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Elektroskop
L)ie Notwendigkeit der dauernden Messung von Strahlungen,
die schädlich für Personen sind, welche mit radioaktiven Stoffen arbeiten oder sonstwie
durchdringenden Strahlungsenergien oder -teilchen ausgesetzt sind, hat den Wunsch
nach kleinen leichten Strahlungsmeßgeräten entstehen lassen.
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Für diesen Zweck sind zahlreiche Miniaturelektroskope im Handel erhältlich
und in den letzten Jahren unter Bezeichnungen, wie Lauritsen-, Füllhalter- und Taschenelektroskope,
Taschendosimeter, tragbare Dosimeter usw. zur ausgedehnten Anwendung gekommen. 1
)ie bisher üblichen Miniaturgeräte sind jedoch ziemlich teuer herzustellen, da sie
eine umfassende Fachkunde bei der Herstellung, beim ZusammenIau und bei der Einstellung
erfordern.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektroskop derjenigen Art, welcher
das von C. C. und T. L a u -ritsen in »Review of Scientificlnstrurnents«, 1937,
Bd. 8, S. 438, beschriebene Quarzfaserelektroskop zugrunde liegt.
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Bei einem solchen Elektroskop ist innerhalb eines geschlossenen Gehäuses
ein auf ein elektrisches Potential aufladbares System isoliert abgestützt, das aus
einem festen Abstoßkörper und einer im Abstand davon angeordneten, von außen durch
ein Fenster zu I,eleuchtenden, biegsamen Indikatorfaser besteht, deren Ablenkung
mittels eines optischen Systems beobachtet werden kann. Bei diesen Instrumenten
bildet die z. B. mit Gold bespritzte Quarzfaser einen feinen, leichten, elastischen
elektrischen Leiter, der
einseitig so befestigt ist, daß sein freies
Ende unter dem Einfluß eines angelegten elektrostatischen Feldes abgelenkt wird.
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Zweck der Erfindung ist, ein solches Indikatorfaserelektroskop in
Form eines kleinen handlichen Gerätes zu schaffen, das sich zur Massenherstellung
eignet und trotzdem bei großer mechanischer Widerstandsfähigkeit eine hohe und gleichmäßige
elektrische Stabilität besitzt.
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Gemäß der Erfindung weist das Elektroskop ein aufladbares System
auf, das eine sich rechtwinklig zur Ablenkungsebene der Indikatorfaser erstrekkende
Abstoßfläche besitzt und innerhalb eines das System eng umgebenden Gehäuses mit
leitender Innenoberfläche eingeschlossen ist, welches eine nahe dem Ende der Indikatorfaser
Ibefindliche Skala zum Messen des Faserablenkungswinkels sowie eine Linse trägt,
die ein vergrößertes, virtuelles Bild von dem Faserende und der skala zu erzeugen
vermag.
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Das Elektroskop gemäß der Erfindung kann die Gestalt eines kleinen,
zum Durchblicken bestimmten und vorzugsweise mit einem abnehmbaren Handgriff ausgerüsteten
Gerätes haben, oder es kann mit seinem Gehäuse nach Art einer Armbanduhr ausgebildet
sein, um atif dem Handgelenk getragen werden zu können.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung liegen das Beleuchtungsfenster,
die Skala und das ablenkbare Ende der Indikatorfaser in der optischen Achse der
Linse, so daß Skala und Faserende gegen das Fenster im durchfallenden Licht beobachtet
werden können.
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Bei einer wahlweisen anwendbaren Ausfü;hrungstorrn liegt das Beleuchtungsfenster
außerhalb der optischen Achse der Linse, und es ist ein optisches System vorgesehen,
welches das vom Fenster ausgehende Licht empfängt und auf die Skala und das ablenkbare
Faserende richtet. Das optische System umfaßt vorzugsweise ein reflektierendes Prismensystem,
das so angeordnet ist, daß es das Faserende und die Skala mit durchfallendem Licht
beleuchtet.
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Das Prismensystem enthält zweckmäßig ein erstes Prisma, von welchem
die Skala in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem ablenkbaren Ende der Indikatorfaser
so getragen wird, daß sie von dem Prisma mit durchfallendem Licht beleuchtet wird,
sowie ein zweites Prisma, das zur Beleuchtung des Faserendes mit durchfallendem
Licht dient.
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Zwecks einwandfreier Stabilisierung der Indikatorfaser erstreckt
sich die Abstoßfläche in der Längsrichtung der Faser bis etwa an deren ablenkbares
Ende und in seitlicher Richtungbeiderseits dér Ablenkungsebene so weit, daß ein
Bereich umgrenzt wird, der im wesentlichen ebenso groß wie der Bereich ist, den
die Faser bei einer möglichen größten Ablenkung aus dieser Ebene heraus bestreicht.
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Die Skala liegt vorzugsweise im wesentlichen in der Ebene der elektrostatischen
Ablenkung der Faser, und die Standfestigkeit der Faser wird dadurch erhöht, daß
der Skalenträger eine gekrümmte Kante aufweist, die dicht an dem vom Faserende bei
der Ablenkung beschriebenen Bogen liegt und in elektrischer Verbindung mit der leitenden
Innenwand des Gehäuses steht. Die elektrische Stabilität der Faser kann weiterhin
dadurch verzbessert werden, daß das Gehäuse eine gegenüber der Abstoßfläche liegende
gekrümmte Fläche aufweist, die dicht an dem vom Faserende bei der Ablenkung beschriebenen
Bogen liegt und in elektrischer Verbindung mit der leitenden Innenwand des Gehäuses
steht.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen
näher eräutert.
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Fig. I ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der ersten Ausführungsform;
Fig. 2 ist eine der Fig. I ähnliche, aber um go" gedrehte Ansicht; Fig. 3 ist eip
waagerechter Schnitt nach der Linie 3-3 von Fig. 2; Fig. 4 zeigt das vergrößerte
Bild von Faserende und Skala, wie es beim Gebrauch des Elektroskopes nach den Fig.
1 bis 3 gesehen wird; Fig. 5 ist eine schaubildliche Darstellung des Außengehäuses
der zweiten Ausführungsform; Fig. 6 zeigt verschiedene in dem Außengehäuse nach
Fig. 5 unterzubringende Teile in auseinandergezogener Lage; Fig. 7 ist ein Schnitt
durch das zusammengesetzte Elektroskop nach der Linie 7-7 von Fig. 5; Fig. 8 ist
ein ähnlicher Schnitt nach der Linie 8-8 von Fig. 5.
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Das in den Fig. I, 2 und 3 dargestellte Elektroskop enthält ein rohrförmiges
Gehäuse 70 mit einem Endteil 7I, die beide mit einer elektrisch leitenden Innenoberfläche
72 versehen sind. Das untere Ende des Gehäuses ist über einen Gewindeteil 73 mit
einem Handgriff 74 abnehmbar befestigt.
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In dem Gehäuse 70 ist eine Isolierscheibe 75 angeordnet, die einen
zentralen zyLindrischen Zapfen 76 trägt, der sich durch die Isolierscheibe und durch
eine flache Abstoßplatte 77 erstreckt, die an dem Zapfen in schräger Lage befestigt
ist.
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Der Zapfen 76 und die Abstoßplatte 77 besitzen elektrisch leitende
Außenflächen, die in elektrischer Verbindung miteinander stehen und zusammen ein
Ionensammlersystem darstellen, das sich in bezug auf die innere Gehäuseoherfläche
72 elektrisch auflanzen läßt. Die leitende Innenoberfläche 72 des Gehäuses umschließt
eine das Ionensammlersystem aufnehfme,nde Kammer, die von eienr durch sie hindurchgehenden
Strahlung ionisiert werden kann.
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Das oberhalb der Platte 77 liegende Ende des Zapfens 76 ist bei 78
nach einer etwa parallel zur Platte 77 verlaufenden Ebene ausgekehlt, und eine kurze
Indikatorfaser 79, die vorzugsweise von einer feinen, elastischen und elektrisch
leitend gemachten Quarzfaser gebildet wird, ist z. B. mittels eines elektrisch leitenden
Sohellacks an dem ausgekehlten Ende 78 des Zapfens 76 derart befestigt, daß sie
im ungeladenen Zustand des Elektroskops im wesentliohen parallel und in enger Nachbarschaft
zu der Platte 77 und in der Gehäusemittelebene liegt, welche rechtwinklig zur Platte
77 steht.
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Die Indikatorfaser 79, die einen Durchmesser von etwa 3 bis 4 Mikron
hat, ist mit dem Zapfen 76 elektrisch verbunden und nimmt demgemäß an jeder
dem
Kollektorsystem aufgedrückten elektrischen Ladung teil. Das System kann dadurch
geladen werden, daß der Handgriff 74 abgeschraubt und zwischen der leitenden Fläche
72 des Gehäuses 70 und dem Ende 80 des durch die Isolierscheibe 75 hindurchtretenden
Zapfens 76 eine Gleichspannungsquelle angelegt wird. Sobald geladen ist, wird die
Indikatorfaser 79 von der Platte 77 elektrostatisch abgestoßen, so daß sie sich
von der Platte weg bewegt, wobei ihre Lage von dem zwischen der Platte 77 und dem
Gehause 70 herrschenden Spannungsunterschied alhängi ist.
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Eine dünne, flache Platte 8I ist in einer oberen Ecke des Gehäuses
befestigt und erstreckt sich radial im wesentlichen in einer Durchmesserebene des
Gehäuses, die rechtwinklig zu der Platte 77 verläuft, wobei auch elektrostatische
Ablenkungen der Indikatorfaser 79 in dieser Ebene erfolgen. Am Ende der Platte 81
ist ein durchsichtiges Element 82 von ungefähr der halben Breite der Platte 8i befestigt,
dessen Vorderfläche 83 in der die Faser enthaltenden Durchmesserebene liegt.
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I)ie Fläche 83 des Elements 82 ist mit einer geeigneten Skalenteilung
versehen (Fig. 4), die z. B. in Teile einer Röntgeneinheit unterteilt ist; sie dient
zur Messung der Ablenkung der Indikatorfaser und damit zur Anzeige der Gesamtdosis
an Strahlung oder durchdringenden Teilchen, der die Ionisierungskammer ausgesetzt
worden ist. Die Platte 8I und das Element 82 enden in ineinander übergehende Kanten
84 bzw. 85, die zusammen eine schwach gebogene Leitfläche bilden, welche in ihrer
Krümmung im wesentlichen dem Bogen entspricht, den das Ende der Indikatorfaser 79
bei seiner elektrostatischen Ablenkung von der Abstoßplatte 77 weg beschreil)t,
wobei die Kanten84 und 85 jenseits, aber dicht an dem vom Faserende beschriebenen
Bogen liegen. Die gekrümmten Kanten 84 und 85 sind elektrisch leitend miteinander
sowie mit der leitenden Fläche 72 elektrisch verbunden.
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An gegenübtrliegenden Seiten des oberen Endes des Gehäuses 70 sind
kreisförmige oeffnungen 86 und 87 vorgesehen, deren Mitten auf einem Gehäusedurchmesser
rechtwinklig zu der Platte 8r liegen.
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Eine einfache positive Objektivlinse 88 von kurzer Brennweite ist
in der Öffnung 87 so angeordnet, daß ihre optische Achse ungefähr mit der Mittellinie
der Öffnungen zusammenfällt, und das durchsichtige Element 82 ist in hezug auf die
Mittellinie der Offnungen derart angeordnet, daß die Kante 85 angenähert mit der
optischen Achse der Linse zusammenfällt. In der Öffnung 86 ist ein lichtdurchlässiges
Fenster 89 eingekittet, das den Lichtzutritt von außen in das Gehäuse gestattet.
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Die Linse 88 ist so gewählt, daß die Skalenfläche 83 und das ablenkbare
Ende der Indikatorfaser 79 innerhalb ihrer Brennweite liegen, und daher können durch
die Linse vergrößerte virtuelle Bilder der Skala und der Indikatorfaser gegen das
Fenster 89 heobachtet werden.
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Wie aus Fig. I ersichtlich, erstreckt sich die Abstoßplatte 77 in
der Längsrichtung der Indikatorfaser 79 etwa bis an deren Ende und in seitlicher
Richtung beiderseits der Indikatorfaser über einen Bereich, der im wesentlichen
dem größten Ausschlag entsl)richt, den das ablenkbare Ende der Indikatorfaser bei
einer Bewegung seitlich aus der Ebene der elektrostatischen Ablenkung heraus erfahren
kann, z. B. dann, wenn das Instrument eine zu hohe Aufladung erhält oder einen heftigen
mechanischen Stoß erfährt. Überdies liegt die Innenoberfläche 72 des Gehäuses außerhalb
des Bereiches der Faser bei irgendeiner solchen möglichen Ablenkung, so daß es iiir
die Faser selbst unter den schwersten Stoß- und tJberladel)edingungen nicht möglich
ist, an der Fläche 72 haftenzubleiben.
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Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung kommt besonders
bei der Herstellung eines sehr kleinen, kompakten Instruments in Frage, und die
zylindrische Bauart eignet sicht gut dazu, das Instrument am Ende eines Federhalters,
eines Bleistiftes od. dgl. an Stelle des dargestellten Handgriffes anzubringen.
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Die in den Fig. 5 bis 8 wiedergegebene Ausführungsform der Erfindung
zeigt ein Elektroskop, das auf dem Handgelenk getragen werden kann. Es enthält ein
in der äußeren Form einer Armbanduhr angepaßtes Außengehäuse go, das an seinerVorderseite
durch eine mit ihm ein Stück bildende Stirnwand 9I (Fig. 7 und 8) geschlossen ist,
welche quer zu einer sich von ihr nach der Gehäuserückseite erstreckenden inneren
zylindrischen Wandfläche 92 liegt. Die Wand 91 ist auf einem segmentförmigen Abschnitt
in ihrer Dicke verringert, so daß eine winklige Vertiefung gebildet wird, die von
den Seitenflächen 93 und 94, einer ebenen Vorderfläche 95 der Wand 91 und dem vorderen
Teil einer Führungsfläche 97 begrenzt wird und eine glatte Fortsetzung der Fläche
92 bildet, wobei sich die Führungsfläche bis zum Boden der Vertiefung erstreckt.
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Die Flächen 93 und 94 gehen sanft ineinander und in die Flächen 97
und 92 über (Fig. 5).
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Die Führungsfläche 97 endet in einer Schulter 96, die aus der Fläche
92 nächst der Fläche 94 vorspringt und sich von der Vorderfläche 95 bis fast zum
rückwärtigen Ende des Gehäuses erstreckt. Die Führungsfläche 97 erstreckt sich von
der Vorderfläche 95 bis zum Außenende der Schulter 96 und weist eine Krümmung auf,
die im wesentlichen von dem Faserende bei der elektrostatischen Ablenkung beschriebenen
Bogen entspricht und innerhalb des Gehäuses go in der nachstehend beschriebenen
Weise angeordnet ist.
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Ein rechteckiger Schlitz 98 erstreckt sich durch die Seitenwand des
Gehäuses go von dessen rückwärtigem Ende aus bis ungefähr zur Hälfte seiner Tiefe,
wobei die eine Wand des Schlitzes mit der Schulter 96 zusammenfällt.
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Der Schlitz 98 nimmt ein optisches Prismensystem auf, das reflektierende
Prismen 99 und 1oo enthält, die beide zusammen mit einem lichtdurchlässigen Riegelteil
IOI ein Stück bilden. Die Prismen 99 und IOO und der Riegelteil IOI können aus Glas
hergestellt sein, jedoch ist für die Zwecke der Massenherstellung die Verwendung
eines lichtdurchlässigen Preßstoffs von hohem Brechungsver-
mögen,
wie z. B. Methylmethacrylat, vorzuziehen.
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Die Prismen 99 und IOO ragen in das Gehäuse hinein, während der Riegelteil
toI in dem Schlitz 98 aufgenommen ist und mit der Außenwand des Gehäuses bündig
abschließt. Das vordere Prisma 99 besitzt eine gekrümmte Kante, die eine Fortsetzung
der Führungsfläche 97 bildet, und ist mit einer stufenförmig gestalteten Oberfläche
versehen (Fig. 5 und 7), die eine mit einer Skalenteilung versehene ebene Fläche
102 und eine geschwärzteuntereFläche 103 enthält. Das hintere Prisma IOO steht aus
der Führungsfläche 97 vor und dient dazu, von außen durch den Riegelteil 101 in
das Gehäuse eintretendes Licht gegen eine elektrisch leitende Indikatorfaser 104
(Fig. 7) zu richten, die im Aufbau ähnlich der Faser 79 bei der oben beschriebenen
ersten Ausführungsform der Erfindung ist und die innerhalb des Gehäuses so angeordnet
ist, daß ihr freies Ende unmittelbar vor der gekrümmten Kante des vorderen Prismas
99 liegt. Die Skala auf der ebenen Fläche 102 des Prismas 99 wird ebenfalls mit
durchfallendem Licht beleuchtet, das durch den Riegelteil IOI hindurchgegangen und
von dem Prisma gegen die Skala reflektiert worden ist. Das Prismensystem wird in
seiner Lage durch ein Element 105 gehalten, das in innigem Eingriff mit dem Ende
des Schlitzes 98 steht und sich gegen die rüdkwärtige Fläche des Riegelteils IOI
sitzt; es kann aber auch in seiner Lage mit Hilfe von Kitt oder Wachs befestigt
sein.
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Es ist wichtig, daß die gebogene Kante des Prismas 99, die dem Ende
der Indikatorfaser benachbart ist, elektrisch leitend ist. Diese Forderung kann
zweckmäßig dadurch erfüllt werden, daß das von den Prismen 99 und Ioo und dem Riegelteil
IOI gebildete System im ganzen mit einer sehr dünnen, halbdurchlässigen Metallschicht
überzogen wird. Wahlweise kann auch ein leitender Stoff, wie z. B. kolloidales Graphit,
längs der Kante des Prismas 99 aufgestrichen werden, ohne die Skalenteilung zu beeinträchtigen.
Die elektrisch leitende Oberfläche des Prismas ist mit der Innenoberfläche des Gehäuses
elektrisch verbunden.
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In der Vorderwand des Gehäuses ist in axialer Richtung mit dem Mittelpunkt
der in den Rand des Prismas 99 eingravierten Skala eine Öffnung Io6 vorgesehen,
vor der eine positive Objektivlinse 107 von kurzer Brennweite befestigt ist. Der
Abstand der Linse 107 von der Ebene der Indikatorfaser 104 und der die Skala tragenden
Fläche 102 ist etwas kleiner als die Brennweite der Linse, so daß, wenn das Auge
dicht an die Linse gebracht wird, aufrecht und beträchtlich vergrößerte virtuelle
Bilder von der Skala und dem Faserende gegen einen hell beleuchteten Hintergrund
gesehen werden können. Um die Aberrationsfehler der einfachen Objektivlinse 107
herabzusetzen, ist ihr Randteil vorzugsweise abgeblendet, z. B. dadurch, daß eine
lichtundurchlässige Blende mit Farbe auf die Linse gemalt oder eine Lochkappe vorgesehen
wird, die über der Linse in einem in der Gehäuseöffnung befestigten Ansatz passend
geführt ist.
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Die inneren Oberflächen des Gehäuses go, d. h. die Fläche 92, die
Seitenflächen 93 und 94, die Vorderfläche, die Innenfläche der VorderwandgI, die
Schulter 96 und die Führungsfläche97, sind sämtlich elektrisch leitend und miteinander
elektrisch verbunden.
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Das Ionensammlersystem mit der Indikatorfaser ist in Fig. 6 in auseinandergezogener
perspektivischer Ansicht wiedergegeben, wobei die Teile in der Lage gezeigt sind,
die um I800 gegen die Lage verdreht ist, welche die Teile einnehmen, wenn sie in
dem Gehäuse go in der in den Fig. 7 und 8 wiedergegebenen Anordnung vereinigt sind.
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Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist das Gèhäusego durch einen scheibenförmigen
Deckel8 abgeschlossen, der eine zylindrische Wand IO9 besitzt, die sich über einen
wesentlichen Teil des Umfanges der Scheibe erstreckt und mit der zylindrischen Wandfläche
92 des Gehäuses go zusammenpaßt. Ein am Umfang liegender Flansch 1 10 des Deckels
I08 legt sich gegen die rückwärtige Gehäusefläche. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist der
Deckel auf einem segmentförmigen Teil in seiner Dicke verringert, so daß eine winklige
Vertiefung gebildet wird, die von den Querflächen III und II2 und einer ebenen Innenfläche
II3 begrenzt wird. Diese Vertiefung entspricht in Gestalt und Lage der winkligen
Vertiefung in dem Gehäuse go, die von den Flächen 93 und 94 und der Innenfläche
95 des Gehäuses begrenzt wird.
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Die Flächen III und 112 gehen sanft ineinander über; und in dem zwischen
ihnen eingeschlossenen Winkelbereich setzt sich die zylindrische Wand IO9 als schmale
Wand 114 fort, die im Bereich des Prismensystems und der Führungsfläche 97 mit einem
eine Fortsetzung der Fläche 92 bildenden inneren zylindrischen Flansch 115 zusammenpaßt
(Fig. 5).
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Der Deckel Io8 ist auf diese Weise in drehbarem Eingriff mit dem Gehäuse
und kann winklig zu diesem eingestellt werden, wobei das Ausmaß einer solchen Winkeleinstellung
begrenzt ist, wie dies weiter unten auseinandergesetzt ist. Die Seitenwände IO9
und 114, die Oberflächen III und 112 zusammen mit dem Flansch It5, die übrigen inneren
Flächen des Deckels und seine rückwärtige Oberfläche sind sämtlich elektrisch leitend
und untereinander elektrisch verbunden. Wenn der Deckel I08 in das Gehäuse go eingesetzt
ist, sind die inneren Flächen des geschlossenen Gehäuses sämtlich miteinander elektrisch
verbunden und schließen eine leitende Kammer ein, welche eine Ionisierungskammer
darstellt.
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Ein Aufladekontakt ist in der Mitte des Deckels 108 durch einen metallischen
Druckstift II7 vorgesehen, der in einem nachgiebigen Kautschuklager 1 i8 gasdicht
angeordnet ist.
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In dem Deckel Io8 sind versenkte Gewindelöcher 119 und 120 zur- Aufnahme
von Gewindebolzen 121 bzw. 122 vorgesehen, die zur Halterung des Ionensammlersystems
123 dienen (Fig. 5), das in starrer, aber elektrisch isolierter Verbindung mit dem
Deckel io8 steht. Das Kollektorsystem 123 kann in starren und isolierten Eingriff
mit dem Deckel Io8 dadurch gebracht werden, daß die Bolzen 121 und I22 durch Unterlegscheiben
I34 bzw. I35, mit schwächeren Teilen I26bzw. I27 versehene Isolatoren I28 und 129
in
dem Systemkörper 123 vorgesehene Vertiefungen 130 bzw. 131 mit runden Löchern 132
bzw. 133 und isolierende Abstandsstücke I24 und I25 hindurchgesteckt und in die
Löcher 119 und I20 des Deckels I o8 eingeschraubt werden. Die relative Lage der
vorgenannten Teile nach ihrer Vereinigung geht aus Fig. 8 hervor.
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Der Kollektorkörper 123 ist aus einer massiven Scheibe hergestellt,
die längs einer Sehne abgeschliffen ist, um sich in einer Ebene gegenüberliegende
Endflächen I36 und I37 zu bilden, die sich parallel zur Achse der Scheibe erstrecken.
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Eine flache Abstoßplatte 138 ist zwischen und unter den Flächen 136
und I37 parallel zu diesen angeordnet. Die Platte I38 erstreckt sich seitlich über
die beiden Endflächen des Körpers 123 hinaus, wobei sie die Flächen 136 und 137
etwas untergreift.
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Die Indikatorfaser 104 ist z. B. mittels eines elektrisch leitenden
Schellacks in einer solchen Lage auf der Fläche I36 aufgekittet, daß sie im wesentlichen
in der mittleren Schnittebene der Kollektorscheibe 123, aber im Abstand und parallel
zu der Abstoßplatte I38 liegt, wobei sich die Befestigung des Indikators bis an
das innere Ende der Fläche I36 erstreckt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung weist dieKollektorscheibe
123 in ihrer Vorderfläche eine flache kreisförmige Vertiefung 139 auf, in die ein
flacher zylindrischer Kondensator 140 paßt, dessen Elektroden an Kontaktstreifen
r4I und I42 auf gegenüberliegenden Seiten herausgeführt sind. Wenn sich der Kondensator
140 in der Vertiefung I39 befindet, stellt der Kontaktstreifen 141 die Verbindung
mit dem Boden der Vertiefung her, und sobald das Kollektorsystem innerhalb des Gehäuses
go angeordnet ist (Fig. 8), stellt der Kontaktstreifen I42 die Verbindung mit der
inneren Oberfläche der Vorderwand 91 her. Gegebenenfalls können der Kondensator
I40 und die Vertiefung I39 in der Kollektorscheibe weggelassen werden.
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Die verschiedenen Außenflächen der Kollektorscheibe I23 und der Abstoßplatte
I38 sind ebenfalls elektrisch leitend und miteinander elektrisch verbunden, und
die an der Fläche I36 befestigte Indikatorfaser 104 steht mit ihr in elektrischer
Verbindung, so daß die Faser an den dem Kollektorsystem I23 und dem Kondensator
I40 erteilten Aufladungen teilnimmt.
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In dem in Fig. 8 wiedergegebenen zusammengesetzten Zustand des Gerätes
liegt das innere Ende des metallischen Druckstifts II7 kurz vor der rückseitigen
Fläche der Kollektorscheibe 123. Der Kollektor und die mit ihm vereinigten Teile
können daher dadurch aufgeladen werden, daß zwischen das Gehäuse go und den Stift
117 eine Batterie geschaltet und der in seinem nachgiebigen Lager 118 angeordnete
Stift eingedrückt wird, so daß er in elektrischen Kontakt mit der Oberfläche des
Kollektors kommt.
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Die sich nach dem Zusammenbau ergebende Lage des Ionensammlersystems
I23 und der mit ihm vereinigten Teile in bezug auf das Gehäuse 90 und seinen Deckel
Io8 ist derart, daß die Vertiefungen in der Gehäuse- und Deckelfläche zusammen eine
Ionisierungskammer von winkliger Gestalt einschließen. die außen von der Fläche
92, der Schulter 96 und der Führungsfläche 97 und innen von der Gehäusefläche94,
der entsprechenden Fläche 112 des Deckels, der Fläche 93 und der entsprechenden
Fläche 1 1 1 begrenzt wird. Die Vorderfläche der Kollektorscheibe ist außer Berührung
mit der Innenfläche der Vorderwand 9I, sie ist von dieser durch den Kondensator
I40 getrennt. In gleicher Weise ist auch die rückwärtige Fläche der Kollektorscheibe
so abgestützt, daß sie außer Berührung mit dem Deckel Io8 ist, und es ist auch der
Durchmesser der Kollektorscheibe etwas kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses.
Demgemäß ist die Kollektorscheibe an allen Seiten von dem Inneren des Gehäuses go
durch einen Abstand getrennt, so daß eine die Scheibe umgebende Ionisierungskammer
geschaffen wird, die mit der vorstehend erwähnten winkligen Ioni sierungskammer
in Verbindung steht.
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Tragbare Dosimeter können allen möglichen rauhen Behandlungen unterworfen
sein, und es ist, daher wichtig, daß die Indikatorfaser nicht in der Lage ist, irgendeine
der umgebenden Flächen des Elektroskops bei den verschiedenen Gebrauchsbedingungen
zu berühren und möglicherweise daran festzukleben. Das Gerät soll außerdem eine
hohe Überspannung vertragen können, und man muß es fallenlassen und in schnelle
Umdrehungen versetzen können, ohne daß die Indikatorfaser durch elektrische K:räfte,
Stöße, Zentrifugalkräfte oder durch Luftzirkulation innerhalb des Gehäuses nachteilig
beeinflußt wird. Bei der beschriebenenAusfü,hrungsform des Elektroskops ist ein
hoher Stabilisierungsgradder Indikatorfaser erreicht. Die elektrostatische Ablenkung
der Indikatorfaser 104 erfolgt in der Mittelebene, die rechtwinklig zu der Abstoßplatte
I38 steht, und in der Ebene der Fläche 102 des Prismas 99. Die Faser 104 ist von
solcher Länge, daß sie sich bis fast an den Rand des Prismas 99 erstreckt; bei der
Ablenkung bewegt sie sich von der Platte 138 weg. Die Kante des Prismas 99 und die
Führungsfläche 97 liegen jenseits, aber dicht an dem von dem freien Ende der Faser
bei der Ablenkung beschriebenen Bogen, so daß das Faserende selbst bei starken Überladungen
nicht in Berührung mit dem Prisma 99 oder der Fläche 97 kommen kann.
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Die Bewegung der Indikatorfaser 104 wird auf diese Weise nicht nur
durch die elektrostatische Abstoßung durch die Platte I38, sondern auch durch die
elektrostatische Anziehung gegen die Führungsfläche 97 und die sich anschließende
leitende Kante des Prismas 99 gesteuert. Die Anziehungskraft wird in Längsrichtung
auf die Faser ausgeübt, wodurch sie in einer rechtwinklig zur Abstoßplatte verlaufenden
Ebene gehalten wird.
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Der Erstreckungsbereich der Abstoßplatte I38 in bezug auf jede mögliche
Ablenkung der Indikatorfaser 104 ist von besonderer Wichtigkeit, um ein einwandfreies
Arbeiten der Faser auch bei heftigen mechanischen Stößen zu gewährleisten. Wie die
Platte I38 beim Stabilisieren der Faser tatsächlich wirkt, ist nicht genau bekannt,
jedoch kann die Wir-
kung dadurch erklärt werden, daß die Faser
bei einer seitlichen Ablenkung über einen beträchtlichen Winkel aus seiner Ebene
der elektrostatischen Ablenkung heraus in einem mehr oder weniger gleichförmigen
Feld liegt, das zwischen der Platte I38 und dem Wandteil 97 herrscht. Dieses Feld
hat nicht die Neigung, die Faser weiter nach der Seite hin abzulenken, sondern erlaubt
vielmehr, daß die in der biegsamen Faser bei ihrer seitlichen Ablenkung entstehende
Rückstellkraft freies Spiel hat, um sie in die Ebene der- elektrostatischen Ablenkung
zurückzufülhren. Das einwandfreie Arbeiten der Indikatorfaser wird natürlich auch
dadurch wesentlich unterstützt, daß die Oberflächen des die Faser einschließenden
Raumes außerhalb der Reichweite des Faserendes liegen,'und zwar auch bei den stärksten
Ablenkungen, die durch mechanischen Stoß oder Überladung, wie sie in der Praxis
leicht vorkommen können, verursacht werden.
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Der Widerstand des isolierenden Abstandstüclke 124 und 125 und der
rohrförmigen Isolatoren I28 und I29 (ebenso wie der in den Fig. I und 2 dargestellte
Isolator 75) muß außerordentlich hoch sein und vorzugsweise in der Größenordnung
von pro20 Ohm liegen, um zu vermeiden, daß die Indikatorfaser falsche Anzeigen auf
Grund von Kriechströmen vom Kollektor zum Gehäuse liefert.
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Die erforderliche Isolierung kann dadurch erhalten werden, daß der
Isolator 75 bei der Ausführungsform nach den Fig. I und 2 bzw. die Isolierteile
I24, I25, 128 und 129 bei der zweiten Ausfüthrungsform der Erfindung aus Polystyren
hergestellt werden, das unter hohem Druck geformt und mit einer hochpolierten Oberfläche
versehen ist.
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Die Reinheit dieser Isolierteile ist ein wichtiger Faktor für die
Gewährleistung der erforderlichen elektrostatischen Isolierung, und es ist zu beachten,
daß diese Teile, sobald sie von Hand beführt werden, für die Zwecke der Erfindung
wertlos sind. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gestatten die Verwendung
von Isolierkörpern mit geringer Oberfläche und kleinem Volumen, wodurch die elektrostatische
Polarisation der Isolatoren vermindert wird, die sonst das Arbeiten des Elektroskops
beeinträchtigen würde.
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In dem zusammengebauten Instrument nach den Fig. 5 bis 8 liegt die
Abstoßplatte I38 zwischen der Fläche 94 einerseits und den Prismen 99 und IOO andererseits
und in überlappender Anordnung zu diesen. Dadurch wird die. Dreheinstellung des
Deckels Io8 und des Kollektorsystems in bezug auf das Gehäuse in ihrem Ausmaß begrenzt,
jedoch ist die dadurch bewirkte beschränkte Winkeleinstellung wichtig, um die Indikatorfaser
bei der ersten Justierung in der Fabrik in eine vorbestimmte Lage in bezug auf die
Skala bringen zu können. Um diese Einstellung vorzunehmen, ist es lediglich nötig,
den DeckelIo8 in bezug auf das Gehäuse etwas zu drehen, um das ablenkbare Ende der
Indikatorfaser in die Nullstellung auf der Skala für eine festeLadespannung, z.
B. von IOO Volt, zu bringen. Diese Einstellbarkeit ist wesentlich, weil sie eine
Herstellungstoleranz zuläßt und somit gestattet, allen Geräten einer Produktionsserie
gleiche ellektrische.Eigenschaften zu yerleihen. Das Elektroskop soll in einer sehr
trockenen Atmosphäre zusammengebaut werden, so daß der Feuchtigkeitsgehalt der in
der Ionisierungskammer eingeschlossenen Luft gering ist. Nach der endgültigen Nulleinstellung
durch Drehung des Deckels 108 wird der letztere in seiner Lage festgekittet, um
das Gerät hermetisch abzuschließen.
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Der zur Befestigung der Fasern 79 bzw. 104 an ihre Träger verwendete
leitende Zement kann zweckmäßig aus einem erhärtenden Preßstoffbestehen,der eine
leitfähige Substanz, wie z. B. feinverteilten Graphit, enthält. Es ist darauf zu
achten, daß der Kitt sich bei der Verfestigung nicht nennenswert zusammenzieht,
weil dies den Gold- oder sonstigen leitenden Überzug auf der Faser zerstören kann,
so daß die Faser wertlos wird. Anstatt einen leitenden Zement zu verwenden, kann
auch ein nichtleitender Stoff, wie z. B. Schellack, benutzt werden, und es können
die zementierten Teile mit Gold oder einem anderen Metall bespritzt werden, um die
elektrische Verbindung zwischen der Indikatorfaser und ihrem Träger zu gewährleisten.
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Das in den Fig. 5 bis 8 dargestellte Elektroskop kann auf den Handgelenk
getragen werden, und diese Bauart erlaubt im Gebrauch, daß die Indikatorfaser und
die Skala durch die Objektivlinse hindurch l)etraclhtet werden können, ohne daß
der Zutritt von äußerem Licht in das Gehäuse gestört wird, da das optische Prismensystem
so angeordnet ist, daß es das Licht von der Seite des Gehäuses her gegen die Linse
richtet. Die mit den beschriebenen Geräten erhaltenen Anzeigen mögen für die Fälle
der Strahlentherapie nicht genau genug sein, sie sind aber ausreichend genau für
den Gesundheitsschutz, welcher den Hauptzweck bildet, für den die Geräte entwickelt
worden sind. Die hier beschriebenen Elektroskope enthalten verhältnismäßig wenig
zusammengesetzte Teile und bieten bei der Herstellung, beim Zusammenbau und bei
der Einstellung wenig Schwierigkeiten. Sehr gleichmäßige Quarzfasern können in unbegrenzten
Mengen mit einem Durchmesser innerhalb kleiner prozentualer Toleranzen hergestellt
werden, und die Gesamtkosten der Geräte hängt in der Hauptsache von dem Zustand
und der Reproduzierbarkeit ab, mit denen die Indikatorfaser eingebaut werden kann.
Bei der Herstellung von Geräten mit gleichmäßigen Charakteristiken ist darauf zu
achten, daß die Indikatorfaser in genau paralleler Lage zur Abstoßplatte befestigt
wird, und dafür zu sorgen, daß die Indikatorfasern auf eine konstante Länge abgeschnitten
werden.
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Die in den Fig. I bis 8 wiedergegebenen Elektroskope sind zur Herstellung
in Metall geeignete Vorbilder. Bei der Massenherstellung können die Instrumente
nach der bekannten Metallformgießtechnik erzeugt werden, oder es kann wahlweise
für viele der Teile die Formung aus Preßstoff, vorzugsweise im Spritzgußverfahren,
angewendet werden, wobei die dargestellten Teile je nach dem verwendeten Arbeitsverfahren
abgeändert werden können. Wenn die Geräte aus Metall hergestellt werden, dann sollte
das
Metall eine niedrige Atomzahl haben; Aluminium oder Magnesium oder Legierungen davon
sind besonders geeignet. Wenn Preßstofformkörper angewendet werden, dann kann die
erforderliche elektrische Leitfähigkeit notwendigenfalls dadurch enthalten werden,
daß auf den Formkörpern leitende Oberziige aufgebracht werden. Eine hohe elektrische
Leitfähigkeit ist nicht notwendig, und der Widerstand des Gehäuses oder der Kollektorscheibe
kann z. B. in der Größenanordnung einiger Megohm liegen.
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Gegebenenfalls können Elektroskope gemäß der Erfindung aus Graphit
hergestellt werden. Für die Dosimetrie schneller A eutronen ist es vorteilhaft,
tlas Gerät aus einem leitenden Stoff herzustellen. der densell)en Aiiteil an Wasserstoff
wie das zu behandelnde Gewebe aufweist, wie z. B. aus polymerisiertem Äthylen mit
einem angemessenen Zusatz von Graphit oder Ruß.
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Die beschriebenen Elektroskope können auch für Betastrahlung dadurch
empfindlich gemacht werden, daß das gehäuse mit einem Wandteil hergestellt wird,
der aus einem für Betateilchen durchlässigen Material, wie z. B. dünnem Aluminium,
Magnesium oder Preßstoff, besteht. So kann z. B. bei der ersten Ausführungsform
der Erfindung die Endwand 7I in dieser Weise ausgeführt werden. In ähnlicher Weise
kann der Deckel Io8 bei der zweiten Ausfuhrungsform mit einer Membran aus einem
solchen Stoff versehen werden, um einen großen Flächenbereich vorzusehen, durch
welchen Betastrahlen eintreten können. Bei einer solchen Anordnung wird die Betastrahlung
nicht angezeigt, wenn das Gerät mit dem Deckel nach unten auf dem Handgelenk getragen
wird; wenn aber das Gerät umgedreht wird, um die Meml)ran der Betastrahlung auszusetzen,
tritt diese in die Ionisationskammer ein und addiert sich zu der Wirkung der Gammastrahlung.
Personen, die mit kleinen radioaktiven Objekten umgehen, sollten natürlich das Elektroskop
an der Innenseite des handgelenks tragen.
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Die Elektroskope können für langsame Neutronen dadurch empfindlich
gemacht werden, daß in das Gehäuse eine geeignete Alenge einer Borverbindung. wie
z. B. amorphes Bor oder Bokarbid, eingeschlossen wird. Obgleich hier nur besondere
Ausfuhrungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, die in der Hauptsache für
kleine, leichte, von der Person zu tragende Geräte bestimmt sind, ist zu verstehen,
daß die verschiedenen Merkmale der Erfindung ebenso auf Laboratoriumselektroskope
anwendbar sind, deren l Herstellung und Einstellung sie erleichtem.
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An den oben beschriebenen Geräten können verschiedene Abänderungen
getroffen werden. So können im Rahmen der Erfindung beispielsweise die von der inneren
Gehäusewand und dem Abstoßkörper in bezug auf die Indikatorfaser ausgeübten Funktionen
vertauscht werden. Zu diesem Zweck kann die Indikatorfaser so abgestützt werden,
daß sie zu einer leitenden Abstoßfläche, die einen Teil der leitenden Innenwand
des Gehäuses bildet, benachbart ist und mit ihr in leitender Verbindung steht, wobei
diese Fläche in ihrer Form und Ausdehnung die Eigenschaften hat, wie sie oben für
die Abstoßkörper 77 und I38 erläutert worden sind.
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Eine leitende Führungsfläche, die den oben beschrie-Bienen Flächen
84 und 97 ähnlich ist, wird dann auf dem Kollektorsystem so vorgesehen, daß sie
in ihrer Krümmung mit dem Bogen, den das Faserende bei der .Ablenkung von der Abstoßfläche
des Gehäuses weg beschreibt, im wesentlichen übereinstimmt und jenseits, aber dicht
an dem Bogen der Ablenkung liegt, wobei die Anordnung derart ist, daß die Faser
keineii anderen Teil als die Abstoßfläche des Gelijuses zu l)erühren vermag.