NL8700949A - Inrichting voor het meten van stralingsquanta, impulsonderscheidingsinrichting geschikt voor gebruik in en spectrometer voorzien van een dergelijke inrichting. - Google Patents

Description

% PHN 12.102 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

"Inrichting voor het meten van stralingsquanta, impulsonderscheiding?-inrichting geschikt voor gebruik in en spectrometer voorzien van een dergelijke inrichting".

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het meten van stralingsquanta omvattende een detektie-inrichting voor detektie van de stralingsquanta en voor omzetting van de stralingsquanta in impulsvormige signalen, en verder omvattende een impuls-5 onderscheidingsinrichting ter onderlinge onderscheiding van de impulsvormige signalen, die met een ingang gekoppeld is met een uitgang van de detektie-inrichting.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een spectrometer voorzien van een dergelijke inrichting.

10 De uitvinding heeft voorts betrekking op een impulsonderscheidingsinrichting geschikt voor gebruik in een dergelijke inrichting.

Een dergelijke inrichting voor het meten van stralingsquanta is vooral geschikt voor het meten van Röntgenstraling, waarbij 15 voor het meten van de energie van quanta, de quanta door detektie warder omgezet in impulsvormige signalen. Voor het meten van monochromatische straling is de inrichting bijzonder geschikt.

Een dergelijke inrichting voor het meten van stralingsquanta is bekend uit het boek "Practical X-ray Spectrometry" 20 van R. Jenkins & J.L. de Vries, Philips Technical Library, MacMillan 1970. In hoofdstuk 3 van genoemd boek, biz. 47-67, wordt de detektie var. Röntgen-straling beschreven. Er worden verscheidene detektoren beschreven, waaronder met edelgas gevulde detektoren, waarbij Röntgen-quanta gasatomen ioniseren, en daardoor vrijgekomen elektronen verdere 25 gasatomen ioniseren. Impulsvormige signalen treden op als detektoruitgangssignaal. Een detektie-inrichting voor detektie van Röntgenquanta is beschreven in fig. 3.2, uit hoofdstuk 3, op blz. 52 van genoemd boek. Door integratie via onder meer parasitaire capaciteiten van een detektor in de beschreven detektie-inrichting 30 ontstaan geïntegreerde impulsvormige signalen, waarvan de impulshoogte een maat is voor de energie van de impulsvormige signalen. Ka integratie neemt het uitgangssignaal van de detektie-inrichting relatief langzaam f- / ' '3 PHN 12.102 2 af door ontlading met een relatief grote tijdkonstante. In hoofdstuk 4, blz. 68-89, van genoemd boek wordt verwerking van de geïntegreerde impulsvormige signalen, na voorbewerking, beschreven. Voor een zogenaamd enkel kanaal, dat wil zeggen voor monochromatische straling, bij 5 Röntgenstralingfluorescentiespectrometrie wordt een impulsonderscheidingsinrichting beschreven in fig. 4.1 op blz. 68 van genoemd boek. De beschreven impulsonderscheidingsinrichting selecteert geïntegreerde impulsvormige signalen, waarvan de impulshoogte ligt tussen een in de impulsonderscheidingsinrichting instelbare minimum- en 10 maximumwaarde, (een zogenaamd "window"). Er wordt van uitgegaan dat de gemiddelde hoogte evenredig is met de energie van de geselecteerde impulsvormige signalen voor quanta met een bepaalde golflengte. Een impulshoogteverdeling ontstaat hoofdzakelijk door statistische eigenschappen van de detektor door op de detektor vallende quants van 15 een bepaalde golflengte. De maximum- en de minimumwaarde en het verschil van de maximum- en minimumwaarde is voor elke golflengte anders.

Hierdoor zijn impulsvormige signalen van verschillende golflengten te onderscheiden. Een nadeel van de bekende inrichting is dat bij toename van het aantal impulsen per tijdseenheid - een toenemend aantal quants 20 per tijdseenheid - steeds meer impulsvormige signalen verloren gaan. Een in de inrichting aanwezige dode tijd voor detektie en verwerking van de quants gaat bij toenemend aantal impulsvormige signalen een steeds grotere rol spelen. Valt er meer dan één impulsvormig signaal binnen de dode tijd dan wordt slechts één impulsvormig signaal 25 onderscheiden. Op blz. 53 van genoemd boek wordt een formule gegeven om achteraf een uit een impulshoogteverdeling bepaald gemeten aantal impulsvormige signalen voor dode tijd te corrigeren: ^c “ Rm/^ ^-RmA^' waarin Rra het gemeten aantal impulsvormige signalen, Δ de dode tijd 30 van de inrichting en Rc het gecorrigeerde aantal impulsvormige signalen is. Hierbij wordt aangenomen dat de aankomst van de impulsvormige signalen aan een statistiek onderhevig is. Verder is de dode tijd Δ bijvoorbeeld afhankelijk van temperatuursinvloeden op diverse delen van de inrichting. Hierdoor is - bij zeer grote aantallen 35 impulsvormige signalen per tijdseenheid - het gecorrigeerd aantal impulsvormige signalen Rc slechts een vrij grove benadering van het werkelijk aantal impulsvormige signalen dat tijdens het meten optreedt.

V’ \T> · % «r PHN 12.102 3

Nog een probleem bij toenemend aantal quants per tijdseenheid bij de bekende inrichting is dat de geïntegreerde impulsvormige signalen gestapeld kunnen optreden ("pile-up"), in het geval quants vrijwel gelijktijdig de detektie-inrichting binnenkomen. In de bekende 5 inrichting zullen daaruit voortkomende gestapelde geïntegreerde impulsvormige signalen in afhankelijkheid van de ingestelde minimum- en maximumwaarde als één signaal, als twee signalen of zelfs in hei geheel niet gezien worden in het "window". Ook dit verschijnsel, dat aanleiding geeft tot een afwijking tussen werkelijk en gemeten aantallen 10 impulsvormige signalen, is een nadeel van de bekende inrichting.

Met de uitvinding wordt beoogd een inrichting voor het meten van stralingsquanta te verschaffen waarin genoemde nadelen niet optreden. Een inrichting voor het meten van stralingsquanta volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat de impulsonderscheidings-15 inrichting, waarvan de ingang via een vertragingsinriehting met een integratie-ingang van een integrator gekoppeld is, besturingsmiddelen bevat voor het besturen van de integrator, die gekoppeld zijn met de ingang van de impulsonderscheidingsinrichting, om bij opeenvolging van de impulsvormige signalen binnen een dode tijd voor detektie van de 20 stralingsquanta en verwerking van de impulsvormige signalen de integrator aan te sturen voor integratie van de impulsvormige signalen en om bij opeenvolging van de impulsvormige signalen buiten de dode tijd een met de integrator gekoppelde signaalverwerkingsinrichting aan te sturen voor verwerking van een uitgangssignaal op een uitgang van de 25 integrator en de integrator aan te sturen voor terugstellen van de uitgang op een referentiesignaal. Hierdoor wordt bereikt dat althans nagenoeg alle impulsvormige signalen onderscheiden worden tot zeer hoge aantallen impulsvormige signalen per tijdseenheid. De integrator dient er onder meer voor om van een impulsvormig signaal de oppervlakte onder 30 het signaal te bepalen, welke een maat is voor de energie van het impulsvormïg signaal. Integratie van de impulsvormige signalen vindt in de inrichting volgens de uitvinding plaats nadat de impulsvormige signalen onder meer door de vertragingsinriehting zijn gegaan en niet via parasitaire capaciteiten zoals bij de bekende inrichting. Aan de 35 uitgang van de integrator zijn geïntegreerde impulsvormige signalen beschikbaar voor verdere verwerking. De besturingsmiddelen zorgen ervoor dat de integrator blijft dóórintegreren als impulsvormige signalen ' Λ Λ ƒ t\ t K i.! <· 9 4'* PHN 12.102 4 te snel opeenvolgen om als enkelvoudige impulsvormige signalen te worden herkend. Zo kunnen integratiewaarden ontstaan welke een meervoudige energie vertolken. De besturingsmiddelen zorgen er verder voor dat de integrator wordt teruggesteld als impulsvormige signalen op afstanden 5 liggen waarop onderscheiding mogelijk is. Komt opstapeling van impulsvormige signalen voor dan geeft dat eveneens aanleiding tot integratiewaarden welke een meervoudige energie vertolken. Met de signaalverwerkingsinrichting wordt de integrator uitgelezen. De vertragingsinrichting is nodig om er zeker van te zijn dat er bij 10 uitlezen van de integrator geen volgend impulsvormig signaal op de integrator binnenkomt. De vertragingstijd van de vertragingsinrichting moet daartoe groter zijn dan of gelijk zijn aan de som van de tijden nodig om de integrator uit te lezen en terug te stellen. Uit ontstane informatie is het totale aantal impulsvormige signalen te herleiden.

15 Opgemerkt wordt nog dat op zich inrichtingen bekend zijn voor "pile-up“ correctie. Zo is een inrichting bekend uit het Amerikaanse Octrooischrift US 4.629.894 om "pile-up" te corrigeren bij het meten van Gammastraling. Gammaquants hebben een ten opzichte van Röntgenquants relatief hoge energie en verder is er op door detéktie uit de 20 Gammaquants verkregen impulsvormige signalen geen noemenswaardig energieverdeling. De beschreven correctie in het Amerikaanse Octrooischrift US 4.629.894 gaat van deze premissen impliciet uit. In het geval van Röntgenquants geeft deze correctie geen goede resultaten.

Een uitvoeringsvorm van een inrichting voor het meten van 25 stralingsquanta volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt, dat de besturingsmiddelen een inrichting voor detektie van signaalveranderingen van de impulsvormige signalen omvatten, waarvan een ingang gekoppeld is met de ingang van de impulsonderscheidingsinrichting en waarvan een uitgang in afhankelijkheid van de impulsvormige signalen een tweede 30 toestand na een eerste toestand aanneemt na een signaaldalwaarde en de eerste toestand na de tweede toestand aanneemt na een signaaltopwaarde van de impulsvormige signalen, waarbij de besturingsmiddelen verder een bestuurbare tijdschakeling bevatten, waarvan een ingang met de uitgang van de inrichting voor detektie van signaalveranderingen, waarvan een 35 uitgang met een terugstelingang van de integrator en met de signaalverwerkingsinrichting is gekoppeld, om de integrator voor het terugstellen en de signaalverwerkingsinrichting voor de verwerking aar.

S ' t y v h t * * PHN 12.102 5 te sturen indien een tijdsverloop tussen verandering van de tweede naaide eerste toestand gevolgd door verandering van de eerste naar de tweede toestand van de uitgang van de inrichting voor detektie van signaalveranderingen groter is dan een voorafbepaalde tijd. Hierdoor 5 wordt bereikt dat gedeeltelijk samenvallende en te snel opeenvolgende impulsvormige signalen onderscheiden worden en na integratie als meervoudig impulsvormig signaal herkenbaar zijn. De inrichting voor detektie van signaalveranderingen van de impulsvormige signalen is uitvoerig beschreven in een gelijktijdig met de onderhavige octrooi-10 aanvrage ingediende Nederlandse octrooi-aanvrage nr. ... (PHN12101).

Een verdere uitvoeringsvorm van een inrichting voor het meten van stralingsquanta volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de bestuurbare tijdschakeling een monostabiele trekkerschakeling bevat, waarvan een ingang met de ingang van de bestuurbare tijdschakeling en 15 waarvan een uitgang met de uitgang van de bestuurbare tijdschakeling is gekoppeld, waarbij de monostabiele trekkerschakeling is voorzien van een instelingang, die gekoppeld is met instelmiddelen voor het instellen van een trekkertijd. In het algemeen zal stijging van het impulsvormig signaal bij detektie sneller gaan dan daling ervan. De daling van het 20 impulsvormig signaal hangt nogal af van een type detektor in de detektie-inrichting. Door met de instelmiddelen de trekkertijd af te stemmen op de detektor wordt rekening gehouden met de specifieke eigenschappen van de detektor.

Een verdere uitvoeringsvorm van een inrichting voor het 25 meten van stralingsquanta volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de signaalverwerkingsinrichting een analoogdigitaalomzetter bevat, waarvan een analoge ingang met de ingang van de signaalverwerkingsinrichting is gekoppeld, en verder een geheugeninrichting bevat, waarvan een adresbus gekoppeld is met digitale uitgangen van de 30 analoogdigitaalomzetter, en voorts een besturingseenheid bevat voor besturing van de geheugeninrichting, om bij aansturing van de signaalverwerkingsinrichting door de besturingsmiddelen van de iapulsonderscheidingsinrichting op een door de analoogdigitaalomzetter op de adresbus opgewekt adres van de geheugeninrichting een 35 geheugeninhoud met één te verhogen. Hierdoor wordt bereikt dat met de digitale uitgangssignalen een geheugenlocatie wordt geadresseerd na uitlezen van de integrator. De inhoud van de geheugenlocatie wordt met f " '· " f, V .. Λ-* ft PHN 12.102 6 één opgehoogd. De geheugenlocaties in de geheugeninrichting dienen als tellers ("event-counts").

Een verdere uitvoeringsvorm van een inrichting voor het meten van stralingsquanta volgens de uitvinding, welke inrichting een 5 informatieverwerkingsinrichting omvat, waarvan respectieve data- en adresbus met de databus en de adresbus van de geheugeninrichting zijn gekoppeld, heeft het kenmerk, dat ter bepaling van een totaal aantal gemeten impulsen de informatieverwerkingsinrichting geprogrammeerde rekenmiddelen bevat om impulsaantallen van door 10 integratie ontstane meervoudige impulsen te herleiden tot impulsaantallen van enkelvoudige impulsen en om uit impulsaantallen van enkelvoudige en herleide enkelvoudige impulsaantallen het totaal aantal impulsen te bepalen, waarbij de impulsaantallen zijn opgeslagen in de geheugeninrichting. Hierdoor wordt bereikt, dat na beëindiging van de 15 fysische meting van de stralingsquants, de informatieverwerkings-inrichting de geheugenlocaties (tellers) van de geheugeninrichting uitleest om daarmee door herleiding het totaal aantal stralingsquanta van de fysische meting te bepalen. De geprogrammeerde rekenmiddelen bevatten vermenigvuldigingsmiddelen voor het vermenigvuldigen van 20 inhouden van geheugenlocaties, die een meervoudige energie van de impulsvormige signalen vertolken, met een overeenkomstige meervoudsfaktor en optelmiddelen voor het optellen van de vermenigvuldigde inhouden bij inhouden van geheugenlocaties, die een enkelvoudige energie van de impulsvormige signalen vertolken, om op 25 die wijze het totaal aantal stralings-quants voor een kanaal te bepalen.

Het is bijzonder voordelig om een sequentiële spectrometer te voorzien van één of een simultane spectrometer te voorzien van voor elk kanaal een inrichting voor het meten van stralingsquanta volgens de uitvinding. Met dergelijke spectrometers kan tot 30 hogere aantallen impulsvormige signalen per tijdseenheid en nauwkeuriger gemeten worden dan met bekende spectrometers.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van bijgaande figuur, waarin fig. 1 het principeschema van een spectrometer weergeeft, 35 die is voorzien van een inrichting voor het meten van stralingsquanta volgens de uitvinding, fig. 2 ter verduidelijking van de werking van de 6 :> - ¢. .

PHN 12.102 7 inrichting voor het meten van stralingsquanta volgens de uitvinding een impulsvormig signaal met daarbij het verloop van een integratoruitgangssignaal in de impulsonderscheidingsinrichting toont, fig. 3 een uitvoeringsvorm geeft van een impuls-5 onderscheidingsinrichting volgens de uitvinding, fig. 4 een uitvoeringsvorm geeft van een bestuurbare tijdschakeling volgens de uitvinding, fig. 5 het principeschema van een signaalverwerkings-inrichting voor verwerking van een uitgangssignaal van de integrator met 10 daaraan gekoppeld een informatieverwerkingsinrichting toont, en fig. 6 schematisch geheugeninhouden van een geheugeninrichting in de signaalverwerkingsinrichting toont, na afloop van een meting met de inrichting voor het meten van stralingsquanta volgens de uitvinding, waarbij aantallen van gemeten impulsvormige 15 signalen de geheugeninhouden vormen, welke zijn afgezet tegen geheugenadressen.

In de verdere beschrijving wordt aangenomen dat de getoonde inrichtingen zijn voorzien van voedingsklemmen (niet aangegeven) voor het aansluiten van voedingsspanning, waaronder de 20 massapotentiaal is begrepen. Voor de beschrijving van de werking van de getoonde inrichtingen wordt aangenomen dat de voedingsspanning is aangesloten.

In fig. 1 is het principeschema van een spectrometer 1 weergegeven, die is voorzien van een inrichting voor het meten van 25 stralingsquanta 2 volgens de uitvinding. De spectrometer 1 bevat een Röntgenbuis 3 voor het bestralen van een preparaat 4. Daarbij valt primaire Röntgenstraling 5 op het preparaat 4. Het preparaat 4 straalt ten gevolge daarvan secundaire straling 6 uit, die wordt gericht door een primaire collimator 7. De gerichte straling 8 valt onder een hoek 0 30 op een analysekristal 9, waarin kristalroostervlakken 10 op een afstand d van elkaar liggen. Het analysekristal 9 reflecteert de gerichte straling 8. Het analysekristal 9 werkt als monochromator, waarbij voor de golflengte λ van gereflecteerde straling 11 de welbekende Bragg-relatie geldt: 35 η.λ = 2d.sin(0), waarin n een geheel getal is. De gereflecteerde straling 11 wordt gericht door een secundaire collimator 12, die eveneens een hoek 0 met € 7 '· · ·

It * PHN 12.102 8 het analysekristal 9 maakt, en valt op een in een detektie-inrichting 13 opgenomen detektor 14. De detektor 14 is bijvoorbeeld een met edelgas gevulde detektor. Stralingsquanta van de opvallende straling 15 ioniseren in een dergelijke gasgevulde detektor 14 gasatomen. Door 5 aanleg van een zeer hoge spanning op een (niet getoonde) anode van de detektor 14 wordt recombinatie van elektronen met gasatomen althans nagenoeg voorkomen. Op de anode worden de elektronen verzameld. Een omzettingsinrichting 16 is met de detektor 14 gekoppeld. De omzettingsinrichting 16 bevat een versterker 17, die met een ingang 18 10 is gekoppeld met een uitgang 19 van de detektor 14. Voorts is een uitgang 20 van de versterker 17 gekoppeld met een ingang 21 van een gelijkstroomherstelinrichting 22 (”DC-restore“-inrichting) voor het herstellen van een gelijkstroomcomponent in een uitgangssignaal op de uitgang 20 van de versterker 17. Op een uitgang 23 van de 15 gelijkstroomherstelinrichting 22 komen impulsvormige signalen beschikbaar, waarvan de gelijkstroomcomponent hersteld is. De uitgang 23 van de gelijkstroomherstelinrichting 22 is gekoppeld met een uitgang 24 van de detektie-inrichting 13. De energie-inhoud van de impulsvormige· signalen is niet steeds gelijk, vanwege het feit dat op de detektor 14 20 vallende stralingsquanta niet steeds eenzelfde hoeveelheid elektronen vrijmaken. Er wordt bij de beschrijving van uitgegaan dat de opvallende straling 15 monochromatisch is. Op de uitgang 24 komen op willekeurige tijdstippen impulsvormige signalen voor, waarvan de energie-inhoud voldoet aan een verdelingsfunktie. De uitgang 24 van de detektie-25 inrichting 13 is gekoppeld met een signaalingang 25 van een impulsonderscheidings-inrichting 26 ter onderlinge onderscheiding van de impulsvormige signalen. De signaalingang 25 is gekoppeld met een ingang 27 van een bijvoorbeeld als elektronische vertragingslijn uitgevoerde vertragingsinrichting 28, die met een uitgang 29 is gekoppeld met een 30 integratie-ingang 30 van een integrator 31, waarvan een uitgang 32 is gekoppeld met een signaaluitgang 33 van de impulsonderscheidings-inrichting 26. De signaalingang 25 van de impulsonderscheidings-inrichting 26 is verder gekoppeld met een signaalingang 34 van besturingsmiddelen 35 voor het besturen van de integrator 31, waartoe de 35 besturingsmiddelen 35 zijn voorzien van een eerste besturingsuitgang 36, die gekoppeld is met een terugstelingang 37 van de integrator 31. De signaaluitgang 33 van de impulsonderscheidingsinrichting 26 is gekoppeld 6 7 c £ * * PHN 12.102 9 met een signaaluitgang 38 van de inrichting voor het meten van stralingsquanta 2. De signaaluitgang 38 is gekoppeld met een signaalingang 39 van een signaalverwerkingsinrichting 40. Een tweede besturingsuitgang 41 van de besturingsmiddelen 35 is gekoppeld met eer· 5 besturingsuitgang 42 van de impulsonderscheidingsinrichting 26. Een besturingsuitgang 43 van de inrichting voor het meten van stralingsquanta 2 is gekoppeld met de besturingsuitgang 42 en voorts met een besturingsingang 44 van de signaalverwerkingsinrichting 40. De signaalverwerkingsinrichting 40 is voorzien van een terugmeldingsuitgang 10 45, die is gekoppeld met een terugmeldingsingang 46 van de inrichting voor het meten van de stralingsquanta 2. De terugmeldingsingang 46 is gekoppeld met een terugmeldingsingang 47 van de impuls-onderscheidings-· inrichting 26. De terugmeldingsingang 47 is gekoppeld met een terugmeldingsingang 48 van de besturingsmiddelen 35. Een adresbus 49 van 15 de signaalverwerkingsinrichting 40 is gekoppeld met een adresbus 50 van een informatieverwerkingsinrichting 51. Een databus 52 van de signaalverwerkingsinrichting 40 is gekoppeld met een databus 53 van de informatieverwerkingsinrichting 51.

De werking van de inrichting voor het meten van 20 stralingsquanta en van de spectrometer 1 zal nader worden toegelicht aan de hand van fig. 2, waarin een impulsvormig signaal im op de signaalingang 25 van de impulsonderscheidingsinrichting 26 en een uitgangssignaal int op de uitgang 32 van de integrator 31 als funktie van de tijd t worden getoond. Met tO tot en met t4 worden enige 25 tijdstippen aangeduid. Met p is een referentieniveau aangeduid, in dit geval een nulniveau. Aangenomen wordt dat er vóór het getoonde impulsvormige signaal im geen impulsvormige signalen op de signaalingang 25 waren binnengekomen. Komt op tO het impulsvormig signaal im binnen op de signaalingang 25 dan zal de vertragingsinrichting 28 het impulsvormig 30 signaal im vertraagd doorgeven aan de integrator 31. De besturingsmiddelen 35 sturen de integrator 31 aan om het impulsvormig signaal im te integreren, waarbij wordt aangenomen dat op t1 de integratie begint. Op t2 staat op de uitgang 32 een signaal, waarvan de signaalwaarde e een maat is voor de energie van het impulsvormig signaal 35 im. De signaalwaarde e wordt vastgehouden door de integrator tot t3. Het tijdsinterval t3-t2 is nodig voor signaalverwerking door de signaalverwerkingsinrichting 40. Op het tijdstip t3 wordt de integrator r - ·.'· 4 9 η ΡΗΝ 12.102 10 31 teruggesteld door de besturingsmiddelen 35. De vertragingsinrichting 28 is nodig voor vaststelling door de impulsonderscheidingsinrichting 26 of er tijdens signaalverwerking geen volgend impulsvormig signaal op de integrator 31 binnenkomt. De vertragingstijd van de 5 vertragingsinrichting 28 moet daartoe groter zijn dan het tijdsverschil t4-t2, dat wil zeggen groter dan de dode tijd nodig voor signaalverwerking van het geïntegreerde impulsvormige signaal en voor terugstellen van de integrator 31. De beslissing te nemen door de besturingsmiddelen 35 om via de tweede besturingsuitgang 41 de 10 signaalverwerkingsinrichting 40 aan te sturen voor verwerking van een uitgangssignaal op de uitgang 32 van de integrator 31, hangt ook af van een dode tijd voor detektie. Een de detektor 14 binnenkomende stralingsquant zal een impulsvormig signaal im opleveren met een bepaalde tijdsduur, de dode tijd voor detektie. De totale dode tijd 15 bedraagt derhalve de som van de dode tijd voor detektie en de dode tijd voor verwerking (en terugstellen van de integrator 31). De besturingsmiddelen 35 analyseren het niet-vertraagde impulsvormig signaal en daarop volgende impulsvormige signalen. Vallen impulsvormige signalen ten opzichte van elkaar binnen de dode tijd voor detektie. en 20 verwerking dan zal de integrator 31 dóórintegreren. Ligt een laatst op de signaalingang 25 binnenkomend irapulsvormig signaal op grotere tijdsafstand ten opzichte van een ervóór binnenkomend impulsvormig signaal dan sturen de besturingsmiddelen 35 de signaalverwerkingsinrichting 40 aan voor verwerking en daarna de 25 integrator 31 voor terugstellen van de uitgang 32 op een referentiewaarde p. Er ontstaan op deze wijze integratoruitgangswaarden, die de energie vertolken van enkelvoudige of meervoudige impulsvormige signalen, waarbij onder meervoudige impulsvormige signalen zowel in de tijd gescheiden als gestapelde enkelvoudige impulsvormige signalen 30 dienen te worden verstaan. De integratoruitgangssignalen worden verwerkt in de signaalverwerkingsinrichting 40.

In fig. 3 wordt een uitvoeringsvorm van een impuls-· onderscheidingsinrichting 26 volgens de uitvinding gegeven, waarbij gelijke delen, signaalingangen en signaaluitgangen met dezelfde 35 verwijzingscijfers als in fig. 1 zijn aangegeven. In de impuls-onderscheidingsinrichting 26 is .de signaalingang 25 met de signaalingang 34 van de besturingsmiddelen 35 gekoppeld. De f f , PHN 12.102 11 signaalingang 34 is gekoppeld met een signaalingang 54 van een inrichting voor detektie van signaalveranderingen 55, waarvan' een besturingsuitgang 56 is gekoppeld met een eerste besturingsingang 57 van een bestuurbare tijdschakeling 58. Een besturingsuitgang 59 van de 5 bestuurbare tijdschakeling 58 is gekoppeld met de eerste en tweede uitgangen 36 en 41 van de besturingsmiddelen 35. De bestuurbare tijdschakeling bevat voorts een tweede besturingsingang 60, die gekoppeld is met de terugmeldingsingang 48 en een derde besturingsingang 61 die gekoppeld is met een ingang 62 van de besturingsmiddelen 35. De 10 ingang 62 is gekoppeld met een ingang 63 van de impulsonderscheidingsinrichting 26 voor toevoer van een vrijgavesignaal van de inrichting voor het meten van stralingsquanta. De eerste besturingsingang 57 is gekoppeld met een ingang 64 van een zich in de bestuurbare tijdschakeling 58 bevindende monostabiele trekkerschakeling 15 65, die met een uitgang 66 is gekoppeld met de besturingsuitgang 5S. De monostabiele trekkerschakeling 65 is voorzien van een instelingang 67 voor het instellen van een trekkertijd. De instelingang 67 is gekoppeld met een instelingang 68 van de besturingsmiddelen 35. De instelingang 68 is gekoppeld met een instelingang 69 van de impulsonderscheidings-20 inrichting 26. De integrator 31 is voorzien van terugstelmiddelen 70 voor terugstellen op de referentiewaarde p. De inrichting voor detektie van signaalveranderingen 55 is voorzien van een verschilwaardeinstelingang 71 om een verschilwaarde bij detektie van signaalveranderingen in te stellen. De verschilwaarde bepaalt de 25 gevoeligheid voor ruis, welke op de impulsvormige signalen is gesuperponeerd, bij omslag van de inrichting voor detektie van signaalveranderingen 55. De verschilwaardeinstelingang 71 is gekoppeld met een verschilwaardeinstelingang 72 van de besturingsmiddelen 35 en met een verschilwaardeinstelingang 73 van dé 30 impulsonderscheidingsinrichting 26. Voor de uitvoerige beschrijving van de inrichting voor detektie van signaalveranderingen 55 van de impulsvormige signalen wordt hier nogmaals verwezen naar de gelijktijding met de onderhavige aanvrage ingediende Nederlandse octrooiaanvrage nr... (PHN12101). De werking van de 35 impulsonderscheidingsinrichting 26 is als volgt. Op de signaalingang 54 van de inrichting voor detektie van signaalveranderingen 55 binnenkomende impulsvormige signalen worden geanalyseerd. Wordt een 0 / 0 o V π * s PHN 12.102 12 signaaltop binnen een voorafbepaalde tijd gevolgd door een signaaldal dan wordt de monostabiele trekkerschakeling 65 opnieuw gestart en zal d^ integrator 31 dóórintegreren. Een signaaldal wordt hierbij geconstateerd na signaalstijging vanuit het signaaldal. Valt een 5 signaaldal buiten de voorafbepaalde tijd dan geeft de bestuurbare tijschakeling 58 een startsignaal voor signaalverwerking van het uitgangssignaal van de integrator 31 aan de signaalverwerkingsschakeling 40. De detektie van signaaltoppen en -dalen gebeurt in de inrichting voor detektie van signaalveranderingen 55. De voorafbepaalde tijd hangt 10 af van de totale dode tijd.

In fig. 4 wordt een uitvoeringsvorm van de bestuurbare tijdschakeling 58 volgens de uitvinding gegeven, waarbij gelijke delen, signaalingangen en signaaluitgangen met dezelfde verwijzingscijfers als in fig. 3 zijn aangegeven. De eerste besturingsingang 57 is verbonden 15 met een ingang 74 van een eerste ENpoortschakeling 75, waarvan een uitgang 76 is verbonden met de ingang 64 van de monostabiele trekkerschakeling 65 en tevens met een ingang 77 van een OFpoortschakeling 78. De derde besturingsingang 61 is verbonden met een ingang 79 van de ENpoortschakeling 75. De uitgang 66 van de monostabiele 20 trekkerschakeling 65 is verbonden met een ingang 80 van de OFpoortschakeling 78. Een uitgang 81 van de OFpoortschakeling 78 is verbonden met een ingang 82 van een digitale vertragingsschakeling 83 waarvan een uitgang 84 is verbonden met een set-ingang 85 van eer. bistabiele trekkerschakeling 86, die met een geïnverteerde uitgang 87 is 25 verbonden met de besturingsuitgang 59 van de bestuurbare tijdschakeling 58. De uitgang 84 is verbonden met een ingang 88 van een eerste inverter 89, die met een uitgang 90 is verbonden met een ingang 91 van een tweede ENpoortschakeling 92. Een uitgang 93 van de ENpoortschakeling 92 is verbonden met een reset-ingang 94 van de bistabiele trekkerschakeling 30 86. Voorts is de uitgang 81 van de OFpoortschakeling 78 verbonden met een ingang 95 van een tweede inverter 96 die met een uitgang 97 is verbonden met een ingang 98 van de tweede ENpoortschakeling 92. De tweede besturingsingang 60 is verbonden met een ingang 99 van de ENpoortschakeling 92, De instelingang 67 is verbonden met een ingang 35 100 van instelmiddelen 101 welke met een uitgang 102 zijn verbonden met een instelingang 103 van de monostabiele trekkerschakeling 65. De bestuurbare tijdschakeling 58 wordt vrijgegeven als op de derde fi "? <Λ· Λ - *· - fj V ,. ' · % PHN 12.102 13 besturingsingang 61 een logisch "1" signaal wordt gegeven. D-monostabiele trekkerschakeling 65 maakt met de OFpoortschakeling 78 een puls met een pulsduur die afhangt van een trekkertijd van de monostabiele trekkerschakeling 65. De puls start als op de eerste 5 besturingsingang 57 een opgaande flank verschijnt. Er is dan een impulsvormig signaal op de ingang 54 van de inrichting voor detektie van signaalveranderingen 55 geconstateerd. Via de instelingang 67 zijn de instelmiddelen 101 aan te sturen voor het instellen van de trekkertijd van de monostabiele trekkerschakeling 65. De instelmiddelen 101 worden 10 bijvoorbeeld gevormd door verschillende trekkertijd bepalende capacitieve elementen, waarvan er één wordt ingesteld met de instelingang 67. De pulsduur aan de uitgang van de OFpoortschakeling 78 is althans nagenoeg gelijk aan de impulsduur van een impulsvormig signaal. Met de digitale vertragingsschakeling 83 voor het vertragen met 15 een tijd welke althans nagenoeg gelijk is aan de vertragingstijd van de. vertragingsinrichting 28 van de puls aan de uitgang van de OFpoortschakeling 78, de eerste en tweede inverter 89 er> 96, terugmelding van de signaalverwerkingsinrichting 40 op de tweede besturingsingang 60 en de tweede OFpoortschakeling wordt de timing van 20 de bistabiele trekkerschakeling 86 verzorgd voor het op het juiste moment geven van een startsignaal voor verwerking van een uitgangssignaal op de uitgang 32 van de integrator 31. Verwerking mag . alleen plaatsvinden na constatering dat de impulsvormige signalen voldoende ver uit elkaar liggen om afzonderlijke of gestapelde 25 impulsvormige signalen te kunnen verwerken.

In fig. 5 wordt het principeschema van een signaalverwerkingsinrichting 40 voor verwerking van een uitgangssignaal van de integrator 31 met daarmee gekoppeld een informatieverwerkings-inrichting 51 getoond, waarbij gelijke delen, signaalingangen en 30 signaaluitgangen met dezelfde verwijzingscijfers als in fig. 1 zijn aangegeven. De signaalingang 39 is met een analoge ingang 104 van een analoogdigitaalomzetter 105 gekoppeld. Digitale uitgangen 106 van de analoogdigitaalomzetter 105 zijn gekoppeld met een adresbus 107 van een geheugeninrichting 108, waarvan een databus 109 is gekoppeld met 35 een databus 110 van een besturingseenheid 111 voor besturing van de geheugeninrichting 108. De besturingseenheid 111 is voorzien van een besturingsingang 112, die gekoppeld is met een startingar.g 113 van de 87 C.

* *1 PHN 12.102 14 analoogdigitaalomzetter 105 en die verder gekoppeld is met de besturingsingang 44 van de signaalverwerkingsinrichting 40. Voorts is de besturingseenheid 111 voorzien van een besturingsuitgang 114, die gekoppeld is met de terugmeldingsuitgang 45. De werking is als volgt.

5 Een analoog uitgangssignaal van de integrator 31 wordt geconverteerd door de analoogdigitaalomzetter 105, die een adres genereert voor de geheugeninrichting 108. Een signaal op de geïnverteerde uitgang 87 van de bistabiele trekkerschakeling 86 start de conversie op een voorflank ervan. Na conversie leest de besturingseenheid 111 de geheugeninrichting 10 108 uit op het adres, verhoogt de inhoud van dit adres met één en schrijft de gewijzigde inhoud terug in de geheugeninrichting 108 op het adres. Tijdens uitlezen en terugschrijven van de inhoud op het adres in de geheugeninrichting 108 onder besturing van de besturingseenheid 111, geeft de besturingseenheid een zogenaamd "not ready"-signaal op de 15 besturingsuitgang 114, waarmee een terugmelding gegeven wordt aan de bestuurbare tijdschakeling 58.

In fig. 6 worden geheugeninhouden in de signaalverwerkingsinrichting 40 getoond, na afloop van een meting van stralingsquanta volgens de uitvinding, waarbij aantallen van gemeten 20 impulsvormige signalen de geheugeninhouden vormen, die zijn afgezet tegen geheugenadressen. Met de informatieverwerkingsinrichting 51 worden de geheugeninhouden van de geheugeninrichting 108 uitgelezen na afloop van een meting. N is in fig. 6 een geheugeninhoud op een adres CN. Op de adressen zijn energieën van de impulsvormige signalen 25 afgebeeld en op de inhouden aantallen impulsvormige signalen met bepaalde energieën. N1 stelt een totaal aantal impulsvormige signalen voor in een verdelingvan energieën voor enkelvoudige impulsvormige signalen, N2 voor dubbele, N3 voor drievoudige en zo verder. Nov stelt een overloopadres voor; bij een bepaalde instelling van de versterking 30 van de versterker 17 in de detektie-inrichting 13 genereert de analoogdigitaalomzetter 105 boven een bepaalde energie alleen een hoogste adres voor de geheugeninrichting 108. De aantallen N1, N2, N3, ... zijn bij Röntgenquants bijvoorbeeld Normale verdelingen (Gaussisch), waarvan een resolutie gedefinieerd is als de breedte van de verdeling op 35 halve hoogte van de verdeling gedeeld door de energie op de top van de verdeling. Treedt er geen overlapping op (geen al te slechte resolutie) van de verdelingen van N1, N2, N3, ... en is er geen overloop in Nov, % PHN 12.102 15 dan is het totaal aantal impulsvormige signalen eenvoudigweg: N1 + 2.N2 + 3.N3 + ____

Bij overlapping wordt in op zich bekende geprogrammeerde middelen voorzien in de informatieverwerkingsinrichting 51 om bijvoorbeeld met 5 zogenaamde deconvolutie het totale aantal impulsvormige signalen te verkrijgen. Is bij het meten van stralingsquanta het aantal quants per seconde relatief laag (<50.000 quants per seconde), dan zal er nagenoeg geen Mpile-up“ optreden. Wordt bij kanaalfiltering in de optische weg van de spectrometer niet alleen monochromatische straling doorgelaten 10 van een bepaalde energie (1e orde), maar komen ook dubbele (2e orde) en hogere energiën voor in de detektie-inrichting 13 dan hoeft dat geen probleem op te leveren bij gebruik van de inrichting volgens de uitvinding. Door met geprogrammeerde middelen alleen de eerste orde te verwerken wordt een juiste analyse verricht. Bij zeer hoge aantallen 15 quants per seconde (>500.000 quants per seconde) behoort het aantal optredende quants van hogere orde relatief gering te zijn ten opzichte van bijdragen door meervoudige impulsvormige signalen en is de bijdrage van hogere orde nauwelijks van invloed op de totaaltelling voor de eerste orde. In het tussengebied is correctie nodig voor hogere orden.

20 De correctie geschiedt op basis van het verloop van verdelingen van enkelvoudige en meervoudige impulsvormige signalen.

De uitvinding is niet beperkt tot de getoonde voorbeelden, maar binnen het kader van de uitvinding zijn voor de vakman veel variaties mogelijk. Ligt het voor de hand bij de huidige stand van 25 de techniek zogenaamde "flash"-A/D-converters te gebruiken, wellicht zal het bij het beschikbaar komen van goedkope snelle signaalprocessoren de signaalverwerking op andere wijze gebeuren. Ook is de uitvinding niet beperkt tot het getoonde toepassingsgebied. Het ligt voor de hand ook de uitvinding te gebruiken voor diffractometers. Maar ook bijvoorbeeld bij 30 meting van gammaquants of bij elektronenoptiek. Het gebruik van de impulsonderscheidingsinrichting 26 is overal daar denkbaar waar impulsvormige signalen op willekeurige tijdstippen binnenkomen en er bijvoorbeeld "pile-up" optreedt.

t /

Claims (7)

1. Inrichting voor het meten van stralingsquanta omvattende een detektie-inrichting voor detektie van de stralingsquanta en voor omzetting van de stralingsquanta in impulsvormige signalen, en verder omvattende een impulsonderscheidingsinrichting ter onderlinge 5 onderscheiding van de impulsvormige signalen, die met een ingang gekoppeld is met een uitgang van de detektie-inrichting, met het kenmerk, dat de impulsonderscheidingsinrichting, waarvan de ingang via een vertragingsinrichting met een integratie-ingang van een integrator gekoppeld is, besturingsmiddelen bevat voor het besturen van de 10 integrator, die gekoppeld zijn met de ingang van de impuls- onderscheidingsinrichting, om bij opeenvolging van de impulsvormige signalen binnen een dode tijd voor detektie van de stralingsquanta en verwerking van de impulsvormige signalen de integrator aan te sturen voor integratie van de impulsvormige signalen en om bij opeenvolging van 15 de impulsvormige signalen buiten de dode tijd een met de integrator gekoppelde signaalverwerkingsinrichting aan te sturen voor verwerking van een uitgangssignaal op een uitgang van de integrator en dc integrator aan te sturen voor terugstellen van de uitgang op een referentiesignaal.

2. Inrichting voor het meten van stralingsquanta volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de besturingsmiddelen een inrichting voor detektie van signaalveranderingen van de impulsvormige signalen omvatten, waarvan een ingang gekoppeld is met de ingang van de impuls-onderscheidingsinrichting en waarvan een uitgang in afhankelijkheid van 25 de impulsvormige signalen een tweede toestand na een eerste toestand aanneemt na een signaaldalwaarde en de eerste toestand na de tweede toestand aanneemt na een signaaltopwaarde van de impulsvormige signalen, waarbij de besturingsmiddelen verder een bestuurbare tijdschakeling bevatten, waarvan een ingang met de uitgang van de inrichting voor 30 detektie van signaalveranderingen, waarvan een uitgang met een terugstelingang van de integrator en met de signaalverwerkingsinrichting is gekoppeld, om de integrator voor het terugstellen en de signaalverwerkingsinrichting voor de verwerking aan te sturen indien een tijdsverloop tussen verandering van de tweede naar de eerste toestand 35 gevolgd door verandering van de .eerste naar de tweede toestand van de uitgang van de inrichting voor detektie van signaalveranderingen groter is dan een voorafbepaalde tijd. =; -· Λ 9 .*«·· Λ- ; PHN 12.102 17 ft

3. Inrichting voor het meten van stralingsquanta volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de bestuurbare tijdschakeling een monostabiele trekkerschakeling bevat, waarvan een ingang met de ingang van de bestuurbare tijdschakeling en waarvan een uitgang met de 5 uitgang van de bestuurbare tijdschakeling is gekoppeld, waarbij de monostabiele trekkerschakeling is voorzien van een instelingang, die gekoppeld is met instelmiddelen voor het instellen van een trekkertijd.

4. Inrichting voor het meten van stralingsquanta volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de 10 signaalverwerkingsinrichting een analoogdigitaalomzetter bevat, waarvan een analoge ingang met de ingang van de signaalverwerkingsinrichting is gekoppeld, en verder een geheugen-inrichting bevat, waarvan een adresbus gekoppeld is met digitale5 uitgangen van de analoogdigitaalomzetter, en voorts een 15 besturingseenheid bevat voor besturing van de geheugeninrichting, om bij aansturing van de signaalverwerkingsinrichting door de besturingsmiddelen van de impulsonderscheidingsinrichting op een door de analoogdigitaalomzetter op de adresbus opgewekt adres van de geheugeninrichting een geheugeninhoud met één te verhogen.

5. Inrichting voor het meten van stralingsquanta volgens conclusie 4, welke inrichting een informatieverwerkingsinrichting omvat, waarvan respectieve data- en adresbus met de databus en de adresbus van de geheugeninrichting zijn gekoppeld, met het kenmerk, dat ter bepaling van een totaal aantal gemeten impulsen de informatie-25 verwerkingsinrichting geprogrammeerde rekenmiddelen bevat om impulsaantallen van door integratie ontstane meervoudige impulsen te herleiden tot impulsaantallen van enkelvoudige impulsen en om uit impulsaantallen van enkelvoudige en herleide enkelvoudige impulsaantallen het totaal aantal impulsen te bepalen, waarbij de impulsaantallen zijn 30 opgeslagen in de geheugeninrichting.

6. Impuls-onderscheidings-inrichting geschikt voor gebruik in een inrichting voor het meten van stralingsquanta volgens conclusie 1, 2 of 3.

7. Spectrometer voorzien van een inrichting voor het meten 35 van stralingsquanta volgens één der conclusies 1 tot en met 5. 8