenn einige Ionen zwischen dem Gasvolumen 96 und dem Gasvolumen 98 passieren. Aufgrund von Fertigungszwängen wird der Kunststoff nicht als ausdrücklich auf der Oberfläche 108 des Substrats 104 angebrachter Kunststoff dargestellt. Fig. 2B ist auch eine vergrößterte Ansicht der Ionenkammer und die Lücke zwischen dem Plastik 94 und der Oberfläche 108 ist in dieser Darstellung überbetont.
Fig. 2C zeigt einen IC 100, der auf einem Substrat 104 angebracht ist. Zusätzlich ist eine dünne gewebe-äquivalente Kunststoffeinlegeschicht 101 zwischen einem Blasenkunststoff 94 und dem Substrat 104 durch Lager 103 und 105 eingelegt. Gewebe-äquivalente Kunststoffpunkte 107 und 109 sind auf den Sammelelektroden plaziert, um ein geeignetes Elektronengleichgewicht in der Ionenkammer zu erhalten. Die Geometrie der Punkte kann zur Optimierung des elektrischen Feldes verwendet werden. Die Schicht 101 und die Punkte 107 und 109 sind ein integraler Bestandteil der IC-Oberfläche. Zur Erzielung unterschiedlicher Vorteile können andere Sammelelektrodenmaterialien verwendet werden.
Die Kunststoffblase 94 ist ausgeformt, um zwei Gasvolumen 96 und 98 zu bilden. Die größere Ionenkammer 96 ist genauer bei geringeren Dosisraten, wohingegen die kleinere Kammer 98 genauer bei größeren Dosisraten ist. Dieses Merkmal wird später mit Bezug auf die Rekombination der Ionen weiterbeschrieben. Die gesamte Elektronik für das Dosimeter ist bei einer bevorzugten Ausführungsform auf einem Substrat angeordnet. Die IC's, von denen einer IC 100 ist, sind direkt mit dem Substrat verbunden. Der Schaltkreis kann spritzgegossen in dem Gehäuseboden des Dosimeters ausgebildet sein oder eine starre Karte oder ein flexibles Substrat sein, welches am Gehäuseboden befestigt ist. Es ist wichtig, daß die integrierten Schaltkreise in einer Linie mit den Ionenkammern auf der oberen Hälfte des Gehäuses liegen. Es ist weiterhin wichtig, daß kein Wasser in das Dosimeter gelangt, nachdem es fertiggestellt wurde. Eine adhäsive Epoxidart kann die zwei Hälften des Dosimeters zusammenhalten oder diese können vorzugsweise zusammengeschweißt werden. Die Dicke der dünnsten Kammerwand beträgt 0,003 Inch, weshalb weitere schützende Strukturen für diese Kammer notwendig sind, die dieses Gasvolumen hält.
Fig. 3A zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein großes Gasvolumen 96 unmittelbar in der Nähe und oberhalb eines integrierten Schaltkreis 100 ist, wohingegen ein kleines Gasvolumen 98 in der Nähe aber versetzt zum IC 100 angeordnet ist. Das kleine Volumen 98 sollte so nah wie möglich bei dem IC sein, um die Kapazität zu vermindern.
Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das Vorhandensein der Sammelelektrode mit direktem Kontakt zu dem Gasvolumen, z.B. kontaktiert eine Elektrode 110 in Fig. 3A ein Volumen 96. Die Sammelelektrode befindet sich auf einem Oberlfächensegment des IC. Das Oberflächensegment ist ein Bereich der Struktur, welche das Gasvolumen definiert. Die Ansprüche, die sich darauf beziehen, beinhalten jedoch das Konzept, daß die Sammelelektrode Verbindungsglieder, Wahrnehmungsglieder oder elektrisch leitende Kunststoffstrukturen sein können, die an den IC gebunden, überdeckt auf oder mit dem IC verbunden sind. Genau genommen könnte die Sammelelektrode überall auf dem Oberflächensegment des IC in Kontakt mit dem Gas angeordnet sein. In jedem Fall ist der IC in der nächsten Umgebung zu dem Gasvolumen und befindet sich in einer bevorzugten Ausführungsform unmittelbar unterhalb des Gasvolumens. Eine schützende Hülle, eine nicht leitende Schicht, oder andere Strukturen, die auf der Oberfläche des IC plaziert sind, mit Ausnahme des Oberflächenbereichs mit der darauf befindlichen Sammelelektrode, wird durch die Verwendung des Begriffs "integriertes Schaltelement" in den Ansprüchen eingeschlossen.
Zurückkehrend zu Fig. 3A befindet sich eine Sammelelektrode 110 (deren Größe in Fig. 3A vergrößert ist) auf einer Oberfläche 102 eines integrierten Schaltkreises 100 und sammelt die Ionen, die in dem Gasvolumen 96 durch die Strahlung erzeugt werden. Unter Berücksichtigung des kleineren Gasvolumens ist eine Sammelelektrode 112 auf dem Substrat 104 angebracht. In einer ähnlichen Weise wie die Sammelelektrode 110, steht die Sammelelektrode 112 in direktem Kontakt mit dem potentiell ionisierten Gas in dem Gasvolumen 98. Ein Verbindungskabel 114 verbindet die Sammelelektrode 112 elektrisch mit geeigneter Elektronik in dem integrierten Schaltkreis 100.
Fig. 3B zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei Ionenkammern oder Gasvolumen 96 und 97 konzentrisch sind und beide oberhalb des IC 100 angeordnet sind. Diese Ausführungsform detektiert sowohl niedrige als auch hohe Dosisraten. Das kleinere Gasvolumen 96 ist eine Niedrigdosisraten-Ionenkammer, und Kammer oder Volumen 97 ist die Hochdosisraten- Kammer. Die Volumen sind voneinander durch eine Sperrwand 95 physikalisch getrennt. Gas kann zwischen den Volumen 96 und 97 mittels einer Passage 99 passieren. In einer Ausführungsform ist die Sperrwand 95 eine elektrisch isolierte Kunststoffstütze mit einer Sammelelektrodenstruktur (nicht gezeigt, aber dies könnte eine Schicht aus leitendem Kunststoff sein) für die Hochdosiskammer oder Volumen 97 auf ihren radialen äußeren Oberfläche. Die innere radiale Oberfläche der Wand 95 weist bei dieser Ausführungsform eine Vorspannungs- oder Zählerelektrode für die Niedrigdosiskammer oder Volumen 96 auf. Die Vorspannungs- oder Zählerelektrode wird im Detail mit Bezug auf die Erzeugungseinrichtung für das elektrische Feld später beschrieben werden. In einer anderen Ausführungsform ist die Wand 95 nicht aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet, sondern besteht aus einem elektrisch leitenden Kunststoffmaterial, so daß die Niedrigdosisraten-Zählerelektrode und die Hochdosisraten-Sammelelektrode die gleiche Einheit sind. Wie später beschrieben wird, wählt ein Steuerschaltaufbau die effektive Reichweite der Detektoruntereinheiten aus, indem die Kammer, die überwacht wird, ausgewählt wird. In Fig. 3B hat die Hochdosisraten-Kammer (Volumen 97) ein einheitlicheres elektrisches Feld.
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, wobei integrierte Schaltkreise 120 und 122 dargestellt werden, die jeweils mit Ionenkammern 124 und 126 verbunden sind. Ausschießlich ein Oberflächensegment jedes IC ist nahe bei dem entsprechenden Volumen.
Fig. 5 zeigt die obenliegende Oberfläche 128 eines integrierten Schaltkreises 130. Verbindungsglieder 132 sind entlang des rechten Bereichs des integrierten Schaltkreises 130 gezeigt. Diese Verbindungsglieder bilden elektrische Kontakte für den integrierten Schaltkreis. Auf der Oberfläche 128 sind die Elektroden E&sub1;, E&sub2; und E&sub3; einer konzentrischen Ausbildung dargestellt.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht des integrierten Schaltkreises 130, der auf einer Basis 134 und unterhalb einer Ionenkammer angebracht wurde. Eine Kunststoffblase 136 definiert ein Gasvolumen 138. Die Elektroden E&sub1;, E&sub2; und E&sub3; stehen in direktem Kontakt mit dem Gas in dem Gasvolumen 138.
Fig. 7A zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die mehrfache Ionenkammern 140, 142 und 144 verwendet, die über einem integrierten Schaltkreis 146 angeordnet sind. Die Ionenkammern 140, 142 und 144 weisen jeweils Elektrodensätze 148, 150 und 152 auf. Die Fig. 7B und 70 zeigen eine "Schneemann"-Konfiguration. Bei der "Schneemann"-Konfiguration ist der 10 oder eine Ecke davon in einer vollkommenen kugelförmigen Ionenkammer plaziert. Ein IC 145 ist teilweise in einer Kammer 147 ausgesetzt, wie aus Fig. 7B zu ersehen ist. Dies ergibt eine nahezu 4p einheitliche Detektion. Das sphärische Volumen innerhalb der inneren Wand, die eine Kammer 147 definiert, ist mit Gas gefüllt. Die Ecke (oder ein Rand des IC ist bei einem einzelnen IC allen Kammern ausgesetzt) des IC besitzt eine geeignete (vermutlich sphärische) Elektrode, die an den IC zum Sammeln der Ionen befestigt ist. Auf diese Weise ist die Winkelauswirkung einheitlich mit Ausnahme, wenn die Strahlung durch das Gehäuse von hinten oder von einer Ionenkammer zu anderen passiert. Fig. 7C zeigt ein Kunststoffgehäuse 141, welches Batterien und andere Komponenten aufnehmen kann, und einen IC 145, der sich über die äußere Wand der Blase erstreckt, die die Kammer 147 definiert.
Um innerhalb des Gasvolumens wirksam Ionen zu sammeln, wird innerhalb des Gasvolumens ein elektrisches Feld erzeugt, so daß sich die Ionen abhängig von dem elektrischen Feld bewegen. In den Figuren 8, 9 und 10 sind Flußlinien dargestellt, wie diese die Elektroden schneiden und/oder von diesen ausgehen. im allgemeinen können durch Steuern des elektrischen Feldes unterschiedliche Bereiche des Gasvolumens durch die Elektronik in dem IC-Dosimeter durchstrichen oder erfaßt werden. Die halbkreisförmige Linie 154 in den Figuren stellt die innere Oberfläche der Kunststoffblase der Ionenkammer dar. Vs ist die Abtastspannung und bezeichnet üblicherweise die Sammelelektrode. 0 V repräsentiert ein geerdetes Element und Vs1, Vs2 und Vs3 repräsentieren unterschiedliche Sammelelektrodensätze mit unterschiedlichen vorgegebenen Spannungen.
In Fig. 8 ist die Elektrode E&sub1; die Sammelelektrode und ist auf die Spannung +Vs gesetzt. Es ist verständlich, daß die hier gezeigten und abgehandelten Spannungen lediglich beispielhaft sind und jedes unterschiedliche Spannungsniveau anstelle der beschriebenen und gezeigten Spannungen verwendet werden kann. Zum Beispiel kann an der Sammelelektrode anstelle einer positiven Spannung eine negative Spannung angelegt werden. In diesem Fall werden positiven Ionen an die Sammelelektrode anstelle von negativen Ionen angesammelt, wie dies mit Bezug auf eine +Vs an der Sammelelektrode diskutiert wird. Die 0 V können ebenso irgendeine interne Erdungsspannung anders als 0 Volt sein, welche als Erdung für das IC-Dosimeter bezeichnet wird.
In Fig. 8 ist die Elektrode E&sub1; die Sammelelektrode und ist elektrisch auf ein vorgegebenes Niveau +Vs vorgespannt. Vs bedeutet, daß diese Elektrode an einen Abfrageschaltkreis angeschlossen ist. Die Spannungen E bedeuten eine Verbindung zu einer Spannungsquelle ohne Messung der gesammelten Ladung, die ausgeführt wurde. Die Elektroden E&sub2; und E&sub3; arbeiten als Vorspannungselektroden und haben 0 V. Ein Ende der Flußlinien des elektrischen Feldes in Fig. 8 schneidet die Sammelelektrode E&sub1; und das andere Ende schneidet die Vorspannungselektroden E&sub2; und E&sub3;. Da das innere der Oberfläche 154 üblicherweise auch geerdet wird, und weil der Kunststoff von Natur aus leitend ist, erstreckt sich das elektrische Feld zu der inneren Oberfläche. Wenn die Ionen in dem Gasvolumen erzeugt sind, wandern in diesem Fall die negativen Ionen zur Sammelelektrode E&sub1; wegen dessen positiven Spannungsniveaus und die Spannung Vs wird sich ändern, obwohl die Änderung wegen der Ansammlung der Ladung auf der Elektrode E&sub1; klein sein kann. Um das elektrische Feld zu erhalten, weist die Strahlungsdetektoruntereinheit eine Einrichtung zur Erzeugung des elektrischen Feldes auf. Die Stärke des elektrischen Feldes hängt im allgemeinen von dem Spannungsunterschied zwischen der Sammelelektrode und den anderen Elementen innerhalb oder außerhalb des Gasvolumens ab. Deshalb kann die Stärke des elektrischen Feldes durch Ändern des Spannungsunterschiedes variiert werden, zumindest in Fig. 8 zwischen der Elektrode E&sub1; und den Elektroden E&sub2; und E&sub3;. Durch Anlegen einer geringeren Spannung an die Elektroden E&sub2; und E&sub3; nimmt das elektrische Feld innerhalb des Gasvolumens zu. Das elektrische Feld nimmt in gleicher Weise durch Erhöhung der Spannung Vs an der Sammelelektrode E&sub1; zu.
In Fig. 9 ist eine innere Oberfläche 154 auf 0 V geerdet, Elektroden E&sub1; und E&sub2; sind auf eine Spannung +Ve gesetzt und Elektrode E&sub3; ist als die Sammelelektrode ausgewählt und auf +Vs vorgespannt. Da die Elektrode E&sub3; als die Sammelelektrode ausgewählt ist, wird die Region durchstrichen, welche die Region zwischen der Elektrode E&sub3; und der Oberfläche 154 ist und die auf die radialen äußeren Sektoren des Volumens begrenzt ist. Deshalb wird eine komplexe, konisch und zylindrisch symmetrische Region durchstrichen.
In Fig. 10 kann eine der Elektroden E&sub1;, E&sub2; und E&sub3; die Sammelelektrode sein, da Vs1 nicht gleich Vs2 oder Vs3 sein muß.
Die Einrichtung zur Erzeugung des elektrischen Feldes muß keine Batterie sein. Es können zwei unterschiedliche Materialien sein, die an einem Ende physikalisch und elektrisch verbunden sind. Zum Beispiel, wenn die Enden von einem Stück Kupfer und von einem Stück Stahl verbunden werden, entsteht eine Spannung gegenüber den freien Enden des Kupfers und des Stahls aufgrund des Austrittsarbeitsunterschiedes zwischen den unterschiedlichen Materialien. Dieser Spannungsunterschied kann ausreichend sein, um das elektrische Feld für den IC-Dosimeter zu erzeugen. Insbesondere eine Platte oder Element aus Gold und ein auf Kohlenstoff basierender Kunststoff können auf diese Weise zur Erzeugung eines elektrischen Feldes verwendet werden wegen des Austrittsarbeitsunterschiedes zwischen Gold und dem auf Kohlenstoff basierenden Kunststoff. Die vorgespannten Elektroden dürfen dem Gas nicht ausgesetzt werden (mit Ausnahme der Sammel- oder Abfrageelektroden), da sich ein Feld durch Leiter entweder innerhalb des IC oder innerhalb der halbkugelförmigen Blase entwickeln kann, die das Gasvolumen definiert.
Bei Betrieb bewirkt die Strahlung mit dem Gas in der Ionenkammer eine Ionenerzeugung, die sich im elektrischen Feld bewegen. Die Ionen von einer Polarität werden an einer exponierten Sammelelektrode gesammelt und das Ladungssignal von dort wird verstärkt. Wenn die Sammelelektrode mit Bezug auf die anderen Elektroden auf eine positive Spannung gesetzt wird, werden negative Ionen angezogen und die Spannung +Vs wird sich aufgrund der Menge der gesammelten Ionen vermindern. Die Anzahl der erzeugten Ionen ist proportional zur empfangenen Dosis. Idealerweise werden alle erzeugten Ionen eingesammelt. Das Gas in den Kammern sollte unter einem leichten Druck stehen, um eine gewisse Bruchsicherheit zu gewährleisten, wenn dünne Hüllen zur Detektion von Beta-Teilchen verwendet werden. Die Wahl des Gases wird durch die gewünschte Energieauswirkung bestimmt. Möglichkeiten bestehen bei Luft, Stickstoff, Argon oder gewebe-äquivalentem Gas. Bei der Verwendung von Luft würde sich die zu messende Strahlung in Röntgen (R) ergeben. Gewebe-äquivalentes Gas mißt Strahlung in rad (absorbierte Strahlungsdosis) oder Gy (Gray-Einheit, die 100 rads entspricht).
Die Ionenkammerausführung ist nicht ideal. Je größer die Strahlungsdosisrate, desto größer ist die Anzahl der erzeugten Ionen. Bei begrenzten elektrischen Feldern werden jedoch die Ionen nicht sofort eingesammelt, so daß die Konzentration der Ionen in dem Gas mit steigender Dosisrate zunimmt. Dies führt bei einigen der positiven Ionen zu einer Rekombination mit negativen Ionen. Diese Ionen verfallen und werden nicht durch die Elektroden eingesammelt. Auf diese Weise wird durch diese Rekombination die gesammelte Ladung vermindert und die Messung ist nicht mehr proportional zu der empfangenen Dosis.
Die Minimumgröße der Ionenkammer wird durch die Minimumdosisrate vorgegeben, die verläßlich zu detektieren ist. Die zulässige Dosisrate in einem ungesperrten Gebiet, wobei ein Gebiet durch gesetzliche Regelungen als ungesperrt klassifiziert gilt, ist 2 mR/h. Da die Ingenieurliteratur einen Verstärker beschreibt, der 1 mV bei einer Eingangskapazität von 1 x 10&supmin;¹&sup4; F wahrnehmen kann, ist eine vernünftige Ladungsempfindlichkeit für einen integrierten Schaltkreisverstärker 1000 Elektronen. Bei Verwendung der Definition von 1 mR als die Strahlungsmenge, die notwendig ist, um 2000 Ionenpaare/mm³ zu erzeugen, würde ein Volumen von 180 mm³ im Durchschnitt einen Puls alle fünf Sekunden bei einer Dosis von (2 mR/h) 0.516 mC/kg/h ergeben.
Die Form der Ionenkammer wird geregelt durch die gegensätzlichen Wünsche, zum einen ein größtmögliches Feld und zum anderen eine geringstmögliche Kapazität zu haben. Je stärker das elektrische Feld ist, desto schneller bewegen sich die Ionen und umso höher ist die Dosisrate, welche genau beobachtet werden kann. Je geringer die Kapazität ist, desto kleiner ist die Minimumladung und folglich umso kleiner ist die Dosis, die gemessen werden kann. Eine parallele Plattenanordnung in einem großen Bereich würde das stärkste Feld ergeben. Konzentrische, kugelförmige Oberflächen würden eine geringe Kapazität ergeben. Bei hohen Dosisraten entstehen Rekombinationen, wie oben beschrieben.
Die unterschiedlichen Ionenkammern und der Meßschaltungsaufbau können unterschiedliche Dosisraten genau messen. Normalerweise ist es notwendig, die Dosis an drei oder mehr Tiefen im Gewebe zu messen, so daß mehrere Ionenkammern jede mit unterschiedlicher Abschirmung oder Energiereaktion benötigt werden. Idealerweise besitzt das IC-Dosimeter zwei oder mehr Kammern bei jeder Gewebetiefe. Die Kammer für eine hohe Dosisrate ist signifikant kleiner und hat ein stärkeres Feld als die Kammer für eine geringe Dosisrate. Bei der Kammer für eine hohe Dosisrate muß die Sammelelektrode nicht direkt an dem integrierten Schaltkreis befestigt sein, wie in Fig. 3A dargestellt. Die zusätzliche Kapazität eines Verbindungskabels 114 kann toleriert werden, da die ionenkammer 98 nicht bei minimalsten Dosen ansprechen muß. Die Steuerelektronik in der Detektorsteuerund Interface-Einheit 14 überwacht die Dosisrate von jeder Detektoruntereinheit und wählt die Kammer aus, die am genauesten ist.
Wahlweise können zwei oder mehr Elektroden in einer Ionenkammer verwendet werden. Durch Verändern der Spannungen, die an diesen Elektroden anliegen, kann das Volumen verändert werden, welches durch das Sammelfeld überstrichen wird. Beispiele davon sind in den Figuren 8, 9 und 10 dargestellt. Es gibt eine unbegrenzte Anzahl von Elektrodenkonfigurationen mit unterschiedlichsten Vorteilen. Fig. 8 zeigt die angelegte Vorspannung bei der Messung einer geringen Dosisrate. Die gesamte Ladung wird an einer Zentrumselektrode E&sub1; gesammelt. Die Ladung wird aus dem gesamten Volumen gesammelt. Fig. 9 zeigt die Vorspannungsbedingungen bei denen eine Ladung in einem kleineren Volumen mit starkem Feld gemessen wird. in Fig. 10 kann die Sammelelektrode und folglich das durchstrichene Volumen ausgewählt werden.
Die Figuren 11 und 12 stellen Schaltkreise dar, die den Strom zu der Sammelelektrode 155 anstelle der Ladung messen, die aufgrund der Ansammlung der Ionen an dieser Elektrode ist. In Fig. 11 ist ein Eingang des Verstärkers 157 mit einem Vorspannungsniveau belegt, das abhängig von der Energieversorgung V¹ und dem Wert des Widerstands 159 ist. Die Spannung verändert sich in aufgrund des Spannungsabfalls gegenüber dem Widerstand 159, wenn der gesammelte Strom durch diesen hindurchgeleitet wird. Wie noch später genauer beschrieben wird, ist die Elektrode 156 eine Vorspannungselektrode, die das elektrische Feld in dem Gasvolumen aufbaut. In Fig. 12 gewährt der Widerstand 161 ein Rückkopplungsspannungssignal, welches als eine Basis für einen Vergleich mit dem Signal dient, welches von der Sammelelektrode 155 erhalten wird.
Da das elektrische Feld teilweise durch die an eine spezielle Elektrode angelegte Spannung gesteuert wird, zeigen die Figuren 13 und 14 Rücklaufschaltkreise, die die Spannungsniveaus erhöhen und folglich das elektrische Feld erhöhen. Die Verwendung von Rücklaufschaltkreisen gewährt einen Vorspannungssteuer-Schaltungsaufbau für eine besondere Ionenkammer, um das Vorspannungsfeld Ve(g) (in Fig. 9 als Ve zeichnet) zu erhöhen, wenn die Dosisrate steigt. Mit jedem Zehnerfaktor z.B., mit dem sich die Dosisrate erhöht, wird die Vorspannung durch die Quadratwurzel von zehn erhöht, um Rekcmbinationsverluste auf dem gleichen Niveau zu halten. Die Rücklauftransformatoren 160, 160a und 160b werden über den Transistor Tg getriggert, nachdem die Dosisrate eine bestimmte Ratenschwelle überschreitet. Die Ladung an dem Kondensator Cf wird aufgrund der Energieabgabe von den Spulen 160 und 160a gesteigert, wenn Tg ausgeschaltet ist. Wenn der Rücklauftransformator nicht verwendet wird, wird die Batteriespannung an Ve ohne wesentlichen Spannungsverlust im Gegensatz zu der Diode angelegt. Die Detektorsteuerung in Fig. 1 kann ausgelegt werden, die Rücklaufschaltkreise in dieser Weise zu kontrollieren. Dieser Energieversorgungsschaltungsaufbau ist Teil der Detektorsteuerung wie in jedem erforderlichen Spannungsregulations-Schaltungsaufbau.
Die Figuren 15, 16, 17, 18, 19, 20 und 21 stellen elektrische Blockdiagramme für das Dosimeter dar. In Fig. 15 ist eine Sammelelektrode 170 auf ein vorbestimmtes Spannungsniveau Vs elektrisch vorgespannt. Eine Vorspannungselektrode 171 baut in dem Gas das elektrische Feld auf und ist mit einer Energieversorgungsquelle 173 verbunden. Der gestrichelte Kasten 175 zeigt an, daß diese Komponenten Teil von einer Strahlungsuntereinheit in Fig. 1 sind. Der gestrichelte Kasten 177 zeigt die Komponenten an, die als Teil der Detektorsteuer- und Interface-Einheit 14 in Fig. 1 betrachtet werden.
Die Sammelelektrode ist dem Gasvolumen ausgesetzt. Die Sammelelektrode ist auch das Regelgatter für den Verstärkungstransistor T&sub0;, z.B. ist die Sammelelektrode in den Verstärker "mit eingebaut", der durch den Transistor T&sub0; ausgeführt ist. Die Versorgung des Verstärkungstransistors T&sub0; ist mit der Spannung V&sub2; verbunden und die Ableitung des Verstärkungstransistors setzt ein Signal auf Linie 172 repräsentativ zu der Menge der angesammelten Ladungen auf der Elektrode, und folglich wird die Strahlung durch den IC-Dosimeter abgefragt. Ein Pufferverstärker 174 trennt den Verstärkungstransistor T&sub0; von dem Rest des Schaltungsaufbaus und verstärkt die Ausgabe von T&sub0;. V&sub0; wird angelegt, um einen Verstärker 176 abzufragen. Der Abfrageverstärker 176 bestimmt und erzeugt ein Triggersignal für einen Zähler 178, wenn die Spannung V&sub0; unter eine vorbestimmte Schwelle Vref fällt. Das Triggersignal wird auch als Schlußsteuersignal an einen Schaltkreis angelegt, der eine Spannung Vs an der Sammelelektrode wiederherstellt oder die angesammelte Ladung auf der Elektrode beseitigt. Wenn Vs eine positive Spannung in Bezug auf die Spannung von 171 ist, werden die negativen Ionen zur Sammelelektrode 170 angezogen und die Spannung V&sub0; fällt abhängig von der angesammelten Ladung. Wenn V&sub0; unterhalb Vref fällt, triggert der Abfrageverstärker 176 den Zähler 178.
Ein Schalttransistor T&sub1; legt eine Schlußspannung Vc1 an das Regelgatter des Verstärkungstransistors T&sub0; an. Eine Schlußspannung Vc1 wird gegenüber dem Kondensator C1 entwickelt. Der Schaltungstransistor T&sub1; wird durch das Schlußsteuersignal angeschaltet, z.B. verbindet das Triggersignal von dem Abfrageverstärker 176 danach den Kondensator C1 mit dem Regelgatter des Verstärkungstransistors T&sub0;. Während des Triggerpulses schaltet ein Inverter 180 einen zweiten Schaltungstransistor T&sub2; aus und trennt folglich Vchg von dem Kondensator C1. Der zweite Schalttransistor T&sub2; wird angeschalten und der Kondensator C1 wird durch die Spannung Vchg geladen, wenn das Triggersignal entfernt wird. Es wird vorgeschlagen, daß die Transistoren T&sub1; und T&sub2; nicht zur gleichen Zeit leiten dürfen. In diesem Sinne muß die Ausschaltzeit des Transistors schnell und die Anschaltzeit langsam sein.
In einer Ausführungsform sind Transistoren T&sub0;, T&sub1; und T&sub2; ebenso ein Pufferverstärker 174, ein Abfrageverstärker 176, ein Zähler 178 und ein Kondensator C1 innerhalb des integrierten Schaltkreises angeordnet. Andere Datenverarbeitungskomponenten in der Detektorsteuer- und Interface-Einheit sind dem Zähler 178 nachgeordnet und können oder können nicht auf dem gleichen IC angeordnet sein. Eine Sammelelektrode 170 ist direkt dem Gasvolumen ausgesetzt und kann als ein Fühlglied ausgeführt sein, der oberhalb eines leitenden Kanals angeordnet ist, welcher innerhalb des integrierten Schaltelementes verläuft. Das Fühlglied kann größer als der innere leitende Kanal sein, weil das Fühlglied über eine Oberschicht einer Isolierung auf der Oberfläche des integrierten Schaltkreises ausgebreitet sein kann. Der genaue Aufbau eines integrierten Schaltkreises mit diesen elektrischen Komponenten ist dem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet bekannt. CMOS-Technologie kann eingesetzt werden, um den hierin beschriebenen Detektor mit geringer Energie zu erzielen.
Obwohl diese Komponenten als ein einzelner IC aufgebaut sind, entsprechen deren Funktion dem Funktionsblockdiagramm in Fig. 1 folgendermaßen: Abfrageverstärker 176 ist Teil eines Verstärkers 20; Zähler 178 entspricht einem Teil eines Rechners und Kontrollers 30; Transistoren T&sub1; und T&sub2; und ein angeschlossener Schaltungsaufbau entsprechen einer Ladungsbeseitigungsvorrichtung 26. Der Zähler 178 kann auf ein periodisches Taktsignal von einem Computer 30 zurückgesetzt oder auf 0 zurückgesetzt werden. Wahlweise kann die Vorrichtungssteuer- und Interface-Einheit nur mit analogen Signalen von den Untereinheiten anstelle digitaler Signale betrieben werden. Der Abfrageverstärker ist eine Einrichtung zur Umwandlung des Signals von dem Puffer in ein speicherbares Signal und der Zähler sammelt dieses speicherbare Signal als Strahlungsdosisdaten. Wie nachfolgend beschrieben sind die Ladungsbeseitigung, die elektrische Felderzeugung und Leckkompensation voneinander abhängig.
Die Verwendung eines Schalttransistors T&sub1; um eine Schlußspannung (Vc1) an dem Regelgatter eines Verstärkungstransistors T&sub0; zu schaffen, stellt ein Problem bezüglich des Leckstromes, ILEAK, von der Transistordiffusion an das IC-Strubstrat dar. Der Leckstrom von dem integrierten Schaltkreissubstrat zu der Ableitung des Schalttransistors T&sub1; ist in Fig. 15 durch eine gestrichelte Linie als ILEAK bezeichnet. Dieser Leckstrom ILEAK wird als eine angesammelte Ladung und folglich als eine Dosis wahrgenommen. Eine grobe Abschätzung zeigt, daß diese Leckage alle acht Sekunden einen Puls verursachen könnte. Bei einer 0.18 cm³ Kammer ergibt sich eine Hintergrundablesung der Strahlung von 1.25 mR/h, welche nicht akzeptabel ist. Der Effekt der Leckage sollte geringer als 1 mR/d sein. Korrekturmessungen zur Minimierung des Effektes von ILEAK werden später diskutiert (1 R entspricht 0.258 mC/kg).
Ein Durchschnittsfachmann erkennt, daß die Spannungsniveaus, die mit Bezug auf Fig. 15 diskutiert wurden, vertauscht werden können. In diesem Fall würden positive Ionen an die Sammelelektrode gezogen werden und der Verstärkungstransistor T&sub0; würde entweder bei einem bestimmten Spannungsniveau Vs angeschaltet werden, oder würde einfach die auf der angesammelten Ladung basierende Spannung Vs verstärken. In diesem Fall würde die Spannung V&sub0; ständig steigen und der Abfrageverstärker 176 würde einen Trigger schaffen, wenn die Spannung Vs eine Referenzspannung Vref übersteigt. Der Kondensator C1 würde dann die angesammelte Ladung von dem Transistorgatter T&sub0; entladen und der Kondensator C1 würde sich dann über Transistor T&sub2; zur Spannungsquelle entladen. Der Pufferverstärker und der Abfrageverstärker können zur Invertierung oder Nicht-Invertierung mit der durchgeführten Kompensation auch irgendwo anders in dem Schaltkreis sein.
Fig. 16 zeigt eine Sammelelektrode 170 und eine Vorspannungselektrode 182 ebenso einen Ratenveränderungsschaltkreis, der einen Transistor Tr enthält. Teile links von der doppelt gestrichelten Linie 85 können als Teil der Detektoruntereinheit angesehen werden; Teile zur Rechten sind Teil der Detektorsteuerung. Die Vorspannung Ve wird an eine Vorspannungselektrode 182 angelegt, die ein elektrisches Feld schafft, welches sich zwischen einer Sammelelektrode 170 und einer Vorspannungselektrode 182 erstreckt. Die Vorspannung kann durch einen Kontrollschaltkreis 184 steuerbar gesetzt werden, der mit dem Ausgang eines Zählers 178 verbunden ist. Wie bereits vorangehend mit Bezug auf Fig. 12b beschrieben wurde, kann die Vorspannung Ve regelbar auf eine Vielzahl von diskreten Niveaus abhängig von der Zählung im Zähler 178 gesetzt werden. Insbesondere können die Rücklaufschaltkreise von Fig. 13 und 14 verwendet werden, diese gesteigerte Vorspannung anzulegen.
Ein anderer Aspekt, der in Fig. 16 dargestellt ist, ist der Schaltkreis zum Verändern der Rate, auf die sich das Regelgatter eines Transistors T&sub0; verändert. Ein Transistor Tr wird durch ein Ratenveränderungskontrollsignal vom TR-Gatter von einem Steuerschaltungskreis 184 gesteuert. Wenn das Ratenveränderungskontrollsignal vom TR-Gatter groß ist, wird ein Kondensator Cr mit dem Regelgatter des Transistors T&sub0; elektrisch verbunden. Daher muß die angesammelte Ladung auf einer Sammelelektrode 170 den Kondensator Cr laden oder entladen, und folglich wird die Rate, bei der sich das Signal V&sub0; verändert, aufgrund der zusätzlichen Kapazität vermindert.
Die Elektronik besitzt eine maximale Zählrate, die durch deren Geschwindigkeit festgesetzt ist. Wenn diese maximale Zählrate anstelle der Ladungsrekombinationsrate, die vorangehend diskutiert wurde, zu einer Beschränkung wird, ist es erforderlich eine zusätzliche Kapazität C zur Reduzierung der Empfindlichkeit der Detektoruntereinheit zuzufügen. Die Ladungsmenge, die notwendig ist, um einen Abfrageverstärker 176 zu triggern, wird gesteigert, wenn der Transistor Tr leitend isz. Bei einer konstanten Dosis bleibt die Kalibrierung in dem Zähler pro gesammelte Ladung konstant, die Periode zwischen den Zählvorgängen wird jedoch erhöht, wenn der Zähler mit einer Zahl größer als 1 für jeden Triggerpuls von dem Abfrageverstärker 176 weitergeschaltet wird. Damit ist die Geschwindigkeit der Elektronik kein Begrenzungsfaktor mehr. In dieser Hinsicht würde der Steuerschaltkreis 184 die Dosisrate überwachen und ein Ratenveränderungskontrollsignal vom TR-Gatter schaffen, wenn die Dosisrate ein vorbestimmtes Niveau überschreitet.
Wie bereits festgestellt, besteht die Hauptschwierigkeit bei der Beseitigung oder Wiederherstellung einer Spannung Vs an dem Regelgatter eines Transistors T&sub0; mittels eines Transistors T&sub1; in dem Leckstrom ILEAK von dem integrierten Schaltkreissubstrat zu der Ableitung des Transistors T&sub1; und folglich zur Sammelelektrode. Die bereits aufgeführte grobe Schätzung zeigt, daß diese Leckage einen Puls alle acht Sekunden verursachen könnte.
Eine Methode zur Kompensation des ILEAK besteht einfach darin, daß das Dosimeter keinen Puls registriert, sofern die Pulse weniger als acht Sekunden voneinander getrennt sind. Diese Operation ist eine einfache Pulsstrommanipulaticn. Eine zweite einfache Methode besteht darin, daß das Dosimeter keine Dosis registriert, wenn es außer Betrieb oder ausgeschaltet ist. Das Dosimeter könnte während dieser Zeit in einem Ladungs/Außerbetriebs-Schlitten gelagert werden.
Fig. 17 zeigt einen Blockdiagramm-Schaltkreis für eine analoge Stromsubtraktion, die zur Kompensierung des Leckstroms verwendet wird. Ein Stromgenerator ICOMP wird-durch eine ICOMP-Steuerung 186 gesteuert. Die ICOMP-Steuerung wird während der Kalibrierung des Dosimeters gesendet. Wie einem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet bekannt ist, wäre ILEAK eine Stromquelle und ICOMP wäre eine Stromsenke, wenn die Spannungen in Fig. 17 vertauscht werden. In beiden Fällen ist ICOMP durch die ICOMP-Steuerung 186 steuerbar. Die Schwierigkeit bei diesem System besteht darin, ICOMP in einer ähnlichen Weise wie ILEAK zu verändern, wenn sich die Bedingungen verändern.
Fig. 18 zeigt eine andere alternative Ausführungsform eines Schaltkreises, um ILEAK zu kompensieren. In dieser Figur wird der Abfrageschaltkreis durch den Buchstaben "a" gekennzeichnet, so daß ein Transistor T&sub0; nunmehr T0a ist. T0a ist mit einem Pufferverstärker 174a, einem Abfrageverstärker 176a und einem Zähler 178a verbunden. Ein duplizierter Schaltkreis ist mit dem Buchstaben "b" dargestellt. Daher ist das Gegenstück zu Transistor T0a nunmehr T0b, Pufferverstärker 174a wurde dupliziert in Verstärker 174b, etc. Der wichtigste Unterschied zwischen dem Duplikatschaltkreis und dem Abfrageschaltkreis besteht darin, daß das Regelgatter für Transistor T0b nicht mit der Sammelelektrode in dem Duplikatschaltkreis verbunden ist.
Solang T1a und T1b in der Größe gleich sind und keine groben Fehler beinhalten, sind die Leckagen ILEAKA und ILEAKB nahezu identisch. Beide Leckströme verhalten sich mit anderen Worten zueinander gleich, wenn die Bedingungen sich verändern. Aus diesem Grund kann die wahre Dosisaussetzung durch Differenzbildung zwischen der Anzahl der Pulse bestimmt werden, die durch die Schaltkreise a und b empfangen werden.
Eine Kompensaticnsmethode verwendet einen Ratenkompensator 188. Dieser fühlt, wenn die Pulsrate in einem Abfrageverstärker 176a geringer als die Pulsrate in einem Abfrageverstärker 176b ist, und verhindert eine Zuzählung am Zähler 178a. Auf diese Weise wird keine Dosis registriert, sofern es ein Überschuß von ILEAKB ist. Eine zweite Methode ist besser geeignet, proportional zu ILEAKA und ILEAKB, aber nicht gleich ILEAKA und ILEAKB zu sein. Ein Vorskalierer 190 vermindert den Zähler 178a, wenn der Zählwert von dem Duplikatzähler 178b dem Kompensationszählwert im Leckkompensationsspeicher 192 entspricht. Der Skalierungsschaltkreis kompensiert die Meßschaltkreise, die nicht identisch sind. Der Leckkompensationsspeicher wird während der Kalibrierung geladen und enthält die Proportionalitätskonstante in Bezug auf die zwei Leckschaltkreise.
Eine andere Methode einen Leckstrom ILEAK zu reduzieren, besteht in einer Quellisolation zusammenhängend mit dem CMOS-Prozeß. Durch Halten der Quelle des Transistors T&sub1; auf der gleichen Spannung wie die der Sammelelektrode, entsteht bedeutend weniger Leckage.
Fig. 19 stellt einen weiteren Schaltkreis in Blockdiagrammform zur Eliminierung eines Schalttransistors T&sub1; und somit der Quelle der Leckage dar. Die Sammelelektrode ist lediglich mit dem Regelgatter eines Transistors To verbunden. Die Vorspannung Ve(t) führt eine Ladung mit einer Polarität zur Sammelelektrode 170. Die Ladung einer einzelnen Polarität akkumuliert Ionen an der Sammelelektrode 170, bis ein Abfrageverstärker 176 einen Zähler 178 auslöst. Ein Steuerschaltkreis 184 verändert das Vorspannungssignal, welches an einer Vorspannungselektrode 182 anliegt, wobei das elektrische Feld in dem Gasvolumen umgeschaltet wird, um Ionen der entgegengesetzten Polarität zur Sammelelektrode 170 zu bringen. Die entgegengesetzt geladenen Ionen beseitigen die vorher akkumulierte Ladung an der Sammelelektrode 170. Bei diesem Fall ist die Minimum- Spannung Ve(t)min geringer als Vs, welche umgekehrt geringer als die Maximum-Spannung Ve(t)max ist. Die Referenzspannung Vref(t) wird derart variiert, daß der Abfrageverstärker den Zähler triggert, wenn das Signal V&sub0; ein maximales Schwellenniveau in einem Moment übersteigt und in einem zweiten Moment unterhalb eines minimalen Schwellenniveaus fällt. Die Referenzspannung muß deswegen entweder innerhalb des Abfrageverstärkers 176 umgeschaltet werden oder ein elektrischer Schaltungsaufbau zur Bestimmung muß eingerichtet werden, wenn V&sub0; ein vorbestimmtes Fenster verläßt.
Fig. 20A stellt einen Blockdiagramm-Schaltkreis dar, welcher die Spannung einer Sammelelektrode 170 über den Kopplungskondensator C&sub0; verändert. Bei dieser Ausführungsform schaltet ein Steuerschaltkreis 194 eine Kopplungsspannung Vcoupl(t) auf ein unterschiedliches, vorbestimmtes Niveau, wenn ein Abfrageverstärker 176 einen Zähler 178 triggert, wenn Vcoupl(t) auf einem Niveau ist (siehe Fig. 20B). Die Spannung Vs ist deshalb auf ein hohes und dann auf ein niedriges vorbestimmtes Niveau vorgespannt basierend auf einem Niveausteuersignal, das an einen Niveausteuerschaltkreis 194 angelegt ist. In diesem Fall befindet sich die Vorspannung Ve, die an einer Vorspannungselektrode 182 angelegt ist, auf einem Zwischenniveau im Vergleich zu der maximalen Kopplungsspannung Vcoupl(t)max und der minimalen Kopplungsspannung Vcoupl(t)max. Ein Umschalten mittels der Kopplungskondensatoren ist vorteilhaft, da alle Ionenkammern das gleiche Zählelektrodenpotential (Ve) besitzen können und der Kopplungskondensator Teil des integrierten Schaltkreises ist.
Es besteht eine zusätzliche Komplikation darin, daß der Abfrageverstärker nunmehr zwei Spannungen abfragen muß, so daß irgendein Typ eines Schmitt-Triggers, eines Fensterkomparators oder eines dualen Abfrageverstärkers als Abfrageverstärker 176 verwendet werden müssen. Wie mit Bezug auf die dualen Vorspannungsniveaus vorher beschrieben wurde, variiert die Referenzspannung Vref(t) zwischen zwei Schwellenniveaus abhängig von der Kopplungsspannung.
Fig. 21 zeigt ein Blockdiagramm eines anderen Schaltkreises zur Beseitigung der angesammelten Ladung auf der Sammelelekelektrode. Fig. 22 zeigt ein Zeitdiagramm zum Betrieb des Schaltkreises in Fig. 21. Die Polarität des elektrischen Feldes wird generell periodisch umgekehrt (siehe Vz in Fig. 22) ähnlich der Betriebsweise, die in Fig. 19 beschrieben wurde, beispielsweise, wenn Vd VrevL oder VrevH erreicht oder effektiv nach einer bestimmten Anzahl von Zählungen. Abfrageverstärker 176A und 176B triggern einen Zähler oder eine andere Detektor-Steuerkomponente, wenn das Signal eine der zwei Referenzspannungen Vref1 oder Vref2 über- oder unterschreitet. Mit dem Zufügen eines Kondensators CD ist die Schwelle zum Fühlen jeder angesammelten Ladung jedoch gering, wenn zu jedem Zeitpunkt, wenn die Schwelle überschritten wird, die Spannung Vd schrittweise verändert wird. Der relativ kleine Spannungsschritt stellt die Spannung an dem Verstärkereingang wieder auf seinen ursprünglichen Wert her (siehe Vc zwischen den Zeiten T&sub1; und T&sub2;) und bereitet den Verstärker vor, einen anderen Puls wahrzunehmen. Dieser Schaltkreis beseitigt im wesentlichen jede Ungenauigkeit, welche entstehen, wenn die Feldpolarität nach jedem Puls geändert wird. Dies erergibt auch einen gewissen Rauschwiderstand, nämlich den, den man bei Beseitigung einer konstanten Ladung gegenüber einer konstanten Spannungsrücksetzung erhält.
Eine Veränderung bei VD bezeichnet einen Puls, der durch einen der Abfrageverstärker gefühlt wird. Von der Zeit t&sub1; zur Zeit t&sub2; repräsentieren diese Pulse die gefühlte Ladung und damit die empfangene Dosis. Von der Zeit T&sub2; zur Zeit t&sub3; sind die Pulse einfach das Ergebnis der Veränderung von Vz, die kapazitär mit Vc gekoppelt ist.
Selbst ohne die leitende Verbindung durch einen Schalttransistor T&sub1; kann immer noch eine Leckage durch andere Wege entstehen. Es ist vielleicht erforderlich, einen Schutzring als eine der Elektroden (z. B. E&sub3;) um das Abfrageglied (z. B. E&sub1; oder E&sub2;) einzubeziehen, um die Leckage über die Silicium-Dioxid-Schicht in dem integrierten Schaltkreis und den Passivationsmaterialien auf den integrierten Schaltkreis zu minimieren. Eine Methode der Kompensation der Streukapazität und der elektrischen Streufelder, die durch die Komponenten im Innern des integrierten Schaltkreises entstehen, besteht darin, eine Schutzelektrode mit gleichem Potential wie die Fühlelektrode zu bilden. Die Geometrie der Schutz- und der Fühlelektrode wird so gewählt, daß der Schutz wenige der Flußlinien des elektrischen Feldes empfängt, die fühlende Elektrode aber umgibt, wodurch jede Oberflächenleckage von den internen Komponenten unterbrochen wird.
Jede dieser Leckkompensationsmethoden kann mit jeder der oben beschriebenen Ionenkammern kombiniert werden. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform verwendet eine große Ionenkammer eine integrierte Schaltkreissteuerung ohne Schalttransistor T&sub1; und verwendet ein elektrisches Feld, das umkehrbar ist, um niedrigere Strahlungsniveaus zu detektieren. Der gleiche oder ein unterschiedlicher integrierter Schaltkreis fühlt dann die angesammelte Ladung einer zweiten, kleineren Ionenkammer, die den einfachsten Fühlschaltkreis verwendet, der in Fig. 15 dargestellt ist. In diesem einfachen Schaltkreis ist keine Leckkompensation erforderlich, weil die Zählung von der kleinen Ionenkammer lediglich dann erfaßt wird, wenn die Dosisrate hoch ist. Diese Ionenkammer-Konfiguration wird auch für jede der drei Gewebetiefen wiederholt, bei der eine Messung durchgeführt werden muß.
Fig. 23 ist eine Weiterbildung von Fig. 10. In diesem Fall betätigt eine Auswahlsteuerung 196 eine Auswahleinrichtung 200, welche eine der Elektroden E&sub1;, E&sub2; oder E&sub3; als die Sammelelektrode auswählt. Die angesammelte Ladung der ausgewählten Sammelelektrode wird über Ts1, Ts2 oder Ts3 an einen Pufferverstärker 174 angelegt. In einer ähnlichen Weise werden die Vorspannungselektroden auf diskrete Vorspannungsniveaus gesetzt, um zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche elektrische Feldkonfigurationen zu erzeugen. Da verschiedene Gasvolumen durch das elektrische Feld der Elektroden durchstrichen werden, verändert ein Setzen der Vorspannung und ein Schalten der Sammelelektrode die Empfindlichkeit und die Dosisratengrenzen des Dosimeters.
Die Figuren 24a, 24b und 24c stellen Versorgungsschaltkreise für das Dosimeter dar. In Fig. 24a wird die Energie von der Batterie 202 direkt an eine Ionenkammerenergieversorgung 204 ebenso wie an eine Schaltkreisenergieversorgung 206 angelegt.
In Fig. 24b ist der Rücklaufschaltkreis, der bereits vorher in Fig. 14 dargestellt wurde, mit einer Schaltkreisenergie 206 kombiniert, und beide sind mit einer Seite einer Batterie 158 verbunden.
Fig. 24c zeigt einen kapazitären Spannungsmultiplikator, der die Batteriespannung erhöht, ohne das ein Induktor notwendig ist. Ein Rechteckwellen-Generator 210 aktiviert das Setzen der Kondensatoren, um diese Multipliation der Spannung zu erreichen.
Wenn das Konzept einer wechselnden Vorspannungspolarität verwendet wird, kann bei allen oben aufgeführten Energieversorgungsarten eine beachtliche Energie jedesmal dann verloren gehen, wenn die Spannung umgeschaltet wird, vorausgesetzt, daß ein Induktor oder irgendeine andere Einrichtung zur Speicherung der Energie und zum Umkehren der Spannung der Ionenkammer verwendet wird. Dies stellt jedoch kein ernstes Problem dar, da dieser Schaltkreis vornehmlich bei Anwendungen mit geringer Dosis Verwendung findet.
Fig. 25 zeigt einen Speicher- und Kommunikationsabschnitt in der Detektorsteuerung in Blockdiagrammform. In einer Ausführungsform ist dieser Bereich in einen IC eingebunden. Dieser Kommunikationsbereich ist eine Einrichtung zur Neubeziehung oder zur Übertragung der Strahlungszählung (Strahlungsdosis) von den Zählern. Die gestrichelte Linie 212 bezeichnet ein Interface mit einer Bus-Struktur zum Übertragen von Daten und Befehlen oder Steuersignalen zwischen den Speicher- und Kommunikationsabschnitten von anderen IC's. In einer Ausführungsform sind alle integrierten Schaltkreise angeschlossen, wie es am klarsten in Fig. 26, dem Energie- und Kommunikationspfad-Diagramm, dargestellt ist. Die Alarm-Aus-Linie wird beispielsweise aktiviert, wenn irgendeiner der IC's IC&sub1;, IC&sub2; oder IC&sub3;, einen Alarm erzeugt. Der Alarm passiert von IC zu IC durch die Alarm-Ein/Alarm-Aus-Zwischenverbindung zwischen den drei integrierten Schaltkreisen. Der Alarm wird letztendlich zu der Körperschnittstelle 34 in Fig. 1 geleitet. Die Datenausgangslinie ist mit dem elektronischen Interface 36 verbunden, wenn das Dosimeter als ein tragbares, persönliches Anzeige-Dosimeter ausgebildet ist. Bei der letztgenannten Konfiguration wird der Chip-BetätigungsBefehl periodisch erteilt um eine scheinbar kontinuierliche Strahlungsablesung zu schaffen, oder der Chip-Betätigungs-Befehl wird durch Betätigen eines Steuerungsknopfes an der Dosimeter-Anzeige erzeugt.
In Fig. 25 wird die Alarm-Aus-Linie aufgehoben, wenn irgendeine Linie aufgehoben wird, die mit einem OR-Gatter 214 verbunden ist: die Alarm-Ein-Linie, die Dosisalarm-/Ratenalarm-Linie von den Steuerschaltkreis-/Strahlungszählungszählern oder dem Steuerungsüberprüfungsschaltkreis 216 mit zyklischer Redundanz-Eigenschaft (CRC).
Die Speicher M&sub1;, M&sub2;, M&sub3;, M&sub4;, M&sub5; M&sub6;, Mn-3, Mn-2, Mn-1 und Mn sind mit verschiedenen Zählern und anderen Vorrichtungen in dem integrierten Schaltkreis verbunden. Ein Zähler 178 (Fig. 15 und andere) kann beispielsweise direkt mit einem dieser Speichereinheiten verbunden werden oder kann selbst die Speichereinheit Mn sein. Der Zähler 178 und ein Steuerschaltkreis 184 müssen irgendeine Speicherart aufweisen, um das Steuerungssignal g (siehe Fig. 14), das Veränderungsratensignal vom TR-Gatter (siehe Fig. 16), die ICOMP-Steuerung (siehe Fig. 17) und die Höhe und die Pulsdauer von Ve(t) (siehe Fig. 19) und die Kopplungsspannung (siehe Fig. 20) zu triggern. Der Leckkompensationsspeicher ist auch eine Speichereinheit.
Schaltregister S&sub1;, S&sub2;, S&sub3;, S&sub4;, S&sub5;, S&sub6;, Sn-3, Sn-2, Sn-1 und Sn sind mit entsprechenden Speichereinheiten verbunden. Diese seriell verbunden Schaltregister werden über die Daten- Ein-Linie mit Daten versorgt. Die CRC-Raumsteuervorrichtung 218 ist erforderlich, um die 16 CRC-Eigenschaften zu halten, die verwendet werden, um einen richtigen Datenempfang ohne Versetzung von Daten von ihren richtigen Stellen zu bestätigen. Alle der seriell verbundenen Register werden während einer Datenschreibroutine geladen und ein Schaltregisterschreib (SRW)-Kontrollsignal vom Zähler 220 lädt die Schaltregisterdaten in den geeigneten Speicher. Eine Schaltsteuerung für jeden Schaltregister wird auch durch eine Steuerlinie vom Zähler 220 durchgeführt.
Ein Zähler 220 wird aktiviert durch ein Chip-Betätigungs- Signal und ein Taktsignal, welches zu einem UND-Gatter 222 geleitet wird. Die Ausgabe des Zählers wird auch zu einem CRC-Rechner 224 geleitet, um anzuzeigen, wann der CRC zu berechnen und auszugeben oder zu überprüfen ist. Der Steuereingangs-/ausgangsschaltkreis 226 ist mit der Chip- Betätigungslinie und mit dem Ausgang des CRC-Überprüferschaltkreises 216 verbunden. Eine E/A-Steuerung 226 aktiviert einen Transistor Tout und ermöglicht den Daten, an der Daten-Aus-Linie reflektiert zu werden. Wenn der Zähler 220 ebenso bestimmt, daß das letzte 16-Bit-Wort angemessen überprüft ist, setzt er einen Wert des CRC- Rechners 224 auf die Daten-Aus-Linie. Die letzten 16 Bits repräsentieren den CRC-Code, der durch die Empfangsvorrichtung verwendet wird, um zu bestimmen, ob die Übertragung richtig empfangen wurde.
Daten können in einen Speicher mit einer Schaltregister- Lese/Schreib-Steuerlinie geschoben werden. Wenn die Leseoder Schreiboperation für den gegenwärtigen Chip abgeschlossen ist, wird der nächste Chip angesprochen. Um Daten von außerhalb zu schreiben, werden die Daten durch die Schaltregister-Lese/Schreib-Steuerlinie von Mx zu Sx geschoben. Dann werden die Schaltregister einmal bei jedem Taktzyklus geschaltet, wobei ein Bit herauskommt und auch zu dem CRC-Rechner 224 geht. Wenn alle Daten abgegeben sind, wird der 16-Bit-CRC ausgeschaltet.
Fig. 26 zeigt den Versorgungs- und Kommunikationspfad für das Dosimeter mit mehreren integrierten Schaltkreisen IC&sub1;, IC&sub2; und IC&sub3;. Energie und Erdung werden von einer internen Batterie in der Dosimeter Steuereinheit angelegt. Der Alarm ist ein mehrfach verkettetes Signal. Wenn der Alarm aktiv ist, schreitet dieser fort. Das aktive Alarmsignal von dem letzten Chip schaltet den piezoelektrischen Summer an, wenn das Dosimeter mit einer aktiven Körperschnittstelle ausgebildet ist. In einer anderen Ausführungsform kann der Alarm einen Kommunikations-Übertragungsbefehl durch das Interface der Elektronik auslösen. Nach Empfang von diesem Übertragungsbefehl wird das Dosimeter an eine externe Vorrichtung Strahlungsdaten übertragen, beispielsweise eine Dosis oder eine Dosisrate. Ein Lesen und Schreiben von Daten wird durch den Takt synchronisiert. Der Takt und die gesamte Energie für die externen Kommunikationstreiber und die internen Schieberegister wird durch Kommunikationsenergie geschaffen, welche umgekehrt durch eine Kalibrierungs- und Anzeigeeinheit oder eine Anzeigeschlitteneinheit versorgt wird. Die einfachste Dosimeter- Ausführung verwendet eine interne Batterie, die wieder aufladbar ist. Ein Warnschaltkreis für eine niedrige Batteriespannung warnt oder alarmiert den Benutzer auditativ vor einer niedrigen Batteriespannung.
Zum Lesen wird die Chip-Betätigungs- und Leselinie niedrig gehalten. Das Lesen/Schreiben wird für X Taktzyklen hoch und dann niedrig gesetzt. Nach Y Zyklen wird die Chip- Betätigung hochgesetzt. Z Zyklen später werden alle Daten aus der Daten-Aus-Linie seriell geschoben. Wenn IC&sub1; fertig ist, betätigt es IC &sub2;. Z Zyklen später kommen die Daten von IC&sub2; aus der Daten-Aus-Linie. Während des Schreibens sind die Zähler des Dosimeters außer Betrieb. Zum Schreiben der Daten wird die Lese/Schreib-Steuerlinie hochgesetzt und bleibt hochgesetzt. Nach A Zyklen wird die Chip-Betätigung hochgesetzt. Nach B Zyklen werden die Daten seriell auf die Daten-Ein-Linie eingelesen, bis alle Schieberegister voll sind. Wenn IC&sub1; geladen ist, stellt es die Chip-Betätigung von IC&sub2; hoch. Wenn alle die Daten geladen sind, bewirkt ein Herabsetzen der Schreiblinie vor einem Heruntersetzen der Chip-Betätigungslinie, daß die Daten in den Speichern des integrierten Schaltkreischip gespeichert werden.
Fig. 27 zeigt eine Dosimeter-Einheit mit Ionenkammern 312, 314 und 317. Die große Ionenkammer 312 ist gegenüber Strahlung am empfindlichsten. Die kleineren Kammern 314 und 317 sind weniger empfindlich, sind aber geeignet, größere Dosen und Dosisraten im Vergleich mit der größeren Kammer genau zu detektieren. Alternativ können die Ionenkammern innerhalb von Kuppeln 312, 314 und 317 identisch sein und somit eine identische Dosisraten-Reaktion aufweisen.
Die Ionenkammern haben aber unterschiedliche Wandstärken und somit kann die Dosis bei verschiedenen Tiefen im Körper gemessen werden. Eine Dosimeter-Einheit 310 weist eine Nut für eine Filmmarke und eine Öffnung 313 auf, die der Strahlung erlaubt, direkt auf den in einer Nut 316 angeordneten Film aufzutreffen, nachdem die Strahlung durch verschiedene Materialien und Materialdicken gegangen ist. Elektrische Kontakte 320 stehen an einem Ende der Dosiemter-Einheit 310 vor.
Externe Verbindungen auf einer Dosimeter-Einheit 310 sind vorgesehen, um den Transfer von informationen zu erleichtern, beispielsweise Strahlungsdaten, Steuerbefehle, Erdungs- und Energiesignale falls erforderlich. Die Verwendung von Ausgabetreibern in der Dosimeter-Einheit, die Energie von einer externen Batterie in einer Schlittenanzeige-Einheit 322 erhält, verhindert die Möglichkeit, daß eine oder mehrere Kontakte 320 kurzgeschlossen werden und zu einem Funken oder einer Entleerung der inneren Batterie in der Dosimeter-Einheit führen. Der einzige gemeinsame Anschluß zwischen dem inneren Schaltungsaufbau in der Dosimeter-Einheit und der externen Einheit, wie die Anzeige-Einheit 322, ist die Erdung. Wahlweise kann anstelle der elektrischen Kontakte eine optische Verbindung, codierter Schall oder Wellen eines nahen oder fernen elektromagnetischen Feldes verwendet werden.
Eine Schlittenanzeige-Einheit 322 ist trennbar der Dosimeter-Einheit 310 angepaßt. Die Anzeige-Einheit 322 weist, wie dargestellt, Vorsprünge 324 auf, die einer Leiste oder Flanke 326 der Dosimeter-Einheit 310 angepaßt sind. Die Anzeige-Einheit 322 weist eine LCD-Anzeige 328 und vertiefte Steuerknöpfe 330 auf. Ein Clip 332 ist auf der Rückseite der Anzeige-Einheit 322 angeordnet, um die Tragbarkeit der gesamten Vorrichtung zu erleichtern. Elektrische Kontakte 320 auf der Dosimeter-Einheit 310 sind den komplementären elektrischen Kontakten, nicht gezeigt, in der Anzeige-Einheit 322 angepaßt. Die Dosimeter-Einheit ist trennbar zur Anzeige-Einheit 322 angepaßt, um zu ermöglichen, daß die Dosimeter-Einheit regelmäßig getestet und geeignet kalibriert wird. Die Anzeige-Einheit und die Dosimeter-Einheit können ständig miteinander verknüpft sein, um eine im wesentlichen kontinuierliche oder steuerbare, anzeigefähige Strahlungsdaten-Anzeige zu schaffen. Desweiteren ist die geometrische Konfiguration der Ionenkammern 312, 314 und 317 lediglich beispielhaft. Die Ionenkammern können in so vielen Formen geometrisch ausgebildet werden, wie es durch Herstellungsbedingungen gestattet wird.
Eine Anzeige 328 ist eine Vorrichtung zur Wiederherstellung der Strahlungszählung von den Zählern. Eine Anzeige-Einheit 322 kann auch als eine Programmiervorrichtung ausgebildet werden, um in der Dosimeter-Einheit die Schwellengrenzen festzusetzen, beispielsweise die Dosis- und Dosisratenschwellen. Die Steuerknöpfe 330 können verwendet werden, um die Schwelleneingabe über die Knöpfe zu bestätigen und dann eine erfolgreiche Programmierung der Dosimeter-Einheit zu bestätigen. Da die Einheit 322 als eine Programmiervorrichtung angesehen werden kann, wird diese Einheit hierin als eine Programmier- und Anzeige-Einheit bezeichnet.
Fig. 28 zeigt in Blockdiagrammform die elektrischen Komponenten der Programmier- und Anzeige-Einheit 322. Eine Batterie 334 ist mit einem Spannungsregulator 336 verbunden, der eine Spannung Vsupply zu einem Mikrocomputer auf einen Chip 338 (weiter als Mikrocomputerchip 338 bezeichnet) und zu einer Anschlußklemmen-Einheit 340 liefert. Die Anschlußklemmen-Einheit 340 koppelt paarweise mit einer Klemmeneinheit 320 der Dosimeter-Einheit 310.
Ein Mikrocomputerchip 338 ist mit den Eingabeknöpfen 342 und einer Anzeigevorrichtung 344 verbunden. Der Mikrocomputerchip 338 erzeugt einen Datenübertragungsbefehl an einer Dosimeter-Einheit 310, wenn der Mikrocomputerchip 338 durch die Eingabeknöpfe 342 aktiviert wird. Um die Strahlungsdosis anzuzeigen, wird ein Dosisübertragungsbefehl erzeugt und an die Dosimeter-Einheit angelegt. Ein Dosisratenübertragungsbefehl wird auf ähnliche Weise verwendet, um die Dosisratendaten zu erhalten. Dieser Übertragungsbefehl ist der Lesebefehl, der mit Bezug auf die Figuren 25 und 26 vorangehend diskutiert wurde. Die Ausgabe der Dosimeter-Einheit wird in einen Speicher plaziert, der Teil des Mikrocomputerchips 338 ist. Die Strahlungsdaten von dem Detektorsteuer-Interface, beispielsweise die Zähler, werden auch auf der Anzeige 344 angezeigt. Der Mikrocomputerchip 338 programmiert auch Schwellenwerte in die Dosimeter-Einheit 310. Zum Beispiel legt der Mikrocomputerchip 338 die Gesamtdosis-Alarmschwelle, die Dosisratenschwelle und die Triggerschwelle für den Zähler programmierbar fest. Die Gesamtdosis-Alarmschwelle ist der Strahlungsdosiswert, der einen hörbaren und elektrischen Alarm in dem IC-Dosimeter auslöst, wenn er überschritten wird.
Fig. 29 zeigt eine Kalibrierungs- und Anzeigevorrichtung 350. Die Dosimeter-Einheit ist in beiden von zwei Unterbringungspositionen plaziert, der Kalibrierungsposition 352 oder der Ableseposition 354. Die Kalibrierungseinheit 350 weist eine Anzeigevorrichtung 356 und ein Tastenfeld 358 auf. Ein Drucker 360 ermöglicht eine gedruckte Kopie der Information, die man von dem IC-Dosimeter erhält. Während der Kalibrierung wird im wesentlichen eine vorbestimmte Strahlungsmenge von einer Strahlungsquelle 357 (abgeschirmt durch eine Abschirmung 359) direkt zu der Dosimeter-Einheit geleitet. Die Kalibrierungs-Einheit 350 überwacht die sich ergebenden Strahlungsdaten (falls erforderlich beide, die Gesamtdosis und die Dosisrate) und vergleicht anschließend diese Strahlungsdaten gegenüber genau vorbestimmten Strahlungsdaten. Diese Berechnung wird in einem Mikrocomputer 362 durchgeführt. Das Dosimeter wird dann so programmiert, daß das Schwellenniveau des Abfrageverstärkers (eine Schwellenvorbestimmungseinrichtung) gesetzt wird und weiterhin die Alarmschwellenniveaus für den Alarmschaltungsaufbau durch die Kalibrierungseinheit 350 gesetzt wird. Wenn die Dosimeter-Einheit sich in der Ableseposition 354 befindet, wird die Kalibrierungseinheit 350 einen Datenübertragungsbefehl für das Dosimeter erzeugen und sämtliche Daten, einschließlich der gegenwärtigen Strahlungsdaten, von den Speichereinheiten, ablesen. Eine geeignete Information wird auf eine Anzeige 356 angezeigt und durch einen Drucker 360 ausgedruckt. Zusätzlich kann die Kalibrierungseinheit 350 ein Datum der Kalibrierung in den Speicher der Dosimeter-Einheit als einen zeitlichen Indikator programmieren (aufnehmen). Die Kalibrierungseinheit setzt auch die ausgewählten Zähler in dem Dosimeter zurück oder bereinigt diese, falls erforderlich. Der Kalibrator weist zusätzlich einen Speicher, einen Taktgenerator, einen Analog- und einen Digital-Schnittstellen-Schaltkreis und einen E/A-Computer-Kommunikationsanschluß zur Übertragung von Informationsdaten zu anderen Computervorrichtungen auf.
Fig. 30 zeigt ein Großbereichs-Strahlungsüberwachungssystem, welches eine Vielzahl von Dosimetern DOS&sub1;, DOS&sub2;, DOS&sub3; und DOS&sub4; verwendet, die in beliebiger Weise über ein Gebiet verteilt sind, welches überwacht werden soll. Die Dosimeter kommunizieren mit einem Bereichsüberwacher 366 entweder, wenn die Dosis- oder die Dosisraten-Alarmschwelle überschritten ist, oder nach periodischer Anforderung durch die Überwachungssteuerung.
Bei letzterem Fall erhält eine Mehrfach-IC-Dosimeter-Steuerung 368 periodisch Strahlungsdaten von den IC-Dosimetern DOS&sub1;, DOS&sub2;, DOS&sub3; und DOS&sub4; durch ein Aussenden geeigneter Übertragungsbefehle. Die Mehrfach-IC- Dosimeter-Steuerung 368 sammelt Daten und bezieht die Daten auf den bestimmten Dosimeter durch identifikationsdaten, die einheitlich mit jedem Dosimeter verknüpft sind, und bezieht die Daten auf eine Datums- und Zeitinformation. Während anderer Gelegenheiten kommuniziert die Mehrfach-IC- Dosimeter-Steuerung 368 periodisch über einen Kommunikationsschaltkreis 372 mit einer externen Befehlseinheit. Die Bereichsüberwachung 366 kann seine eigene Energiequelle 374 beinhalten. Das Bereichsüberwachungssystem kann ebenfalls ausgebildet sein, um die Richtung und den Ort von der Überwachungssteuerung des Dosimeters bestimmen, welche den Alarm aussendet, beispielsweise, wenn eine überhöhte Strahlungsaussetzung ermittelt wird. Eine Methode zur Bestimmung von Richtung und Ort ist die Triangulation, bei der eine Vielzahl von Überwachungssteuerungen und eine Zentralsteuerung verwendet wird. Benutzer können auch gewarnt werden, wenn sie sich in einer Gegend mit hoher Strahlung nähern.
Das IC-Dosimeter kann einige Komponenten aufweisen, um die Möglichkeit eines Datenverlustes zu beseitigen. Ein EEPROM auf dem integrierten Schaltkreis kann derart verwendet werden, daß ein Batterieausfall nicht zu einem Datenverlust führt. Das Dosimeter könnte weiterhin ein "Batterie schwach"-Signal piepsen, wenn die interne Batterie einen vorgegebenen, niedrigen Wert erreicht. Da die Alarmfunktion in dem Dosimeter eine ansehnliche Menge Energie benötigt, können zwei Batterien oder Energiequellen verwendet werden. Wenn die Alarmbatterie schwach ist, ist der Alarm außer Betrieb und die Detektorsteuerungs- und Interface-Batterie ermöglicht den Detektoruntereinheiten die Detektion der Strahlungsaussetzung fortzusetzen, ungeachtet des ausgesetzten Alarms. Eine einzelne Batterie und ein geeigneter Schaltungsaufbau kann in Verbindung mit einem Schaltkreis zur Aussetzung des Alarmbatterienivaus verwendet werden, um ebenfalls diese Funktion zu erreichen. Wahlweise kann die Energiequelle der Detektorsteuerung eine Solarzelle sein. Ein Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet erkennt, daß der Körperschnittstellenalarm, der durch den Detektor ausgesendet wird, einen visuellen Alarm und ebenso einen audidativen Alarm aufweisen könnte. Weiterhin kann der Alarm, der eine überhöhte Strahlungsaussetzung (Gesamtdosis) kennzeichnet, unterschiedlich zu dem Alarm sein, der eine unzulässig hohe Dosisrate kennzeichnet, beispielsweise durch eine unterschiedliche Intensität, Frequenz und/oder Arbeitszyklus.
Da lediglich bestimmte, bevorzugte Merkmale der Erfindung durch die Zeichnung gezeigt wurden, können vielfache Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden. Es ist verständlich, daß mit den beigefügten Ansprüchen beabsichtigt wird, alle diese Modifikationen und Veränderungen abzudekken, wenn diese in den Anwendungsbereich der beanspruchten Erfindung fallen. Zum Beispiel könnte ein Transistor T&sub0; Teil eines differentiellen Verstärkers sein, oder die Sammelelektrode könnte ein Spannungsnachfolgeeingang sein. Die Transistoren T&sub1; und T&sub2; könnten zwei einer Vielzahl zusätzlicher Transistoren sein. Der audidative Alarm könnte auch einen Rechteckwellengenerator erfordern, wie in Fig. 24c gezeigt. Das Dosimeter kann ausgeführt werden um in ein Band zu passen oder wie eine Uhr, ein Handschuh oder ein Ring getragen zu werden.

Claims

1. Ein elektrischer Dosimeter zur Überwachung und Anzeige von Strahlungsdaten aufgrund des Empfangs von Dosis- und Dosisratenbefehlen, mit:

(a) einer Strahlungsdetektoreinheit (310) mit

(b) wenigstens einer Strahlungsdetektoruntereinneit (1, 2, n) mit

(c) Einrichtungen (136; 312, 314, 317) zur Definierung eines Gasvolumens, das für die Ionisierung durch Strahlung angepaßt ist,

(d) einem integrierten Schaltelement (130),

(e) Einrichtungen (E1, E2, E3) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes mit Flußlinien,

(f) einer Verstärkereinrichtung (20, T&sub0;, 174), die für die Ionisierung des Gasvolumens durch die Strahlung empfänglich ist, zur Erzeugung eines Signals, das repräsentativ für die Strahlung ist,

(g) einer steuerbaren Anzeigeeinheit (24; 328; 356),

(h) einer interface-Einrichtung (212) zur Messung der Dosis und Dosisrate der Strahlung aufgrund des Signals der Verstärkereinrichtung (20, T&sub0;, 174) und zur Speicherung der Dosis und Dosisrate als Strahlungsdaten,

(i) Einrichtungen (T out, 320, 340) zur Übertragung der Dosis und Dosisrate von der Interface-Einrichtung (212) zur Anzeigeeiriheit (328) nach Empfang der Dosis- und der Dosisratenübertragungsbefehle,

(j) Einrichtungen zur steuerbaren Erzeugung der Dosis- und der Dosisratenübertragungsbefehle und zur Sendung der Übertragungsbefehle zu den Einrichtungen zur Übertragung,

gekennzeichnet durch:

(k) ein leitendes Oberflächensegment (128) auf dem integrierten Schaltelement, das direkten Kontakt mit dem Gas hat, zum Sammeln von Ionen darin.

(l) die Flußlinien der Einrichtungen (E1, E2, E3) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, die sich mit dem Oberflächensegment (128) schneiden, und sich so in dem Gasvolumen erstrecken, daß die Ionen sich gemäß dem elektrischen Feld bewegen, und

(m) die Verstärkereinrichtungen (20, T&sub0;, 174), die das Oberflächensegment enthält und innerhalb des integrierten Schaltkreises (130) angeordnet ist.

2. Ein Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnet, daß die steuerbars Anzeigeeinheit (328) der Strahlungsdetektoreinheit (310) trennbar angepaßt ist (322, 324).

3. Ein Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerare Anzeigeeinheit (356) Teil einer Kalibrierungs- und Anzeigeeinheit (350) ist, die trennbar mit dein Strahlendetektor (310) im Eingriff ist.

4. Ein Dosimeter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Interface-Einrichtung (212) zur Messung die gesamten Strahlungsdosisdaten und Dosisratendaten berechnet und als Strahlungsdaten speichert; und daß die Kalibrierungseinheit (350) und eine Strahlungseinheit (357) ein vorbestimmtes Strahlungsniveau haben; und Einrichtungen zum Vergleich der gesamten Strahlungsdosisdaten und Dosisratendaten von der Interface-Einrichtung (212) mit vorbestimmten Werten und zur Lieferung eines Hinweises bezüglich der Differenz zwischen ihnen.

5. Ein Dosimeter nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierungseinheit (350) sowohl eine Uhr- und Kalendereinrichtung als auch einen Speicher aufweist und beide an eine Steuerung angeschlossen sind, und die Interface- Einrichtung eine Datenspeicherkomponente aufweist, die Steuerung auf Befehl eine Zeit, ein Datum und die Strahlungsdaten im Speicher liest und aufnimmt und die Zeit und das Datum der Kalibrierung in die Datenspeicherkomponente aufnimmt.

6. Ein Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Interface-Einrichtung (212) eine steuerbare Interface-Einrichtung zum Konditionieren und Puffern des Verstärkersignals (20, T&sub0;, 174) ist.

7. Ein Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Interface-Einrichtung (36, 212) eine Einrichtung zur Umwandlung (176) des Signals in speicherbare Strahlungsdazen und zur Ansammlung der speicherbaren Daten aufweist, wobei die angesammelten Strahlungsdaten die Strahlungsdaten darstellen.

8. Ein Dosimeter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelelektrode (170) durch die Einrichtung (V s) unter elektrische Vorspannung gesetzt wird zur Erzeugung des elektrischen Feldes und die Vorspannung ändert sich entsprechend den gesammelten Ionen; die Strahlungsdetektoruntereinheit (1...n) Einrichtungen (184, T&sub1;, T&sub2; , TR) zur Wiederherstellung der Vorspannung der Sammelelektrode aufweist.

9. Ein Dosimeter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Wiederherstellung durch eine Detektorsteuereinrichtung (184) gesteuert wird, die Teil der Interface-Einrichtung (212) ist, wobei die Detektorsteuereinrichtung die Vorspannung abhängig vom Signal steuert.

10. Ein Dosimeter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorspannsegment (171) sowohl Teil der Einrichtung zur Definierung des Gasvolumens als auch der Einrichtung (Vs) zur Erzeugung des elektrischen Feldes ist, die Flußlinien des elektrischen Feldes sich mit der Sammelelektrode (170) und dem Vorspannsegment (171) schneiden, und die Detektorsteuereinrichtung (184) das Vorspannsegment unter eine entsprechende Vorspannung setzt.

11. Ein Dosimeter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorsteuereinrichtung (184) die Vorspannung und die entsprechende Vorspannung auf eine Vielzahl diskreter Spannungsniveaus setzt, wobei höhere Spannungsniveaus für höhere ermittelte Strahlungsniveaus, die durch das Signal repräsenziert sind, eingestellt werden.

12. Ein Dosimeter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorsteuereinrichtung (184) eine Einrichtung hat zur Bestimmung, wenn das Signal in einem Moment eine erste Schwelle übersteigt und in einem anderen Moment unter eine zweite Schwelle fällt, und die Detektorsteuereinrichtung (184) die Vorspannung auf ein hohes vorbestimmtes Niveau und auf ein niedriges vorbestimmtes Niveau und die entsprechende Vorspannung auf die Umkehrung des hohen und niedrigen Niveaus abhängend von der Bestimmungseinrichtung (176) einstellt.

13. Ein Dosimeter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelelektrode (170) eine Sensorelektrode ist, die dem Gasvolumen ausgesetzt ist, und ein Regelgatter für einen Verstärkertransistor (174) ist, wobei der Verstärkertransistor Teil der Verstärkereinrichtung (20) ist.

14. Ein Dosimeter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (184) zur Wiederherstellung einen Transistorschalter aufweist (T&sub1;), der zwischen dem Regelgatter (T&sub0;) und einer Schlußspannungsquelle (Tc1), die die Vorspannung liefert, eingebaut ist, wobei die Detektorszeuereinrichtung (184) ein Schlußsteuersignal erzeugt, das den Transistorschalter (T&sub1;) und das Anlegen der Vorspannung steuert.

15. Ein Dosimeter nach Anspruch 14, mit einer Einrichtung (186) zum Ausgleich für den Leckstrom vom Transistorschalter (T&sub1;) zum Regelgatter (T&sub0;).

16. Ein Dosimeter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungssignal ein Dosisübertragungsbefehl und Dosisratenübertragungsbefehl ist, die Interface-Einrichtung (212) eine Überwachungseinrichtung für die Strahlungsdosisrate (218, 220, 226) aufweist, zum Empfang des Signals und zur Berechnung und Speicherung der Strahlungsdosisratendaten, eine Körperschnittstelle (34) daran angeschlossen ist, eine Einrichtung zur Übertragung (226) der gesammelten Strahlungsdaten, beziehungsweise der Dosisratendaten, nach Empfang des Dosis- und Dosisratenübertragungsbefehls.

17. Ein Dosimeter nach Anspruch 9, mit einer ersten und zweiten Strahlungsdetektoruntereinheit (1, 2), die beide Teil einer Strahlungsdetektoreinheit (310) sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein erstes Gasvolumen (1, 2) von der ersten Untereinheit größer ist als ein zweites Gasvolumen (314) von der zweiten Untereinheit;

erste und zweite repräsentative Signale von der ersten bzw. zweiten Untereinheit (1, 2) über eine erste und zweite Koppeleinrichtung zur Interface-Einrichtung (212) geführt werden;

wobei die Interface-Einrichtung (212) an die Strahlungsdetektoreinheit (310) über die erste und zweite Koppeleinrichtung angeschlossen ist und

eine Strahlungsdosisüberwachungseinrichtung (30) zum Empfang und zur Umwandlung der ersten und zweiten repräsentativen Signale in eine einheitliche Strahlungsmaßeinheit aufweist.

18. Ein Dosimeter nach Anspruch 17,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Dosisüberwachungseinrichtung (30) eine Einrichtung aufweist, zur Auswahl eines der umgewandelten Signale abhängig von wenigstens einem der ersten und zweiten Signale,

und die Interface-Einrichtung (212) eine Speichereinrichtung (M) zur Speicherung des ausgewählten umgewandelten Signals aufweist.

19. Ein Dosimeter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (178) zur Umwandlung und Ansammlung Teil der Dosisüberwachungseinrichtung ist und Einrichtungen (178, 188) zur Berechnung der Strahlungsdosis und Dosisrate aufweist; die Interface-Einrichtung (212) Einrichtungen (214, 178, 184) aufweist, zur Erzeugung eines Alarmsignals, wenn die Dosis oder die Dosisrate eine programmierbare Alarmschwelle übersteigt.

20. Ein Dosimeter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Interface-Einrichtung (212) die Alarmeinrichtung (214) zum Empfang des Alarmsignals und zur Erzeugung wenigstens einer Art von Alarm, ausgewählt aus der Reihe von visuellen, auditiven, elektrischen, fühlbaren und olfaktorischen Alarmarten aufweist,

21. Ein Dosimeter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung einer Vielzahl von Alarmsignalen verschiedener Intensität und mit unterschiedlichem Arbeitszyklus erzeugt, entsprechend dem Niveau der Dosis oder der Dosisrate.

22. Ein Dosimeter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas ein gewebe-äquivalentes Gas ist.

23. Ein Dosimeter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (136, 138) zur Definierung des Gasvolumens aus gewebe-äquivalentem Material gemacht ist.