-
Strahlungsmeßgerät mit Zählrohrschaltung Zusatz zum Patent 893 102
Das
Gerät nach dem Patent 893 102 beginnt nahe der oberen Grenze des Auflösungsvermögens
des Verstärkers allmählich zu integrieren. In diesem Gebiet ist also die Einzelteilchenzählung
(EZ) bereits erschwert, jedoch die Integration (I) noch nicht in Tätigkeit. Die
erfindungsgemäße Anordnung bewirkt nun, daß dann, wenn die EZ bereits nahe an das
Grenzgebiet kommt, in dem sie erschwert wird, daß Auflösungsvermögen des Verstärkers
schlagartig vermindert wird, und zwar automatisch und reversibel durch Vergrößerung
der Koppelungskapazität C. Der Verstärker integriert dann sofort vollständig, schaltet
sich dann aber wieder, wenn die Strahlungsintensität abgeklungen ist, auf EZ um,
wenn diese wieder einwandfrei möglich ist. Es müssen also von Hand keinerlei Bedienungsgriffe
vorgenommen werden, und die Umschaltung geht in Bruchteilen von Sekunden vonstatten,
je nach der Trägheit des eingebauten mechanischen Relais.
-
Neben dieser Hauptaufgabe der neuen Anordnung macht sie auch noch
folgendes möglich: Durch eine neuartige Einrichtung kann auch z. B. jedes zehnte,
hundertste usw. Strahlenteilchen registriert werden.
-
Dies ist dann von Wert, wenn die Strahlung so intensiv ist, daß das
mechanische Zählwerk oder sonstige Registrierinstrument zu träge wird, um jedes
Teilchen aufzuzeichnen oder zu zählen. Solche Anordnungen sind bereits längst bekannt,
jedoch auf anderer Grundlage. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht nun die
wiederum automatische und rever-
sible Umschaltung von der EZ auf
MZ (Mehrfachimpulszählung). Dadurch können z. B. plötzlich auftretende Intensitäterhöhungen
der zu untersuchenden Strahlung einwandfrei erfaßt werden, ohne daß das Auflösungsvermögen
des Registrierinstruments überschritten werden kann. Als Beispiel wäre hier die
Registrierung ganz plötzlich auftretender Schauer der kosmischen Ultrastrahlung
zu erwähnen. Sollen Strahlungen registriert werden, die bereits so intensiv sind,
daß sie entweder die MZ oder die I verlangen, so kann das Gerät auch so eingestellt
werden, daß es zwischen MZ und I je nach der zu messenden Intensität wählt. Durch
entsprechende Einstellung eines Mehrfachkontaktschalters auf eine von drei Stellungen
kann also das Gerät auf folgende Möglichkeiten abgestimmt werden (Schema): ERZ 1
MZ 1 EZ ~ MZ Es sei an dieser Stelle auch noch darauf hingewiesen, daß das Gerät
nicht nur von selbst zwischen je zwei Möglichkeiten wählt, sondern daß auch jeweils
das entsprechende Registrierinstrument in Betrieb gesetzt wird, also bei MZ und
EZ ein Zählwerk oder Schleifenoszillograph und bei I ein Spiegelgalvanometer oder
Milliamperemeter usw. Das Gerät kann also mit der neuen Anordnung völlig sich selbst
überlassen werden.
-
Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel. Die Zählrohrimpulse
werden wie gemäß Patent 893 102 durch die Triode V1 verstärkt und diese verstärkten
Impulse über die Koppelungskapazität C einer zweiten Verstärkerröhre V2 zugeleitet.
In deren Anodenkreis befindet sich der Kondensator C1. Letzterer ist durch die einfache
zweipolige Glimmlampe G kurzgeschlossen. Die im Anodenkreis V2 auftretenden Stromimpulse
laden C1 auf, bis die Zündspannung von G erreicht ist. Dadurch sinkt die Spannung
des Kondensators C1 auf die Löschspannung der Glimmlampe G zurück usw. Bei gleicher
Kapazität C1 ist also der Zeitabstand der Entladungen G gleich einer bestimmten
Zahl von Impulsen, die das Zählrohr in den gleichen Zeitabständen geliefert hat.
Voraussetzung ist noch, daß die Impulse immer gleich groß sind, was der Fall ist,
und daß im Anodenkreis von V2 kein Ruhestrom fließt, was leicht auf bekannte Weise
zu erreichen ist. A1 und Rg1 sind Schalter im Anodenkreis. A2 ist ein Schalter im
Stromkreis des Registrierinstrumentes für Integrierung. A3 ist ein Schalter, der
es ermöglicht, der Koppelungskapazität C eine zusätzliche Kapazität C zuzuschalten.
Zunächst sei angenommen, daß die Schalter R1 und A1 geschlossen, die Schalter A2
und As geöffnet seien. In dieser Schaltung registriert dann das Zählwerk z. B. jeden
zehnten oder hundertsten usw. Impuls. Die Entladungen in G können dazu verwendet
werden, um ein Glimmrelais GR1 (z. B. nach Geffcken und Richter), das mit Wechselstrom
betrieben wird, zum Zünden zu bringen, da dieses hohe Stromstöße liefert, welche
zum Betrieb eines mechanischen Relais, ausreichen. Bei jedem Zündstoß von G wird
also über GR1 und R1 über dessen Kontakt a das Zählwerk betrieben.
-
Unterbncht man den Stromkreis der Kapazität C in Punkte A1, so spricht
die Glimmlampe G bei jedem Impuls an; es wird also mit der gleichen Anordnung jetzt
jeder Impuls registriert. Wird weiter bei Ru, unterbrochen und A2 geschlossen, so
werden mit einem beiM angeschlossenen Meßinstrument direkt die im Ano denkreis auftretenden
Strom änderungen registriert, z. B. dann, wenn das Auflösungsvermögen des Verstärkers
überschritten wird und derselbe integriert. An der Grenze zwischen EZ und I wird
durch Schließen von A3 die Koppelungskapazität von C auf C + c erhöht, wodurch sofort
eine vollständige Integration erreicht wird.
-
Zur Automatisierung dieser Schaltvorgänge wird eine weitere Verstärkerröhre
V3 betrieben, deren Gitter die Impulse von V1 über eine zweite Koppelungskapazität
C zugeleitet werden. Die beiden Kapazitäten C sind gleich groß. In dem Anodenkreis
von V3 befinden sich die Kondensatoren C2 und C3, welche beide durch einen Widerstand
W kurzgeschlossen sind. Die Ladung jedes dieser Kondensatoren ist direkt proportional
der Zahl der Impulse pro Zeiteinheit. Die Ladung von C3 wird über eine Drossel und
kleine Kondensatoren C4 der Zündelektrode eines Glimmrelais GR2 zugeführt. Der Kondensator
CZ dient zur Einstellung des Kippotentials.
-
Steigt die Ladung von C3 über eine gewisse Grenze hinaus, so wird
das Kippotential des Glimmrelais GR2 überschritten; dieses zündet, und zwar so lange,
als eben diese Ladungsgrenze von C3 überschritten ist.
-
Da das Glimmrelais GR2 während des Betriebes aus dem System C2, C3
und W keine Energie entnimmt, bleiben die Verhältnisse, unabhängig davon, ob das
Glimmrelais GR2 zündet oder nicht, konstant. Das Relais R2 betätigt die verschiedenen
Kontakte rs1, al, a2, a3, welche zur Umschaltung des Gerätes von einer Empfindlichkeitsstufe
zur anderen notwendig sind.
-
Es ist die Zeitkonstante der Anordnung W, C2, C3 SO groß zu halten,
daß das Kippotential von GR2 dann erreicht wird, wenn die Grenze des Auflösungsvermögens
des Zählwerkes beinahe überschritten wird, also auf Mehrfachimpulszählung umgeschaltet
werden soll, was durch GR2 und R2 bewirkt wird. Soll das Gerät von EZ oder MZ auf
Integration umschalten, so muß C3 um C,; erhöht werden. Es muß dann die Zeitkonstante
der Anordnung W, C2, C3 + C5 so groß sein, daß die Umschaltung durch GR2 und R2
dann erfolgt, wenn die Gefahr besteht, daß das Auflösungsvermögen des Verstärkers
(bei Koppelungskapazität C allein) überschritten wird, also dann die Integration
notwendig wird.
-
Das Relais R2 hat, je nachdem, zwischen welchen Empfindlichkeitsstufen
das Gerät wählen soll, die Ruhe- bzw. Arbeitskontakte rffl, al, a2, as, welche die
Schalter Rv1, A1, A2, A3 bedienen, zu betätigen.
-
Schalttechnische Einzelheiten brauchen nicht be schrieben zu werden,
da es sich um eine einfache Aufgabe handelt, welche auf bekannte Weise gelöst werden
kann.
-
Die Zuschaltung der zusätzlichen Kapazität c erfolgt dadurch, daß
in der Verstärkeranordnung V3 gemäß gezeichnetem Beispiel ein Schalter K von Hand
geschlossen wird, der die Kapazität C5 der Kapazität C3
zuschaltet.
Dies hat zur Folge, daß, um das Ansprechen des Glimmrelais GR2 zu veranlassen, eine
höhere Strahlungsintensität erforderlich ist als ohne.
-
Infolgedessen wird bei höherer Strahlungsintensität das Relais R2
ansprechen und über a3 den Schalter A3 schließen.
-
Bei dem gezeichneten Beispiel ist die Anordnung eines von Hand zu
bedienenden Drehschalters (nicht gezeichnet) erforderlich, welcher drei Arbeitsstellungen
einnehmen kann. In der ersten Stellung (1) wählt das Gerät zwischen EZ und MZ. In
dieser Stellung ist der Schalter K immer offen; der Kontakt ist an den Schalter
A1 gelegt; der Kontakt ru1 und damit Schalter Ru, sind kurzgeschlossen. Die Schalter
A1 und A3 sind immer offen.
-
Wird nun der Drehschalter in Stellung II gedreht, in welcher das
Gerät zwischen EZ und I wählt, so wird Schalter Ru, an Kontakt ru1 gelegt; ferner
Schalters, an Kontakt a2 und Schalter A3 an Kontakt a3. Schalter A1 hingegen ist
in dieser Stellung des Drehschalters immer offen und Schalter K immer geschlossen.
-
Wird der Drehschalter in die Stellung III gebracht, in welcher das
Gerät zwischen EZ und I wählt, so wird Schalter A2 an Kontakt a2, Schalter A3 an
Kontakt a3 und Schalter Ru1 an Kontakt ru1 gelegt; die Schalter A1 und K bleiben
in dieser Stellung immer geschlossen.
-
Die Steuerung des Schalters K erfolgt also zwangsläufig in Abhängigkeit
von der Einstellung des Drehschalters.
-
In dem folgenden Schema sind die drei Stellungen aufgeführt: Stellung
I Stellung II Stellung III Gerät wählt Gerät wählt Gerät wählt EZ MZ EZ I MZ 1 Schalter
bewirkt Schalter bewirkt Schalter bewirkt Ru, kurzgeschlossen Ru, mit rul verbunden
A2 mit a2 verbunden A, mit a, verbunden A2 mit a2 verbunden A3 mit a3 verbunden
K offen A3 mit a2 verbunden Rul mit ra, verbunden A2 offen A, offen A, kurzgeschlossen
A3 offen K kurzgeschlossen K kurzgeschlossen al, a2 und a3 sind Arbeitskontakte,
und ru, ist ein Ruhekontakt des Relais R2.
-
Um das Gerät vollautomatisch auszubilden, kann die in der Abbildung
durch eine gestrichelte Linie eingegrenzte zusätzliche Anordnung getroffen werden.
-
Im Anodenkreis von V1 befindet sich dann nur die Anordnung der Schaltelemente
W, C2 undC3 (nicht).
-
Vom Punkt B aus ist über eine Kapazität C eine weitere Röhre V4 betrieben,
in deren Anodenkreis sich die Anordnung der Schalteiemente W, C2 und C3 + C5 befindet,
wobei in derselben Weise C3 + C5 über D und C4 an ein Glimmrelais GR3 mit einem
Relais R3 angeschlossen ist. Es wird also bei fortgesetzter Steigerung der Strahlungsintensität
erst R2 ansprechen (Grenze des Auflösungsvermögens des Zählwerkes) und schließlich
auch R3 (Grenze des Auflösungsvermögens des Verstärkers). Es kann also bei entsprechenden
Kontaktverbindungen automatisch durch das Gerät eine der drei Empfindlichkeitsstufen,
also Einzelimpulszählung, Mehrfachimpulszählung oder Integration gewählt werden,
ohne daß durch eine bestimmte Stellung eines Drehschalters eine gewisse Wahl vorgeschrieben
wäre. Der Drehschalter käme also in Wegfall. Es sind dann nunmehr folgende feste
Verbindungen notwendig zwischen A1 und a,, A2 und'2, A3 und a'3, Rul und arzt',
(a2, a3 und rul kommen in Wegfall). Dabei ist a, der einzige Kontakt (Arbeitskontakt)
von R2, und a'2, a'3 und ru'1 sind die Arbeitskontakte bzw. der Ruhekontakt von
R3.