DE7044745U - Vorrichtung zur untersuchung von strahlungsquellen - Google Patents

Description

PatentanwHft»

Dipl..Ing, R. £3 " E T Z «eft.

uipuing, κ, LAMP.-iilCHT

Dr..|ng. R. BEETZJr

8 München2 2, Stoirudorf«tr. 10 ,

410-16.572G 3.I2.I97O

Commissariat ä I¹Energie Atomique, Paris (Prankreich)

Vorrichtung zur Untersuchung von Strahlungsouellen

Die Neuerung bezieht aich auf eine Vorrichtung zur Untersuchung von Strahlungsquellen bzw. eine Meßanordnung für Strahlung aussendende Proben, die insbesondere für spektrometrieche Untersuchungen von hoher Genauigkeit geeignet ist.

Es ist bekannt, da3 derartige Vorrichtungen für hohe Ansprücne mit einer Tieftemperatur-Ktihlung für den Detektor versehen sein müssen, so daß eine Änderung der Lage des Detektors in Bezug auf die zu untersuchende Strahlungsquelle Schwierigkeiten bereitet. Auch die Notwendigkeit, die den Detektor enthaltende Kammer auf geringem Druck zu halten, stellt den Fachmann vor Probleme, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, daß der Austausch der Strahlungsquelle generell eine Demontage der Vorrichtung erfordert.

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Ziel der N«i.öx-uiig ist daher eine Vorrichtung, die den Erfordernissen der Praxis insbesondere hinsichtlich der Veränderung der relativen Lage zwischen Strahlungsquelle und Detektor ohne Unterbrechung des Vakuums oder Demontage der Vorrichtung sowie ohne "Wärmeeinbruch" beim Detektor besser entspricht als die bislang bekannten Lösungen. Besonderes Ziel ist ferner die Ermöglichung von Koinzidenzmessungen bei der Röntgenstrahlen- und Elektronenspektrometrie.

Die zu diesem Zweck entwickelte, insbesondere für Koinzidenzmessungen geeignete Vorrichtung zur Untersuchung von Strahlungsquellen gemäß der Neuerung ist gekennzeichnet durch eine Kammer mit (einem oder) zwei Detektoren, einem Vakuumanschluß, einem Doppelrohrstutzen zur Verbindung mit einem Vorratsbehälter für verflüssigtes Gas, einem axial in der Kammer angeordneten Strahlungsquellenträger, (einer oder) zwei Detektorhalterungen, die auf zwei zum Strahlungsquellenträger symmetrischen Führungen verschiebbar montiert und vermittels flexibler Rohr- oder Schlauchleitungen jeweils zum einen mit dem das Zuströmen von verflüssigtem Gas zum Innenraum der Halterungen hin ermöglichenden Rohrstutzen und zum anderen mit einem durch den Rohrstutzen hindurchgeführten Verlängerungerohr zum Abführen von Kühlmittel in den Vorratsbehälter hinein verbunden sind} und durch individuelle Mittel zur Einstellung der Lage der Detektoren auf den Führungen von außerhalb der Kammer.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Neuerung umfaßt die Vorrichtung außerdem zur Anfügung einer Anordnung zum Einbringen und zur Lageeinrichtung der Strahlungsquelle eine annehmbare und abschließbare Schleusenkammer mit einem Stutzen mit Evakuierungsanschluß und von außen zu betätigenden Mitteln

* zur Bewegung einer Stange mit dem Strahlungsquellenträger

längs der Achse dea Stutzens, mit denen daa Strahlungsquellenträgerende der Stange durch die Schleuse hindurch in die Nähe der Detektoren gebracht werden kann_e

Weitere Merkmale der Neuerung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer als Beispiel gewählten besonderen Ausführungsart für eine Vorrichtung zur Untersuchung von Strahlungequellen bzw. Meßanordnung für R+rahlungsproben hervorgehen. Selbstverständlich wird di" ^g keinesfalls durch die beiachriebenen Einzelheiten χ e eingeschränkt, Die Beschreibung bezieht sich auf die ar;fc<,-ügte Zeichnung, in der eine neuerungsgemäße Kammer mit zwei beweglichen Detektoren für Koir.3idenzmessungen dargestellt ist.

Bei der speziell dargestellten Ausführungsart wird die neuerungsgemäße Vorrichtung durch mehrere voneinander trennbare Teile gebildet. Auf diese Weise kann durch Änderung der Zusammenstellung der verschiedenen Teile eine Anpassung an spezielle Probleme ermöglicht werden.

Die verschiedenen voneinander trennbaren Teile sind im wesentlichen:

- ein bei Betrieb mit flüssigem Stickstoff gefüllter Vorratsbehälter A für verflüssigtes G-as;

eine Kammer D mit zwei beweglichen Detektorhalterungen, die gegen eine (nicht gezeigte) Kammer mit nur einem festen Detektor austauschbar ist;

eine Anordnung C zur Lageeinrichtung der zu untersuchen-

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den Strahlungsquelle;

ein Schieberventil E, das zusammen mit einem Verbindungsteil G eine Schleuse für den Übergang von der Kammer D zur Anordnung G bildet;

ein Pumpsystem F zum Evakuieren der Vorrichtung nach Zusammenbau der verschiedenen Teile.

Die im Rahmen der beschriebenen AusfUhrungsart verwendeten Detektoren sind auf den Detektorhalterungen austausch- l r. Es handelt sich dabei insbesondere um Halbleiterdetektcren, die durch Germanium- oder Siliciumplättchen mit unter : Erzeugung eines Übergangs großer Dicke eindiffundiertem

Lithium gebildet werden. Jeder Detektor ist mit einem Vorverstärker verbunden, der zur Verstärkung der Ladung dient, die durch in den Übergang einfallende Strahlung erzeugt wird und die dann in einer außerhalb .3er Vorrichtung befindlichen für Spektrometrie geeigneten Meßkette analysiert wird. Die (rermaniumdetektoren werden für die /-Spektrometrie verwendet und die Siliciumäatektoren für Elektronen oder Röntgenstrahlen von geringer Energie.

Mit Hilfe der nachfolgend näher beschriebener; Anordnungen wird bei der dargestellten Vorrichtung die Kühlung des Detektors auf die Temperatur von verflüssigtem Stickstoff ermöglicht, indem man ihn in eine evakuierte Kammer bringt, die ebenfalls den entsprechenden Vorverstärker aufnehmen kann.

Die zu untersuchende Strahlungsquelle kann ebenfalls in die gleiche evakuierte Kammer eingebracht werden, was im Falle von Elektronenspektrometrie von Bedeutung ist, da so eine

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Absorption von Elektronen äurca die Luft zwischen Strahlungsquelle und Detektor vermieden wird. Die Vorrichtung umfaßt daher ein Schleusensystem, mit dessen Hilfe nacheinander mehrere Strahlungsquellen ohne Veränderungen der Analyaenbedingungen (Druck, Temperatur, Polarisation) und mit einer sehr hohen leproduzierbarkeit der Lageeinrichtung in Meßstellung gebrac t werden können.

Darüber hinaus ist die Vorrichtung für Messungen an unterschiedlichen Radioisotopen konzipiert, wofür eine je nach Bedarf einstellbare Geometrie Quelle-Detektor erforderlich ist.

Wie Fig. 1 zeigt, wird der Vorratsbehälter A für die Aufnahme von verflüssigtem Gas und insbesondere im vorliegenden Fall von verflüssigtem Stickstoff durch ein Dewargefäß mit einem abgeschlossen evakuierten Doppelmantel für die Wärmeisolierung gebildet. Das untere Ende dea Vorratsbehälters wird durch zwei konzentrische Rohre A- und A, gebildet, die durch einen Abschlußring A₂ miteinander verbunden sind und zwischen denen besagtes Wärmeisolationsvakuum herrscht. Der Behälter ist mithin unten offen und der flüssige Stickstoff kann durch das innere Rohr A-, ohne weiteres abfließen (woran er allerdings durch den topfartigen Stutzen Dq bis D^ gehindert wird, der lediglich einen Abfluß in Richtung D₁-Jt D₁₄ zuläßt). Ein äußerer Flansch A. ermöglicht die Verbindung des Vorratsbehälters A mit der Kammer D gemäß Fig. 1 oder in Abwandlung dessen mit einer anderen je nach Messproblem gewählten Kammer.

Die Kammer D enthält zwei bewegliche Detektorhalterungen D. und H₁Ci eile symmetrisch zu. ihrer Achse angeordnet sind,

Sie wird durch ein dichtes Gehäuse mit einem für den Zugang zu den auf den Detektorhalterungen mon--ierteu Detektoren abnehmbaren Boden gebildet. Ein Plansch Dp dient zur Verbindung der Kammer mit einer Pumpe bzw. einem Pumpayatem, und ein Plansch D-, am Boden der Kammer ermöglicht im übrigen die Verbindung derselben mit der Anordnung C zur Lageeinrichtung der Strahlungsquelle über eine Schleuse.

Zwei symmetrische Plansche D. nehmen zwei Translationsvorrichtungen mit Mikrometerschrauben auf, die derjenigen der Anordnung C analog sind, welche im nachfolgenden beschrieben wird. Diese Vorrichtungen sind mit den Detektorhalterungen D₁ bzw. D₁₅ über dünnwandige Rohre Dg verbundan, so daß ein Wärmeaustausch zwischen den Bedienungselementen und den gekühlten Detektorhalterungen möglichst eingeschränkt wird.

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Die Detektorhalterungen D.. und D₁ ^ haben Hohlräume für die Zirkulation von flüssigem Stickstoff zur Kühlung dar Detektoren_e Zu diesem Zweck ist eine Verbindung mit dem Vorratsbehälter A derart vorgesehen, daß eine Hin- und Rückzirkulation von flüssigem Stickstoff möglich ist.

Das obere Ende der Kammer D enthält in seinem Niveau einen doppelwandigen Rohrstutzen D~, der an seinem oberen Ende durch einen Plansch Dq abgeschlossen wird, der am Plansch A. des Vorratsbehälters für flüssigen Stickstoff befestigt werden kann. Am unteren Ende des Stutzens ist seine innere Wand mit einem Boden D₁^ verschweißt bzw. verlötet, durch den die Rohre des Stickstoffkreises hindurchführen, welche den Vorratsbehälter mit den Detektorhalterungen verbinden,,

Das an seinem oberen Ende mit dem Boden D₁₀ verschweißte

■ur D₁₁ dient für den Zustrom von flüssigem Stickstoff ,ι den Detektorhalterungen)ο Die Rückführung des Stickstoffs zum Vorratsbehälter A erfolgt über ein nach oben zu so weit heraufreichendes Rohr D-,, daß es im Vorratsbehäl- : ter bis über das Niveau des flüssigen Stickstoffs reicht und

das von einem isolierenden Stutzen oder Mantel D_1? umschlos-• sen wird, der zum einen am oberen Ende des Rohres D-, und

ν zum anderen am Boden D₁Q angeschweißt bzw. angelötet ist.

: Der Kreislauf für flüssigen Sticks eoff wird durch vier

flexible Rohre vervollständigt, von denen zwei (Rohre D₁₄) das Rohr D^₁ mit den Anschlüssen der Detektorhalterungen D₁ und D₁C verbinden und zwei (Rohre D.g) für die Rückführung des Stickstoffs aus den Hohlräumen der Detektorhalterungen

! zum Rohr D-, hin dienen. Der Aufbau des Stickstoffkreislaufs

ist derart vorgesehen, daß jede Gasphase aus den Hohlräumen

; der Detektorhalterungen in Folge der Dichteunterschiede zwi-

^; sehen flüssiger und gasförmiger Phase auf natürliche Weise

entweicht.

j Bei Betrieb sind diese Hohlräume mithin ständig mit

j zirkulierenden, flüssigem Stickstoff gefüllt: Bei zusammenge-

j bautem Vorratsbehälter A und Kammer D fließt der in den Vor-

\ ratsbehälter eingefüllte flüssige Stickstoff unter der Wir-

i kung der Schwerkraft durch die Rohre D₁₁ und D... bis z;u den

^: Detektorhalterungen und steigt durch die Rohre D^ und O₁,

. wieder auf und stellt sich in letzterem auf ein Niveau ein,

das demjenigen des flüssigen Stickstoffs im Vorratsbehälter

' entspricht.

Bei jedem Detektorhalter wird der ringförmige Hohlraum,

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durch den der flüssige Stickstoff "irkuliert, durch eine Wand D₁„ mit großer Wärmeleitfähigkeit begrenzt, auf welcher der Detektor befestigt ist. Der zentrale Raum D₁Q ist für die Aufnahme des Eingangatransistors des entsprechenden Vorverstärkers bestimmt. Hinten ist die Detektorha terung am Rohr D_r befestigt, das seine Lageänderung ermöglicht. Während dieser Lageänderungen gewährleisten auf einer Stange Dp, verschiebbare Laufbüchsen Dp_?, die mit den Detektorhalterungen D₁ bzw. D^,- fest verbunden sind, die Führung derselben.

Das Einbringen einer zu untersuchenden Strahlungsquelle zwischen die Detektorhalt.erungen D₁ und υ..,- erfolgt über die Anordnung C. Diese wird durch einon stutzen Cg gebildet, längs dessen Achse eine Stange Cr verschiebbar ist bzw. bewegt werden kann, deren oberes Ende den Strahlungsquellenträger bildet.

Wenn der Stutzen C mit der Kammer D über das als Schleuse wirkende Schieberventil E verbunden ist, kann der Stutzen C₂ evakuiert werden, wobei die Verbindung mit dem Pumpsystem P über einen Anschluß G₁ erfolgt, der in Höhe des Verbindungsteils G zwischen der Anordnung C und dem Ventil E vorgesehen ist. Nach öffnen des Ventils E kann die Bewegung der Stange C,- von außen her mit Hilfe einer Mikrometerachraube C,_o gesteuert und das Ende des Strahlungsquellenträgera zwischen die Detektoren gebracht werden. Umgekehrt kann nach Zurückziehen der Stange die Schleuse geschlossen und die Anordnung C zum Austausch der Strahlungsquelle ohne Unterbrechung des Vakuums in der Kammer D abgenommen werden.

Das Pumpsystem F umfaßt eine Adsorptionspumpe F₁ und

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eine Ionenpumpe P_?. Diese beiden Pumpen sind mit den beiden Zweigen eines Kreuzstücks F, verbunden, dessen beide andere Zweige mit den Anschlüssen G- bzw, D₂ verbunden sind, so daß beidseits des Ventils E der Schleuse ein Vakuum angelegt werden kann. Die Ventile Pg, Pq und F₁₀ sind zwischen dem Kreuzstück F, und der Adsorptionspumpe F₁ bzw. der Anordnung C bzw. der Kammer D vorgesehen.

Während der Evakuierung der Kammer D ist das Ventil F₁₀ und das Ventil E geschlossen (soweit der Aufbau dieses umfaßt). Die Adsorptionspumpe wird *ann durch öffnen der Ventile F₃ und F_Q mit dem Innenraum der Kammer in Verbindung gebracht; nach Absinken des Druckes auf beispielsweise 1 χ 10"^ Torr kann die Ionenpumpe in Betrieb genommen und dann das Ventil Fg geschlossen werden.

Nach Anfügen der Anordnung C wird diese durch öffnen des Ventils F₁₀ mit der Adsorptionspumpe verbunden. Zuvor wurde das Ventil Fq geschlossen (zur Aufrechterhaltung des durch die Ionenpumpe erzeugten niedrigen Drucks in der Kammer) und die Ionenpumpe abgestellt. Wenn der Druck im Bereich von Schleuse und Ad sorptionspumpe 1 χ 10"*⁵ Torr erreicht, wird die Ionenpumpe erneut in Betrieb genommen. Man kann dann,

-7 wenn der Druck beispielsweise 1 χ 10 Torr erreicht, die Kammer D mit der Schleuse durch öffnen dea Schieberventils B und dann des Ventils F₀ verbinden« Dann ist es möglich die Strahlungsquelle nach oben zu bewegen und vor die Detektoren zu bringen.

Für den Austausch der Strahlungsquelle muß die Schleuse abgenommen und die Anordnung G mithin vorher auf Atmosphärendruck gebracht werden. Dazu sind folgende Operationen

erroraeriich:

Schließen der Ventile E, dann Fq und dann Fgj Abstellen der Ionenpumpe;

- öffnen eines (nicht gezeigten) Ventils zum Einlaß von Luft; und

Abnahme der Schleuse.

Man kann auch das Abschalten der Ionenpumpe bei jeder Demontage der Anordnung G vermeiden, indem man die in der Zeichnung schematisch (strichpunktiert) angedeutete Variante verwendet, mit der eine direkte Verbindung zwischen der Adsorptionspumpe F.. und der Anordnung C unter Umgehung des Kreuzstücks F, mit Hilfe entsprechender Ventile möglich ist.

Claims (3)

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Untersuchung von Strahlungsquellen gekennzeichnet durch eine Kammer (D) mit (einem oder) zwei Detektoren, einem Yakuumanschluß (Dp), einem Doppelrohrstutzen (D,-,) zur Verbindung mit einem Vorratsbehälter (A) für verflüssigtes Gas, einem axial in der Kammer angeordneten Strahlungsquellenträger (C,-) sowie (einer oder) zwei Detektorhalterungen (D₁ und D-|c)» die auf zwei zum Strahlungsquellenträger symmetrischen Führungen (D_?pi Dp,) verschiebbar montiert und vermittels flexibler Rohroder Schlauchleitungen (D-·/ und D^g) jeweils zum einen mit dem das Zuströmen von verflüssigtem Gas zum Innenraum der Detektorhalterungen hin ermöglichenden Rohrstutzen (D~ -D....) und zum anderen mit einem durch den Rohrstutzen hindurchführenden Verlängerungsrohr (D·«?» ^iO ^zum Abführen von Kühlmittel in den Vorratsbehälter hinein verbunden sind; sowie durch individuelle Mittel zur Einstellung der Lage der Detektoren auf den Führungen von außerhalb der Kammer.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zur Anfügung einer Anordnung zum Einbringen und zur Lageeinstellung der Strahlungsquelle dienende, zusätzliche, von der Detektorkammer abnehmbare und verschließbare Schleusenkammer (G,G,E) die einen (abgeschlossenen) Stutzen (G₃,G) mit Vakuumanachluß (G₁) umfaßt, sowie Mittel (G₁₀) zur Betätigung einer längs der Achse des Stutzens beweglichen Stange (Gc) von außerhalb des Stutzens derart, daß das Probenträgerende der Stange (Cp) durch die Schleuse (E) in die Nähe der Detektoren gebracht werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch dünnwandige Roh ^e (Dg) als Verbindung zwischen den von Kühlmittel durchströmten Detektorhalterungen (D^ b.rw. D^) den äußeren Einstellmitteln.