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Geigerzähler Die Wirkung moderner Geigerzähler beruht auf der Auslösung
von Photoelektronen in einem ionisierbaren Gas. Dieses Gas ist in einem Metallzylinder
enthalten, der als Kathode für eine elektrische Entladung wirkt. Die Anode wird
von einem innerhalb der Kathode koaxial mit ihr angeordneten Stab oder Draht gebildet.
Bei Verwendung des Zählers läßt man die zu prüfende Strahlung in die Röhre in Richtung
ihrer Achse einfallen. Zu diesem Zweck ist die Röhre an einem Ende mit einem die
Strahlen in nur geringem Maße absorbierenden Fenster versehen.
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Nur der zwischen den obenerwähnten Elektroden eingeschlossene Raum
ist wirksam. Der Raum zwischen dem Fensterende der Anode und dem Fenster ist als
schädlicher Raum zu betrachten. Infolge des Vorhandenseins dieses Raums wird die
Wirksamkeit des Zählers herabgesetzt, da zwar Strahlen in ihm absorbiert, aber keine
Elektronen in ihm beschleunigt werden.
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Das Fenster ist in der Regel aus Lindemannglas hergestellt. Um das
Fenster an der metallenen Außenwand der Röhre zu befestigen, wird ein Zylinder aus
weichem Glas zwischen dem Fenster und dem Metallzylinder eingefügt. Ein Rand dieses
Zylinders wird mit dem Fenster und der andere mit der Kathode verschmolzen. Dieses
Verbindungsstück umschließt den schädlichen Raum.
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Es hat sich bereits als möglich erwiesen, den schädlichen Raum dadurch
zu verkleinern und somit den Wirkungsgrad des Zählers dadurch zu erhöhen, daß der
Zähler mit einem Fenster aus Glimmer statt aus Lindemannglas versehen wird. Das
gläserne Verbindungsstück kommt sodann in Fortfall und das Fensterende der Anode
kommt näher am Fenster zu
liegen. Die sodann erhaltene Verbesserung
in der Wirkung der Röhre wiegt die für die gasdichte Befestigung der Glimmerfenster
zu treffenden Vorkehrungen auf.
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Die Erfindung betrifft einen Geigerzähler mit einem noch kleineren
schädlichen Raum. Das Fenster der Röhre nach der Erfindung ist elektrisch leitend
und mit dem Kathodenzylinder leitend verbunden. In der Röhre nach der Erfindung
entsteht somit auch ein elektrisches Feld in dem zwischen dem Fensterende der Anode
und dem Fenster liegenden Raum, so daß dieser Raum zur Zählwirkung beiträgt. Um
stellenweise ein übermäßig starkes Feld zu vermeiden, ist die Anode am Fenster zugekehrten
Ende abgerundet.
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Der bei der Verwendung des Geigerzählers zwischen den Elektroden unterhaltene
Spannungsunterschied wird unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren möglichst
günstig gewählt. Unterhalb eines bestimmten Wertes weist die Röhre überhaupt keine
Zählwirkung auf. Dieser kritische Wert, im nachstehenden als Zählschwelle angedeutet,
kann z. B. durch Änderung des Abstandes zwischen den Elektroden geändert werden,
wodurch sich die Feldstärke bei einer gegebenen Spannung ändert.
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Beim Geigerzähler nach der Erfindung ist durch eine passende Wahl
des Abstandes zwischen der Anode und dem Fenster bewirkt, daß die dem elektrischen
Feld im Raum zwischen der Anode und dem Fenster entsprechende Zählschwelle gleich
derjenigen ist, die dem Raum zwischen der Anode und dem Metallzylinder entspricht.
Auf diese Weise wird erreicht, daß in einem Bereich keine Strahlung wirkungslos
absorbiert wird, die im anderen Bereich Photoelektronen hätte auslösen können.
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Neben der Wirksamkeit im Bereich, der bei den bekannten Zählern den
schädlichen Raum darstellt, bietet die Röhre nach der Erfindung den Vorteil, daß
sie widerstandsfähiger aufgebaut werden kann, da sich ein Fenster aus Metall verwenden
läßt. Ein solches Fenster vereint den bei Glimmerfenstern bereits vorhandenen Vorteil,
daß es ohne Glaszwischenzylinder an der Metallwand der Röhre befestigt werden kann,
mit der Eigenschaft, daß es an sich widerstandsfähiger als die bekannten Fenster
ist.
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Die Erfindung wird an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert,
in der Fig. i ein Ausführungsbeispiel eines Geigerzählers nach der Erfindung im
Längsschnitt darstellt; in Fig. 2 ist der Verlauf der Kraftlinien des elektrischen
Feldes in der Röhre dargestellt.
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Die Röhre nach Fig. i besitzt ein dünnes Fenster i aus Metall, z.
B. aus Duraluminium. Das Fenster ist deutlichkeitshalber übertrieben stark dargestellt.
In Wirklichkeit ist seine Stärke z. B. 0,025 mm, so daß es für Röntgenstrahlen leicht
durchlässig ist. Das Fenster ist mittels einer Überwurfmutter 2 und eines Anschlußrings
3 luftdicht an dem Metallzylinder 4 befestigt, der die Außenwand der Röhre darstellt.
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Das andere Ende des Zylinders 4 ist durch einen durchbohrten Stöpsel
5, gleichfalls aus Metall, verschlossen. In der ffnung dieses Stöpsels ist ein Glasisolator
6 angebracht, durch welchen ein zentral im Zylinder 4 liegender Draht 7, der die
Anode der Röhre bildet, durchgeführt ist. Das Ende 8 der Anode ist abgerundet, da
an einem scharfen Rand eine zu starke Konzentration des elektrischen Feldes auftreten
würde. Ein Metallzylinder 9, der die Anode umgibt, erfüllt die Funktion einer Kathode.
Er ist mit der metallenen Außenwand 4 leitend verbunden. Zwischen der Anode 7 und
der Kathode 9 kann ein Spannungsunterschied dadurch unterhalten werden, daß der
Zylinder 4 und das aus dem Isolator 6 emporragende Ende der Anode elektrisch mit
den Klemmen einer Stromquelle verbunden werden. Die Kathode ist durch Ringe io unterstützt,
in der Weise, daß sie gleichfalls koaxial mit der "Metallumhüllung 4 liegt.
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Das Gefäß ist mit einem Gasgemisch gefüllt, welches durch ein Seitenröhrchen
ii eingeführt wird. Dieses Röhrchen wird darauf abgekniffen und dichtgeschmolzen.
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In Fig.2 sind einige Einzelteile der Röhre nach Fig. i dargestellt
und mit gleichen Bezugziffern versehen. Die Linien 12 deuten Kraftlinien des beim
Betrieb der Röhre erzeugten elektrischen Feldes an. Da das Fenster i elektrisch
mit dem Zylinder 9 verbunden ist, gehen von der Anode nicht nur seitlich Kraftlinien
aus, sondern Kraftlinien laufen auch von dem Fensterende der Anode zum Fenster.
Wenn durch das Fenster in der Röhre hindurchgehende Strahlen im Raum zwischen dem
Fensterende 8 der Anode und dem Fenster i Photoelektronen auslösen, werden hier
gleichfalls kurzzeitige Entladungen auftreten, die Zählimpulse in dem mit der Röhre
verbundenen Kreis herbeiführen. Dieser Raum stellt daher nicht mehr wie früher einen
schädlichen Raum dar, in dem Strahlenquanten wirkungslos absorbiert werden.
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Der Abstand zwischen dem Fensterende 8 der Anode und dem Fenster i
ist derart gewählt, daß die Anlaßspannung, das ist die Spannung, oberhalb deren
die Zählwirkung einsetzt, für den Raum direkt hinter dem Fenster gleich derjenigen
für den Raum zwischen dem Stab 7 und dem Zylinder 9 ist.
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Die Anode kann ein Stäbchen von etwa io mm Stärke sein, dessen Kuppe
in einem Abstand von z. B. 5 mm vom Fenster liegt. Die gestrichelte Linie 13 deutet
die Grenze des wirksamen Volumens des Gases an. Es bleibt für die Anode nur noch
eine sehr dünne Schicht übrig, nicht stärker als etwa i,5 mm, die als schädlicher
Raum betrachtet werden kann. Im Einklang damit wird der Durchmesser der Kathode
verhältnismäßig klein gewählt, um in den beiden wirksamen Bereichen Zählschwellen
von gleicher Höhe zu erhalten. Der wirksame Durchmesser der Röhre wird daher klein
im Verhältnis zum Gesamtvolumen. Da die Lebensdauer der Röhre vom verfügbaren Gasvolumen
abhängig ist, kann die Röhre nach der Erfindung längere Zeit als die bisher bekannten
Geigerzähler verwendet werden.
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Das Fenster braucht nicht völlig aus Metall zu bestehen, obzwar eine
Aluminiumscheibe zum Durchlassen bestimmter Röntgenstrahlen, z. B. der von Kupfer
ausgesandten charakteristischen Strahlen, besonders geeignet ist. Es lassen sich
aber auch Fenster aus einem nicht leitenden Stoff verwenden, der als Träger einer
dünnen Schicht aus leitendem Material dient. So können Fenster aus Glimmer verwendet
werden,
die mit einer dünnen Metallschicht überzogen sind. Auch sind leitende Deckschichten
aus anderen Stoffen als Metall, z. B. Kohlenstoff, verwendbar. Ein geeignetes Fenster
für eine Röhre nach der Erfindung ist eine Glimmerscheibe, die mit aus einer Suspension
niedergeschlagenem Kohlenstoff (Aquadag) überzogen ist.
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Im beschriebenen Beispiel ist die Außenwand 4 der Röhre aus Metall
angefertigt. Dies hat den Zweck, eine widerstandsfähige Bauart zu erhalten. Wenn
an die Widerstandsfähigkeit weniger hohe Anforderungen gestellt werden, ist eine
Außenwand aus Glas verwendbar, was für bestimmte Anwendungen erwünscht sein kann.