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Die Erfindung betrifft eine verbesserte Röntgenstrahlenquelle. Gegenwärtig
ist die meistgebrauchte Röntgenstrahlenquelle die Röntgenstrahlenröhre, in der Elektronen,
die von einem Heizdraht emittiert werden, zum Beschuß eines metallischen Targets
(Antikathode) veranlaßt werden, von dem dadurch Röntgenstrahlen ausgesandt werden.
Ein Nachteil einer solchen Röntgenröhre liegt darin, daß ihre Emissionsstärke, d.
h. die Intensität der von ihr emittierten Strahlung nicht gleichbleibend ist.
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Neuerdings wurde eine neue Röntgenstrahlenquelle bekannt, die als
Bremsstrahlungsquelle bezeichnet wird und von der Röntgenstrahlen einer praktisch
konstanten Intensität emittiert werden. In der Bremsstrahlungsquelle werden von
einem radioaktiven Material ausgesandte Betateilchen zum Aufprall auf ein Target
(Antikathode) gebracht, von dem die Röntgenstrahlen emittiert werden, die ein charakteristisches,
von dem Targetmaterial abhängiges Strahlungsspektrum haben. Solche Quellen sind
mit festem und auch mit flüssigem Targetmaterial bekannt.
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Weiter sind durch Betastrahler angeregte Röntgenstrahlenquellen bekannt,
bei denen im Target die charakteristische Strahlung des Targetmaterials erzeugt
wird.
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Es ist ferner eine Quelle mit gasförmigem Betastrahler als anregendem
Nuklid bekannt, bei der aber das Target ebenfalls fest ist.
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Als radioaktiven Stoff wählt man bei diesen bekannten Quellen gewöhnlich
ein solches Betateilchen emittierendes Nuklid, das weder selbst noch dessen Zerfallsprodukte
Gammastrahlung oder infolge innerer Umwandlung Röntgenstrahlung emittiert, da diese
Strahlungen die vom Target ausgehende Strahlung zu stark überlagern würden.
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Ein Nachteil dieser bekannten Röntgenstrahlungsquellen, der besonders
in Erscheinung tritt, wenn die erzeugten Röntgenstrahlen energiearm sind, d. h.
eine Energie von weniger als etwa 20 keV besitzen, besteht darin, daß die Intensität
der Röntgenstrahlen niedrig ist wegen der durch das feste oder flüssige Target erfolgenden
starken Absorption von unter der Oberflächenschicht des Targets auftretenden Röntgenstrahlen.
In diesen Quellen werden energiearme Röntgenstrahlen, die in einer Tiefe von 5 Tausendstelzentimeter
oder mehr erzeugt werden, praktisch absorbiert.
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Bei einer bekannten Quelle niederenergetischer Bremsstrahlung, bei
der als anregender Betastrahler Tritium dient, das in einem festen Targetmaterial
wie ; Zirkonium oder Titan absorbiert ist, besteht der Nachteil, daß aus ihr nur
Röntgenstrahlen erhältlich sind mit den charakteristischen Röntgenstrahlungsspektralmerkmalen
dieser Targetmaterialien.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten, durch
Betastrahlung angeregten Röntgenstrahlungsquelle, deren Intensität durch Ausschaltung
der Absorption im Target erhöht ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Röntgenstrahlenquelle mit einem zur Röntgenemissionsanregung
eines i Targetmaterials dienenden betastrahlenden Nuklid, das weder selbst noch
über seine Zerfallsprodukte Gammastrahlung oder infolge innerer Umwandlung Röntgenstrahlung
emittiert, dadurch gelöst, daß das Targetmaterial ein Gas ist.
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Bei praktischer Ausführung der Erfindung sind das radioaktive Material
und das gasförmige Targetmaterial in angemessener Weise in einen praktisch gasdichten,
für Röntgenstrahlen und Betateilchen undurchlässigen Behälter eingeschlossen, der
wenigstens ein aus praktisch gasdichtem, für Röntgenstrahlen durchlässigem, für
Betateilchen undurchlässigem Material hergestelltes Fenster besitzt, um den in dem
Behälter erzeugten Röntgenstrahlen den Austritt nach außen zu ermöglichen. Für die
Erfindung kommt radioaktives Material in Betracht, bei dem der höchste Energiewert
der emittierten Betateilchen nicht über etwa 0,175 MeV hinausgeht, damit gesichert
ist, daß das Fenster im Behälter nicht unnötig dick sein muß, um den Austritt von
Betateilchen aus dem Behälter zu verhindern.
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Das radioaktive Material kann ein Festkörper sein, beispielsweise
Nickel 63 mit einer Maximalenergie von 0,062 MeV oder Schwefel 35 mit einer
Maximalenergie von 0,167 MeV. Den Vorzug verdient jedoch ein Gas, da es innig mit
dem gasförmigen Targetmaterial gemischt werden kann, wodurch die Selbstabsorption
verringert wird. Tritium mit einer Maximalenergie von 0,018 MeV ist hierfür besonders
geeignet.
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Bei einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung werden Betastrahler
und Targetmaterial chemisch zu einer gasförmigen Verbindung vereinigt. Als Beispiele
für solche Verbindungen seien genannt: Siliciumtetrahydrid, Phosphortrihydrid, Phosphorpentahydrid
und Schwefelwasserstoff, in denen jeweils wenigstens ein Wasserstoffatom durch Tritium
ersetzt ist. Es ist auch eine gasförmige Kombination denkbar, bei der Betastrahler
und Target aus demselben Element bestehen, etwa aus Schwefel 35 und Schwefel, z.
B. im Schwefelwasserstoff.
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Bei der Auswahl von Betastrahler und Targetmaterial ist darauf zu
achten, daß kein korrodierendes Reaktionsprodukt entsteht, das den Behälter angreift.
Wird z. B. Tritium als radioaktives Material verwendet und Chlor oder Brom als Targetmaterial,
können Chlorwasserstoffsäure oder Bromwasserstoffsäure entstehen, die einen Behälter
aus Stahl anzugreifen vermögen.
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Das Targetmaterial, das man in der Praxis wählt, richtet sich nach
dem Gebrauchszweck, für den die Röntgenstrahlungsquelle bestimmt ist.
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Soll die Röntgenstrahlenquelle zum Messen der Dicke eines Gegenstandes,
beispielsweise einer dünnen Folie oder eines anderen dünnschichtigen Materials,
gebraucht werden, wählt man als Targetmaterial ein solches, dessen Röntgenstrahlenemissionsmaximum
praktisch dem Maximum des Absorptionsspektrums des Gegenstandes entspricht. Beispielsweise
erhält man mit einem Gemisch aus Tritium (als dem Betastrahler) und Argon (als dem
Target) ein Intensitätsmaximum bei 4,2 A. Diese Kombination ist besonders zum Gebrauch
bei der Prüfung eines Gegenstandes geeignet, der Chlor enthält - Chlor hat ein Absorptionsmaximum
bei 4,3 A. So kann z. B. die Dicke einer Polyvinylchloridfolie oder die einer überzugsschicht
aus einem Vinylidenchloridcopolymerisat auf einer für Röntgenstrahlen durchlässigen
dünnen Unterlage, beispielsweise einer Folie aus regenerierter Cellulose oder aus
einem Polyolefin, gemessen werden.
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Die Tritium-Argon-Röntgenstrahlenquelle ist auch gut brauchbar zum
Messen des Schwefeldioxidgehaltes von Rauchgas, da das Absorptionsmaximum von Schwefel
5,01 A beträgt. Eine andere erfindungsgemäße Röntgenstrahlenquelle, die Tritium
im Gemisch
mit Schwefeldioxidgas enthält, hat ein Intensitätsmaximum
bei 5,37 A und ist gut zu gebrauchen zum Nachweis von Aluminium, beispielsweise
beim Bestimmen der Dicke einer Folie aus Aluminium, dessen Absorptionsmaximum 7,9
A ist.
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Tritiumsubstituiertes Siliciumtetrahydrid emittiert Röntgenstrahlen,
die ein Intensitätsmaximum bei 7,11 A haben, tritiumsubstituiertes Phosphortrihydrid
oder Phosphorpentahydrid emittiert Röntgenstrahlen, die ein Intensitätsmaximum bei
6,14 A haben, und tritiumsubstituierter Schwefelwasserstoff emittiert Röntgenstrahlen,
die ein Intensitätsmaximum bei 5,37 A haben. Solche Röntgenstrahlenquellen sind
ebenfalls brauchbar für den Nachweis von Aluminium durch Absorption.
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Wenn mehr als ein Intensitätsmaximum oder ein breites Emissionsspektrum
erforderlich ist, kann ein Gemisch von miteinander nicht reagierenden Targetgasen
verwendet werden, die die verlangten Strahlungsspektren ergeben.
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Der Rauminhalt des für den Einschluß einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Bremsstrahlungsquelle mit brauchbarer praktischer Aktivität erforderlichen Behälters
kann ziemlich klein sein. Beispielsweise kann bei Verwendung von Tritium ungefähr
1 ccm Tritium mit 2 ccm von gasförmigem Targetmaterial, die in einen 3 ccm großen
Raum eingeschlossen sind, eine Aktivität von 2 bis 3 Curie haben. Um höhere Aktivitäten
zu erzielen, sind größere eingeschlossene Mengen erforderlich.
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Bei Verwendung von Tritium als Betastrahler stellt man aus etwa 1,6
mm dickem rostfreiem Stahl einen geeigneten Behälter her, der ein röntgenstrahlendurchlässiges
Fenster aus 0,13 bis 0,25 mm dickem Beryllium hat. Da die Tritiumdurchlässigkeit
des Berylliums groß ist, muß das Fenster dick genug sein, damit keine Tritiumverluste
auftreten, obwohl dadurch etwas Röntgenstrahlung im Fenster absorbiert wird.
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Bei chemischer Verbindung von Betastrahler und Target sind Diffusionsverluste
infolge der Größe der Moleküle vernachlässigbar gering, so daß dünnere Fenster verwendet
werden können.
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Die erfindungsgemäßen Röntgenstrahlenquellen haben den Vorteil, daß
durch Verwendung verschiedener gasförmiger Targets Röntgenstrahlen erzielbar sind,
die verschiedene Röntgenstrahlen-Spektralmerkmale besitzen. Durch Auswahl des entsprechenden
gasförmigen Targets steht ein geeigneterer Wellenlängenbereich zur Verfügung als
bisher. Infolge der geringen Selbstabsorption in dem gasförmigen Targetmaterial
ist außerdem die emittierte Röntgenstrahlenintensität größer als bei den bisher
bekannten Röntgenstrahlenquellen, die ein festes oder flüssiges Target verwenden.
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Ein Beispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Röntgenstrahlungsquelle
und ihrer Verwendung beim Messen der Dicke einer überzugsschicht auf Folie aus regenerierter
Cellulose wird nachfolgend beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichnung. In dieser
zeigt F i g. 1 einen Senkrechen Querschnitt durch die in einem Behälter eingeschlossene
Röntgenstrahlungsquelle und F i g. 2 eine schematische Darstellung der Messung der
Dicke einer überzugsschicht auf einer Folie mittels einer solchen Quelle.
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In F i g. 1 ist die Röntgenstrahlungsquelle mit 1 bezeichnet. Sie
besteht aus dem zylindrischen Behälter 2 mit aus 1,6 mm dickem rostfreiem Stahl
bestehenden Wänden 3, der als Deckel auf seinem Strahlaustrittsende das Fenster
4 aus 0,25 mm dickem Beryllium hat. Ein Gemisch 5 aus 1 ccm Tritium und 2 ccm Argon
- alle Maße gelten für normale Temperatur und normalen Druck - ist in dem Behälter
eingeschlossen, der einen Rauminhalt von 3 ccm hat.
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Das Tritium emittiert Betateilchen, die auf die Argonatome auftreffen,
wodurch Röntgenstrahlen erzeugt werden. Diese treten durch das Fenster
4 aus und können nach Ausblendung auf den zu untersuchenden Gegenstand gerichtet
werden. Das Intensitätsmaximum des charakteristischen Strahlungsspektrums liegt
dabei etwa bei 4,2 A.
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In F i g. 2 ist gezeigt, wie die in F i g. 1 beschriebene Röntgenstrahlungsquelle
zur fortlaufenden Ermittlung der Chlormenge verwendet wird, die in einer Überzugsschicht
aus Vinylidenchloridcopolymerisat auf einer Seite einer Folie 6 aus regenerierter
Cellulose vorhanden ist. Die Absorption der Röntgenstrahlen erfolgt vorwiegend durch
Chlor, das ein Absorptionsmaximum bei 4,39 A besitzt. Die Dicke der Überzugsschichten
kann dann aus der Röntgenstrahlenschwächung berechnet werden. Die Absorption der
Röntgenstrahlen im Cellulose-Trägermaterial selbst ist vernachlässigbar gering.
Als Strahlungsdetektor kann z. B. ein Szintillationszähler 7 dienen.