SE427704B - Stralningsdetektoranordning - Google Patents

Description

-7810994-9 2 utsignal. Eftersom hjälpelektroden är elektriskt ledande förbunden med kollek- torelektroden kommer de laddningsbärare som uppfångas av kollektorelektroden att ge ett bidrag till detektorutsignalen. Detta innebär att detekteringskänsligheten hos detektorn blir hög i jämförelse med en detektor som ej innefattar någon dylik hjälpelektrod. Strålning som inkommer i detektorn via ingångsfönstret alstrar ett jämförelsevis stort antal laddningsbärare i omedelbar närhet av ingångsfönstret eftersom strålningens täthet och motsvarande antal därav alstrade jonisationer -minskar exponentiellt som en funktion av avståndet från ingångsfönstret i rikt- ning tvärs ingångsfönstret.

V I den kända detektorn är avståndet mellan hjälpelektroden och högspännings- elektroden mindre än avståndet mellan kollektorelektroden och högspänningselek- troden. Detta innebär efter påföring av en högspänning mellan elektroderna att det elektriska fält som erhålles mellan hjälpeiektroderna och högspänningselektroden kommer att bli kraftigare än det elektriska fältet som erhålles mellan kollektor- elektroden och högspänningselektroden. Det elektriska fältet i detektorn uppvisar sålunda en spatiell inhomogenitet, vilket medför att detektorn blir jämförelsevis långsam eftersom mäthastigheten, som är proportionell mot drifthastigheten för de genom jonisation alstrade laddningsbärarna, blir begränsad i fallet med stora elektriska fältstyrkor genom rymdladdningar som förorsakas genom lavineffekter med sekundärjonisation och i fallet med låga elektriska fältstyrkor genom fält- styrkans storlek. _ Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en strålningsdetektoranordning som medger hög detekteringskänslighet och som ej uppvisar nämnda nackdel. För detta ändamål är en strålningsdetektoranordning av inledningsvis angivet slag en- ligt uppfinningen kännetecknad av att en andra kontaktyta hos hjälpelektroden med jämförelsevis stor elektrisk resistans i kollektorelektrodens transversal- riktning är anordnad mittemot en ändyta av högspänningselektroden som är vänd mot ingångsfönstret och elektriskt ledande förbunden med högspänningselektroden.

Då detektorn är i drift flyter en jämförelsevis liten likström från högspän- ningselektroden genom hjälpelektroden till kollektorelektroden, vilket medför att spänningsskillnaden mellan en punkt på hjälpelektroden och kollektorelektroden av- tar linjärt med avståndet mellan nämnda punkt och kollektorelektroden. Det elek- triska fältet mellan högspänningselektroden och kollektorelektroden blir sålunda så att säga homogent i samma mån som i hjälpelektroden. Eftersom det elektriska fältet i jonisationskammaren kommer att vaæ lika homogent som beskrivits ovan även då den första och den andra kontaktytan av hjälpelektroden är elektriskt ledande förbundna med en potential som är lika med högspänningselektrodens potential respektive kollektorelektrodens potential, varvid kontaktytorna kan vara belägna på den sida av hjälpelektroden som är vänd mot elektroderna eller på s 7810994-9 den sida av hjälpelektroden som är vänd mot ingângsfönstret, så skall uttrycket "elektriskt ledande förbunden med en kontaktyta" tolkas generellt. När detta fält är valt så stort att lavineffekter med sekundärjonisation precis undvikes så är inställningen av detektorn optimal vad gäller mäthastigheten.

Ett föredraget utföringsexempel på strålningsdetektoranordningen enligt uppfinningen är kännetecknat av att kollektorelektroden består av en plan, elek- triskt isolerande bärare, varvid en plan sida av bäraren är försedd med ett elek- triskt ledande skikt för uppfångning av laddningsbärare som bildas genom jonisa- tion i detektorn, varvid en ändyta. av bäraren är försedd med en jordad metall- remsa som är elektriskt ledande förbunden meddl första kontaktytan på hjälp- elektroden.

Eftersom kollektorelektroden i en jonisationskammardetektor i varje fall väsentligen antar ett genomsnittsvärde lika med jordpotential under drift så är det elektriska fältet mellan högspänningselektroden och kollektorelektroden så att säga även homogent i samma mån som i hjälpelektroden i detta föredragna ut- föringsexempel på strålningsdetektoranordningen. Eftersom dessutom den mellan elektroderna genom jonisation under drift alstrade signalströmmen och likström- men genom hjälpelektroden är isolerade från varandra så kan brus i likströmmen genom hjälpelektroden, som har hög resistans, ej inverka negativt på signalström- men. ' Ett enkelt utföringsexempel på strålningsdetektoranordningen enligt upp- finningen är kännetecknat av att hjälpelektroden bildas av ett resistivt skikt som direkt står i kontakt med ändytan av kollektorelektroden och ändytan av hög- spänningselektroden.

När hjälpelektroden sättes i direktkontakt med ändytorna uppnås dessutom dämpning av förekommande vibrationer av högspänningselektroden i förhållande till kollektorelektroden.

Uppfinningen beskrives närmare i det följande genom några utföringsexempel under hänvisning till ritningarna, där: fig l visar ett snitt av en strålnings~ detektoranordning enligt uppfinningen; fig 2 visar ett snitt av ett föredraget ut- föringsexempel på en strålningsdetektoranordning enligt uppfinningen; och fig 3 visar ett tvärsnitt av en strålningsdetektoranordning enligt uppfinningen längs linjen lll ~ Ill i fig l åskådliggörande ett särskilt utförande av hjälpelektro- den.

Fig l visar ett snitt av en strålningsdetektoranordning enligt uppfinningen innefattande ett hölje l med ett ingångsfönster 2 genom vilket strålning som skall detekteras , vilken strålning är schematiskt markerad genom pilar 3, kan inkomma i- höljet. I höljet l finns en jonisationskammardetektor H, vilken innefattar en plan högspänningselektrod 5 riktad vinkelrätt mot ingåmfifönstret 2, och en paral- lvsioeen-9 4 lellt därmed anordnad kollektorelektrod 6. Via kopplingstrådarna 7, vilka löper genom elektriskt isolerade genomföringar 8 genom höljet, kan en högspännings- källa 9 kopplas mellan högspänningselektroden 5 och koliektorelektroden 6, var- vid nämnda källa alstrar ett homogent elektriskt fält, vilket är schematiskt markerat genom pilar l0,'i jonisationskammaren Ä. Jonisationskammardetektorn Ä är fylld med ett medium som kan joniseras, t ex Xe-gas, och i vilket fria ladd- ningsbärare bildas genom infallande strålning till följd av jonisation. I joni- sationskammardetektorn 4 ger dessa laddningsbärare upphov till en elektrisk ström som alstrar en differensspänning över ett motstånd ll, vilken differensspänning tillföres en förstärkare 12 för alstring av en detektorutsignal som kan uttagas från förstärkarens l2 utgång l3.

Högspänningselektroden 5 och koliektorelektroden 6 är fastsatta i höljet genom isolerade hållare lå. Ändytorna lä och 16, som är vända mot ingångsfönstret 2, hos koliektorelektroden 6 respektive högspänningselektroden 5 är elektriskt ledande förbundna genom direktkontakt med kontaktytor l7 och 18 belägna mittför ändytorna l5 och l6 på en plan hjälpelektrod l9 med utsträckning paralleflt med in- gångsfönstret 2.

Hjälpelektroden l9 består av ett homogent resistivt skikt och uppvisar mätt i riktning tvärs koliektorelektroden 6 en jämförelsevis hög resistans lika med 1] ohm per cm. Detta medför att under drift av detektorn en jäm- exempelvis lÛ8-l0 förelsevis liten likström flyter från högspänningselektroden 5 till koliektor- elektroden 6, vilken ström medförattaidfferensspänning mellan en punkt på hjälp- elektroden l9 och koliektorelektroden 6 tilltar linjärt med avståndet mellan punkten och koliektorelektroden 6. Det elektriska fältet mellan högspänningselek- troden 5 och koliektorelektroden 6 blir sålunda så att säga homogent i samma mån som i hjälpelektroden l9. Detta fält kan då inställas till sådan styrka att upp- trädande lavineffekter med sekundär jonisation i jonisationskammardetektorn pre- cis undvikes. Detta innebär att detektorns inställning är optimal vad gäller mät- hastighet. För att isolera likströmmen genom hjälpelektroden 19 från sígnalström- men som alstras genom fria laddningsbärare vilka bildas under jonisationsförloppen och följakligen varierar pulsformat med tiden, så tillföres differensspänningen som uppträder över motståndet ll till följd av de två strömmarna, via en konden- sator 20 till förstärkaren l2, vilket medför att likspänníngskomponenten blockeras.

Utrymmet Zl mellan ingångsfönstret 2 och hjälpelektroden l9 samt tjockleken av hjälpelektroden l9 har uppförstorats på ritningen, men skall vara minsta möj- liga eftersom i höljet l, som är fyllt med ett joniserbart medium, ett jämförelse- vis stort antal fria laddningsbärare bildas i omedelbar närhet av ingångsfönstret 2 genom inkommande strålning 3 enär strålningens intensitet och motsvarande antal därav förorsakade jonisationer avtar exponentiellt i riktning vinkelrät mot in- gångsfönstret 2. à 5 7810994-9 Fig 2 visar ett snitt av ett föredraget utföringsexempel på en strål- ningsdetektoranordning enligt uppfinningen där delar med motsvarighet i fig l har motsvarande hänvisningsbeteckningar. Kollektorelektroden 6 består av en plan elektriskt isolerande bärare 25, vilken har en plan sida som är försedd med ett elektriskt ledande skikt 26 för uppfångning av fria laddningsbärare som bildas genom jonisation i detektorn. Den andra plana sidan kan också vara försedd med ett elektriskt ledande skikt 27 för att uppfånga fria laddningsbärare som bil- das genom jonisationsförlopp i en intilliggande detektor. Ändytan l5 av kollek- torelektroden 6 bildas av en metallremsa 23 som är elektriskt ledande förbunden med kontaktytan l7 av hjälpelektroden l9 och som är isolerad från de elektriskt ledande skikten 26 och 27 genom ett utrymme 29. Metallremsam 28 är förbunden med jordpotential på samma sätt som anslutningen av kollektorelektroden 6 och hög- spänningselektroden 5. Eftersom kollektorelektroden 6 i jonisationskammardetek- torn Ä genomsnittligt befinner sig på väsentligen jordpotential under drift så är även i detta föredragna utföringsexempel det elektriska fältet lD homogen så att säga i samma mån som i hjälpelektroden l9. Eftersom dessutom den genom joni- sationerna alstrade signalströmmen och likströmmen genom hjälpelektroden år iso- lerade från varandra genom utrymmet 29, så kan ej på likströmmen överlagrat brus inverka negativt på signalströmen. Dessutom kan den i fig l visade kondensatorn 20 utelämnas.

Fig 3 visar ett tvärsnitt av en strâlningsdetektoranordning enligt upp- finningen längs linjen lll - lll i fig l och åskådligör ett särskilt utförande av hjälpelektroden 19. I fig 3 har delar med motsvarighet i fig l motsvarande hän- visningsbeteckningar. hjälpelektroden l9 består av en plan, elektriskt isolerande bärare 30 på vilken ett meanderformat resistivt spår är anordnat. Delarna 3l av det resistiva spåret som sträcker sig tvärs kollektorelektroden 6 har jämförelse- vis hög elektrisk resistans, t ex l08 - 101] ohm per cm, medan delarna 32 därav med utsträckning parallellt med kollektorelektroden har låg elektrisk resistans.

En hjälpelektrod av detta slag kan tillverkas på enkelt sätt och med hög nogrann- het, t ex genom utfällning från ångfas.

En strålningsdetektoranordning av särskilt kompakt utförande och som dess- utom medger hög strålningsdetekteringskänslighet är kännetecknad av att det resi- stiva skiktet samtidigt bildar strålningsdetektoranordnlngens fönster. Eftersom fönstret 2 och utrymmet 2l därigenom utelämnas så blir dämpningen låg av den i jonisationskammaren Å infallande strålningen.

Företrädesvis är ändytorna l6 och l5 av högspänningselektroden 5 respek- tive kollektorelektroden 6 elektriskt ledande förbundna med hjälpelektroden l9 genom ett elektriskt ledande lim (ej visat i figurerna), varigenom ytterligare dämpning åstadkommas av förekommande vibrationer under drift.

Claims (7)

g781099¿v9 Patentkrav

1. Strålningsdetektoranordning innefattande ett hölje (1) med ett in- gångsfönster (2) och innehållande åtminstone en jonisationskammardetektor (4), vilken innefattar en plan högspänningselektrod (5) som är riktad vinkelrätt mot ingångsfönstret (Z) och en plan och i varje fall väsentligen parallellt därmed anordnad kollektorelektrod (6) innefattande en ändyta (15) som är vänd mot ingångsfönstret (2) samt är elektriskt ledande förbunden med en kon- taktyta (17), som är belägen mitt emot nämnda ändyta och utgör del av en plan, parallellt med ingångsfönstret anordnad hjälpelektrod (19), k ä n n e t e c k- n a d av att en andra kontaktyta (18) hos hjälpelektroden (19), som har jäm- förelsevis hög elektrisk resistans mätt i en riktning som bildar rät vinkel med kollektorelektroden (6), är anordnad mitt emot en mot ingångsfönstret (2) vänd ändyta av högspänningselektroden (5) samt elektriskt ledande förbunden med högspänningselektroden (5).

2. Strålningsdetektoranordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att kollektroelektroden (6) innefattar en plan, elektriskt isole- rande bärare (25) med en plan sida på vilken är anordnat ett elektriskt le- dande skikt (26) för uppfångning av laddningsbärare som bildas genom jonisa- tionsförlopp i detektorn, varvid en ändyta av nämnda bärare är försedd med en jordàd metallremsa (28) som är elektriskt ledande förbunden med hjälpelek- trodens första kontaktyta (17).

3. Strålningsdetektoranordning enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a d av att hjälpelektroden (19) innefattar ett resistivt skikt an- bringat i direkt kontakt med kollektorelektrodens ändyta och högspännings- ' elektrodens ändyta. Ä.

4. I Strålningsdetektoranordning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k- n a d av att det resistiva skiktet utgöres av ett homogent skikt med jämförel- sevis låg elektrisk ledningsförmåga.

5. Strålningsdetektoranordning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k- n a d av att det resistiva skiktet består av ett meanderformat resistivt spår, vilket är anordnat på en plan, elektriskt isolerande bärare och vars resistans är jämförelsevis hög i riktning vinkelrätt mot kollektorelektroden och jämfö- relsevis låg i riktning parallellt med kollektroelektroden.

6. Strålningsdetektoranordning enligt patentkravet 3, Å eller 5, k ä n n e- t e c k n a d av att det resistiva skiktet även bildar strålningsdetektoranord- 7 781099lr~9 níngens ingångsfönster.

7. Strålningsdetektoranordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d av att ändytorna (16, 15) av högspännïngselektroden och kollektorelektroden är elektriskt ledande förbundna med hjälpelektroden genom ett elektriskt ledande lim.