DE2460686A1

DE2460686A1 - Detektor zur teilchenortung

Info

Publication number: DE2460686A1
Application number: DE19742460686
Authority: DE
Inventors: Robert Allemand
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1973-12-21
Filing date: 1974-12-20
Publication date: 1975-07-03
Also published as: DE2460686C2; GB1497284A; FR2255702A1; JPS6224749B2; FR2255702B1; US3975639A; JPS50122293A

Description

■ Die Erfindung betrifft einen Detektor zur Teilchenortung, insbesondere Verbesserungen der Verarbeitung des oder der elektrischen Signale von einem Teilchen-Detektor, der eine Ortung des Teilchenstrahls erlaubt, und zwar mit einer gasförmigen oder flüssigen Füllung und mit dem Proportionalbereich als Arbeitsbereich.

Ein derartiger Detektor kann bekanntlich geladene Teilchen (z.B. tX-, β -Teilchen), aber auch neutrale Teilchen (Neutronen oder elektromagnetische Strahlung, d.h. Röntgenundγ-Photonen) orten. Insbesondere sind derartige Detektoren gut zur Ortung von thermischen Neutronen (Neutronen-Beugung) und von Röntgen-Strahlung (Röntgen-Beugung) geeignet, wenn die Füllung des Detektors gasförmig ist. Es kann auch an die Ortung von ziemlich energiereicher Röntgen-Strahlung bei Verwendung von dielektrischen Flüssigkeiten (z. B. flüssi-

4lO-(B5123.3)-HdBk

5098 2 7/0681

ORIGINAL INSPECTED

gern Xenon) gedacht werden.

In einem herkömmlichen Proportionalzähler, der eine Mehrdraht-Proportionalkammer aufweist, ist die zone der LadungsVervielfachung auf ein sehr dünnes zylindrisches Volumen (von einigen 10 /um) um den Anodendraht begrenzt, nämlich auf den Raum, in dem das elektrische Feld groß genug ist, damit die durch die Strahlung erzeugten Primär-Elektronen zwischen zwei Stoßen genug Energie aufnehmen, um neue Moleküle des Gases zu ionisieren, das im Zählergefäß enthalten ist. In elektrischer Hinsicht läuft also alles so ab, als wenn die Ladungen vollständig in unmittelbarer Nähe des Anodendrahts erzeugt worden wären. Die Ladungsmenge, die durch elektrische Influenz auf die umgebende (n) Kathode (n) erzeugt wird, ist daher proportional dem Raumwinkel, unter dem die Kathode (n) von der Zone des Anodendrahts gesehen werden, wo die Ladungsvervielfachung stattfindet.

In Fig. 1 sind perspektivisch die wichtigsten Teile eines Mehrdraht-Teilchen-Detektors gezeigt, wie'er z.B. in der DT-AS 2 025 1?6 beschrieben ist. Im Prinzip hat dieser Detektor, der die Ortung entlang einer X-Richtung gestattet, im wesentlichen eine erste Kathodenebene 2 und eine zweite Kathodenebene 4, die durch nebeneinanderliegende Kathodenstreifen 6 gebildet ist, die gegenseitig isoliert sind und senkrecht zur X-Richtung verlaufen. Zwischen den beiden Kathodenebenen liegen Anoden- oder Vervielfachungs-Drähte wie 8, z.B. parallel zur X-Richtung. An diesen Drähten findet die Erzeugung der elektrischen Ladungen statt. Ein derartiger Detektor erlaubt einen Nachweis in X-Richtung. jeder Kathodenstreifen 6 ist mit einem Verstärker 10a, 10b usw. verbunden, von dem das elektrische Signal abgenommen werden kann, das durch Influenz der am Punkt A des Anodendrahts erzeugten Ladungen erhalten wird. Die am Ausgang jedes Verstärkers 10a, 10b bzw. 10c usw. erhaltenen Impulse E , E, ,

a υ

E usw. sind schematisch in Fig. 1 gezeigt. Es ist ohne wei-

5 09827/0681

ORIGINAL INSPECTED

teres ersichtlich, daß der Impuls E , der dem Verstärker 10c zugeordnet ist, am größten ist, weil der entsprechende Kathodenstreifen 6 sich am nächsten dem Punkt A befindet, wo die Ladungserzeugung stattfindet. Zum Orten des Einfallspunkts der Strahlung, also des Punkts A, braucht daher von allen am Ausgang der Verstärker 1Oi erhaltenen Signale nur dasjenige Signal erfaßt zu werden, das die größte Amplitude hat (das Signal E im vorliegenden Fall). Wenn auch eine Erfassung in der Y-Richtung erreicht werden soll, wird die Kathodenplatte 2 durch Kathodenstreifen ersetzt, die identisch zu den Kathodenstreifen 6 sind und senkrecht zu diesen verlaufen; auf diese Weise wird durch Verarbeiten der von jedem Kathodenstreifen erhaltenen Signale eine Lageortung entlang der Y-Richtung erhalten. Wenn in der .Y-Richtung eine gute Auflösung erzielt werden soll, muß eine große Anzahl von Anodendrähten 8 vorgesehen werden, da die räumliche Auflösung in der Y-Richtung im wesentlichen gleich dem gegenseitigen Abstand der Drähte 8 ist. Die Ortung wird gleichzeitig in X- und Y-Riohtung durch Koinzidenz zwischen den beiden Impulsen größer Amplitude vorgenommen, die an den beiden Kathodenstreifen für die X- und Y-Richtung erzeugt werden.

Für medizinische Multidetektoren, bei denen keine große räumliche Auflösung notwendig ist (eine Auflösung von ca. 3 mm reicht aus im Hinblick auf die Leistungen der Kollimatoren), hat eine derartige Anordnung den Vorteil eines sehr einfachen Aufbaus,und zwar sowohl in technologischer als auch in elektronischer Hinsicht. Eine derartige Anordnung kann jedoch nicht für Detektoren mit sehr hoher räumlicher Auflösung (von ca. ^00 /um) eingesetzt werden, da die Anzahl der Meßkanäle unrealisierbar hoch wird. Es besteht jedoch ein Bedarf an derartigen

5 0 9 8 2 7/0681

räumlich hochauflösenden Detektoren, insbesondere zur Untersuchung von biologischen Strukturen, und zwar entweder durch Beugung von thermischen Neutronen oder durch Beugung von Röntgen-Strahlung.

Es sind bereits verschiedene Lösungsversuche erörtert worden, um die Vorrichtung zur Gewinnung und zur verarbeitung der elektrischen Signale in Bezug auf die Ortung eines Teilchenstrahls zu vereinfachen. Eine erste derartige Lösung (von G. Charpak, vorgetragen auf Konferenzen von C.E.R.N., 1973) besteht darin, die Ausgänge von mehreren aufeinanderfolgenden Kathodenstreifen zusammenzufassen und den Schwerpunkt der Gesamtheit der Signale zu ermitteln, die entsprechend einer Erfassungsrichtung erhalten werden.

Eine andere Lösung von Perez-Mendez besteht darin, zwischen jedem Ausgang der Kathodenstreifen ein und derselben Richtung Verzögerungsleitungen zwischen zu schalten. Die Messung der Zeit, die einen Bezugsimpuls vom Impuls größter Amplitude trennt, erlaubt die Ortung des Einfallspunkts in einer Richtung. Infolge der kapazitiven Kopplung geht jedoch eine große Ladungsmenge verloren, so daß das für die Ortung verfügbare Signal sehr schwach ist.

Ein weiterer Lösungsvorschlag von Borkowski sieht vor, die Anstiegszeit der an den Enden von Widerstandsdrähten parallel zur Ortungsrichtung X empfangenen Impulse zu messen, jedoch sind derartige Drähte schwierig auszuführen und äußerst zerbrechlich. ■

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der genannten Nachteile einen Detektor zur Teilchen-Ortung anzugeben, der eine Ortung in einer oder zwei Richtungen ohne komplizierte Verarbeitungsschaltungen oder großen

509827/0681

baulichen Aufwand erlaubt.

Der erfindungsgemäße Detektor zur Teilchen-Ortung, der im Proportionalbereich arbeitet, ist gekennzeichnet durch ein dichtes Gefäß, das mit einem Fluid gefüllt ist und im Innern eine Elektrode erster Art aufweist, die durch mindestens einen Leijterdraht gebildet ist, sowie eine Elektrode zweiter Art, die durch mindestens eine Leiterplatte gebildet ist und die Form eines Teils einer Zylindermantelfläche hat, deren Erzeugenden parallel zur Richtung des oder der Leiterdrähte verlaufen, wobei die Leiterplatte (n) einen solchen Umriß hat bzw. haben, daß im wesentlichen eine eineindeutige Beziehung zwischen dem Ort eines Punkts des oder der Drähte und dem Raumwinkel existiert, unter dem die Platte von diesem Punkt gesehen wird, und durch eine Einrichtung zur Abnahme des elektrischen Signals, das an der Platte (n) auftritt.

Die Erfindung wird anhand der zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines bereits bekannten Multidetektors;

Fig. 2a eine perspektivische Ansicht von Kathoden eines Einrichtungs-Detektors mit einem einzigen Anodendr at gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2b eine Draufsicht auf die Kathodenplatte von Fig. 2a im abgewickelten Zustand;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel der Kathodenplatte im abgewickelten Zustand;

5 09827/0681

Pig. 4 einen horizontalen Schnitt durch einen Einrichtungs-Detektor mit einem Fenster;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Mehrdrahtebenen-Detektors mit einer einzigen Ortungsrichtung;

Flg. 6 einen vertikalen Schnitt durch einen Mehrdraht-Detektor mit einer Ortungsrichtung, der ein Eintrittsfenster aufweist; und

Fig. 7 ein erfindungsgemäßes AusfUhrungsbeispiel des Detektors einschließlich der zugehörigen Signalverarbeitungsschaltung;

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Detektors mit besonderem Aufbau der Kathode; und

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Mehrdrahtebenen-Detektors mit zwei Ortungsrichtungen.

anhand

Die Erfindung wird zunächst/des einfachsten AusfUhrungsbeispiels erläutert, d.h. der Erfassung entlang einer einzigen oder X-Richtung, in welchem Fall nur ein einziger Vervielfachungs-Draht vorhanden ist, wie aus Fig. 2a und 2b sowie 3 ersichtlich ist.

Ein derartiger Detektor hat im wesentlichen einen vervielfachungs- oder Anodendraht 12 und eine Kathodenplatte, die durch zwei verschiedene Halbplatten 14 und 16 gebildet ist. Die beiden Halbplatten 15 und 16 sind elektrisch voneinander isoliert und bilden den Mantel eines geraden Zylinders, der als Achse den Anodendraht 12 hat. Wie am deutlichsten aus Fig. 2b ersichtlich ist, wo die beiden Halbplatten 14 und 16 im abgewickelten Zustand dargestellt sind, besteht jede Platte aus einem halben Rechteck, das durch eine Diagonale be-

109827/0681

- τ - 2460688

grenzt ist. jede Halbplatte 14 bzw. 16 ist an einer Ausgangsleitung 18 bzw. 20 angeschlossen, die einen verstärker 22 bzw. 24 ansteuert, der ein Ausgangssignal entspre- ■ ehend jeder Halbplatte abgibt, dessen Verarbeitung die Ortung erlaubt.

Die Amplitude der Signale A, und A^, die an den beiden Halbkathoden 14 und 16 empfangen werden, ist eine Funktion des Orts der in Höhe des Anodendrahts 12 entlang der X-Achse erzeugten Ladungen. Insbesondere, wenn die erzeugten Ladungen als gesamte elektrische Influenz in Bezug auf die Kathoden betrachtet werden können, kann gezeigt wer den, daß die Ortung in X-Richtung des Teilchenstrahls proportional der Größe ^Al " ^A2 ist, d.h.:

A₁- A

Aus Fig. 2a ist ersichtlich, daß, wenn der Vervielfachungspunkt auf dem Anodendraht 12 nach links in dieser Figur liegt, die Kathode 16 fast die gesamte Influenz der erzeugten Ladungen empfängt, während die Kathode 14 fast gar nichts empfängt. Wenn jedoch der Vervielfachungspunkt sich weiter rechts in Fig. 2a befindet, empfängt die;Kathode fast die gesamte Influenz der erzeugten Ladungen. Dies ist leicht yerifizierbar, indem die Raumwinkel verglichen werden, unter denen die Kathoden 14 bzw. 16 von diesen Punkten gesehen werden. ■·-■-.

Wenn aus geometrischen Gründen (z.B. Randeffekten) die nutzbare Zone des Detektors nicht immer der gesamten elektrischen Influenz für die in Höhe des Drahts erzeugten Ladungen entspricht, kann das Ortungsgesetz durch Variation der Kathodenform linearisiert werden.

509827/0681

246068a

Es kann auch ein Detektor gebaut werden, der nur eine einzige Elektrode zur Abnahme des Nutzsignals aufweist, z.B. die Platte 14, Vom betrachteten Punkt des Drahts 12 hängt nämlich der Raumwinkel ab, unter dem die Platte ]A gesehen wird. Es gibt daher eine eineindeutige Beziehung zwischen diesen beiden Größen und damit zwischen dem Ort des Punkts und der Stärke des an der Kathode empfangenen Signals. Die Anzahl der während der Erfassung eines Ereignisses erzeugten Ladungen ist jedoch variabel, d.h. das unmittelbar empfangene Signal kann in diesem Fall nicht direkt ausgewertet werden. Es muß daher auf ein Signal Bezug genommen werden, das für die Gesamtheit der erzeugten Ladungen repräsentativ ist. Dieses Signal kann z.B. das am Anodendraht empfangene elektrische Signal sein. Falls zwei Kathodenplatten vorhanden sind, erscheint dieses Bezugssignal als Nenner (A₁ + A₂), das die Gesamtheit der erzeugten Ladungen darstellt. Im übrigen muß offensichtlich um den Draht 12 ein drehsymmetrisches Vervielfachungsfeld erzeugt werden, das z.B. durch eine von der Elektrode 14 zur Abnahme des Nutzsignals verschiedene Einrichtung realisiert werden kann, z.B. durch eine zylindrische Elektrode, die allein diesem Zweck dient.

Um verschiedene Fehler physikalischen oder technischen Ursprungs zu unterdrücken, können auch andere Kathodenformen gewählt werden. Diese Fehler können sein eine Asymmetrie der Verteilung der lurch Influenz erzeugten Ladungen relativ zur Drehachse, eine Asymmetrie infolge des Drahts und des asymmetrischen Ablaufs der Ladungsvervielfachung, ein schlechter Oberflächenzustand des Drahts oder eine schlechte Zentrierung des Drahts relativ zur zylindrischen Kathode. Z.B. zeigt Fig. 3 im abgewickelten Zustand zwei Kathoden, die durch gegenseitig verschachtelte Kathodenabschnitte gebildet sind. Die beiden Kathoden, nämlich eine weiß dar-

$09827/0681

2460688

gestellte Kathode 26 und eine gepunktete Kathode 28, werden durch Sägezähne wie 30a, 30b und 30c für die Kathode 26 und ferner 30'a, 30'b und 3O¹C für die Kathode 28 gebildet. Die Sägejsähne, die zu ein und derselben Kathode gehören, sind untereinander elektrisch verbunden. Die beiden Kathoden 26 und 28 sind gegeneinander elektrisch isoliert.

Um diese Figuren übersichtlicher zu machen, ist nicht das dichte zylindrische Gefäß abgebildet, in dem die Kathoden und der Anodendraht und die gasförmige oder flüssige Füllung enthalten sind. Dieses Gefäß kann einen herkömmlichen Aufbau haben.

In Fig. 4 ist der Querschnitt eines zylindrischen Zählers bzw. Detektors zur Ortung von Kernstrahlung gezeigt. Ein Gefäß 32 hat ein Längsfenster 34, das den Durchtritt von Kernstrahlung erlaubt, die schematisch durch Pfeile angedeutet ist. Zwei Halbkathoden 36 werden an ihren beiden Enden durch das Fenster 34 begrenzt. Die beiden Halbkathoden sind am Gefäß 34 z.B. durch (nicht gezeigte) Isolierhalter befestigt. Fig. 4 zeigt ferner einen Anodendraht 38. Selbstverständlich hat jede Halbkathode einen eigenen Ausgangsleiter. Das Fenster 34 und die dadurch.bedingte Begrenzung der Halbkathoden bringt überhaupt keine Schwierigkeiten bei der Ortung. Die empfangenen Signale sind nur schwächer.

Zur Durchführung gewisser Experimente kann es zweckmäßig sein, einen rechteckigen Querschnitt des Detektors zu wählen. Die vorher beschriebene Einrichtung zur Verarbeitung der erzeugten Ladungen ist aber auch dann anwendbar. Wenn jedoch jedes Kathodenelement nicht mehr denselben Raumwinkel, vom Draht aus gesehen (keine Drehsymmetrie mehr), entspricht, muß ein Abstand ρ zwischen jedem Kathodenteil (Sägezahn zum Beispiel) gewählt werden, der klein genug ist, damit die Ortung dem vorgegebenen Gesetz folgt.

509827/0681

Auf jeden Fall ist es immer möglich, eine Korrektur der Adresse durch Verarbeitung der an jeder Kathode empfangenen Informationen vorzunehmen, weil es sich dabei um systematische Fehler handelt.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Mehrdrahtebaian-Detektors abgebildet, der die Ortung eines Teilchen-Strahls in X-Richtung gewährleistet. Ein Gefäß des Detektors ist in StrichpunktIinie gezeigt. Die Kathodeneinheit besteht aus zwei parallelen Kathodenplatten 42 und 44. Jede Platte hat zwei isolierte Halbkathoden 46 und für die platte 42 sowie 50 und 52 für die Platte 44, wobei jede Halbkathode durch Sägezähne gebildet ist, die in die Sägezähne der anderen Halbkathode verschachelt sind, wie schon anhand von Fig. 3 gezeigt wurde. Zwischen diesen Platten ist ungefähr auf mittigem Abstand und parallel zu ihnen eine Ebene von gleich beabstandeten Anodendrähten wie 54 angeordnet. Ausgangsleitungen 58 und 56 der Halbkathoden 46 und 50 sind zusammengeschaltet, um das Signal A, abzugeben, ebenso Ausgangsleitungen 60 und 62 der Halbkathoden 48 und 52, um das Signal A₂ abzugeben. Die Signale A₁ und A„ werden in der oben beschriebenen Weise weiterbearbeitet.

Falls weiche RÖntgen-strahlung zu orten ist, wird der Detektor mit dem in Fig. 6 gezeigten Aufbau verwendet. Ein Gefäß 64 hat an einer seiner Flächen ein Fenster Die Kathodenplatte 42 von Fig. 5, die das Fenster 66 verdecken würde, ist durch eine Ebene von Kathodendrähten parallel zu den Anodendrähten 54 ersetzt. Die Kathodenplatte 44 bleibt unverändert und hat immer noch die beiden Halb-

kathoden 50 und 52, die die Signale A, und A₃ abgeben. In diesem Fall ist es zweckmäßig, einen Abstand ρ zwischen jedem Teil (Sägezahn) der Halbkathoden zu wählen, der klein

$09827/0681

genug ist, damit die Ortung entsprechend einem vorgegebenen Gesetz stattfindet.

Im selben Anwendungsfall kann eine Ortung gemäß zwei orthogonalen Richtungen X und Y erzielt werden, indem die Kathodenplatte 44 durch eine Kathodenplatte 44' ersetzt wird, die in Fig. 7 abgebildet ist. Die Platte 44' besteht aus mehreren leitenden rechtwinkligen Dreiecken 82a, 82b, ..., 82h (im abgebildeten Ausführungsbeispiel 8), die elektrisch voneinander isoliert sind. Zu diesem Zweck kann man z.B. eine Isolierhalterung verwenden, auf der eine Metallisierung aufgebracht wird, die die Dreiecke ergibt. Die kleinen Seiten der Dreiecke 82a, 82c, 82e und 82g sind elektrisch an Punkte B, C, D bzw. E angeschlossen.

Die Punkte B, C, D und E sind untereinander über identische Widerstände R₁, R₂ bzw. R-, verbunden.

Diese Dreiecke bilden eine erste Halbkathode. Ebenso sind die kleinen Seiten der Dreiecke 82b, 82d, 82f und 82h elektrisch an Punkte B', C^f, D' bzw. E' angeschlossen.

Diese Dreiecke bilden eine zweite Halbkathode. Die Punkte B', C', D' und E' sind untereinander durch identische Widerstände R'j, R'₂ bzw. R'., verbunden.

Die Punkte B, E, B^f und E' sind an verstärker A₁, A_g bzw. Aj, angeschlossen. Der Verstärker A₁ ist mit dem Eingang eines Addierers ,84 und eines Addierers 86 verbunden.

Der Verstärker Aa ist mit dem Addierer 84 und mit einem Addierer 88 verbunden. Der verstärker A^ ist an

509827/0681

Addierer 86 und 90 und der Verstärker A^, an Addierer 90 und 88 angeschlossen. Die Ausgänge der Addierer 84 und 90 sind an Eingänge eines Addierers 92 und eines Subtrahierers 94 angeschlossen. Am Ausgang des Addierers 92 tritt ein Signal X₁ = (A₁ + A₂) + (A-, + A^) auf, wenn mit A₁, A₂, A-, und Aj, die elektrischen Signale bezeichnet werden, die von den einzelnen Verstärkern mit demselben Index abgegeben werden. Am Ausgang des Subtrahierers ^k liegt das Signal X₂ = (A₁ + A₂) - (A, +

Diese beiden Signale werden in einen ersten Dividierer

eingespeist, der das Signal X' = -ß. abgibt, das den Ort des

^λ1
Einfallspunkts in der X-Richtung angibt.

Dieselbe Verarbeitung geschieht mit den von den Addierern 88 und 86 abgegebenen Signalen. Der Addierer 98 gibt das Signal Y₁ = (A₁ + A,) + (A₂ + Ah) und der Subtrahierer 100 das Signal Y₃ = (A₁ + A^) - (A₂ + A₄) ab. Der Dividierer 102 gibt dann das Signal Y' = _£ ab, das den Ort des Einfallspunkts in der Y-Richtung angibt.

In Fig. 9 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Detektors gezeigt, der eine Ortung von Teilchen in zwei orthogonalen Richtungen χ und Y erlaubt.

Dieser Detektor hat selbstverständlich ein rechteckiges Gefäß, das ein Gas oder eine Flüssigkeit enthält, das aber zur leichteren Betrachtung von Fig. 9 weggelassen worden ist,

Der Detektor weist zwei Kathodenplatten 70 und 72 auf, die untereinander parallel sind. Zwischen diesen sind Anodendrähte 54 parallel zueinander gespannt, die eine Ebene parallel zu den ebenen Kathodenplatten 70 und 72 bilden. Die Kathodenplatte 70 dient zur Ortung in der X-Richtung.

S09827/0681

Sie besteht aus zwei Halbkathoden 74 und 76, die elektrisch voneinander isoliert sind und gemäß Fig. 5 Teile aus ineinander geschachtelten Sägezähnen haben, wobei die Sägezähne ein und derselben Halbkathode untereinander elektrisch verbunden sind. Die Sägezähne sind parallel zu den Anodendrähten 54. Die Kathodenplatte 72 ist identisch der Kathodenplatte 70, und sie hat Halbkathoden 74' und 76', die jedoch der Ortung in der Y-Richtung dienen, wobei diese Sägezähne senkrecht zu den Anodendrähten 54 verlaufen, wie Fig. 9 deutlich zeigt.

Die an den Ausgängen 78 und 80 der Halbkathoden 74 und 76 abgegebenen Signale werden wie oben erläutert verarbeitet, um die X-Ortung vorzunehmen, das gleiche ist der Fall für die an den Ausgängen 78' und 80^f abgegebenen Signale, die nach Verarbeitung die Y-Ortung ergeben. Als Bezugssignal kann man die Summe der an den vier Ausgängen empfangenen Signale benutzen.

In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kathodenplatte zur Ortung gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Kathodenplatte 44" aus mehreren Leiterstreifen HOa, HOb, HOc, HOd (selbstverständlich könnten auch mehr derartige' Leiterstreifen vorgesehen sein), die voneinander elektrisch isoliert sind, jeder Streifen ist durch leitende elementare, gleichschenkelige Dreiecke gebildet, die untereinander verbunden sind.

Alle diese Dreiecke sind gleich und haben z.B. eine Höhe h und eine kleine Seite der Länge a. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, ist ein Dreieck (z.B. Il4a) an seiner kleinen Seite mit der kleinen Seite eines der anliegenden Dreiecke (Il6a) und mit seiner Spitze an der Spitze eines zweiten benachbarten Dreiecks (112a) befestigt. Der zweite streifen (HOb) hat genau denselben Aufbau wie der Streifen HOa (Dreiecke 112b,

S09827/0681

114b, Il6b, Il8b, 120b).Jedoch sind das Dreieck des ersten Streifens und das Dreieck des zweiten Streifens, die dasselbe Bezugszeichen tragen, richtungsvertauscht aneinander angeordnet.

Der Streifen 110c ist identisch dem Streifen HOa, und der Streifen HOd ist identisch dem Streifen HOb. Die Streifen HOa und HOc sind elektrisch an einen Verstärker A^ über Leitungen 122 und 122' angeschlossen. Ebenso sind die Streifen HOb und HOd elektrisch an einen Verstärker A' über Leitungen 124 und 124' angeschlossen.

Wenn die Dreiecke betrachtet werden, die zwar in verschiedenen Streifen, jedoch in derselben Spalte angeordnet sind (also die Dreiecke, die im Bezugszeichen die gleiche Zahl aufweisen), ist ersichtlich, daß derselbe Aufbau wie in Fig. 5 vorliegt. Z. B. spielen die Dreiecke ll4a und Π4c dieselbe Rolle wie die Halbkathode 46 und die Dreiecke Il4b und H4d dieselbe Rolle wie die Halbkathode 48.

A' A'

1 - P Wenn also das Signal Z = —- erzeugt wird, gibt

^A'l ^+A'₂

dieses Signal Z den Einfallsort in X-Richtung an, wobei jedoch als Nullpunkt nicht der linke Rand 1^0 der Kathode, sondern der linke Rand einer Spalte von Dreiecken genommen wird. Es muß daher durch eine andere Einrichtung die betreffende Spalte ermJttelt werden, und durch gleichzeitiges Ermitteln der Nummer der Spalte (durch eine noch zu erläuternde Einrichtung) und der Abszisse des Einfallspunkts (in X-Richtung) relativ zum linken Rand dieser Spalte ist der Ort des Einfallspunkts in X-Richtung genau festgelegt.

Um die Nummer der betreffenden Spalte zu erfassen, können z.B. Anodendrähte verwendet werden, die senkrecht zu den Streifen angeordnet sind.

509827/0681

Alle Anodendrähte, die ein und derselben Spalte gegenüberliegen, sind untereinander verbunden. Der Rang der Gruppe der Anodendrähte, an denen das größte elektrische Signal empfangen wird, gibt gleichzeitig die Nummer der für das Strahlungsereignis betreffenden Spalte an.

Es versteht sich, daß die Form der Kathoden oder der Halbkathoden in verschiedener Weise abgewandelt werden kann. Insbesondere können auch Halbkathoden in Form von Sägezähnen genommen werden, deren Seiten nicht gerade, sondern gekrümmt sind, um Randeffekte an jedem Ende der Kathodenplatte zu kompensieren.

Es versteht sich auch, daß die Richtung der Anodendrähte relativ zu den Halbkathoden unwichtig ist; diese Drähte können parallel, senkrecht oder schief zur Richtung der Halbkathoden verlaufen, wobei ein Winkel von 45 ° besonders zweckmäßig ist.

60 9 827/06 81

Claims

- 16 Patentansprüche

IJ Detektor zur Teilchen-Ortung, der im Proportionalbereich arbeitet, gekennzeichnet durch ein dichtes Gefäß, das mit einem Fluid (Gas oder Flüssigkeit) gefüllt ist und in seinem Inneren aufweist: eine Elektrode erster Art, die durch mindestens einen Leiterdraht gebildet ist, und eine Elektrode zweiter Art, die durch mindestens eine Leiterplatte gebildet ist, die die Form eines Teils der Mantelfläche eines Zylinders hat, dessen Erzeugenden parallel zur Leiterdraht-Richtung verlaufen, wobei der Leiterplatten-Umriß so gewählt ist, daß eine im wesentlichen eineindeutige Beziehung zwischen dem Ort eines Leiterdraht-Punkts und dem Raumwinkel besteht, unter dem die Leiterplatte vom Leiterdraht-Punkt gesehen wirdj und durch eine Einrichtung zur Abnahme des elektrischen Signals an der oder den Leiterplatten.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode erster Art durch einen einzigen Leiterdraht (12) gebildet ist, und daß die Elektrode zweiter Art durch zwei Leiterplatten (14, 16) gebildet ist, die voneinander elektrisch isoliert sind und auf der Mantelfläche eines geraden Kreiszylinders liegen, der als Achse den Leiterdraht (12) hat, wobei jede Leiterplatte eine durch eine Diagonale der abgewickelten Mantelfläche begrenzte Fläche einnimmt (Fig. 2a, 2b).

J). Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode erster Art durch einen einzigen Leiterdraht gebildet ist,und daß die Elektrode zweiter Art durch zwei Leiterplatten (26, 28) gebildet ist, die elektrisch voneinander isoliert sind und auf der Mantelfläche eines geraden Kreis-

509827/068

Zylinders liegen, dessen Achse der Leiterdraht ist, wobei jede Leiterplatte eine Fläche einnimmt, die durch eine gebrochene Linie in Form von aufeinanderfolgenden Sägezähnen begrenzt ist, die parallel zum Leiterdraht verlaufen (Fig.
3).
4. Detektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (32) des Detektors ein Längsfenster (34) aus einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Werkstoff hat, und daß die Mantelfläche des geraden KreisZylinders sich bis ° zum Längsfenster (34) erstreckt (Fig. 4).
5. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode erster Art durch mehrere Leiterdrähte (54) gebildet ist, die untereinander parallel und in ein und derselben Ebene liegen, und daß die Elektrode zweiter Art durch zwei Gruppen (42, 44) von zwei Halbkathoden (46, 48; 50, 52) gebildet ist, wobei jede Gruppe von Halbkathoden in einer Ebene parallel zur Leiterdraht-Ebene liegt, ferner jede Halbkathode die Form eines Teils einer rechteckigen ebenen Platte hat, die beiden Halbkathoden durch eine gebrochene Linie in Form von aufeinanderfolgender. Sägezähnen begrenzt und die Halbkathoden derselben Gruppe elektrisch voneinander isoliert sind (Fig. 5).
6. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode erster Art durch mehrere koplanare, untereinander parallele Leiterdrähte (54) gebildet ist, daß die Elektrode zweiter Art einerseits durch mehrere koplanare, untereinander parallele Leiterdrähte (68) an einer ersten Seite der Elektrode erster Art und andererseits durch zwei Halbkathoden/gebildet ist, die in einer Ebene parallel zur Ebene der Elektrode erster Art liegen, wobei jede Halbkathode die Form eines Teils einer rechteckigen ebenen Platte hat, die beiden Halbkathoden durch eine gebrochene Linie in Form

509827/068 1

- ^l8 - 2480686

aufeinanderfolgender Sägezähne begrenzt sind und die beiden Halbkathoden elektrisch voneinander isoliert sind (Fig. 6).
7. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode erster Art durch mehrere koplanare, untereinander parallele Leiterdrähte (54) gebildet ist,-und daß die Elektrode zweiter Art einerseits durch mehrere koplanare, untereinander parallele Leiterdrähte (68) parallel zur Ebene der Elektrode erster Art und an einer ersten Seite der Elektrode erster Art sowie andererseits durch zwei Halbkathoden gebildet ist, die in einer Ebene parallel zur Ebene der Elektrode erster Art liegen, wobei jede Halbkathode aus η rechtwinkligen Leiterdreiecken (82a, 82c, 82e, 82g; 82b, 82d, 82f, 82h) besteht, die voneinander isoliert sind, ferner jedes Dreieck einer Halbkathode mit seiner Hypothenuse an die Hypothenuse eines der beiden benachbarten Dreiecke der anderen Halbkathode und mit seinem langen Schenkel des rechten Winkels an den langen Schenkel des rechten Winkels des zweiten benachbarten Dreiecks angrenzt, das zur anderen Halbkathode gehört, und daß zwei Einheiten von n-1 gleich großen, reihengeschalteten Widerständen (R₁, R₂, Rj R₁', R₂', R^') vorgesehen sind, wobei die beiden Enden jeder Widerstands-Einheit jeweils an einem eigenen verstärker (A₁, A₂; A-,, Aj^) angeschlossen sind, und wobei die kurzen Schenkel der Dreiecke ein und derselben Halbkathode elektrisch mit Verbindungspunkten (C, D) von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Widerständen derselben Widerstands-Einheit verbunden sind (Fig. 6, 7).
8. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode erster Art durch mehrere koplanare, untereinander parallele Leiterdrähte gebildet ist, und daß

durch
die Elektrode zweiter Art/mindestens zwei Halbkathoden ge-

509827/0681

bildet ist, die in ein und derselben Ebene parallel zu den Leiterdrähten liegen, wobei jede Halbkathode aus mehreren gegenseitig isolierten Leiterstreifen (110a - d) besteht, ein zur einen Halbkathode gehörender Leiterstreifen zwischen zwei Leiterstreifen der anderen Halbkathode liegt, jeder Leiterstreifen durch aufeinanderfolgende , gleichschenkelige Dreiecke (z.B. 112, Il4a, Il6a, Il8a, 120a) gebildet ist, die leiten und ausgerichtet sowie untereinander abwechselnd an ihren Spitzen oder an ihren Basen verbunden sind, und wobei alle Leiterstreifen ein und derselben Halbkathode über eines ihrer Enden an ein und denselben Verstärker (A¹^, A'₂) angeschlossen sind (Fig. 8).
9. Detektor nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäße (64) die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds haben, dessen eine Fläche durch ein Fenster (66) aus einem für elektromagnetische strahlung durchlässigen Werkstoff gebildet ist (Fig. 6).
10. Detektor nach einem der Ansprüche 5-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezähne eine Länge im wesentlichen gleich der des jede Halbkathode bildenden Abschnitts der Leiterplatte haben.

509827/0681

, ⁱ⁰ ■

Leerseite