DE69414429T2

DE69414429T2 - Szintillationszähler

Info

Publication number: DE69414429T2
Application number: DE69414429T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki C/O Hamamatsu Photonics K.K. Hamamatsu-Shi Shizuoka-Ken Okada; Takaji C/O Hamamatsu Photonics K.K Hamamatsu-Shi Shizuoka-Ken Yamashita
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1993-01-18
Filing date: 1994-01-18
Publication date: 1999-04-08
Anticipated expiration: 2014-01-19
Also published as: EP0608101A2; JPH06214035A; EP0608101A3; EP0608101B1; DE69414429D1; US5424546A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Szintillationszähler zum Bestimmen von Strahlung wie zum Beispiel β-Strahlen. Im speziellen betrifft die vorliegende Erfindung einen Szintillationszähler zur in vitro- oder in vivo-Bestimmung von β-Strahlen oder zum Bestimmen von β-Strahlen aus radioaktiver Verseuchung in Rohren mit kleinem Durchmesser zum Beispiel bei Kernkraftwerken.
Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Kokai Nr. HEI2-206786 beschreibt den in Fig. 1 (a) dargestellten Szintillationszähler 50 zur in vivo-Bestimmung von β-Strahlen, die von einem Organismus emittiert werden, welchem eine radioaktive Substanz injiziert wurde. β-Strahlen umfassen Elektronen (13) und Positronen (β&spplus;).
Wie in Fig. 1 (a) dargestellt, weist der Szintillationszähler 50 eine Szintillationsfaser 51 und einen optischen Detektor 52 auf, der durch eine optische Faser 53 angegliedert ist.
Um die Konzentration der Strahlung in einem bestimmten Bereich eines Objekts zu messen, wird die Szintillationsfaser 51 als Probe in den Bereich eingesetzt. Die Szintillationsfaser 51 nimmt aber auch γ-Strahlen von anderen Quellen auf, welche dann in ein Signal konvertiert werden. Das Signal erscheint als Hintergrundrauschen, welches die Genauigkeit der β-Strahlenmessung vermindert.
Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Kokai Nr. HEI4-274792 beschreibt einen in Fig. 1 (b) dargestellten Szintillationszähler 60 zum Bestimmen der Verteilung radioaktiver Substanzen in der Innenwand eines Rohres. Die Szintillationsprobe 61 des Szintillationszählers 60 hat ein Bündel einer Vielzahl von Szintillationsfasern. Das Bündel weist zwei Gruppen paralleler Szintillationsfasern auf: eine Meßfasergruppe 61A und eine Referenzfasergruppe 61B. Die Meßfasergruppe 61A umgibt die Referenzfasergruppe 61B. Die Referenzfasergruppe 61B weist eine Vielzahl von parallelen Szintillationsfasern 161B auf, von denen jede mit einem Schirmmaterial 64 zum Abblocken von β-Strahlen überzogen ist, wie in Fig. 1 (c) gezeigt. Daher sind die Szintillationsfasern 161B der Referenzfasergruppe 61B nur gegen γ-Strahlen sensibel. Demgegenüber weist die Meßfasergruppe 61A eine Vielzahl von parallelen Szintillationsfasern 161A auf, von denen jede nicht mit einem solchen Schirmmaterial 64 überzogen ist. Entsprechend sind die Szintillationsfasern 161A der Meßfasergruppe 61A sowohl gegen β-Strahlen als auch gegen γ-Strahlen sensibel, ähnlich der Szintillationsfaser 51 nach Fig. 1 (a). Eine Vielzahl von optischen Fasern 63A verbindet die vielen Szintillationsfasern 168A mit einem optischen Detektor 62A. Ähnlich verbindet eine Vielzahl optischer Fasern 63B die vielen Szintillationsfasern 161B mit einem optischen Detektor 62B. Das Faserbündel 61 kann als Probe in ein zu messendes Objekt eingesetzt werden. Die β-Strahlenintensität kann nur durch Subtraktion des vom optischen Detektor 62B ermittelten Werts vom mittels des optischen Detektors 62A ermittelten Werts bestimmt werden.
Diese Veröffentlichung beschreibt auch den in Fig. 1 (d) gezeigten Szintillationszähler 70, wobei eine Vielzahl Szintillationsfasern 171A einer Meßfasergruppe 71A mit einer Vielzahl Szintillationsfasern 171B (jeweils mit einem gegen β-Strahlen abschirmenden Material 64 überzogen) der Referenzfasergruppe 71B gepaart ist. Eine Szintillationsprobe 71 wird durch Anbringen des Paars Szintillationsfasern 171A und 171B an die Außenfläche eines zylindrischen Halters 75 in geeigneten Intervallen in Umfangsrichtung gebildet.
Jede der Proben 61 und 71 der oben beschriebenen Szintillationszähler ist in diesem Sinne aus einem Bündel einer Vielzahl von parallelen Szintillationsfasern gebildet und bestimmt so die Strahlungsverteilung. Entsprechend werden die Proben 61 und 71 zu dick, um sie in Rohre mit kleinen Durchmessern oder in lebende Objekte, insbesondere in kleine Tiere, einzuführen.
Es ist erkennbar, den Einzelfaser-Szintillationszähler 60 nach Fig. 1 (a) in Kombination mit einem weiteren Einzelfaser-Szintillationszähler 80 nach Fig. 1 (e) zu verwenden. Der Szintillationszähler 80 hat eine einzelne Szintillationsfaser 81, die mit einem β-Strahlen abschirmenden Material 84 überzogen ist und mittels einer optischen Faser 83 mit einem optischen Detektor 82 verbunden ist. In diesem Fall müssen zwei Fasern, d. h. die Szintillationsfaser 61 und die Szintillationsfaser 81 als zwei Proben in das zu messende Objekt eingesetzt werden.
Wenn die beiden Proben Seite an Seite verwendet werden und einander berühren, wie es in Fig. 1 (f) dargestellt ist, bleibt das Problem, daß das Einführen in kleine Tiere oder enge Rohre noch immer schwierig ist. Ein zusätzliches Problem ist dadurch entstanden, daß die β-Strahlenabschirmung 84 auf der Szintillationsfaser 81 β-Strahlen daran hindert, die der Szintillationsfaser 81 benachbarte Seite der Szintillationsfaser 51 zu erreichen. Dies verhindert gleichen Zugang von β-Strahlen zu allen Seiten der Faser 51, was wiederum eine Polarität bezüglich der Position des zu messenden Objekts erzeugt und dadurch die Genauigkeit der Messungen reduziert.
Es ist auch naheliegend, die zwei Proben in benachbarte aber voneinander getrennte Lagen gemäß Fig. 1 (g) zu bringen. Dies würde ein Einsetzen der Proben in lebende Objekte gestatten. Aber beim Messen in mikroskopischem Maßstab können die Proben, welche in eine nur geringfügig von der tatsächlich gewünschten Position abweichende Position eingesetzt worden sind, einen großen Genauigkeitsverlust bewirken. Obwohl dieses Verfahren genaue Messungen liefern würde, wenn die zwei Proben in eine Flüssigkeit mit einer gleichförmigen Radioaktivitätskonzentration eingesetzt würden, verliert es an Genauigkeit, wenn ein Objekt mit variabler Konzentrationsverteilung, zum Beispiel ein lebender Körper, gemessen wird.
Eine ähnliche Strahlungsprobe ist in der US-A-5 008 546 offenbart, die zwei Szintillationselemente Seite an Seite aufweist, von denen eines abgeschirmt ist, um alles außer γ-Strahlen auszublocken. Auf die Szintillationselemente einwirkende Strahlung bewirkt, daß die Elemente Szintillationslicht erzeugen, welches aus den Elementen entlang jeweiliger optischer Fasern zu einem Detektor geleitet wird. Die von jedem Szintillator erzeugte Lichtmenge wird verglichen und so das Verhältnis von Gammastrahlung zu Betastrahlung bestimmt.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die oben genannten Probleme zu lösen und liefert einen Szintillationszähler zum Bestimmen von β-Strahlen mit hoher Genauigkeit.
Nach dieser Erfindung ist ein Szintillationszähler mit:
einem Probenabschnitt, der eine Meßszintillationsfaser und eine Referenzszintillationsfaser aufweist, wobei die Meßszintillationsfaser ein erstes und ein zweites Ende entlang einer longitudinalen optischen Achse sowie eine Umfangsfläche hat, welche sich parallel zur longitudinalen optischen Achse zwischen dem ersten und dem zweiten Ende erstreckt, und wobei die Meßszintillationsfaser eine gewünschte Strahlungsart und eine andere Strahlungsart, welche auf ihre Umfangsfläche einwirken, aufnimmt und ein erstes Szintillationslicht mit einer ersten Wellenlänge und mit einer Intensität erzeugt, welche mit der Gesamtintensität der gewünschten Strahlungsart und der anderen Strahlungsart korrespondiert, und wobei die Referenzszintillationsfaser ein erstes und ein zweites Ende entlang einer longitudinalen optischen Achse sowie eine Umfangsfläche hat, welche sich parallel zur longitudinalen optischen Achse zwischen dem ersten und zweiten Ende erstreckt, wobei die Umfangsfläche mit einem strahlungsabschirmenden Film überzogen ist und so verhindert, daß die gewünschte Art der Strahlung auf seine Umfangsfläche einwirkt, während es der anderen Strahlungsart gestattet ist, auf seine Umfangsfläche einzuwirken, und wobei die Referenzszintillationsfaser ein zweites Szintillationslicht erzeugt, welches eine zweite Wellenlänge hat, die von der ersten Wellenlänge verschieden ist, sowie eine Intensität hat, die zur Intensität der anderen Art der Strahlung korrespondiert, wobei das erste Ende der Referenzszintillationsfaser optisch mit dem ersten Ende der Meßszintillationsfaser verbunden ist, so daß die Referenzszintillationsfaser mit der Meßszintillationsfaser axial ausgerichtet sind.
Im Szintillationszähler werden zwei Szintillationsfasern mit verschiedenen optischen Wellenlängen in einer Probe in Serie miteinander verbunden, wobei eine Szintillationfaser mit einer β-Strahlenabschirmung überzogen ist. Das optische Signal (Szintillationslicht), das von der nicht mit einer β-Strahlenabschirmung überzogenen Szintillationsfaser erzeugt wird, repräsentiert die Intensität sowohl der β-Strahlen als auch der γ-Strahlen. Dieses optische Signal wird durch die optische Faser geleitet und von dem Lichttrennmittel in Richtung des ersten optischen Detektormittels getrennt. Das getrennte optische Signal wirkt auf das erste optische Detektormittel, wo seine Intensität bestimmt wird.
Demgegenüber repräsentiert, weil die mit einer β-Strahlenabschirmung überzogene Szintillationsfaser eine für β-Strahlen stark reduzierte Empfindlichkeit aufweist, das von dieser Szintillationsfaser erzeugte optische Signal (Szintillationslicht) beinahe nur die Intensität von γ-Strahlen. Das optische Signal wird durch die optische Faser geleitet und vom Lichttrennmittel in Richtung des zweiten optischen Detektormittels getrennt. Dann wirkt das getrennte optische Signal auf das zweite optische Detektormittel, wo seine Intensität bestimmt wird.
Demzufolge kann die Intensität von nur den β-Strahlen bestimmt werden durch Subtraktion der Intensität der optischen Signale, welche vom zweiten optischen Detektormittel (die Intensität nur von γ-Strahlen repräsentierend) bestimmt worden sind von der Intensität des optischen Signals, das von dem ersten optischen Detektormittel (repräsentierend sowohl die Intensität von β-Strahlen als auch von γ- Strahlen).
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 (a) eine räumliche Ansicht eines herkömmlichen Szintillationszählers ist,
Fig. 1 (b) eine räumliche Ansicht eines anderen herkömmlichen Szintillationszählers ist,
Fig. 1 (c) eine von einer Vielzahl von Szintillationsfasern einer Referenzfasergruppe nach Fig. 1 (b) zeigt, welche mit einer β-Strahlenabschirmung überzogen ist,
Fig. 1 (d) eine räumliche Darstellung eines weiteren konventionellen Szintillationszählers ist,
Fig. 1 (e) eine perspektivische Darstellung eines Szintillationszählers ist, der in Kombination mit dem herkömmlichen Szintillationszähler nach Fig. 1 (a) verwendet werden kann,
Fig. 1 (f) die Art zeigt, wie die Proben nach Fig. 1 (a) und 1 (e) Seite an Seite plaziert und in ein zu messendes Objekt eingeführt werden,
Fig. 1 (g) die Art zeigt, wie die Proben nach Fig. 1 (a) und 1 (e) voneinander beabstandet plaziert und in einen lebenden Körper eingesetzt werden,
Fig. 2 ein räumliches Übersichtsbild ist, das eine Gesamtstruktur eines Szintillationszählers nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 3 (a) ein Querschnittsschema ist, welches schematisch eine Struktur einer Probe des Szintillationszählers nach Fig. 2 zeigt,
Fig. 3 (b) die Art zeigt, wie die Probe nach Fig. 2 in einen lebenden Körper eingesetzt wird,
Fig. 3 (c) die Art zeigt, wie die Probe nach Fig. 2 in ein Rohr eingesetzt wird,
Fig. 4 ein Diagramm ist, das die spektralen Charakteristika eines dichromatischen Spiegels zeigt,
Fig. 5 (a) eine Querschnittdarstellung ist, die ein konkretes Beispiel einer Struktur des Bereichs um die Probe herum zeigt,
Fig. 5 (b) eine Querschnittdarstellung ist, die ein anderes konkretes Beispiel einer Struktur des Bereichs um die Probe herum zeigt,
Fig. 6 (a), 6 (b) und 6 (c) Querschnitte sind, die verschiedene Beispiele einer Struktur eines Bereichs um die Probe herum darstellen,
Fig. 7 ein Querschnitt ist, der ein weiteres Beispiel für eine Struktur eines Bereichs um die Probe herum zeigt,
Fig. 8 ein Blockdiagramm ist, das ein konkretes Beispiel eines Detektionsabschnitts zeigt, und
Fig. 9 (a), 9 (b) und 9 (c) Querschnitte sind, die verschiedene Beispiele für eine Struktur eines Bereichs um die Probe herum nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Ein Szintillationszähler nach bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei ähnliche Teile und Komponenten durch dieselben Bezugsziffern bezeichnet sind, um doppeltes Beschreiben zu vermeiden.
Ein Szintillationszähler nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf Fig. 2 bis 8 beschrieben.
Fig. 2 ist eine räumliche Darstellung, die die Gesamtstruktur eines Szintillationszählers 1 nach der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Der Szintillationszähler 1 nach der ersten bevorzugten Ausführungsform weist folgendes auf: eine Probe 10 zum Einsetzen in eine geeignete Position im zu messenden Objekt, eine optische Faser 20 zum Senden von Licht (d. h. von einem optischen Signal), welches von der Probe 10 emittiert ist, und einen Detektionsabschnitt 30 zum Bestimmen der Intensität des optischen Signals, das durch die optische Faser übermittelt wird.
Die Probe 10 ist mit zwei Szintillationsfasern 11 und 12 ausgestattet, welche mit gemeinsamer optischer Achse optisch in Reihe verbunden sind. Die Szintillationsfaser (Referenzfaser 12) ist von einem β-Strahlen abschirmenden Materialfilm 13 umgeben, der Eindringen von β-Strahlen verhindert, so daß nur γ- Strahlen auf die Seitenfläche der Szintillationsfaser 12 einwirken können. Als β- Strahlen abschirmender Materialfilm 13 ist Wolfram, Eisen, Blei o. ä. einsetzbar. Wolfram ist höchst bevorzugt. Weil dagegen die Szintillationsfaser (Meßfaser) 11 nicht mit solch einem β-Strahlen abschirmenden Material überzogen ist, können sowohl β-Strahlen als auch γ-Strahlen auf die Szintillationsfaser 11 einwirken.
Nach der vorliegenden Erfindung ist die Szintillationsfaser 11 aus einer derartigen Szintillationsfaser gebildet, daß sie Szintillationslicht mit einer Wellenlänge λ&sub1; erzeugt, sobald zum Beispiel β- und γ-Strahlen auf sie einwirken, und zwar mit einer Intensität des Szintillationslichts, welche mit der Intensität der einwirkenden Strahlung korrespondiert. Die Szintillationsfaser 12 dagegen ist aus einer derartigen Szintillationsfaser gebildet, daß sie Szintillationslicht mit einer anderen Wellenlänge λ&sub2; erzeugt, wenn Strahlung wie zum Beispiel β- und γ-Strahlen auf sie einwirkt, und zwar mit einer Intensität des Szintillationslichts, welche mit der Intensität der einwirkenden Strahlung korrespondiert. Das in jeder der Szintillationsfasern erzeugte Szintillationslicht kann daher als optisches Signal angesehen werden, welches Information über die Intensität der korrespondierenden einwirkenden Strahlung enthält. Nach der vorliegenden Erfindung erzeugt die Szintillationsfaser 11, weil sie nicht mit dem β-Strahlen abschirmenden Material 13 überzogen ist, das Szintillationslicht mit einer Wellenlänge λ&sub1;, wenn β- und γ-Strahlen auf sie einwirken, wobei die Intensität des Szintillationslichts mit der gesamten Intensität der einwirkenden β- und γ-Strahlen korrespondiert. Weil demgegenüber die Szintillationsfaser 12 mit dem β-Strahlen abschirmenden Material 13 überzogen ist, erzeugt die Szintillationsfaser 12 Szintillationslicht mit der Wellenlänge λ&sub2;, wenn γ- Strahlen auf sie einwirken, und zwar mit der Intensität des Szintillationslichts, welche mit der Intensität der einwirkenden γ-Strahlen korrespondiert.
Wie in Fig. 3 (a) dargestellt, ist die zylindrische Form der Szintillationsfaser 11 aus Kunststoff gebildet und weist einen polystyrenbasiertes Szintillatorkern 11a und eine Verkleidung 11b mit Polymethylmethacrylat (PMMA) auf. Ähnlich ist die zylindrisch gestaltete Szintillationsfaser 12 aus Kunststoff gebildet und weist einen polystyrenbasierten Szintillatorkern 12a und eine Verkleidung 12b mit Polymethyl methacrylat (PMMA) auf. Die Szintillationsfasern 11 und 12 sind in Serie miteinander verbunden, und zwar mittels zum Beispiel adhäsiver oder thermischer Verbindung, so daß sie optisch mit zueinander ausgerichteten optischen Achsen 12X und 20X miteinander verbunden sind. So sind alle optische Achsen 11X, 12X und 20X zueinander ausgerichtet. Eine geeignete dicke β-Strahlenabschirmung 13 umgibt und überdeckt eine Umfangsfläche 12p (d. h. eine Außenfläche der Verkleidung 12b) der Szintillationsfaser 12.
Wie in Fig. 3 (b) dargestellt, wird, um β-Strahlen in einem lebenden, mit einer radioaktiven Substanz injizierten Objekt zu bestimmen, eine Hohlnadel 40 zunächst in eine Haut des lebenden Objekts eingeführt. Dann wird die Probe 10 in die Hohlnadel 40 eingeführt, so daß eine Umfangsfläche 11b der Szintillationsfaser 11 (d. h. eine Außenfläche der Verkleidung 11b) und eine Außenfläche der β- Strahlenabschirmung 13 im lebenden Objekt exponiert sind. Dementsprechend treffen β- und γ-Strahlen sowohl die Umfangsfläche 11p der Szintillationsfaser 11 als auch die Außenfläche der β-Strahlenabschirmung 13. Die die Umfangsfläche 11p treffenden β- und γ-Strahlen gelangen in den Kern 11a der Faser 11 durch die Verkleidung 11b, woraufhin ein Szintillationslichtblitz der Wellenlänge λ&sub1; im Kern erzeugt wird. Das Szintillationslicht wird wiederholt an der Grenzschicht zwischen Kern und Verkleidung intern total reflektiert, und wird so zum Kern 12a der Szintillationsfaser 12 weitergeleitet. Das Szintillationslicht wird dann wiederholt an der Grenzschicht zwischen Kern 12a und Verkleidung 12b total reflektiert und wird so im Kern 12a zur optischen Faser 20 weitergeleitet.
Es sei bemerkt, daß β- und γ-Strahlen, weil die Endfläche 11e der Spitze der Szintillationsfaser 11 im lebenden Körper ebenfalls exponiert ist, auch diese Endfläche 11e der Spitze treffen und dort in die Faser 11 gelangen, wo sie den Szintillationsblitz erzeugen. Weil aber ein Bereich der Spitzenendfläche 11e relativ zum Bereich der Umfangsfläche 11p sehr klein ist, ist auch die Menge der β- und γ-Strahlen, die durch die Spitzenendfläche 11e in die Faser 11 gelangen, sehr klein im Vergleich mit den β- und γ-Strahlen, welche in die Faser 11 durch die Umfangsfläche 11p gelangen. Dementsprechend gelangen β- und γ-Strahlen überwiegend durch die Umfangsfläche 11p in die Faser 11.
Der β-Strahlenabschirmungsfilm 13 verhindert, daß die dessen Oberfläche treffenden β-Strahlen auf die Umfangsfläche 12p der Faser 12 einwirken. Nur die γ-Strahlen können auf die Umfangsfläche 12p der Faser 12 einwirken. Die γ-Strahlen gelangen in den Kern 12a durch die Verkleidung 12b, woraufhin ein Lichtblitz mit der Wellenlänge λ&sub2; im Kern erzeugt wird. Das Szintillationslicht wird wiederholt an der Grenzschicht zwischen Kern und Verkleidung intern total reflektiert und wird so zur optischen Faser 20 weitergeleitet.
Das Szintillationslicht der Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2;, welches auf diese Weise in die optische Faser 20 eingeleitet ist, wird an der Grenzschicht zwischen einem Kern 20a und einer Verkleidung 20b der optischen Faser 20 wiederholt intern total reflektiert und so im Kern 20a zum Detektionsabschnitt 30 weitergeleitet.
Fig. 3 (c) zeigt den Fall, in dem die Probe 10 in ein Rohr 41 kleinen Durchmessers eingesetzt ist, um β-Strahlen aus radioaktiver Verseuchung darin zu bestimmen. Auch in diesem Fall gelangen β- und γ-Strahlen in die Szintillationsfaser 11 überwiegend durch die Umfangsfläche 11p. γ-Strahlen gelangen in die Faser 12 nur durch die β-Strahlenabschirmung 13 und die Umfangswand 12p.
Von Bicron Corporation produzierte Szintillationsfasern können als Szintillationsfasern 11 und 12 verwendet werden. Um genau zu sein, sind Szintillationsfasern BCF-20 oder BCF-28 (beide generieren Szintillationslicht mit einer Wellenlänge von ungefähr 480 nm bei Einwirkung von Strahlung) für die Szintillationsfaser 11 und Szintillationsfasern BCF-10 oder BCF-12 (beide generieren Szintillationslicht mit einer Wellenlänge von ungefähr 430 nm bei Einwirkung von Strahlung) für die Szintillationsfaser 12 bevorzugt. Es sei bemerkt, daß die Szintillationsfasern BCF-20 und BCF-28 als Szintillationsfaser 11, welche am Spitzenende der Probe 10 gegenüber der optischen Faser 20 positioniert sind, verwendet werden sollten. Denn der Werkstoff der Szintillationsfasern BCF-20 und BCF-28 neigt dazu, das Licht kürzerer Wellenlänge, welches von BCF-10 und BCF-20 emittiert wird, zu absorbieren. Wenn die Fasern BCF-20 und BCF-28 als Faser 12 eingesetzt werden, absorbiert die Faser 12 das Licht der Wellenlänge λ&sub1; größenteils, welches in der Faser 11 erzeugt wurde, während das Licht dort hindurch transmittiert wird. Als generelle Regel sollte das Material der Szintillationsfaser 12, welche mit der optischen Faser 20 verbunden ist, einen niedrigen Absorptionskoeffizienten für das Wellenlicht λ&sub1; haben, welches von der Szintillationsfaser 11 erzeugt wird. Noch konkreter heißt das, daß es notwendig ist, wenn zwei Szintillationsfasern A und B mit verschiedenen, Wellenlängen λA und λB präpariert werden, die Spektralabsorption der Faser A für Wellenlänge λB und die der Faser B für Wellenlänge λA miteinander zu vergleichen. Wenn der Absorptionskoeffizient der Faser A für Wellenlänge λB kleiner ist als der der Faser B für Wellenlänge λA, sollte die Faser A als Faser 12 und die Faser B als Faser 11 eingesetzt werden. Wenn der Absorptionskoeffizient der Faser B für Wellenlänge λA kleiner ist als der der Faser A für Wellenlänge λB, sollte die Faser B als Faser 12 und die Faser A als Faser 11 eingesetzt werden.
"Luminous" TC-500-15 produziert von Sahi Chemical Industry Co., Ltd. ist als optische Faser 20 geeignet.
Der Detektionsabschnitt 30 ist mit folgendem ausgestattet: einem dichromatischen Spiegel 31 zum Trennen des optischen Signals, das von der optischen Faser 20 emittiert wird, optischen Detektoren 32 und 33 zum Bestimmen der Intensität der zwei optischen Signale, nachdem sie getrennt worden sind, und einem Kalkulator 34 zum Subtrahieren der Intensität, die von den optischen Detektoren 32 und 33 bestimmt worden ist.
Wenn die Szintillationsfaser 11 Wellenlänge λ&sub1; erzeugt und die Szintillationsfaser 12 Wellenlänge λ&sub2;, werden zwei optische Signale, d. h. Licht mit der Wellenlänge λ&sub1; (in einer Intensität, welche die totale Intensität von β- und γ-Strahlen repräsentiert) sowie Licht mit der Wellenlänge λ&sub2; (mit einer Intensität, welche die Intensität von nur γ-Strahlen repräsentiert) gemeinsam durch die einzelne optische Faser 20 transmittiert. Die optische Faser 20 fördert oder führt die optischen Signale zum dichromatischen Spiegel 31. Wie in Fig. 4 dargestellt, reflektiert der dichromatische Spiegel 31 fast 100% des optischen Signals mit der Wellenlänge λ&sub1; und läßt beinahe 100% des optischen Signals mit der Wellenlänge λ&sub2; durch. Auf diese Weise nimmt Licht mit der Wellenlänge λ&sub1; und Licht mit der Wellenlänge λ&sub2; einen verschiedenen optischen Weg, wenn es auf den dichromatischen Spiegel 31 trifft, wobei der schräg angeordnete dichromatische Spiegel 31 das Licht mit der Wellenlänge λ&sub1; zum optischen Detektor 32 reflektiert und das Licht mit der Wellenlänge λ&sub2; zum optischen Detektor 33 hindurchläßt.
Die optischen Detektoren 32 und 33 bestimmen die Intensität des einwirkenden Lichts, d. h. Licht der Wellenlänge λ&sub1; bzw. λ&sub2;. Die von den optischen Detektoren 32 und 33 aus den optischen Signalen bestimmten Intensitätswerte werden zum Kalkulator 34 gesendet, welcher die Differenz zwischen dem Intensitätswert vom optischen Detektor 33 und dem Intensitätswert vom optischen Detektor 32 ermittelt. Mit anderen Worten kann durch Bestimmung der Differenz zwischen dem Intensitätswert, der die Intensität nur der λ-Strahlen repräsentiert (detektiert vom optischen Detektor 33) und dem Intensitätswert, der die Intensität sowohl von β- als auch von γ-Strahlen repräsentiert (detektiert vom optischen Detektor 33) der Intensitätswert nur der β-Strahlen bestimmt werden.
Fig. 5 (a) ist eine Querschnittübersicht, die ein konkretes Beispiel der Struktur um die Probe 10 herum darstellt. Die Szintillationsfasern 11 und 12 sind jeweils ungefähr 3 mm lang und haben einen Außendurchmesser von ungefähr 0,5 mm. Die Szintillationsfaser 11, die β-Strahlenabschirmung 13 und die optische Faser 20 sind mit einem optischen Abschirmungsrohr 14 z. B. aus Aluminium überdeckt, um sichtbares Licht auszublocken. Der Abschnitt des optischen Abschirmungsrohrs 14, welcher die optische Faser 20 umgibt, ist mit einem Verstärkungsrohr 15 z. B. aus rostfreiem Stahl mit 1,0 mm Durchmesser überdeckt. Ein reflektierender Film 16 z. B. aus Aluminium ist dem Spitzenende 11e der Szintillationsfaser 11 vorgesetzt. Dieser reflektierende Film 16 nimmt Teile der optischen Signale, welche in den Szintillationsfasern 11 und 12 erzeugt werden, auf und reflektiert sie zur optischen Faser 20 zurück. Dieser reflektierende Film 16 verstärkt so einen Teil des Szintillationslichts, das durch die optische Faser 20 fortgeleitet wird, so daß es wirkungsvoll auf die optischen Detektoren 32 und 33 einwirkt.
Wie in Fig. 5 (b) dargestellt, wird durch Schärfen der Spitze 11e der Szintillationsfaser 11 zu einem Punkt und Hinzufügen eines reflektierenden Films 16' eine modifizierte Probe 10' geschaffen. Die zueinander winkligen Flächen, welche durch diesen Schärfungsprozeß produziert werden, können das Szintillationslicht, das durch Szintillationsfasern 11 und 12 erzeugt wird, wirkungsvoller durch die Kerne der zwei Szintillationsfasern 11 und 12 zur optischen Faser 20 reflektieren. Nimmt man zum Beispiel den Lichtblitz, der in Fig. 5 (b) von der Szintillationsfaser 20 gebildet worden ist, dann läuft ein Teil des Szintillationslichts zur optischen Faser 20, während ein anderer Teil durch die Szintillationsfaser 11 geleitet wird. Der durch die Szintillationsfaser 11 geleitete Abschnitt reflektiert einmal an beiden winkligen Kanten der Szintillationsfaser 11 und kehrt so seine Richtung zur optischen Faser 20 um.
Die β-Strahlenabschirmung 13 kann integral mit dem optischen Abschirmungsrohr 14, wie in Fig. 6 (a), gebildet werden, in das optische Abschirmungsrohr 14 eingebettet werden, wie es in Fig. 6 (b) dargestellt ist, oder extern um das optische Abschirmungsrohr 14 montiert werden, wie es in Fig. 6 (c) gezeigt ist. Wie in Fig. 7 kann das Spitzenende 11e zusätzlich mit einem schwarzen Pigmentfilm 17 zum Ausblocken sichtbaren Lichts bedeckt sein.
Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm, welches ein konkretes Beispiel eines Detektionsbereichs 30 darstellt. Die von der optischen Faser 20 emittierten optischen Signale wirken auf den dichromatischen Spiegel 31 ein. Das optische Signal mit der Wellenlänge λ&sub1; reflektiert vom dichromatischen Spiegel 31 und wirkt auf den optischen Detektor 32. Das optische Signal mit der Wellenlänge λ&sub2; wird durch den dichromatischen Spiegel 31 durchgelassen und wirkt auf den optischen Detektor 33 ein.
Der optische Detektor 32 ist mit einem Fotomultipliertube (PMT, Fotomultiplizierrohr) mit einer Fotokathodenfläche hoher Sensibilität für Licht mit der Wellenlänge λ&sub1; ausgestattet. Der optische Detektor 33 ist mit einem Fotomultipliertube (PMT, Fotomultiplizierrohr) mit einer Fotokathodenfläche hoher Empfindlichkeit für Licht der Wellenlänge λ&sub2; ausgestattet. Im konkreten Beispiel, wo BCF-20 oder -28 als Faser 11 und BCF-10 oder -12 als Faser 12 verwendet werden, detektieren die optischen Detektoren 32, 33 Wellenlänge λ&sub1; von 480 nm bzw. Wellenlänge λ&sub2; von 430 nm. Jeder der Detektoren 32, 33 sollte deshalb vorzugsweise eine Bialkali-Fotokathodenfläche haben. Denn Bialkali-Fotokathodenflächen weisen generell ein Empfindlichkeitsmaximum im ultravioletten Bereich auf. Wenn eine Szintillationsfaser zum Erzeugen einer Wellenlänge λ&sub1; von 600 nm oder mehr als Faser 11 verwendet wird, sollte der optische Detektor 32 allerdings vorzugsweise eine Multialkalikathodenfläche haben. Denn Multialkalikathodenflächen haben generell ein Empfindlichkeismaximum für längere Wellenlängen als Bialkali-Fotokathodenflächen. Als generelle Regel sollte, will der optische Detektor 32 zum Detektieren einer Wellenlänge (λ&sub1;) länger als der vom optischen Detektor 33 detektierten (λ&sub2;) ist, der Detektor 32 empfindlich für Wellenlängen sein, die länger sind als diejenigen, für welche der optische Detektor 33 empfindlich ist.
Das Intensitätssignal, welches vom optischen Detektor 32 detektiert wird, wird einem Photonenzähler 34a im Kalkulator 34 zugeführt, wo ein Intensitätswert, welcher die totale Intensität der γ- und β-Strahlen repräsentiert, bestimmt wird. Ähnlich wirkt das Intensitätssignal, welches vom optischen Detektor 33 detektiert wird, dem Photonenzähler 34b des Kalkulators 34 zugeführt, wo ein Intensitätswert bestimmt wird, der die Intensität der detektierten γ-Strahlen repräsentiert. Es sei bemerkt, daß jeder der Photonenzähler 34a und 34b solche Vorrichtungen wie Verstärker, Diskriminatoren (z. B. Einkanalanalysatoren), pulsformende Schaltungen, einen Zähler usw. zum Ausführen der wohlbekannten Operation des Photonenzählens aufweist. Die Differenz zwischen den an den Zählern 34a, 34b berechneten Werten wird in einen Subtraktionsabschnitt 34c gebracht und als Intensitätswert nur der β-Strahlen ausgegeben.
Ein Szintillationszähler nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf Fig. 9 (a) bis 9 (c) beschrieben. In der ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Szintillationsfaser 12 mit dem β-Strahlenabschirmungsmaterial 13 überdeckt. In der zweiten Ausführungsform dagegen ist, wie in Fig. 9 (a), 9 (b) und 9 (c) dargestellt, die Szintillationsfaser 11 mit einer β-Strahlenabschirmung 13' überdeckt, während die Szintillatonsfaser 12 nicht mit dem β-Strahlenabschirmungsmaterial überzogen ist. Dementsprechend mißt die Szintillationsfaser 11 nur γ-Strahlen und die Szintillationsfaser 12 sowohl β- als auch γ-Strahlen. Obwohl der Bereich der Spitzenendfläche 11e verglichen mit dem Bereich der Umfangsfläche 11p sehr klein ist, ist es vorteilhaft, die β-Strahlen am Einwirken auf die Spitzenendfläche 11e zu hindern. Dementsprechend ist die β- Strahlenabschirmung 13' vorzugsweise kappenförmig, um nicht nur die Umfangs fläche 11p sondern auch die Spitzenendfläche 11e der Szintillationsfaser 11 zu überdecken.
Wie schon oben beschrieben, sind entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Szintillationsfaser zum Bestimmen der Intensität nur der -Strahlen und eine Szintillationsfaser zum Bestimmen der Gesamtintensität von γ- und β-Strahlen in Serie zu einer einzelnen Probe angeordnet. Durch Berechnen der Differenz zwischen den detektierten Werten kann die Intensität nur der β-Strahlen und nur der γ-Strahlen ermittelt werden.
Der Szintillationszähler nach der vorliegenden Erfindung kann daher die Intensität nur von γ-Strahlen und nur von β-Strahlen unter Verwendung einer einzelnen Probe detektieren und zur Verfügung stellen. Weil nur eine Probe verwendet wird, gibt es keine zweite Probe zum Ausblocken von β-Strahlen, und β-Strahlen haben daher gleichermaßen Zugang zu allen Seiten der Probe. Außerdem erzeugt das Verbinden der zwei Szintillationsfasern in Serie in einer einzelnen Probe eine einfache örtliche Beziehung zwischen den zwei Szintillationsfasern und dem zu messenden Objekt. Es gibt daher keine Polarität bezüglich der Position des zu messenden Objekts, und die Genauigkeit der Messungen wird so verbessert.
Darüber hinaus ist eine einzelne Probe dünner als zwei Proben und kann darum einfacher in einen lebenden Körper eingeführt werden, was Schaden am lebenden Körper verglichen mit dem Einsetzen von zwei Proben reduziert.
Während die Erfindung detailliert mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte es einem Fachmann klar sein, daß verschiedene Veränderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Wesen der Erfindung, wie es in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
Zum Beispiel kann durch Austauschen der Abschirmung 13 oder 13' gegen eine Abschirmung, die α-Strahlen, Positronen oder andere Strahlungsarten ausblocken kann, der Szintillationszähler nach der vorliegenden Erfindung zum Messen der Intensitäten von α-Strahlen, Positronen oder anderen Strahlungsarten verwendet werden. Intensitäten verschiedener Strahlungsarten können durch Austausch des Abschirmungstyps gemessen werden.
Auch wenn im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ein dichromatischer Spiegel 31 als Lichttrennmittel eingesetzt ist, können andere Wellenlängenselektionselemente verwendet werden.
Die obige Beschreibung beschreibt nur die Arten der Verwendung des Szintillationszählers nach der vorliegenden Erfindung zum Detektieren von β-Strahlen in einem lebenden Körper und in einem Rohr mit Bezug auf die Fig. 3 (b) und 3 (c). Der Szintillationszähler nach der vorliegenden Erfindung ist aber vielseitig anwendbar für verschiedene Arten von in vivo- und in vitro-Bestimmung von β- Strahlen sowie für verschiedene Arten der Bestimmung von β-Strahlen aus radioaktiver Kontamination.

Claims

1. Szintillationszähler (1) mit:

einem Probenabschnitt (10), der eine Meßszintillationsfaser (11) und eine Referenzszintillationsfaser (12) aufweist, wobei die Meßszintillationsfaser (11) ein erstes und ein zweites Ende entlang einer longitudinalen optischen Achse sowie eine Umfangsfläche hat, welche sich parallel zur longitudinalen optischen Achse zwischen dem ersten und dem zweiten Ende erstreckt, und wobei die Meßszintillationsfaser (11) eine gewünschte Strahlungsart und eine andere Strahlungsart, welche auf ihre Umfangsfläche einwirken, aufnimmt und ein erstes Szintillationslicht mit einer ersten Wellenlänge und mit einer Intensität erzeugt, welche mit der Gesamtintensität der gewünschten Strahlungsart und der anderen Strahlungsart korrespondiert, und

wobei die Referenzszintillationsfaser (12) ein erstes und ein zweites Ende entlang einer longitudinalen optischen Achse sowie eine Umfangsfläche hat, welche sich parallel zur longitudinalen optischen Achse zwischen dem ersten und zweiten Ende erstreckt, wobei die Umfangsfläche mit einem strahlungsabschirmenden Film (13) überzogen ist und so verhindert, daß die gewünschte Art der Strahlung auf seine Umfangsfläche einwirkt, während es der anderen Strahlungsart gestattet ist, auf seine Umfangsfläche einzuwirken, und wobei die Referenzszintillationsfaser ein zweites Szintillationslicht erzeugt, welches eine Intensität hat, die mit der Intensität der anderen Strahlungsart korrespondiert, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende der Referenzszintillationsfaser (12) optisch mit dem ersten Ende der Meßszintillationsfaser (11) verbunden ist, um die Referenzszintillationsfaser (12) mit der Meßszintillationsfaser (11) axial auszurichten, sowie dadurch, daß die Meßszintillationsfaser (11) ein Szintillationslicht erzeugt, das eine erste Wellenlänge aufweist und die Referenzszintillationsfaser (12) ein Szintillationslicht erzeugt, das eine zweite von der ersten Wellenlänge verschiedene Wellenlänge aufweist.

2. Szintillationszähler (1) nach Anspruch 1, wobei der Strahlungsabschirmungsfilm (13) auf der Referenzszintillationsfaser (12) eine β-Strahlenabschirmung und die gewünschte Strahlenart β-Strahlung ist.

3. Szintillationszähler (1) nach Anspruch 1 oder 2 zusätzlich mit:

einer optischen Faser (20), die optisch mit dem Probenabschnitt (10) zum Transmittieren des im Probenabschnitt erzeugten Szintillationslicht ist,

einem Lichttrennmittel (31) zum Trennen des von der optischen Faser (20) transmittierten Szintillationslichts nach der Wellenlänge,

einem ersten Lichtdetektiermittel (32) zum Detektieren der Intensität des in der Meßszintillationsfaser (11) erzeugten Szintillationslichts, welches durch das Lichttrennmittel (31) getrennt worden ist,

einem zweiten Lichtdetektiermittel (33) zum Detektieren der Intensität des in der Referenzszintillationsfaser (12) erzeugten Szintillationslichts, welches vom Lichttrennmittel (31) getrennt worden ist, und

einem Differenzkalkulationsmittel (34) zum Berechnen der Differenz zwischen den zwei Intensitäten zum Anzeigen der Intensität der gewünschten Strahlungsart.

4. Szintillationszähler nach Anspruch 3, in dem auch die optische Faser (20) ein erstes und zweites Ende entlang einer longitudinalen optischen Achse aufweist,

wobei das erste Ende der optischen Faser optisch mit dem zweiten Ende der Meßszintillationsfaser (11) oder dem zweiten Ende der Referenzszintillationsfaser (12) verbunden ist, um das erste und zweite Szintillationslicht aufzunehmen, was in der ersten bzw. zweiten Szintillationsfaser (11 und 12) erzeugt worden ist,

wobei das Lichttrennmittel (31) mit dem zweiten Ende der optischen Faser (20) konfrontiert ist und so das zum zweiten Ende transmittierte erste und zweite Szintillationslicht aufnimmt und das erste und zweite Szintillationslicht trennt,

und wobei das erste Lichtdetektiermittel (32) die Intensität des ersten Szintillationslichts aufnimmt und detektiert, welche für die totale Intensität der gewünschten Strahlungsart und der anderen Strahlungsart repräsentativ ist und ein erstes Signal produziert, welches den Wert der totalen Intensität der gewünschten Strahlungsart und der anderen Strahlungsart anzeigt,

und wobei das zweite Lichtdetektiermittel (33) die Intensität des zweiten Szintillationslichts aufnimmt und detektiert, welches repräsentativ für die Intensität der anderen Strahlungsart ist, und ein zweites Signal produziert, welches den Wert der Intensität der anderen Strahlungsart anzeigt,

und wobei schließlich das Differenzkalkulationsmittel (34) den Wert der Differenz zwischen dem vom zweiten Signal angezeigten Wert und dem vom ersten Signal angezeigten Wert empfängt und berechnet, welcher wiederum einen Wert der Intensität der gewünschten Strahlungsart anzeigt.

5. Szintillationszähler nach Anspruch 2, wobei die Meßszintillationsfaser (11) eine Umfangsfläche aufweist, die sich parallel zur longitudinalen optischen Achse zwischen den einander gegenüberliegenden zum Aufnehmen von Strahlung einschließlich β-Strahlen erstreckt, und

wobei die Referenzszintillationsfaser eine Umfangsfläche aufweist, die sich parallel zur longitudinalen optischen Achse zwischen den einander gegenüberliegenden Enden erstreckt, wobei die Umfangsfläche mit der β-Strahlenabschirmung überzogen ist, um β-Strahlung daran zu hindern, auf die Umfangsfläche einzuwirken, während anderer als β-Strahlung somit gestattet ist, auf die Umfangsfläche einzuwirken.

6. Szintillationszähler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Lichttrennmittel einen dichromatischen Spiegel zum Reflektieren des ersten oder zweiten Szintillatonslichts und zum Durchlassen des anderen aufweist.

7. Szintillationszähler nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Referenzszintillationsfaser (12) zwischen der Meßszintillationsfaser (11) und der optischen Faser (20) angeordnet ist, wenn die Spektralabsorption der Referenzszintillationsfaser (12) für das erste Szintillationslicht geringer ist als die Spektralabsorption der Meßszintillationsfaser (11) für das zweite Szintillationslicht, und wobei die Meßszintillationsfaser (11) zwischen der Referenzszintillationsfaser (12) und der optischen Faser (20) angeordnet ist, wenn das Gegenteil der Fall ist.

8. Szintillationszähler nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei jedes der ersten und zweiten Lichtdetektiermittel (32, 33) eine Fotomultipliertube (PMT, Fotomultiplizierröhre) aufweist.

9. Szintillationszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Umfangsflächen der Meßszintillationsfaser (11) und der Referenzszintillationsfaser (12) mit einem Lichtabschirmungsfilm (14) überzogen ist, um sichtbares Licht daran zu hindern, auf die entsprechende Umfangsfläche einzuwirken.

10. Szintillationszähler nach Anspruch 9 bei Abhängigkeit von einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Meßszintillationsfaser (11) zwischen der Referenzszintillationsfaser (12) und der optischen Faser (20) angeordnet ist und das freie Ende der Referenzfaser (12) mit einem Strahlungsabschirmungsfilm (13) überzogen ist, um zu verhindern, daß die gewünschte Strahlungsart auf das Ende der zweiten oder Referenzszintillationsfaser (12) einwirkt.

11. Szintillationszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich mit einer reflektierenden Schicht (16), die auf dem freien Ende der Referenzszintillationsfaser (12) oder der Meßszintillationsfaser (11) gebildet ist, um das Szintillationslicht, welches in der Referenzszintillationsfaser (12) und der Meßszintillationsfaser (11) erzeugt ist, zu reflektieren und so zu bewirken, daß das Szintillationslicht vom freien Ende weg reflektiert wird.