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Strahlungsmesser mit einer mit zwei Anoden versehenen Ionisationskammer
Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlungsmesser mit einer mit zwei Anoden
versehenen Ionisationskammer, zwischen denen eine Auffangelektrode angebracht ist,
welche die Kammer in zwei nahezu gleiche Hälften unterteilt, wobei die erste Anode
mit einem Punkt positiver Sättigungsspannung in bezug auf die Auffangelektrode verbunden
ist und weiter eine Strahlungsquelle vorhanden ist, die im Raum zwischen der Auffangelektrode
und der ersten Anode eine stärkere Ionisation herbeiführt als im Raum zwischen der
Auffangelektrode und der zweiten Anode, Üblicherweise weist die Ionisationskammer
eine Wand aus leitendem Material oder einen leitenden Überzug auf der Innenoberfläche
auf, wobei die Wand oder der Überzug als Anode wirkt, und eine in der Kammer angeordnete
Auffangelektrode hat die Form eines Drahtes, einer Platte oder eines Gitters. Zwischen
der Anode und der Auffangelektrode liegt eine Spannung, und die Strahlung - ionisiert
das Gas in der Kammer, im allgemeinen Luft, so daß ein Strom zwischen den beiden
Elektroden fließt.
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Dieser Strom wird gemessen. Da der Ionisationsstrom sehr klein ist,
wird er üblicherweise mit Hilfe eines Verstärkers mit einer einzigen Stufe, in dessen
Ausgangskreis das Meßinstrument geschaltet ist, verstärkt. Es wurde bereits bekannt,
einen Eingangswiderstand von einigen Megohm in den Gitterkreis des Verstärkers einzuschalten,
in welchem Falle der Meßausschlag linear ist.
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Um dabei mehrere Strahlungsbereiche mit verschiedenen Intensitäten
messen zu können, ist eine Schaltvorrichtung erforderlich, mittels deren Widerstände
parallel zum Meßinstrument geschaltet oder andere Widerstände eingeschaltet werden.
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Die Verwendung einer solchen Umschaltvorrichtung weist Nachteile
auf, und bei einem bekannten Gerät mit logarithmischer Ablesung werden diese verringert.
Beim logarithmischen Meßinstrument findet kein Eingangswiderstand Verwendung, und
die Auffangelektrode ist lediglich mit der Steuerelektrode der Vakuumröhre eines
Verstärkers verbunden. Hierbei besteht eine logarithmische Beziehung zwischen dem
Anodenstrom des Verstärkers und dem Ionisationsstrom in der Kammer und somit auch
mit der ionisierenden Strahlung. Beim logarithmischen Gerät ist es jedoch notwendig,
das Gitter derVerstärkerröhre beim Fehlen von Strahlung in der Umgebung auf einem
bestimmten Bezugsniveau zu halten; zu diesem Zweck wird eine Quelle schwacher Strahlung
in der Kammer angeordnet. Beim Fehlen von Strahlung in der Umgebung fließt somit
ein schwacher Strom, und mit Hilfe eines Regelwiderstandes im Verstärker kann das
Meßinstrument auf Null oder einen anderen Bezugspunkt eingestellt werden, bevor
die Vorrichtung zum Messen der Gesamtstrahlung an einer bestimmten Stelle verwendet
wird.
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Es sind auch Einrichtungen bekannt, die keine Um-
schalteinrichtung
besitzen, welche es ermöglicht, die beiden Hälften der Ionisationskammer wahlweise
in gleichem oder in entgegengesetztem Sinne zu schalten.
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Diese bekannten Einrichtungen sind, obgleich sie ein logarithmisch
anzeigendes Instrument im Anodenkreis der Röhre besitzen, nicht mit dem eingangs
erwähnten Strahlungsmesser zu vergleichen; ferner ist es häufig lästig, das Gerät
zur Nullpunkteinstellung an eine Stelle zu bringen, an der die Umgebungsstrahlung
Null oder nahezu Null ist, und wenn das Gerät nicht an einer solchen Stelle auf
Null eingestellt wird, gibt es in der Ablesung bei einer folgenden Messung stets
einen gewissen Fehler.
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Die Erfindung bezweckt, einen Strahlungsmesser zu schaffen, bei dem
die Einstellung auf Null oder einen bestimmten Bezugspunkt genauer erfolgen kann.
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Bei einem Strahlungsmesser mit einer mit zwei Anoden versehenen Ionisationskammer,
zwischen denen eine Auffangelektrode angebracht ist, welche die Kammer in zwei nahezu
gleiche Hälften unterteilt, wobei die erste Anode mit einem Punkt positiver Sättigungsspannung
in bezug auf die Auffangelektrode verbunden ist und weiter eine Strahlungsquelle
vorhanden ist, die im Raum zwischen der Auffangelektrode und der ersten Anode eine
stärkere Ionisation herbeiführt als im Raum zwischen der Auffangelektrode und der
zweiten Anode, sind gemäß der Erfindung Schaltglieder vorgesehen, mittels deren
die zweite Anode entweder mit einer positiven
Sättigungsspannung
oder mit einer negativen Sättigungsspannung verbindbar ist, während für die Anzeige
in an sich bekannter Weise ein logarithmisch anzeigender Strommesser in Verbindung
mit einem Verstärker mit einer Vakuumtriode Anwendung findet, in deren Anodenkreis
der Strommesser geschaltet ist und deren Steuergitter in ebenfalls bekannter Weise
nur mit der Auffangelektrode der Ionisationskammer verbunden ist.
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Bei einer Messung mit dem Gerät nach der Erfindung ist, da die Auffangelektrode
die Kammer in nahezu gleiche Räume unterteilt und wenn die zweite Anode mit der
Minusklemme der Sättigungsspannungsquelle verbunden ist und die äußere Strahlung
gleiche Ionenströme in den zwei Hälften der Kammer erzeugt, der Kollektorstrom,
der von einer solchen Strahlung erzeugt ist, gleich Null. Der wirkliche Kollektorstrom
wird völlig durch die von der Eichungsquelle verursachte Ionisation herbeigeführt.
Hierbei kann die Einstellung des Strommessers auf Null oder einen anderen Punkt
genau erfolgen. Wird dann die zweite Anode auf ein positives Sättigungspotential
umgeschaltet, so ist der Messer für die normale Messung eingestellt, bei der Strahlungsintensitäten
logarithmisch angezeigt werden. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann man dadurch,
daß die Steuerelektrode einer Vakuumröhre nur mit der Kollektorelektrode verbunden
ist, erreichen, daß der Strom im Anodenkreis der Röhre eine logarithmische Funktion
der Strahlungsintensität ist. Dies wird dadurch erzielt, daß die Steuergitter-Kathoden-Strecke
der Vakuumröhre im Raumladungsbereich betrieben wird.
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Wenn in der Umgebung der Verstärkerröhre bestimmte Luftmengen vorhanden
sind> die zum Gesamtionisationsstrom beitragen, können die Volumen der beiden
Hälften der Kammer etwas ungleich gewählt werden, so daß bei einem gleichmäßigen
äußeren Strahlungsfeld ein völliger Ausgleich erhalten werden kann.
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Die geschilderte Strahlungsquelle kann auch eine stärkere Quelle
sein, die eine Eichung bei völligem oder nahezu völligem Ausschlag ergibt, beispielsweise
bei 10 rlh, mit einem Verschluß aus absorbierendem Material, wobei die effektive
Dosis bei geschlossenem Verschluß beispielsweise 1 mrlh ist und in der beschriebenen
Weise die Nulleinstellung erreicht wird.
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Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele von Strahlungsmessern
gemäß der Erfindung, die sich zum Messen von Gamma- und Röntgenstrahlen eignen,
näher erläutert.
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In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Ionisationskammer, bei der die auf der
Innenoberfläche angebrachte leitende Anode in zwei symmetrische Hälften 2 und 3
unterteilt ist. Eine Auffangelektrode 4 zwischen den Anoden 2 und 3 kann in der
üblichen Weise als ein Drahtgewebe, eine Metallplatte oder eine Platte aus Isoliermaterial
mit leitendem Überzug ausgebildet sein. Die Wände der Kammer sind dünn, so daß sie
Röntgen- und Gammastrahlen gut durchlassen. DieAuffangelektrode ist bloß mit dem
Steuergitter5 einer Elektrometerröhre 6 verbunden, gewünschtenfalls über einen Gitterwiderstand.
Der Anodenkreis der Röhre enthält einen Regelwiderstand 7 und ein Meßinstrument
8.
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Die Speisespannung für die Röhre wird von Batterien 9 und 10 geliefert.
Die Röhre ist so eingestellt, daß die Gitterstrom-Anodenstrom-Kennlinie eine logarithmische
Gestalt aufweist. In der Ionisationskammer ist eine schwache Quelle 11 von Alphateilchen
angeordnet, beispielsweise eine geringe Menge Uranoxyd. Die Anode 2 ist mit der
Plusklemme einer Batterie 12 verbunden, die in Reihe mit einer Batterie 13 geschaltet
ist; beide Batterien liefern ein Sättigungspotential von z.B. 30 V.
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Die Plusklemme der Batterie 12 ist ferner mit dem Kontakt a eines
zweipoligen Schalters 14 verbunden, dessen
anderer Kontakt b mit der Minuskiemme
der Batterie 13 verbunden ist. Der Kontakt b ist weiter mit dem Kontakt c des Schalters
15 verbunden, dessen Kontakt d mit der gemeinsamen Klemme 16 der Batterien 12 und
13 verbunden ist. Der Arm 17 des Schaltersl4 ist mit der Anode 3 der Ionisationskammer
und der Arm 18 des Schalters 15 mit der Kathode der Röhre 6 und Erde verbunden.
Die Schalter 14 und 15 sind mechanisch gekuppelt.
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Bevor die Kammer zur Bestimmung der Strahlungsintensität an einer
bestimmten Stelle verwendet wird, wird das Meßinstrument 8 in der nachfolgenden
Weise auf Null eingestellt: Die Schalter 14 und 15 werden so eingestellt, daß die
Arme 17 und 18 die Punkte b und d berühren. Damit besteht die Kammer 1 aus zwei
Ionisationskammern, wobei die Anode 2 eine positive Spannung von 30 V in bezug auf
die Auffangelektrode 4 und die Anode 3 eine negative Spannung von 30 V in bezug
auf diese Auffangelektrode aufweist. Die Auffangelektrode ist so angeordnet, daß
die Kammer 1 in zwei gleiche Teile unterteilt wird, wenn die äußere Strahlung gleiche
Ionenströme in den zwei Hälften erzeugt. Infolge der entgegengesetzten Polaritäten
der Anoden 2 und 3 ist der resultierende Kollektorstrom gleich Null. Dadurch, daß
die Quelle 11 so angeordnet ist, daß sie eine verhältnismäßig geringe Ionisation
im Raum zwischen der Auffangelektrode 4 und der Anode 3 herbeiführt, ergibt sich
ein resultierender Kollektorstrom, der ausschließlich die Folge des Vorhandenseins
der Quelle 11 ist; der Strom wird von der Röhre 6 verstärkt, und das Meßinstrument
8 kann durch Einstellung des Widerstandes 7 auf Null eingestellt werden. Ersichtlich
ist somit die Nulleinstellung unempfindlich gegen die äußere Strahlung. Wenn die
Auffangelektrode 4 die Alphastrahlenquelle 11 trägt, muß diese Elektrode völlig
oder nahezu völlig undurchlässig für Alphateilchen sein. Um das Gerät zum Messen
der äußeren Strahlung geeignet zu machen, werden die Schalter 14 und 15 in die andere
Stellung umgestellt, wonach an den Anoden 2 und 3 das gleiche Potential von 60 V
gegen Erde liegt. Wenn äußere Strahlung vorhanden ist, zeigt der Messer die Stärke
dieser Strahlung an.
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Die Auffangelektrode braucht sich nicht durch die ganze Kammer zu
erstrecken, um diese dennoch in zwei Hälften zu unterteilen. Wenn die Elektrode
4 in Form einer Metallplatte oder eines leitenden Überzuges auf einem isolierenden
Träger gestaltet ist, kann die Quelle 11 praktisch eine beliebige Lage einnehmen,
während dennoch in der unteren Hälfte der Kammer nahezu keine Ionisation auftritt,
weil die Alphateilchen nicht weit wandern. Wenn die Auffangelektrode draht- oder
gazeförmig ist, muß die Quelle weiter von der unteren Hälfte entfernt angeordnet
werden. Die Quelle kann näher bei der Auffangelektrode angebracht werden, wenn ein
Schirm oder Defiektor zwischen der Quelle und der Auffangelektrode vorgesehen wird.
Die Quelle 11 hat im allgemeinen die Gestalt einer leitenden Schicht auf der Elektrode
4.
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Bei der geschilderten Vorrichtung wird die Auffangelektrode beim
Umschalten nicht berührt, und die Umschaltung erfolgt nur auf niedrigem Potential.
Selbstverständlich tritt bei der Umschaltung eine Störung auf, die verschwinden
muß, bevor auf Null eingestellt oder die normale Wirkung nach der Nulleinstellung
wiederhergestellt ist.
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Gewünschtenfalls kann eine einzige Potentialquelle zum Speisen der
Kammer und der Röhre 6 Verwendung finden. Die Batterien 12 und 13 brauchen nicht
die gleiche Spannung aufzuweisen, sofern sie nur das Sättigungspotential für die
Hälften der Kammer liefern. Oberhalb
des Sättigungspotentials wird
der Kollektorstrom durch eine Spannungserhöhung nahezu nicht größer.
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Bei der beschriebenen Vorrichtung ist weiter innerhalb oder unmittelbar
außerhalb der Ionisationskammer eine nicht dargestellte stärkere Strahlungsquelle
vorgesehen.
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Sie dient zur Eichung, wie dies manchmal bei Meßgeräten für Ionisationskammern
Anwendung findet; die Strahlung dieser Quelle wird normalerweise von einem Verschluß
gesperrt. Es ist jedoch möglich, eine einzige starke Strahlungsquelle sowohl für
die Nulleinstellung als auch für die Eichung anzuwenden, wenn ein Verschluß aus
absorbierendem Material, beispielsweise Aluminium, Verwendung findet, der die ionisierende
Wirkung der Eichungsquelle auf das niedrigere, zur Nulleinstellung erforderliche
Niveau beschränkt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 enthält die Kammer wiederum zwei
Anoden 2 und 3, die einen Ionisationsraum einschließen, in den die Strahlung eintreten
kann. Die Auffangelektrode 4 besteht aus einer Metallplatte, die eine schwache Quelle
von Alphastrahlen, beispielsweise Uranoxyd, trägt. Die Auffangelektrode 4 läßt die
durch das Fenster 19 eingestrahlten Gamma- und Röntgenstrahlen durch, ist aber für
Alphastrahlen undurchlässig. Sie ist über den Leiter 4' mit dem Gitter 5 verbunden.
Zwischen der Anode der Röhre 6 und dem Verbindungspunkt der Batterien 9 und 10 ist
das Instrument 8 geschaltet, dem ein veränderlicher Widerstand 20 parallel geschaltet
ist. Der Heizstrom für die Kathode der Röhre 6 wird von einer Batterie 21 geliefert.
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Die Kammer ist mit einem weiteren Fenster 22 versehen, vor dem eine
starke Quelle von Alphastrahlen 23, beispielsweise Radium, angeordnet ist, und weiter
ist ein Verschluß 24 vorhanden, der verschiebbar ist, so daß die Strahlung der Quelle
24 beliebig in die Kammer eintreten kann oder nicht.
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Wie erwähnt, mußte bei der vorbeschriebenen Vorrichtung die beim
Umschalten auftretende Störung verschwinden, bevor eine Nulleinstellung möglich
war oder die normale Wirkung nach der Nulleinstellung wiederhergestellt werden konnte.
Dies ist auf kapazitive Wirkungen zurückzuführen, die eine Ladungsanhäufung auf
der Auffangelektrode 4 herbeiführen. Diese Ladung muß abgeflossen sein, bevor das
Meßinstrument abgelesen oder eingestellt wird. Die hierdurch verursachte Verzögerung
ist am größten, wenn die Schalter 14 und 15 die Nullage einnehmen, und kann dann
mehrere Sekunden betragen.
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Diese Verzögerung kann in der Praxis unerwünscht sein.
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Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 wird dieser Nachteil dadurch beseitigt,
daß in den Kreis ein weiterer Schalter mit einem Arm 25 geschaltet ist, der, wie
durch die gestrichelte Linie 26 angegeben, mit den Schaltern 14 und 15 gekuppelt
ist. Der Arm 25 ist mit dem Regelwiderstand 27 verbunden, über dem die Batterie
28 eine negative Spannung erzeugt. Durch diese zusätzlichen Glieder wird das Potential
des Steuergitters 5 der Röhre 6 auf dem gleichen negativen Wert gehalten, wenn die
Hälften der Kammer umgeschaltet werden. Die Kupplung 26 arbeitet derart, daß beim
Umlegen der Arme 17 und 18, jedoch bevor sie von den Kontakten a und c getrennt
sind, der Arm 25 mit dem Leiter 4' in Berührung kommt; nachdem die Arme 17 und 18
in die andere Lage gelangt sind, in der sie mit b und d in Berührung stehen, wird
der Kontakt 25 vom Leiter 4' getrennt.
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In dieser Weise fließt die Ladung, die auf der Auffangelektrode 4
infolge der kapazitiven Wirkung erzeugt wird, wenn die Kammerhälften rasch umgeschaltet
werden, über den Widerstand 27 ab. Der Widerstand 27 wird zunächst so eingestellt,
daß das Potential des Kontaktes 25 bei der Nulleinstellung des Meßinstrumentes demjenigen
des Gitters entspricht. Der Kontakt 25 stellt
in gleicher Weise das Gitter auf eine
feste Vorspannung ein, wenn die Arme 17 und 18 von den Kontakten b und d in die
in der Figur dargestellten Lagen bewegt werden.
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Wenn somit die Schalter 14 und 15 in die Nulleinstellungslage versetzt
sind, kann der Messer unmittelbar auf Null eingestellt werden, und wenn auf die
Ableselage umgeschaltet ist, steigt die Messerablesung rasch bis zum Stand an, bei
dem die Intensität der Umgebungsstrahlung angezeigt wird. Die Isolation des Armes
25 braucht keine strengen Anforderungen zu erfüllen, weil dieser Arm in direkter
Berührung mit dem Draht steht, der die Auffangelektrode mit dem Gitter verbindet,
so daß kein zusätzlicher Isolator erforderlich ist, um Ableitung nach Erde zu verhindern.
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Beim Eichen des Meßinstrumentes 8 befinden sich die Schalter 14 und
15 vorzugsweise in der dargestellten Lage. Der Verschluß 24 wird dann so angeordnet,
daß Strahlung der Quelle 23 durch das Hilfsfenster 22 in die Kammer 1 eintreten
kann. Wenn die äquivalente Stärke der Quelle 23 bekannt ist, wird der Widerstand
20 so eingestellt, daß das Instrument diesen Wert anzeigt.
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Wenn die äquivalente Intensität der Quelle 23 z. B.
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100 mr/h ist, wobei somit die Quelle in der Kammer die gleiche Ionisation
herbeiführt wie eine Umgebungsstrahlung von 100 mr/h, wird der Widerstand so lange
verstellt, bis das Instrument eine Intensität von 100 mrih anzeigt, wobei diese
Anzeige in der Praxis einem Ausschlag von zwei Dritteln der Skala entsprechen kann.