DE69010390T2

DE69010390T2 - Ionisationskammer.

Info

Publication number: DE69010390T2
Application number: DE69010390T
Authority: DE
Inventors: Tatsuro Hayashi; Eiichi Tanaka
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1989-05-01
Filing date: 1990-04-19
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2010-04-20
Also published as: EP0395945A2; EP0395945B1; US5003176A; DE69010390D1; ATE108284T1; JPH0787088B2; JPH02291659A; EP0395945A3; DK0395945T3

Description

Diese Erfindung betrifft Ionisationskammern und insbesondere betrifft sie eine Ionisationskammer, die mit hoher Stabilität und hoher Empfindlichkeit zum Überwachen von Gammastrahlen in der Umwelt oder zum Überwachen der Konzentration von Radon in der Luft oder zum Überwachen der radioaktiven Kontamination der Luft geeignet ist.
Wie in der Fig. 8 gezeigt ist, weist eine herkömmliche, zum Messen einer ionisierenden Strahlung verwendete Ionisationskammer 10 eine ladungssammelnde Elektrode 12 auf, die von einem Isolator 14 unterstützt wird, so daß ein an der ladungssammelnden Elektrode 12 gesammelter Strom (Ionisationsstrom) gemessen wird. In der Fig. 8 bezeichnet das Bezugszeichen 16 eine Hochspannungsguelle zum Bilden eines elektrischen Feldes zwischen der inneren Wand der Ionisationskammer 10 und der ladungssammelnden Elektrode 12.
Der Ionisationsstrom kann durch verschiedene Verfahren gemessen werden. In einem Beispiel für diese Verfahren, wie es in der Fig. 8 gezeigt ist, wird ein Mikroamperemeter 20 direkt mit der Ladungssammelnden Elektrode 12 verbunden. In einem anderen Beispiel, wie es in der Fig. 9 gezeigt ist, ist ein großer Widerstand 22 mit der ladungsammelnden Elektrode 12 verbunden, und eine Spannung (Potentialdifferenz), die sich über dem Widerstand 22 ausbildet, wird mit einem Elektrometer (Voltmeter) 24 gemessen. In einem weiteren Beispiel, wie es in der Fig. 10 gezeigt ist, ist ein Kondensator 26 mit der ladungssammelnden Elektrode 12 verbunden, und nachdem der Kondensator durch einen Resetschalter 28 neu gesetzt ist, wird die über dem Kondensator 26 entstehende Veränderung in der Spannung gemessen.
Die oben beschriebene Ionisationskammer wird in weitreichendem Maß zum Messen von externen Strahlungen verwendet, da sie auf stabile Weise für Strahlungen empfindlich ist, eine hervorragende Energiecharakteristik in bezug auf Gammastrahlen und Röntgenstrahlen aufweist und geringe Herstellungskosten besitzt.
Zusätzlich kann die Ionisationskammer zur Messung der Kontamination der Luft durch radioaktive Materialien oder der Konzentration von Radon durch Einspeisen der äußeren Luft direkt in die Kammer verwendet werden. Die für den obigen Zweck nicht abgedichtete Ionisationskammer wird hier im folgenden als Ionisationskammer eines Belüftungstyps genannt.
Wie im vorherigen beschrieben wurde, wird in der herkömmlichen Ionisationskammer die ladungssammelnde Elektrode 12 an der Ionisationskammer durch einen Isolator 14 gehaltert. Folglich ist der Nachweis von schwachen Stranlungen durch elektrisches Rauschen, Z.B. durch elektrische Leckage durch den Isolator 14 oder durch dessen Oberflächen- und Piezoelektrizität, die durch die mechanische Verzerrung des Isolators 14 erzeugt wird, begrenzt.
Deshalb ist es bei der Messung von relativ schwachen Strahlungen, wie z.B. Umebungsstrahlungen, oft notwendig, die Empfindlichkeit der Ionisationskammer zu erhöhen, um den Einfluß des Isolators zu verringern. Deshalb wird das Volumen der Ionisationskammer normalerweise erhöht und/oder der innere Druck in der Ionisationskammer wird auf mehrere Atmosphären erhöht. Zusätzlich wird die elektrische Leckage der Isolatoroberfläche durch Feuchtigkeit beeinflußt. Folglich ist es notwendig, die Feuchtigkeit innerhalb der Ionisationskammer zu sämtlichen Zeiten gering zu halten. Insbesondere für eine Ionisationskammer eines Belüftungstyps ist es notwendig, zum Messen der Kontamination der Luft durch radioaktive Materialien oder der Konzentration von Radon in der Luft, die Feuchtigkeit innerhalb der Ionisationskammer durch Verwendung eines trocknenden Wirkstoffs gering zu halten.
In der normalen natürlichen Umgebung beträgt der Strahlungspegel aufgrund von kosmischen Strahlen und natürlichen radioaktiven Materialien ungefähr 5 bis 15 uR/h. Für den Fall einer luftdichten Ionisationskammer, die durch Verwenden eines Materials, wie z.B. eines Kunststoffs, dessen Atomzahl in der Nähe von der von Luft liegt, gebildet ist, und die ein Volumen von einem Liter aufweist, erzeugt bei einem inneren Druck von einer Atmosphäre eine Strahlung von 10 uR/h einen Ionisationsstrom von ungefähr 10&supmin;¹&sup5; A.
Im allgemeinen hängt in der normalen Umgebung die Konzentration von Radon in der Luft in großem Maße von geografischen Bedingungen, Gebäudebedingungen, Belüftungsbedingungen, Wetterbedingungen, etc. ab. Die mittlere Konzentration von Radon in einem Gebäude wird in Japan auf ungefähr 0,3 bis 0,5 pCi/l geschätzt. Eine Berechnung zeigt, daß, wenn ein Liter Luft, der Radon mit 0,5 pCi/l enthält, in eine Ionisationskammer eingespeist wird, der erwartete Ionisationsstrom ungefähr 10&supmin;¹&sup5; A sein wird.
Im allgemeinen ist jedoch der Ionisationsstrom, der über eine lange Zeitdauer mit der herkömmlichen Ionisationskammer unter Verwendung des Isolators auf stabile Weise gemessen werden kann, 10&supmin;¹³ A oder höher, und deshalb war es ziemlich schwierig, einen Ionisationsstrom in der Größenordnung von 10&supmin;¹&sup5; A zu messen.
In einem Artikel von Bengtsson in Nuclear Instruments and Methods, Band 113 (1973), Seite 309, wurde bereits vorgeschlagen, die Isolatorleckage zu verringern, um die Empfindlichkeit der Ionisationskammer zu verbessern.
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, die oben beschriebenen, mit einer herkömmlichen Ionisationskammer einhergehenden Schwierigkeiten auszuschließen. Insbesondere besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Ionisationskammer zu schaffen, die vollständig frei von dem Einfluß des Isolators ist und die auf stabile Weise Messungen mit hoher Empfindlichkeit ausführen kann.
Die vorhergehende Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Ionisationskammer gelöst mit: einer elektrisch leitfähigen ladungssammelnden Elektrode mit einem magnetischen Stoff und einem Permanentmagneten; einem Elektromagneten zum berührungslosen Positionieren der ladungssammelnden Elektrode in bezug auf andere Teile der Ionisationskammer; einem Positionssensor zum Feststellen der Position der ladungssammelnden Elektrode; einem Schaltkreis zur Rückkopplungssteuerung der magnetischen Kraft des Elektromagneten, um die ladungssammelnde Elektrode an im wesentlichen derselben Position zu halten; und einer Ionisationsstromnachweisvorrichtung zum Nachweisen eines Ionisationsstroms, der durch die ladungssammelnde Elektrode bei Ionisation aufguund von auf die Ionisationskammer angewendeter Strahlung gesammelt wird.
Weiter ist in der Ionisationskammer die Ionisationsstromnachweisvorrichtung ein Elektrometer eines berührungslosen Typs.
Weiter umfaßt in der Ionisationskammer die Ionisationsstromnachweisvorrichtung einen Resetkontakt, der mit der ladungssammelnden Elektrode jeweils nach einer vorbestimmten Zeitdauer in Berührg gebracht wird; und eine Vorrichtung zum Nachweisen einer Ladungsmenge, die durch den Resetkontakt zur Zeit des Resetting der ladungssammelnden Elektrode fließt.
Weiter umfaßt in der Ionisationskammer die Ionisationsstromnachweisvorrichtung ein elektrisch leitfähiges Blatt, das mit der ladungssammelnden Elektrode verbunden ist; Elektrodenplatten, zwischen denen eine vorbestimmte Spannung angelegt ist; und eine Vorrichtung zum Nachweisen des Lageversatzes des Blattes, der durch die elektrostatischen anziehenden Kräfte, die zwischen dem Blatt und den Elektrodenplatten geschaffen werden, bewirkt wird.
Weiter umfaßt in der Ionisationskammer die Ionisationsstromnachweisvorrichtung ein elektrisch leitfähiges Blatt, das mit der ladungssammelnden Elektrode verbunden ist; eine Vorrichtung zum Bilden eines variablen magnetischen Feldes, um extern ein variables magnetisches Feld zu schaffen, das sich periodisch ändert, um die ladungssammelnde Elektrode zu drehen; eine nachweisende Elektrode, die dem Blatt gegenüberliegt; und eine Vorrichtung zum Nachweisen der Ladung, die an der nachweisenden Elektrode aufgrund von elektrostatischer Induktion auftritt.
Erfindungsgemäß ist die ladungssammelnde Elektrode in der Ionisationskammer durch eine magnetische Kraft auf solche Weise aufgehängt, daß sie nicht in Kontakt mit anderen Teilen der Ionisationskammer ist. Deshalb können die oben beschriebenen elektrischen Störungen, die dem die Elektrode halternden Isolator zugeschrieben werden, ausgeschlossen werden, und dementsprechend wird die minimale nachweisbare Strahlungsmenge in hohem Maße verringeft. Als Folge davon kann die erfindungsgemäße Ionisationskammer als ein Detektor für Umgebungsstrahlung verwendet werden, der eine geringe Größe aufweist, geringe Herstellungskosten besitzt und eine hohe Empfindlichkeit hat. Weiter kann durch Einspeisen der äußeren Luft in die Ionisationskammer eine extrem kleine Menge von radioaktiver Kontamination in der Luft nachgewiesen werden, und die Konzentration von Radon und seinen Tochternukleiden in der Luft kann mit hoher Empfindlichkeit unabhängig von der Luftfeuchtigkeit festgestellt werden.
Es werden nun kurz die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig.1 ein Blockdiagramm, das teilweise eine Schnittansicht enthält, wobei die Anordnung einer Ionisationskammer gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung gezeigt wird;
Fig.2 ein Blockdiagramm, das teilweise eine Schnittansicht enthält, wobei die Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt wird;
Fig.3 ein Blockdiagramm, das teilweise eine Schnittansicht enthält, wobei die Anordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung gezeigt wird;
Fig.4 eine Schnittansicht, die den unteren Endbereich einer ladungssammelnden Elektrode und ihrer relevanten Bauteile nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig.5 eine Draufsicht, die ein mit einer ladungssammelnden Elektrode verbundenes Blatt und Quadrantenelektroden nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig.6 ein Blockdiagramm, das teilweise eine Schnittansicht enthält, wobei die Anordnung nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung gezeigt wird;
Fig.7 eine Draufsicht, die ein Blatt und eine Nachweiselektrode nach der fünften Ausfürrungsform der Erfindung zeigt; und
Fig.8, 9 und 10 Blockdiagramme, die teilweise Schnittansichten enthalten, wobei die Anordnungen von Beispielen für eine herkömmliche Ionisationskammer gezeigt werden.
Es werden nun vorzugsweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in bezug auf die begleitenden Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
Eine erste Auführungsform der Erfindung, wie sie in der Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt eine elektrisch leitfähige ladungssammelnde Elektrode 32 mit einem magnetischen Stoff 30 (wie z.B. einem Stück Weicheisen) als Teil davon (das obere Ende in dieser Ausführungsform); einen Elektromagneten 34 zum Aufhängen der ladungssammelnden Elektrode 32 durch dessen magnetische Kraft in einer Ionisationskammer 10 auf solche Weise, daß die Elektrode 32 in bezug auf die anderen Teile der Ionisationskammer berührungsfrei ist; einen Positionssensor mit einer Lichtguelle 36 und einem Photosensor 38 zum Nachweisen der vertikalen Position der ladungssammelnden Elektrode 32; einen Verstärkersteuerschaltkreis 40 zum Ausführen einer Rückkopplungssteuerung des Spulenstroms des Elektromagneten 34 gemäß der Ausgabe aus dem Photosensor 38, um die vertikale Position der ladungssammelnden Elektrode im wesentlichen unverändert aufrechtzuerhalten; und ein nichtkontaktierendes Elektrometer 42 zum Feststellen eines Ionisationsstroms, der in der ladungssammelnden Elektrode 32 durch die Ionisation aufgrund von auf die Ionisationskammer auftreffender Strahlung gesammelt wird.
Das nichtkontaktierende Elektrometer 42 hat eine nachweisende Elektrode 44, die einem elektrisch leitfähigen Blatt 46 gegenüberliegt, welches mit dem unteren Ende der ladungssammelnden Elektrode 32 verbunden ist, um somit die Potentialveränderung festzustellen, die durch den in der ladungssammelnden Elektrode 32 induzierten Ionisationsstrom verursacht wird.
Beispielsweise wird eine Infrarot-LED als Lichtquelle 36 verwendet, um einen gepulsten Lichtstrahl zu emittieren. Der somit emittierte Lichtstrahl wird von dem Photosensor 38 empfangen, der beispielsweise aus einer Photodiode aufgebaut ist.
Der Verstärkersteuerschaltkreis 40 enthält eine integrierende Schaltung und eine differenzierende Schaltung mit RC-Glied mit geeigneten Zeitkonstanten, um die ladungssammelnde Elektrode 32 stabil zu haltern.
Der Betrieb der derart aufgebauten ersten Ausführungsform wird nun beschrieben.
Die ladungssammelnde Elektrode 32 ist innerhalb der Ionisationskammer durch den Elektromagneten 34 auf solche Weise aufgehängt, daß sie zu den anderen Teilen der Ionisationskammer berührungsfrei ist. Die Position oder Höhe der ladungssammelnden Elektrode 32 wird durch den optisch betriebenen Positionssensor mit der Lichtquelle 36 und dem Photosensor 38 festgestellt. Das Ausgangssignal aus dem Positionssensor wird über den Verstärkersteuerschaltkreis 40 auf den Elektromagneten 34 angewendet, so daß die ladungssammelnde Elektrode 32 im wesentlichen an derselben Position auf eine berrrungsfreie Weise gehalten wird. Ein Verfahren unter Verwendung von Magnetismus, um einen Gegenstand in der Luft auf zuhängen oder schweben zu lassen, ist im Stand der Technik bekannt. Das Verfahren, wie es durch die Veröffentlichung "Oyo Buturi" (The journal of the Japan Society of Applied Physics), Band 58 (1989), Seiten 2l2-224, offenbart ist, wird auf Waagen, Densitometer, Viskometer, etc. angewendet. Der magnetische Stoff 30 kann durch einen Permanentmagneten ersetzt werden. Wenn in diesem Fall die Anziehungskraft des Permanentmagneten im Vergleich zu dem Gewicht der ladungssammelnden Elektrode 32 schwach ist, wird der Elektromagnet 34 verwendet, um den Permanentmagneten anzuziehen; und wenn im Gegensatz die Anziehungskraft des Permanentmagneten stark ist, wird der Elektromagnet 34 verwendet, den Permanentmagneten abzustoßen. Wenn die Anziehungskraft des Permanentmagneten im wesentlichen mit dem Gewicht der ladungssammelnden Elektrode 32 ausgeglichen ist, ist es notwendig, die Polarität des in dem Elektromagneten 34 fließenden Stroms umzukehren, jedoch wird der Verbrauch an elektrischer Leistung, um die ladungssammelnde Elektrode durch den Magnetismus schweben zu lassen, eingespart.
Wenn Strahlung auf die Ionisationskammer angewendet wird, nachdem das Potential der ladungssammelnden Elektrode 32 auf Null zurückgesetzt wurde, dann wird in der oben beschriebenen Ausführungsf orm das Potential der ladungssammelnden Elektrode 32 durch den Ionisationsstrom verändert. Diese Potentialänderung wird durch das berührungsfreie Elektrometer 42 festgestellt.
In dieser Ausführungsform ist es nicht notwendig, das Potential der ladungssammelnden Elektrode 32 periodisch zuruckzusetzen. Das heißt, durch Überwachen einer Potentialänderung durch das berührungsfreie Elektrometer 43 kann der von einer Strahlung oder einem ungewöhnlichen Wert von Radioaktivität in der Luft herrührende Ladungszuwachs zu jeder Zeit festgestellt werden.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird nun in bezug auf die Fig. 2 im einzelnen beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform ist die Ionisationskammer 10 zu der der ersten Ausführungsform ähnlich. Ein Resetkontakt 50 ist unterhalb einer ladungssammelnden Elektrode 32 vorgesehen. Der Resetkontakt wird mit der Ildungssammelnden Elektrode 32 durch ein Resetsteuergerät 52 nach jeder vorbestimmten Zeit in Kontakt gebracht, um somit das Potential der ladungssainmelnden Elektrode 32 neu zu setzen, und die durch den Resetkontakt 50 fließende Ladungsmenge wird mit einem ladungs(empfindlichen) Verstärker 54 gemessen. Die dabei gemessene Ladungsmenge wird durch ein Aufzeichnungs-/Anzeigegerät 56 aufgezeichnet und angezeigt.
Wie oben beschrieben wurde, liegt der durch Strahlung in der natürlichen Umgebung oder durch Radon in der Luft induzierte Ionisationsstrom in der Größenordnung von 10&supmin;¹&sup5; A. In diesem Fall entspricht die durch den Resetkontakt 50 fließende Ladungsmenge, wenn die ladungssammelnde Elektrode beispielsweise nach jeder Stunde neu gesetzt wird, 3,6 x 10&supmin;¹² C (Coulomb), was mit hoher Genauigkeit festgestellt werden kann.
Die anderen Teile sind zu jenen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform gleich.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird nun in bezug auf die Fig. 3 im einzelnen beschrieben.
In der dritten Ausführungsform ist ein Elektromagnet 30 mit dem unteren Ende einer ladungssammelnden Elektrode 32 verbunden, die zu der der zweiten Ausführungsform gleich ist, und ein Permanentmagnet 60 mit einem Kontakt 62 ist mit dem oberen Ende der Elektrode 32 verbunden. Die ladungssammelnde Elektrode 32 wird durch einen weiteren Permanentmagneten 64 aufgehängt. Ein aus einer Lichtguelle 36 und einem Photosensor 38 bestehender Positionssensor und ein Elektromagnet 34 sind unterhalb der ladungssammelnden Elektrode 31 vorgesehen. Die Kraft zum Anziehen der Elektrode 32 nach unten wird durch ein Rückkopplungsverfahren gesteuert, so daß die Elektrode 32 auf solche Weise in Aufhängung gehalten wird, daß sie nicht mit anderen Teilen der Ionisationskammer in Beruhüung ist.
Einer der Permanentmagneten 60 und 64 kann durch einen magnetischen Stoff ersetzt werden.
Ein Resetkontakt 66 ist auf solche Weise vorgesehen, daß er dem auf dem oberen Ende der ladungssammelnden Elektrode 32 vorgesehenen Kontakt 62 gegenüberliegt. Der Resetkontakt 66 ist mit einem Ladungsverstärker 54 verbunden, der zu dem der zweiten Ausführungsform gleich ist.
Ein Referenzlichtnachweisphotosensor 39 (z.B. eine Photodiode) ist neben dem Photosensor 38 vorgesehen. Die Ausgaben aus diesen Photosensoren 38 und 39 werden auf einen Differenzverstärker 38 angewendet, so daß eine Gleichstromkomponente aus einem Positionsnachweissignal entfernt wird, wodurch der Einfluß von Zimmerbeleuchtung ausgeschaltet wird.
Eine Resetsteuervorrichtung 52 wendet ein Resetsignal auf eine Verstarkersteuervorrichtung 40 nach jeder vorbestimmten Zeitdauer an, um somit den Spulenstrom des Elektromagneten 34 zu begrenzen oder zu verringern. Als Folge davon wird die ladungssammelnde Elektrode 32 nach oben bewegt, bis der Kontakt 62 mit dem Resetkontakt 66 in Berührung kommt.
Die anderen Teile sind zu denen der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform gleich.
In der dritten Ausführungsform wird die ladungssammelnde Elektrode 32, die von oben und unten angezogen wird, stationär gehalten, was zur Folge hat, daß die Messung auf stabile Weise ausgeführt werden kann. Weiter wird in der dritten Ausführungsform keine besondere Resetvorrichtung benötigt. Das heißt, der Resettingbetrieb kann durch Verwendung der Anziehungskräfte der Permanentmagneten 60 und 64 erzielt werden.
Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird nun in bezug auf die Figuren 4 und 5 im einzelnen beschrieben. Nach dieser Ausführungsform wird die Ladungsmessung über eine elektrostatische Anziehungskraft ausgeführt.
In der vierten Ausführungsform ist eine Ionisationskammer im wesentlichen zu der der ersten Ausführungsform gleich. Die Ionisationskammer enthält eine ladungssammelnde Elektrode 32, die ein Blatt 70 an dem unteren Ende aufweist, wie in der Fig. 4 gezeigt ist. Wie in der Fig. 5 gezeigt ist, sind vier Quadrantenelektroden 72, die Tnit positiven und negativen Spannungen beaufschlagt sind, derart angeordnet, daß sie dem Blatt 70 gegenüberliegen.
Bei Einfall von Strahlung auf die so aufgebaute Ionisationskammer üben die Quadrantenelektroden 72 elektrostatische Anziehungskräfte auf das Blatt 70 der ladungssammelnden Elektrode 32 aus, so daß das Blatt 70 unter dem Winkel gehalten wird, unter dem die elektrostatischen Anziehungskräfte ausgeglichen sind. Deshalb kann durch Messung des Winkels des Blattes 70 unter Verwendung von Licht oder ähnlichem in einer berührungsfreien Weise das Potential der ladungssammelnden Elektrode 32 auf eine berrungsfreie Weise gemessen werden.
In der vierten Ausführungsform ist es wesentlich, daß die ladungssammelnde Elektrode 32 in der Ionisationskammer lediglich durch die elektrostatischen Anziehungskräfte der Quadrantenelektroden 72 gedreht wird. Folglich ist es wunschenswert, daß die ladungssammelnde Elektrode 32 keine magnetische Drehkomponente erhält, und ihr auf hängender Teil vollkommen axialsymmetrisch ist.
Ein Potentialmeßverfahren, das elektrostatische Anziehungskräfte gemäß der oben beschriebenen vierten Ausführungsform verwendet, ist in bezug auf ein Quadrantenelektrometer, Lindeman- (Sprach)-Elektrometer, und ein Lauritsen-Elektroskop bekannt.
Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung wird nun in bezug auf die Figuren 6 und 7 im einzelnen beschrieben. In der fünften Ausführungsform wird eine Ladungsmessung durch Verwendung eines Drehelektrometers ausgeführt.
Auch in der fünften Ausführungsform wird eine Ionisationskammer, die im wesentlichen zu der der ersten Ausführungsform gleich ist, verwendet. Wie in der Fig. 6 gezeigt ist, sind ein elektrisch leitfähiges Blatt 70 und ein kleiner Permanentmagnet 73 an dem unteren Ende einer ladungssammelnden Elektrode 32 fest angebracht, und eine Drehmagnetfeldspule 76 ist in der Nähe des Permanentmagneten 72 angeordnet. Ein Niederfreguenzoszillator 74 bewirkt, daß die Spule 76 ein sich drehendes Magnetfeld erzeugt. Wie in der Fig. 7 gezeigt ist, ist eine Nachweiselektrode 78 derart angeordnet, daß sie dem Blatt 70 gegenübeliegt. Eine in der Nachweiselektrode 78 durch elektrostatische Induktion auftretende Wechselspannung wird mit einem Wechselspannungsverstärker 80, einem Synchrondetektor 82 und einem Voltmeter 84 festgestellt.
In der fünften Ausführungsform wird ein sich drehendes Magnetfeld mittels der Drehmagnetfeldspule 76 von außen angewendet, um die ladungssammelnde Elektrode 32 zu drehen. Die in der Nachweiselektrode 78, die dem Blatt 70 der ladungssammelnden Elektrode 32 gegenüberliegt, durch elektrostatische Induktion auftretende Wechselspannung wird durch den Wechselspannungsverstärker 80 verstärkt. Die Ausgabe des Verstärkers 80 wird auf den Synchrondetektor 82 angewendet, wo sie dem Nachweis der Synchronisation mit der Drehfreguenz unterworfen ist, um eine Gleichspannung zu schaffen. Die so gebildete Gleichspannung wird gemessen und durch das Voltmeter 84 angezeigt.
Das Ladungsmeßverfahren nach der fünften Ausführungsform ist dem für ein schwingendes Zungen(Reed)-Elektometer ähnlich. Bei dem Verfahren wird der Verstärkungsgrad durch eine negative Rückkopplung stabilisiert.
Bei der fünften Ausführungsform kann, anders als in der vierten Ausführungsform, das der Asymmetrie des aufgehängten Teils zuzuschreibende Drehmoment außer acht gelassen werden.
In der fünften Ausfünrungsform wird die ladungssammelnde Elektrode 32 gedreht; sie kann jedoch je nach Fall auch geschwenkt werden. Wenn die ladungssammelnde Elektrode direkt unter Verwendung eines in dem Blatt durch die Drehmagentfeldspule 76 oder ähnlichem hervorgeruf enen Induktionsstrom gedreht oder geschwenkt werden kann, dann kann der Permanentmagnet 73 weggelassen werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Positionssensor aus der Lichtquelle 36 und dem Photosensor 38 aufgebaut; die Erfindung ist jedoch darauf oder dadurch nicht beschränkt. Beispielsweise kann ein Ultraschall-Positionssensor oder ein durch die Veränderung einer Kapazität oder einer Induktivität betriebener Sensor verwendet werden.
Weiter ist in den oben beschriebenen Ausführungsformen die magnetische Substanz 30 mit dem oberen Ende der ladungssammelnden Elektrode 32 verbunden; jedoch ist die Erfindung darauf oder dadurch nicht beschränkt. Beispielsweise kann die ladungssammelnde Elektrode 32 in ihrer Gesamtheit aus einer magnetischen Substanz bestehen.
Der Aufbau des Elektromagneten 34 ist nicht immer auf das Beschriebene beschränkt; d.h. daß beispielsweise ein Elektromagnet einer Art mit drei Spulen verwendet werden kann.
Zusätzlich ist die ladungssammelnde Elektrode 32 in der Ionisationskammer 10 derart aufgehängt, daß die erstere nicht in Kontakt mit der letzteren kommt; die Erfindung ist jedoch darauf oder dadurch nicht beschränkt.

Claims

1. Eine Ionisationskammer (10), gekennzeichnet durch:

eine elektrisch leitfähige, ladungssammelnde Elektrode (32) mit einem magnetischen Stoff (30) und einem Permanentmagneten;

einen Elektromagneten (34) zum berührungslosen Positionieren der ladungssammelnden Elektrode in bezug auf andere Teile der Ionisationskammer;

einen Positionssensor (36, 38) zum Feststellen der Position der ladungssammelnden Elektrode;

einen Schaltkreis (40) zur Rückkopplungssteuerung der magnetischen Kraft des Elektromagneten, um die ladungssammelnde Elektrode an im wesentlichen derselben Position zu halten; und

eine Ionisationsstromnachweisvorrichtung zum Nachweisen eines Ionisationsstroms, der durch die ladungssammelnde Elektrode bei Ionisation aufgrund von auf die Ionisationskammer angewendeter Strahlung gesammelt wird.

2. Eine Ionisationskammer nach Anspruch 1, wobei die Ionisationsstromnachweisvorrichtung ein Elektrometer eines berührungslosen Typs ist.

3. Eine Ionisationskammer nach Anspruch 2, wobei entweder der magnetische Stoff oder der Permanentmagnet an dem oberen Ende der ladungssammelnden Elektrode vorgesehen ist, wobei der Rückopplungssteuerschaltkreis einen Spulenstrom des Elektromagneten gemäß der Ausgabe des Positionssensors steuert und das Elektrometer eine nachweisende Elektrode hat, der ein elektrisch leitfähiges Blatt gegenüberliegt, das mit dem unteren Ende der ladungssammelnden Elektrode verbunden ist.

4. Eine Ionisationskammer nach Anspruch 1, wobei die Ionisationsstromnachweisvorrichtung umfaßt:

einen Resetkontakt (50), der mit der ladungssammelnden Elektrode jeweils nach einer vorbestimmten Zeitdauer in Berührung gebracht wird, und

eine Vorrichtung (54, 56) zum Nachweisen einer Ladungsmenge, die durch den Resetkontakt zur Zeit des Resetting der ladungssammelnden Elektrode fließt.

5. Eine Ionisationskammer nach Anspruch 4, wobei der Resetkontakt durch eine Resetsteuervorrichtung (52) betrieben wird.

6. Eine Ionisationskammer nach Anspruch 1, wobei entweder der magnetische Stoff (30) oder der Permanentmagnet (34) mit dem unteren Ende der ladungssammelnden Elektrode verbunden ist, ein erster Permanentmagnet (60) mit einem Kontakt (62) mit dem oberen Ende der ladungssammelnden Elektrode verbunden ist, und der Pennanentmagnet durch einen zweiten Permanentmagneten (64) gehaltert ist.

7. Eine Ionisationskammer nach Anspruch 6, wobei entweder der erste oder der zweite Permanentmagnet durch einen magnetischen Stoff ersetzt ist.

8. Eine Ionisationskammer nach Anspruch 1, wobei die Ionisationsstromnachweisvorrichtung umfaßt:

ein elektrisch leitfähiges Blatt (70), das mit der ladungssammelnden Elektrode verbunden ist;

Elektrodenplatten (72), zwischen denen eine vorbestimmte Spannung angelegt ist; und

eine Vorrichtung zum Nachweisen des Lageversatzes des Blattes, der durch die elektrostatischen anziehenden Kräfte, die zwischen dem Blatt und den Elektrodenplatten geschaffen werden, bewirkt wird.

9. Eine Ionisationskammer nach Anspruch 1, wobei die Ionisationsstromnachweisvorrichtung umfaßt:

ein mit der ladungssammelnden Elektrode (32) verbundenes elektrisch leitfähiges Blatt (70);

eine Vorrichtung zum Bilden eines variablen magnetischen Feldes, um extern ein variables magnetisches Feld zu schaffen, das sich periodisch ändert, um die ladungssammelnde Elektrode zu drehen;

eine nachweisende Elektrode (78), die dem Blatt gegenüberliegt; und

eine Vorrichtung (80, 82, 84) zum Nachweisen der Ladung, die an der nachweisenden Elektrode aufgrund von elektrostatischer Induktion auftritt.