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Vorrichtung zum Strahlungsnachweis Die Erfindung bezieht sich auf
eine Vorrichtung zum Strahlungsnachweis mit einem Strahlungsanzeiger, wie z. B.
einem Proportionalzähler, Szintillationszähler od. dgl.
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Strahlungsdetektorröhren liefern im allgemeinen ein elektrisches
Ausgangssignal in Form von der auftreffenden Strahlung entsprechenden Impulsen.
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Für eine bestimmte Art und Energie der Strahlung liefern jedoch bestimmte
Detektorröhren aperiodische Ausgangsimpulse, von denen ein Teil Hauptimpulse und
. die anderen. Sekundärimpulse darstellen. Die Hauptimpulse bilden ein Maß für den
Energiepegel und die Intensität der anzuzeigenden Strahlung. Die anstatt der Hauptimpulse
auftretenden Seltundärimpulse (escape pulses) gehen mit frei werdender Strahlung
(Fluoreszenzphotonen, Röntgenstrahlen od. dgl.) des Gases in der Detektorröhre einher.
Die Spannungsamplitude der zweiten Impulsart ist gewöhnlich niedriger als die der
Hauptimpulse.
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Wenn man wie üblich bei einer solchen Einrichtung den Ausgang der
Detektorröhre an einen Analysator für die Impulshöhe anschließt, dessen Ausgangs
signal der Anzahl von Impulsen mit verschiedenen Amplituden oder Energiepegeln entspricht,
dann enthält das Ausgangssignal eines solchen Analysators nach Integration ein Hauptsignal
und ein Sekundärsignal für jede detektierte
Strahlungsart, beide
in Form einer Spitze. Die Stärke der Spitzensignale bildet ein Maß für die Anzahl
der von der Detektorröhre erzeugten Haupt-und Sekundärimpulse. Die Formen der Spitzensignale
geben die Amplitudenverteilung der Hauptimpulse und der Sekundärimpulse.
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Da zwei Arten von Ausgangssignalen für jede auffallende Strahlungsart
entstehen, ist es oft schwer oder sogar unmöglich, genaue Ergebnisse zu erhalten
oder zwischen den anzuzeigenden Strahlungsarten zu unterscheiden. Diese Schwierigkeiten
sind in der Zeitschrift »Philosophical Magazine«, Reihe 7, Bd. 43, I952, S.875,
beschrieben. Gewöhnlich handelt es sich um die Hauptsignale, unter Umständen kommen
jedoch nur die Sekundärsignale zur Verwendung. Diese Signale können nützlich sein,
um die Zusammensetzung eines Materials zu ermitteln.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Strahlungsnachweis,
bei der unerwünschte Signale unterdrückt werden und ein genaues und zuverlässigeres
Ergebnis erzielbar ist.
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Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird der unerwünschte Teil
des integrierten Ausgangssignals, z. B. das Sekundärspitzensignal, eines Impulshöhenanalysators
unterdrückt. Das Ausgangssignal des Analysators kann einem Kreis zugeführt werden,
der an ein Aufzeichengerät oder an einen Anzeiger angeschlossen ist. Nach der Erfindung,
wie sie in den Ansprüchen des näheren gekennzeichnet ist, wird ein Teil des Hauptsignals
oder ein ihm entsprechendes Signal mit dem Sekundärspitzensignal bei entgegengesetzter
Polarität kombiniert, wodurch letzteres ganz oder teilweise ausgeglichen wird und
nur das Hauptspitzensignal das Aufzeichengerät erreicht. Statt dessen kann in gleicher
Weise das Hauptspitzensignal dadurch entfernt werden, daß ein Teil des Sekundärspitzensignals
oder ein ihm entsprechendes Signal von umgekehrter Polarität mit dem Hauptsignal
kombiniert wird, so daß nur das Sekundärspitzensignal das Aufzeichengerät erreicht.
Die vorgenannten Anteile können größer oder kleiner als die Eins sein.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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Fig. I zeigt schematischdieSchaltungsanordnung einer Vorrichtung
nach der Erfindung, in der ein Analysator für die Impulshöhe mit einem einzigen
Kanal verwendet wird; Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der bei der Vorrichtung
nach Fig. I auftretenden elektrischen Signale; Fig. 3 zeigt ein Diagramm einer Vorrichtung
gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung, bei der ein Analysator mit einer Anzahl
von Kanälen verwendet wird, und Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der bei der
Vorrichtung nach Fig. 3 auftretenden Signale.
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Bei der Vorrichtung nach Fig. I ist eine Strahlungsqueile I I derart
aufgestellt, daß die Strahlung auf eine Detektorröhre I3 fällt und darin detektiert
wird. Die fStrahlung I2 kann eine elektromagnetische Strahlung oder eine Strahlung
in Form von energiereichen Teilchen od. dgl. sein.
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Die Strahlungsquelle 11 kann- ein Material enthalten, das analysiert
wird und unter dem Einfluß von Röntgenstrahlen oder sonstiger von einer Quelle 15
erzeugter Strahlungsenergie steht. Die Detektorröhre 13 enthält in ihrer üblichen
Form eine zylindrische, leitende Außenelektrode und eine stabförmige Innenelektrode;
diese Elektroden sind in einem gasgefüllten Raum untergebracht.
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Den Elektroden werden passende Wirkspannungen zugeführt. Eine der
Elektroden liegt bei I6 an Erde, die andere ist über einen Verstärker I7 mit der
Eingangsklemme I8 eines Analysators 19 für die Impulshöhe gekoppelt.
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Eine Ausgangsklemme 20 des Analysators 19 ist über einen Signalintegrator
21 an die Steuerelektrode 22 der Mischröhre 23 angeschlossen, während eine andere,
gemeinsame Klemme 24 an Erde liegt.
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Die Kathode 26 der Röhre 23 ist über eine Vorspannungsimpedanz 27
geerdet. Ein Schirmgitter 28 und die Ausgangselektrode (Anode) 29 sind über Widerstände
31 bzw. 32 mit einer Klemme einer Spannungsquelle 33 verbunden, deren andere Klemme
geerdet ist. Ein Blockkondensator 34 ist zwischen das Schirmgitter 28 und Erde geschaltet.
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Mit der Anode 29 ist die Eingangsklemme 36 des Verbrauchers 37 z.
B. eines Aufzeichengerätes oder eines sonstigen Anzeigers verbunden, während die
andere Signalklemme 38 wieder an Erde liegt. Der Verbraucher 37 ist zweckmäßig auf
mechanischem oder anderem Wege mit dem Analysator 19 synchronisiert, wie durch die
gestrichelte Linie 39 angedeutet ist. Ein Speicher 40, der ein magnetisches oder
sonstiges Registrierband 4I besitzt, wird in dem vom Pfeil 42 angegebenen Sinne
von seinem Organ 43 angetrieben, das zweckmäßig, wie durch die gestrichelte Linie
44 angedeutet ist, mit dem Analysator 19 synchronisiert ist. Ein Registrierkopf
45 ist derart angeordnet, daß er Signale auf dem Band festzulegen vermag; er ist
mit einem Modulationskreis 46 zwischen die Ausgangselektrode 29 und Erde geschaltet.
Ein Aufnehmer 47 ist derart angeordnet, daß er vom Registrierkopf 45 auf dem Band
41 festgelegte Signale aufnimmt. Er ist mit einem Signaldemodulator 48 zwischen
Erde und ein Ende des zur Intensitätsregelung dienenden Spannungsteilers 49 angeschlossen,
dessen anderes Ende an Erde liegt. Der Gleitkontakt 50 des Spannungsteilers 49 steht
mit einer Steuerelektrode 51 der Mischröhre 23 in Verbindung. Ein Löschmagnet 52
ist am Bande 41 angeordnet, so daß die Signale ausgelöscht werden, nachdem der Aufnehmer
47 sie aufgenommen hat.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. I ist folgende: Das aus
einer Anzahl neuer Impulse bestehende Ausgangssignal des Analysators 19 ist für
eine bestimmte Strahlungsart 12 nach Integration durch die Linie 56 in Fig. 2 angedeutet,
in der die Abszisse die Amplituden oder Höhen der von der Strahlungsdetektorröhre
I3 erzeugten Impulssignale und die Ordinaten die Impulszahl der
verschiedenen.
Amplituden darstellen. Das Signal 56 enthält für jede besondere Strahlungsart 12
ein spitzenförmiges Hauptsignal 57 und ein spitzenförmiges Sekundärsignal 58. Die
Signale 57 und 58 stellen die Verteilung der Amplituden der Hauptimpulse und Sekundärimpulse
dar, die von der Detektorröhre 13 erzeugt werden und gewöhnlich die Form von typischen
statistischen Verteilungskurven haben. Vom Integrator 2I werden die Ausgangsimpulse
des Analysators 19 in eine fließende Kurve 56 umgewandelt. Die Größe und Lage des
Sekundärspitzensignals 58 in bezug auf das Hauptspitzensignal 57 ist für jede Strahlungsart
stets annähernd die gleiche. Die verschiedenen Teile des Signals 56 treten während
einer bestimmten Zeit auf und können durch die bekannte Abtastwirkung des Analysators
19 aufgezeichnet werden.
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Bei dieser besonderen Ausbildung der Erfindung geht derAbtastzyklus
desAnalysators 19 von einem hohen Energiepegel zu einem niedrigen Energiepegel entsprechend
Fig. 2, so daß das Hauptsignal 57 vor dem Sekundärsignal 58 auftritt. In dem Augenblick,
in dem das Hauptsignal 57 auftritt, wird es von der Mischröhre 23 verstärkt und
dem Registriergerät 37 zugeführt, in dem es auf Papier, Film od. dgl. festgelegt
wird. Das verstärkte Hauptsignal 57 wird ebenfalls, unter Vermittlung des Registrierkopfes
45, auf dem Band 41 festgelegt.
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Die Bewegung des Bandes 41 ist mit der Abtastwirkung des Analysators
19 derart synchronisiert, daß vom Registrierkopf 47 des Bandes 41 während der Zeit,
in der das Sekundärspitzensignal 58 an der Steuerelektrode 22 erscheint, ein verzögertes
Hauptsignal aufgenommen wird.
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Das verzögerte Hauptsignal wird in bezug auf das sekundäre Signal
58 in seiner Polarität umgekehrt, was mit der Verstärkerröhrezg erfolgen kann, indem
die Verbindungen in derVerzögerungsvorrichtung 40 derart hergestellt werden, - daß
Phasenwandlung od. dgl. auftritt.
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Die Amplitude des verzögerten Hauptsignals wird durch Einstellung
des Kontaktes 50 derart eingestellt, daß das Signal in der mit 6I angedeuteten Weise
an der Steuerelektrode 51 erscheint, wobei das Sekundärspitzensignal 58 ganz oder
teilweise eliminiert wird. Das Signal 58 erreicht die Verzögerungsvorrichtung 40
nicht, da es vor dem Erreichen der Ausgangselektrode 29, mit der der Registrierkopf
verbunden ist, eliminiert wird. Nur das Hauptsignal 57 wird also von der Vorrichtung
37 registriert. Auch ein oder mehrere andere Hauptsignale 63, die infolge der Strahlung
12 auftreten und eine von dem Sekundärsignal 58 wenig verschiedene Amplitude haben,
können vom Gerät 37 registriert werden, wobei keine Verzerrung infolge des ungewünschten
Sekundärsignals eintritt. Das dem Hauptsignal 63 zugeordnete Sekundärsignal kann
in der oben geschilderten Weise beseitigt werden; es kann aber erforderlich sein,
die Verzögerungsvorrichtung 40 beim Registrieren wieder einzustellen, wenn der Abstand
und die relative Größe der letztgenannten Sekundärspitze in bezug auf die Hauptspitze
63 verschieden ist von dem entsprechenden Abstand und der relativen Größe der Sekundärspitze
58 in bezug auf die Hauptspitze 57.
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Die erforderliche Zeitverzögerung in der Verzögerungsvorrichtung
40 und die Einstellung des Kontaktes 49 sind voii dem in dem Zählrohr I3 verwendeten
Gas abhängig. Es wird z. B. ein verhältnismäßig schweres Gas, z. B. Xenon, eine
längere Zeitverzögerung in der Vorrichtung 40 und auch eine Einstellung für größere
Verstärkung des Regelorgans 49 erfordern. Die richtigen Einstellungen zur Zeitverzögerung
und Verstärkung sind vorher ermittelbar, so daß für verschiedene, in dem Zählrohr
I3 verwendbare Gase der Abstand und die relative Zählgeschwindigkeit oder die Impulszahl
je Spitze des Sekundärsignals 58 in bezug auf die des Hauptsignals 57 bekannt sind.
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Es leuchtet ein, daß durch Anwendung der Erfindung eine genaue Analyse
von einer Anzahl gleichzeitig auftretender, verschiedener Strahlungsarten 12 gemacht
werden kann; dies infolge der Tatsache, daß ausschließlich die Hauptspitzen regi
striert werden. Obwohl es gewöhnlich zu bevorzugen ist, nur die Hauptsignale zu
registrieren, kann gewünschtenfalls der vorerwähnte Prozeß zeitlich umgekehrt werden,
so daß nur die Sekundärsignale von dem Registriergerät 37 aufgezeichnet -werden.
Die Beseitigung der unerwünschten Spitzensignale ist gewöhnlich vollständig; sogar
wenn der Ausgleich nicht immer vollständig ist, kann er nahezu vollständig gemacht
werden, so daß die Genauigkeit bei der Beobachtung und die Deutung der von der Detektorröhre
13 gelieferten Daten vergrößert werden.
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Der Speicher 40 kann ein verzögerndes Registrierorgan enthalten,
wie oben geschildert; er kann aber auch mit einem Laufzeitglied, einem Reflexionsglied
für die Phasenumkehrung der Signale oder mit einem sonstigen verzögernden Organ
ausgestattet sein. Statt die wirklichen Impulse zu verzögern, kann eine Verzögerungsvorrichtung
40 verwendet werden, die einen neuen Impuls erzeugt, der in bezug auf den einkommenden
Impuls verzögert ist. Bei Verwendung einer Registriervorrichtung, wie oben geschildert,
ist die Verzögerung leicht einstellbar durch Einstellung des Abstandes zwischen
dem Registrierkopf 45 und dem Registrierkopf 47 längs des Bandes 41. In den Modulationskreis46
der Verzögerungsvorrichtung 40 kann in bekannter Weise eine Wechselspannung eingeführt
werden.
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Bei der geschilderten Vorrichtung kann der Analysator I9 selbst die
erforderlichen Verstärker I7 oder Integrationseinrichtungen 21 enthalten. Ferner
ist es z. B. möglich, die erforderlichen Verstärker in die Verbindungsleitungen
zum Speicher 40 zu verlegen. Die Mischvorrichtung 23 besitzt zweckmäßig eine Mehrgitterröhre,
wie geschildert, dadiese für diesen Zweck besondere Vorteile hat. Das direkte Signal
und das verstärkte Signal können aber gewünschtenfalls direkt in der-Registriervorrichtung
37 oder auf andere passende Weise gemischt und ausgeglichen werden.
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Die geänderte Ausbildung nach Fig. 3 enthält einen Analysator 7I
für die Impulshöhe mit einer
Anzahl von Kanälen; er enthält zweckmäßig
zehn Kanäle I bis 10. Die Kanalbreite, d. h. der Amplitudenbereich der von einem
Kanal durchgelassenen Impulse, braucht nicht notwendigerweise für sämtliche Kanäle
gleich zu sein. Die Ausgangsklemme des Strahlungsdetektors I3 ist über den Verstärker
I7 mit der Eingangsklemme I8' eines jeden Kanals gekoppelt. Die Ausgangsklemme 20'
eines jeden Kanals ist mit einem Verbraucher 37' verbunden, der eine Anzahl verschiedener
Signalaufnehmer I bis 10 enthalten kann. Diese Aufnehmer können Meßgeräte, Zähler
od. dgl. enthalten. Der Kanal 10 des Analysators 7I ist nur für Impulse mit einem
verhältnismäßig hoben Energiepegel durchlässig; der Kanal I ist nur für Impulse
mit einem verhlältnismäßig niedrigen Energiepegel durchlässig; die anderen Kanäle
sind für zwischen diesen Extremwerten liegende Impulse durchlässig. Dies ist graphisch
in Fig. 4 dargestellt. Gewünschtenfalls können Integrationsvorrichtungen von der
Art wie die Vorrichtung 21 nach Fig. I an die Ausgangsklemmen 20' des Analysators
7I angeschlossen werden, um den Mittelwert der Impulszählung über eine bestimmte
Zeit zu erhalten.
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Ein Spannungsteiler 72 zur Verstärkungsregelung ist zwischen die
Ausgangsklemmen 20', 24' des Kanals 10 des Analysators 7I angeschlossen; der Gleitkontakt
73 desselben ist über - eine Phasenumkehrvorrichtung 74 mit der Eingangsklemme des
Anzeigers 5 verbunden. Ein nur in einer Richtung für Strom durchlässiges Organ 75,
z. B. ein Gleichrichter, kann in diese Verbindung eingeschaltet werden, um Rückkopplung
zu vermeiden. Die Phasenumkehrvorrichtung 74 kann einen Transformator, eine Verstärkerröhre
oder ein sonstiges Umkehrorgan enthalten. Bei Verwendung einer Verstärkerröhre entsteht
eine in sich einsinnige Signalleitung, und es entfällt das Element 75. In gleicher
Weise sind Intensitätsregelvorrichtungen 77, 78, 79 und 80 über die Ausgangsklemmen
der Kanäle 9, 8, 7 bzw. 6 angeschlossen; die Gleitkontakte 8I, 82, 83 und 84 sind
über Phasenumklhreinriditungen 86.
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87, 88 und 89 mit den Eingangsklemmen des Anzeiger 37' für jeden Kanal
4, 3, 2 bzw. I verbunden.
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Bei der Ausbildung nach Fig. 3 werden die Ausgangssignale des Analysators
7I, welche die Anzahl Impulse verschiedener Amplitudenpegel andeutet. zugleich durch
passende Einstellung der Organe 72, 77, 78, 79 und 80 aufgenommen, und durch passende
Verteilung der Kanäle werden verschiedene Teile des Hauptsignals 57' in Gegenphase
mit den entsprechenden Teilen des Sekundärsignals 58' kombiniert.
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Dies ist durch die gestrichelten Liniien 91 in Fig. 4 angedeutet.
Wie bei 62' angedeutet, wird hierbei das Sekundärsignal 58' im wesentlichen ausgeglichen.