DE3023794C2 - Einrichtung mit einer selbstauslösenden, einen Proportionalkammer-Abschnitt und einen Funkenkammer-Abschnitt aufweisenden Hybrid-Funkenkammer - Google Patents
Einrichtung mit einer selbstauslösenden, einen Proportionalkammer-Abschnitt und einen Funkenkammer-Abschnitt aufweisenden Hybrid-FunkenkammerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus »Nuclear Instruments and Methods«, Bd. 150, 1978, Nr. 2, S. 203 bis 208 ist eine derartige Einrichtung
bekannt, die mit einer selbstauslösenden Hybrid-Funkenkammer arbeitet. Solche Hybrid-Funkenkammer
zeichnen sich im Vergleich mit herkömmlichen Zweielektroden-Funkenkammern durch großen Bedienungskomfort,
hohe Nachweisausbeute, gute Auflösung, verbesserte Kmpfindlichkeitsgleichmäßigkeit und verringerte
Instabilität des Betriebs aus und lassen sich sehr gut zum Nachweis geladener Teilchenstrahlung wie
beispielsweise ^-Strahlung einsetzen, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Allerdings traten beim
Betrieb derartiger Hybrid-Funkenkammern Instabilitäten auf. deren Lirsache nicht bekannt war.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die beobachteten Betriebsinstabilitäten im wesentlichen auf
sogenannte sekundäre Funken zurückzuführen sind, die im Proportionalkammer-Abschnitt als Folgeerscheinung
korrekt gezündeter Funken im Funkenkammer-Abschnitt auftreten. Diese im Proportionalkammer-Abschnitt
auftretenden sekundären Funken können nicht nur selbst störend in Erscheinung treten, sonderr, zudem
die Entstehung weiterer fehlerhafter Funken begründen, die ihrerseits durch eine von den sekundären
Funken hervorgerufene übermäßig starke Elektronenemission aus der Kathode des Proportionalkammer-Abschnitts
ausgelöst werden. Diese Elektronenemission nimmt insbesondere dann erhebliche Ausmaße an, wenn
auf der Oberfläche der Kathode des Proportionalkammer-Abschnitts ein Metalloxid mit hohem Widerstand
oder ein organischer Verunreinigungsfilm abgeschieden ist Die Ablagerung beispielsweise eines organischen
Verunreinigungsfilms läßt sich jedoch nicht oder allenfalls nur mit äußerst großem Aufwand vermeiden.
Insbesondere ist dies unmöglich, wenn die Einrichtung als sogenannte /Ϊ-Strahlenkamera verwendet und die
Kathode des Proportionalkammer-Abschnitts in Kontakt
mit der zu messenden Probe gebracht wird. Hierbei lagert sich nicht nur feiner Staub auf der Kathodenoberfläche
ab, sondern es verbrennt auch die in dem Arbeitsgas enthaltene organische Substanz bei Auftreten
von sekundären Funken und scheidet sich dabei auf der Kathodenoberfläche ab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1
angegebenen Art derart auszubilden, daß die unerwünschte Auslösung von sekundären Funken im
Proportionalkammer-Abschnitt sicher verhindert und damit die Stabilität des Betriebs erhöht ist
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 genannte Ausbildung gelöst.
Die Erfindung macht sich d'ibei die weitere
Erkenntnis zunutze, daß die Auslösung sekundärer Funken sicher vermeidbar ist, wenn die im Proportionalkammer-Abschnitt
herrschende Feldstärke unter einen Schwellwert herabgesetzt wird, der im wesentlichen
durch das verwendete Arbeitsgas und den Abstand zwischen den Elektroden bestimmt ist, und daß ein
sekundärer Funken erst geringfügig später als der auslösende Funken im Funkenkammer-Abschnitt erzeugt
wird.
Die vorgesehene Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung setzt die im Proportionalkammer-Abschnitt
herrschende Feldstärke nach Auftreten eines Funkens im Funkenkammer-Abschnitt sehr rasch unter den
Schwellwert herab. Mit dieser Maßnahme ist die Stabilität des Betriebs erheblich verbessert. Dies gilt
auch dann, wenn auf der Oberfläche der Kathode des Proportionalkammer-Abschnitts organische Verunreinigungen
oder dergleichen vorhanden sein sollten, da aufgrund der Unterdrückung sekundärer Funken auch
keine weiteren fehlerhaften Funken mehr gezündet werden können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Aus der DE-OS 19 08 864 ist eine Funkenregelschaltung für eine andersgeartete Funkenkammer bekannt,
die aus einem Detektorraum, in dem ein relativ schwaches elektrisches Feld herrscht und die nachzuweisende
Strahlung durch fotoelektrische Einwirkung auf die Gasatome Ladungsträger auslöst, und der
eigentlichen Funkenkammer besteht, in der ein starkes
elektrisches Feld herrscht und in der, durch die Ladungsträger ausgelöst, die interessierenden Funken
auftreten. Da allerdings bei jedem in der eigentlichen
Funkenkammer auftretenden Funken eine erhebliche Zerstörung des vorhandenen organischen Gases stattfindet,
wird dort zum Vermeiden dieses Effekts und zur gleichzeitigen Verringerung der Totzeit des Detektors
die Funkenkammer bei jedem auftretenden Funken durch eine Entladeschaltung kurzgeschlossen, so daß
der größte Teil des Funkenstroms nicht direkt über die Funkenkammer, sondern vielmehr über die Entladeschaltung
abfließt Ober die Entstehung sekundärer Funken sind dieser Druckschrift keinerlei Erkenntnisse
entnehmbar.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines )5
Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels,
F i g. 2 schematisch die Arbeitsweise der Hybrid-Funkenkammer,
F i g. 3 den Schaltungsaufbau einer bei dem in F r g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eingesetzten
Triggerschaltung,
F i g. 4 bei Untersuchung einer 60Co-/?-StrahIenprobe
erhaltene Zählcharakteristikkurven mit und ohne Verwendung der Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung
und
Fig.5 bei Verwendung derselben Probe und unter
denselben Betriebsbedingungen wie bei dem der F i g. 4 zugrunde liegenden Versuch erhaltene Verteilungen der
Funken-Lichtflecken, wobei Fig.5a die Resultate bei
Verwendung der Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung und F i g. 5b die Ergebnisse ohne Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung
bei einer Versorgungsspannung V5 = 5,55 kV zeigen.
F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung mit einer selbstauslösenden Hybrid-Funkenkammer 1
und einer Kochgeschwindigkeits-Entladeschaltung 19. Die Hybrid-Funkenkammer 1 weist drei parallele, flache
Elektroden 2, 3 und 4 auf, die zueinander in Abständen von 5 mm stehen. Eine zu messende Probe 5 ist
unterhalb der Elektrode 4 angeordnet Diese Teile sind in einem abgedichteten Arbeitsgas-Behälter 6 untergebracht.
Dir Zwischenraum zwischen den Elektroden 2
und 3 wirkt als Funkenkammer-Abschnitt 7 und der Zwischenraum zwischen den Elektroden 3 und 4
entsprechend als Proportionalkammer-Abschnitt 8. Die Elektrode 2 besteht aus dnem elektrisch leitenden Glas.
Ihr Durchführungs-Anschluß 2' ist mit einer Hochspan- >o nungsversorgung 11 über einen Entladungslösch-Widerstand
9 mit hohem Widerstandswert und einen Widerstand 10 mit niedrigem Widerstandswert verbunden,
über die an die Elektrode 2 eine Hochspannung V5
angelegt ist. Die Elektrode 3 besteht aus einem Netz aus rostfreiem Stahl. Ihr Durchführungs-Anschluß 3' ist mit
einer Hochspannungsversorgung 14 über einen Widerstand 12 mit niedrigem Widerstandswert und einen
Entladungslösch-Widerstand 13 mit hohem Widerstandswert verbunden, über die an die Elektrode 3 eine
Hochspannung Vp angelegt ist. Die Elektrode 4 besteht
ebenfalls aus einem Netz aus rostfreiem Stahl. Ihr Durchführungs-Anschluß 4' ist über einen Widerstand
15 geerdet und ferner über einen Widerstand 16 mit einem Zähler 17 verbunden. Als Arbeitsgas wird eine ro
Gasmischung aus Argo .· und Äthylalkohol mit Raumtemperatur und Atniosphärendruck (mit dem Sättigungsdruck
bei 0°C) verwendet, die in Pfeilrichtung durch eine Röhre 18 einströmt
Die Arbeitsweise der Hybrid-Funkenkammer ist wie
folgt:
Wenn die von der Probe 5, die an einer Stelle ungefähr 1 mm unterhalb der Elektrode 4 parallel zu der
Elektrodenoberfläche angeordnet ist, emittierten ^-Strahlen die Maschen der Elektrode 4 passieren, wird,
wie in F i g. 2 gezeigt, entlang ihrer Spur das Arbeitsgas zwischen den Elektroden 3 und 4 ionisiert Hierbei
werden die freigesetzten Elektronen beträchtlich durch das hohe elektrische Feld zwischen den Elektroden 3
und 4 vervielfacht Tritt ein Teil der Elektronen durch die Maschen der Elektrode 3, so wird ein Funke
zwischen den Elektroden 2 und 3 erzeugt Ohne Gegenmaßnahmen könnte dieser Funke einen sekundären
Funken in dem ProportionaJkammerabschnitt 8 zwischen den Elektroden 3 und 4 hervorrufen.
Um die Erzeugung eines derartigen sekundären Funkens zu vermeiden, ist die Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung
19 dem Prope-rtionalkammer-Abschnitt
8 der Hybrid-Funkenkammer 1 parallel geschaltet Die Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung 19
weist ein Thyratron 20 und eine Triggerschaltung 21 auf. Die Anode des Thyratrons 20 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 12 und dem Entladungslösch-Widerstand
13 verbunden, der mit der Elektrode 3 der Hybrid-Funkenkammer 1 verbunden ist
Die Kathode des Thyratrons ist geerdet, so daß das Thyratron 20 dem Proportionalkammer-Abschnitt 8
parallel geschaltet ist Ferner ist eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 22, der Triggerschaltung 21 und
einem Widerstand 23 zwischen den Verbindungspunkt des mit der Elektrode 2 verbundenen Widerstandes 9
und des Widerstandes 10 und das Gitter des Thyratrons
20 geschaltet
Als Thyratron wird ein wasserstoffgefülltes Thyratron verwendet, das für hohe Spannungen und hohe
Ströme ausgelegt ist und eine kleinere Ionisationszeit als 0,1 μ5βο hat. Als Triggersignal für das Thyratron wird
der Spannungsabfall an der Elektrode 2 benutzt, der durch den in dem Funkenkammer-Abschnitt 7 erzeugten
Funken ausgelöst wird.
Die Polarität des von der Elektrode 2 abgenommenen Triggersignals ist negativ. An den Stcuereingang des
Gitters des Thyratrons 20 muß jedoch ein Impuls mit einer positiven Polarität und einer Impulshöhe von
mehr als 175 Volt angelegt werden. Um diese Eingangsbedingung zu erfüllen, ist die Triggerschaltung
21 mit dem Gitter des Thyratrons 20 verbunden. Die Triggerschaltung 21 ist eine herkömmliche, hier nicht
näher erläuterte Transistorschaltung mit einem Hochfrequenztransistor, die in F i g. 3 gezeigt ist. Sie besteht
nach F i g. 3 aus Widerständen 30 bis 36, Dioden 37 bis 41, Kondensatoren 42 und 43 und Transistoren 44 bis 47.
Ein von der Elektrode 2 abgenommenes Signal χ wird durch die Triggerschaltung 21 in einen Impuls y mit
positiver Polarität, sehr schneller Anstiegszeit und einer Impulshöhe von ungefähr 180VoIt umgesetzt. Die
Schaltung wird mit einer Betriebsspannung + V betrieben.
Die Zeitdauer zwischen dem Fu:iken in dem Funkenkammer-Abschnitt 7 und der Erzeugung eines
sekundären Funkens in dem Proportionalkammer-Abschnitt 8 betrug sei Verwendung des vorstehend
beschriebenen Arbeitsgases 0,2 μβεο.
Bei Verwendung der Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung
beträgt die gesamte Verzögerungszeit nach der Erzeugung des Funkens im Funkenkammer-Ab-
schnitt 7 bis zum Ansprechen der Entladeschaltung 19 ungefähr 0,1 μ5βΰ, so daß die Bedingung für das
Ansprechen der Entladeschaltung 19 innerhalb von 0.2 μsec nach Auftreten des Funkens vollständig erfüllt
ist.
Ergebnisse von Versuchen mit der beschriebenen Einrichtung werden im folgenden besprochen. Im
allgemeinen wird die Instabilität der Arbeitsweise der Hybrid-Funkenkammer deutlich, wenn die einfallende
Strahlungsintensität niedrig ist. Daher wurden unter Verwendung einer Probe mit einer niedrigen Strahlungsintensität,
beispielsweise einer Μ Co-/J-Strahlenprobe
der durch die Existenz der Entladeschaltung verursachte Unterschied in der Zählcharakteristik und
der Einfluß der Entladeschaltung auf die Stabilität der Arbeitsweise der Funkenkammer untersucht.
Fig.4 zeigt die Beziehung zwischen der Zählrate
^Cpiu) cuiiiüngCn JC iviiiiLjiC^ ujlu uCr uiigCiCgiCn
Spannung Vs in k Vfür den Fall, daß eine hohe Spannung Vp von 2,8 kV an den Proportionalilcammer-Abschnitt 8
angelegt ist. Die verwendete Kathode (Elektrode 4) des Proportionalkammer-Abschnittes 8 war auf ihrer
Oberfläche gezieli mittels einer organischen Substanz aus vier auf die gesamte Oberfläche aufgebrachten
Schichten (ungefähr 10~6cm) eines monomolekularen
Stearinsäure-Films verunreinigt. Bei einer herkömmlichen Hybrid-Funkenkammer, bei der keine Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung
verwendet wird, zeigt sich kein Plateau in der Zählcharakteristikkurve, die durch die gestrichelte Linie in F i g. 4 angedeutet ist, und
die Arbeitsweise wird instabil. Demgegenüber wird bei Verwendung der Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung
ein stabiler Betrieb erhalten, wie aus der durchgehenden Linie in Fig.4 ersichtlich ist. Ist der
Wert der an dem Funkenkammerabschnitt angelegten Spannung Vi großer als 5,7 IcV. so wird die durch
störende Funken hervorgerufene Zählrate erheblich vergrößert und damit die Arbeitsweise instabil, da dann
die elektrische Feldstärke zwischen den Elektroden 2 und 3 so groß ist, daß unabhängige zusätzliche Funken
zwischen den Elektroden 2 und 3 erzeugt werden. Daher sollte, wenn die angelegte Spannung Vp 2.8 kV beträgt,
die angelegte Spannung Vs kleiner als 5,7 kV sein.
Bei einer angelegten Spannung Vs = 5,55 kV, bei der die Stabilität dann, wenn keine Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung
verwendet wird, deutlich niedriger ist, wie dies in Fig.4 gezeigt ist, wurde die Verteilung der
Funken-Lichtflecke mittels einer nicht gezeigten gewöhnlichen optischen Kamera, die oberhalb der
Elektrode 2 angebracht ist, photographiert und die Qualität des bei Einsatz der Entladeschaltung erhaltenen
Bildes untersucht. Das Ergebnis ist in F i g. 5 gezeigt. Hierbei war die Probe durch Verteilen von 60Co in ein
gleichseitiges Dreieck mit einer Seitenlänge von 2 cm
lohergestellt. In dem in F i g. 5b gezeigten Fall wurde
keine Entladeschaltung verwendet. Wie ersichtlich, ist das Bild beträchtlich durch die Erzeugung sekundärer,
störender Funken gestört. Bei Verwendung der Entladeschaltung wird dagegen, wie in Fig. 5a gezeigt,
ein genau der Probe entsprechendes Bild erhalten.
Somit wird die Betriebsweise beträchtlich allein dadurch stabilisiert, daß mit der Hybrid-Funkenkammer
uiC ι iGCiigvSCii'iVinviigfxCitS- !-.niiuuvSCiiuiiuiig VCri/UriuCn
wird. Diese Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung kann abnehmbar an der Hybrid-Funkenkammer als
externer Schaltkreis montiert sein. Ferner kann sie in die Hybrid-Funkenkammer integriert sein. Wird die
Entladeschaltung als externer Schaltkreis verwendet, ist es möglich, sie an einer handelsüblichen Hybrid-Funkenkammer
anzubringen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend besi iriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es
versteht sich von selbst, daß beispielsweise für die Entladeschaltung jede Art von Entladeelementen
verwendet werden kann, die den größten Teil der in dem durch die Proportionalkammer gebildeten elektrostatischen
Kondensator angesammelten Ladung mit hoher Geschwindigkeit unter den gewünschten Bedingungen
entladen können, bevor nach der Erzeugung eines Funkens im Funkenkammer-Abscimitt ein sekundärer
Funke entsteht. Als Arbeitsgas, das in die Hybrid-Funkenkammer eingeschlossen ist. können
außer dem vorstehend beschriebenen Arbeitsgas die verschiedensten Gasmischungen verwendet werden.
■»ο Als zu messende Strahlungsquelle können nicht allein
^-Strahler, sondern auch <x-, γ- oder Röntgen-Strahler
usw. verwendet werden. Als Triggerschaltung kann jede Schaltung verwendet werden, sofern sie unter den
gewünschten Bedingungen das Entladeelement triggert. ■15
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Einrichtung mit einer selbstauslösenden Hybrid-Funkenkammer,
die einen Proportionalkammer-Abschnitt, in welchem durch eine nachzuweisende
Strahlung ausgelöste Elektronen vervielfacht werden, und einen Funkenkammer-Abschnitt aufweist,
in dem die vervielfachten Elektronen einen Funken hervorrufen, gekennzeichnet durch eine
Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung (19), die durch die Erzeugung eines Funkens in dem
Funkenkammer-Abschnitt (7) sofort ausgelöst wird und dabei die elektrische Feldstärke in dem
Proportionalkammer-Abschnitt (8) unter einen Schwellwert herabsetzt, unter dem die Entstehung
von durch Funken im Funkenkammer-Abschnitt (7) hervorgerufenen sekundären Funken in dem Proportionalkammer-Abschnitt
(8) nicht möglich ist, und die derart ausgebildet ist, daß sie bei Auftreten
eines Funkens im Fünkenkammer-Abschnitt (7) die
Verringerung der im Proportionalkammer-Abschnitt (8) herrschenden elektrischen Feldstärke
innerhalb eines Zeitintervalls bewirkt, das kleiner ist als die nach der Erzeugung des Funkens im
Funkenkammer-Abschnitt (7) zur Auslösung eines sekundären Funkens im Proportionalkammer-Abschnitt
(8) erforderliche Zeitdauer.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochgeschwindigkeits-Entladeschaltung
(19) als Entladeelement ein Wasserstoff-Thyratron (20) aufweist
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode des Wasserstoff-Thyratrons
(20) mit einer dem Proportionancammer-Abschnitt (8) und dem Funkenkammer-Abschnitt (7) gemeinsamen
mittleren Elektrode (3) der Hybrid-Funkenkammer (1) und die Kathode des Wasserstoff-Thyratrons
mit Masse verbunden sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter des Wasserstoff-Thyratrons
(20) mit einer Reihenschaltung aus einem Widerstand (23), einer Triggerschaltung (21), die eine
Polaritätsumkehr anliegender Impulse bewirkt, und einem Kondensator (22) verbunden ist, dessen
anderer Anschluß an einen zwischen der die Anode des Funkenkammer-Abschnitts (7) bildenden Elektrode
(2) und einer Hochspannungsversorgung (11) liegenden Spannungsteiler (9,10) geführt ist.
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