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Einrichtung zum Messen kurzwelliger Strahlungen mittels eines Zählrohres
mit Dampfzusatz, insbesondere für die Zwecke der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen kurzwelliger Strahlungen, wie
Röntgenstrahlen, - Gammastrahlen usw., mittels eines Zählrohres finit Dampfzusatz,
insbesondere für die Zwecke der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung.
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Die hierzu benutzten Zählrohre versagten bisher, wenn die zu messenden
Strahlungsintensitäten groß waren, d. h. wenn z. B. mehr als i ooo Stöße pro Sekunde
im Zählrohr ausgelöst werden. Derartige Strahlungsintensitäten sind aber durchaus
üblich und treten sowohl bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung als auch in
der .ärztlichen Dosimetrie auf. Die Zählrohre sprechen zwar bei derartig hohen Strahlungsintensitäten
an, jedoch ist die Anzeige des Zählrohres nicht mehr proportional der auffallenden
Strahlungsintensität. Es hat sich nämlich durch Versuche herausgestellt; daß die
Zählrohre einer gewissen Erholungszeit bedürfen, um nach einem Zählrohrstoß wieder
ansprechbereit zu sein Diese Erholungszeit liegt bei den Zählrohren in der ursprünglich
von Geiger und Müller angegebenen Art in der Größenordnung von io-2 Sek., bei den
neueren Zählrohren mit Dampfzusatz (nach Trost) in der Größenordnung von io-4 Sek.,
d.h. auch diese Zählrohre mit Dampfzusatz geben nur lineare Anzeige bis zu Stoßzahlen
von etwa iooo. Impulsen pro Sekunde. Hohe Stoßzahlen werden aber angestrebt, um
die statistischen Schwankungen im Zählrohreffekt schon bei sehr kurzer Meßzeit weitgehendst
auszugleichen.
Es ergibt sich nun die Tatsache, daß die quantitativ meßbare maximale Strahlungsintensität
erheblich kleiner ist als die Strahlungsintensitäten, die mit den bekannten Ionisationskammern
noch meßbar sind. Zwischen der empfindlichsten Ionisationskammer und den Zählrohreinrichtungen
andererseits besteht also eine Lücke, woraus die Notnendigkeit hervorgeht, das Auflösungsvermögen
der Zählrohre zu vergrößern, so daß auch in dem erwähnten Zwischenbereich quantitative
Messungen großer Strahlungsintensitäten möglich werden und die statistischen Schw=ankungen
im Zählrohreffekt schon bei sehr kurzer Meßdauer weitgehendst ausgeglichen sind.
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Das erwähnte Auflösungsvermögen von Zählrohren mit Dampfzusatz zu
vergrößern, hat sich vorliegende Erfindung zur Aufgabe gemacht. Die Erfindung geht
hierbei von folgenden Erkenntnissen aus: Das Auflösungsvermögen eines Zählrohres
mit Dampfzusatz ist dadurch begrenzt, daß bei jeder Entladung um den Zähldraht herum
ein Raumladungsmantel gebildet wird, der die Feldstärke im Entladungsbereich so
weit herabsetzt, bis die Entladung abreißt. Diese Raumladung muß eine genügende
Wegstrecke weggeführt sein, bevor das Zählrohr wieder ansprechen kann. Um die dazu
notwendige Zeit (Erholungszeit) herabzusetzen, d. h. das Auflösungsvermögen zu vergrößern,
muß also die Raumladungsbildung möglichst unterdrückt und/oder die Laufzeit der
Ionen verkleinert werden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an das Zählrohr eine
unterhalb der Einsatzspannung liegende Betriebsspannung gelegt ist und/oder das
Verhältnis von Zählrohrdurchmesser zu Durchmesser des Zähldrahtes des vorzugsweise
mit kleinem Durchmesser zu wählenden Zählrohres kleiner ist als 5o.
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Zu der ersteren Maßnahme ist folgendes ztt bemerken: Dadurch, daß
das Zählrohr unter der sog. Einsatzspannung arbeitet, wird die Raumladungsbildung
weitgehendst unterdrückt. Unter der Einsatzspannung wird hierbei bekanntlich die
an das Zählrohr zu legende Betriebsspannung verstanden, bei der das Zählrohr in
der bisher üblichen Weise zu arbeiten beginnt, d. h. bei der die Einzel= stöße eine
merkliche Größe erreichen. Die Bildung der Raumladung erfolgt durch die von den
Primärelektronen ausgelöste Ionisation in der Nähe des Zähldrahtes. Die Zahl der
von einem Elektron gebildeten Ionen ist aber tun so kleiner, je geringer die kinetische
Energie des Elektrons ist. Die lawinenartige, den Zählrohrstoß bedingende Bildung
von Ionen erfolgt aber bekanntlich erst bei der dadurch gekennzeichneten Einsatzspannung.
Arbeitet man also erfindungsgemäß unterhalb dieser Einsatzspannung, so löst ein
Elektron nur wenig Ionen aus, die auch nur zu einer geringen Raumladung führen.
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Es ist bei den Zählrohren ohne Dampf-. zusatz bekannt, daß auch unterhalb
der Einsatzspannung noch Zählrohranzeigen möglich und die Erholungszeiten dabei
sehr klein sind. Da jedoch bei Zählrohren ohne Dampfzusatz unterhalb der Einsatzspannung
die bei einem Zählrohrstoß transportierten Ladungsmengen äußerst klein sind
( Bildung von nur wenigen Sekundärelektronen ' durch ein Primärelektron),
so ist einerseits die Kürze der Erholungszeit dabei selbstverständlich, und andererseits
ist damit kein wesentlicher Fortschritt in der Strahlungsempfindlichkeit gegenüber
der Ionisationskammer gegeben. Dagegen sind beim Betrieb von Zählrohren mit Dampfzusatz
unter der Einsatzspannung gemäß der Erfindung die transportierten Ladungsmengen
etwa t ooomal so groß wie bei den Zählrohren ohne Dampfzusatz. Deshalb ist die Feststellung,
daß trotzdem die Erholungszeiten sehr klein sind, eine neue Erkenntnis, ebenso wie
die Feststellung, daß die hohe Empfindlichkeit der Zählrohre mit Dampfzusatz unter
der Einsatzspannung die bestehende Lücke zwischen der empfindlichen technischen
Ionisationskammer und dem Zählrohr, betrieben wie normal über der Einsatzspannung,
ausfüllt.
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Zu der zweiten erfindungsgemäßen Maßnahme ist folgendes zu bemerken:
Es sind zwar gelegentlich Zählrohre mit einem Verhältnis von Zählrohrdurchmesser
zu Zähldrahtdurchmesser kleiner als 50 gebaut worden, jedoch nur zu dem Zweck, die
Abhängigkeit der Zählrohreigenschaften, z. B. der Einsatzspannung von den Zählrohrdimensionen,
zu untersuchen, nicht aber zu praktischen Strahlungsmessungen, weil mit größerem
Durchmesserverhältnis beim normalen Zältirohrbetrieb über der Einsatzspannung der
Spannungsbereich, in dem das Zählrohr störungsfrei arbeitet, kleiner wird. Erfindungsgemäß
läßt sich jedoch bei Zählrohren mit Dampfzusatz durch ein größeres Durchmesserverhältnis
das Zählrohrauflösungsvermögen steigern. Dadurch, daß das Verhältnis von Zählrohrdurchmesser
zu Durchmesser des Zähldrahtes des vorzugsweise mit kleinem Durchmesser zu wählenden
Zählrohres kleiner als 50 gewählt ist, wird nämlich eine Verkürzung der Laufzeit
der Ionen erreicht. Den Zählrohrdurchmesser möglichst klein zu machen, bedeutet,
wie ohne weiteres verständlich ist, nichts anderes als eine Verkürzung des Weges
der Ionen. Die gleichzeitige Vergrößerung des Zähldrahtdurchmessers bewirkt
eine
Erhöhung der mittleren Feldstärke längs des Weges der Elektrizitätsträger und damit
eine schnelle Ableitung der Raumladung. Es ist klar, daß dies nicht etwa durch Erhöhung
der Betriebsspannung erreicht werden kann, da. man ja dann gemäß den obigen Ausführungen
zur ersten Maßnahme das Auflösungsvermögen verschlechtern würde, was erfindungsgemäß
gerade vermieden werden soll.
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Insbesondere die Kombination der beiden erfinderischen Merkmale, die
richtige Zählrohrspannung und die günstige Dimensionierung, läßt, wie sich durch
Versuche bestätigt hat, bei Zählrohren mit Dampfzusatz ein Auflösungsvermögen bis
über ioo ooo Stöße pro Sekunde erreichen. Das bedeutet aber, daß nunmehr Strahlungsintensitäten
meßbar sind, die i oomal so stark als die bisher mit Zählrohren meßbaren Intensitäten
sind, eine Tat-Sache, die vor allem im Hinblick auf die Messungen bei der zerstörungsfreien
Werkstoffprüfung von allergrößter Bedeutung ist.