DE69009851T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verteilungsbestimmung von aus einer Fläche austretenden beta-Strahlen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Verteilung von β-Strahlen, die aus der Oberfläche eines Körpers austreten, insbesondere aus einer Dünnschicht, die β-Strahlen-aussendende Radioelemente enthält.
• Bekanntlich gibt es zahlreiche Techniken, die insbesondere in der Biologie, Biochemie, Medizin und Chemie angewandt werden, um die Verteilung von β-Strahlen zu bestimmen, die von den im zu untersuchenden Körper vorhandenen Radioelementen abgestrahlt werden.
• Die älteste und am meisten angewandte Technik besteht darin, daß man einen fotografischen Film auf die β-Strahlen-aussendende Oberfläche auflegt und die Schwärzung des Films beobachtet, die durch die von diesem aufgenommenen β-Strahlen verursacht wird. Aber diese Technik erfordert eine zu lange Belichtungszeit, die mehrere Tage oder mehrere Wochen, oder sogar mehrere Monate dauern kann.
• Um die Messungen zu beschleunigen wurde bereits der Einsatz eines β-Strahlen-Detektors vorgeschlagen, der eine Lawinenkammer mit einem Gas zwischen zwei Elektroden enthält, die aus parallel angeordneten Gittern bestehen, von denen das eine die Anode und das andere die Kathode bildet, an die die zu beobachtende Fläche angelegt wird, wobei in dieser Kammer die von dieser Oberfläche abgestrahlten β-Strahlen durch Ionisierung des Gases zwischen den Elektroden Elektronen freisetzen, die Lawinen ausbilden, die die Gasatome ionisieren, die so ionisierten Atome eine Lichtemission erzeugen, die nach Verstärkung der Helligkeit durch Helligkeitsverstärker (die wegen der schwachen Lichtintensität erforderlich sind) von Videokameras, insbesondere des CCD-Typs (ladungsgekoppeltes Bauelement - Charge-coupled Device) erfaßt werden, was die Lokalisierung des Eintrittspunkts der von den Radioelementen in der zu beobachtenden Oberfläche abgestrahlten β- Strahlen in das Gasvolumen der Kammer ermöglicht.
• Eine solche Technik wird in einem Dokument CERN-EP/88-165 vom 25. November 1988 von CHARPAK, DOMINIK und ZAGANIDIS beschrieben.
• Zwar ermöglicht diese Technik die Bestimmung der Verteilung der aus einer Fläche austretenden β-Strahlen erheblich schneller als die fotografische Methode, sie erfordert jedoch andererseits teueres Material, insbesondere wegen der höheren Preise der Helligkeitsverstärker und der Kameras vom CCD-Typ, und die Empfindlichkeit der CCD-Kameras ist nicht maximal genutzt, weil diese Kameras in erster Linie auf sichtbares Licht ansprechen, während das von den Lawinen ausgesandte Licht der im obigen Artikel beschriebenen Vorrichtung im allgemeinen nicht auf das sichtbare Lichtspektrum konzentriert und von einer verhältnismäßig schwachen Intensität ist, was einen Lichtverstärker erforderlich macht.
• Ferner gibt es bekanntlich in einer gasgefüllten Kammer zwischen zwei parallelen Gitterelektroden, zwischen denen eine Gleichspannung V angelegt wird, einen Schwellenwert Vs dieser Spannung V (in Abhängigkeit von dem die Kammer füllenden Gas), ab dem infolge einer Ionisierung des Gases unter der Einwirkung des Durchgangs eines ionisierenden Partikels ein Funke entsteht und dieser Funke die beiden Elektroden kurzschließt.
• Ein solches Phänomen kann benutzt werden, um einen Detektor oder Zähler für stark ionisierende Partikel, wie z.B. α- Partikel, zu bauen, wobei jedes Partikel einen Funken hervorruft, der die Gitterelektroden kurzschließt und dabei den Detektor für einen kurzen Augenblick anhält; anschließend ist dieser erneut zum Zählen eines weiteren Partikels bereit.
• Andererseits ist ein solcher Detektortyp für die Erfassung der β-Partikel, die nur eine schwache Ionisierungskraft haben, sehr schwer zu bauen, denn es ist sehr schwierig, die Gleichspannung V auf eine Schwellenspannung Vs' einzuregeln, so daß nur β-Strahlen Funken erzeugen, die erfaßt werden, ohne Produktion von Funken in der Ionisierungskammer durch kosmische Strahlen oder durch Elektronen, die von der Elektrode, die die Kathode bildet, ausgesandt werden.
• Es wurde daher vorgeschlagen, Lawinenkammern, jedoch mit mehreren Stufen, zu bauen, um Detektoren für β-Strahlen (und ggf. für langsame Neutronen) zu bauen, z.B. in den zwei folgenden Artikeln:
• - PETERSEN, CHARPAK, MELCHART und SAULI in Nuclear Instruments and Methods 176 (1980), S. 239-244; und CHARPAK, MELCHART, PETERSEN und SAULI in IEEE Transactions on Nuclear Sciences, Bd. NS-28, Nr. 1, Feb. 1981, S. 849- 851.
• Bei diesem Detektortyp mit einer Mehrstufenstruktur ist vorgesehen:
• - Eine erste Stufe zur Vorverstärkung, die eine erste Kammer zwischen zwe parallelen Gitterelektroden - von denen ein erstes Gitter die Kathode bildet, gegen die die zu untersuchende, β-Strahlen-aussendende Oberfläche gehalten wird, und ein zweites Gitter, das gegenüber dem ersten positiv gepolt ist - zwischen denen eine Gleichspannung angelegt wird, die in der Lage ist, eine schwache Vorverstärkung in der Größenordnung 10³ bis 10&sup4; zu bewirken, umfaßt;
• - eine zweite Übertragungsstufe, die eine zweite Kammer umfaßt, die von Hilfs-Gitterelektroden begrenzt wird; und
• - eine dritte Vervielfachungsstufe, die eine dritte Kammer enthält, in der die Elektronen, nachdem sie das zweite genannte Gitter der ersten Stufe und die Übertragungsstufe durchlaufen haben, nieder zwischen den zwei parallelen Gitterelektroden vervielfacht werden und Lawinen auslösen, die durch verschiedene elektronische Mittel lokalisiert werden können.
• Wenn das elektrische Feld zwischen den zwei Gittern der Kammer der dritten Stufe so ist, daß die in der Lawine hervorgerufenen Elektronen nicht durch die Übertragungsstufe in die Kammer der ersten Stufe zurückkehren können, weil die Hilfs-Gitterelektroden einem geeigneten gepulsten Feld unterliegen, verhindert man für eine bestimmte Zeit den Übergang der Ionen auf die Eingangskathode der ersten Kammer, die eine neue Elektronenemission durch diese Kathode und damit eine neue Lawine in der dritten Kammer auslösen könnten, was eine permanente, sich selbst erhaltende Entladung hervorrufen würde.
• Eine solche dreistufige Anordnung oder drei Kammern mit gepulsten Gitterelektroden in der zweiten Stufe, hat den Nachteil, daß sie schwer zu steuernde Regelmittel voraussetzt, um die Rückkehr der Ionen aus den Lawinen zur ersten Kammer zu vermeiden; das erlaubt aber die Zunahme der Verstärkung der dritten Kammer auf eine Höhe, daß sich dort sichtbare Funken bilden, aber mit dem Nachteil, daß die in der dritten Kammer so erzeugten Funken verhältnismäßg längsgestreckt fadenförmig verlaufen und deren Beobachtung keine genaue Lokalisierung der Entstehungspunkte der β-Strahlen außerhalb der zu beobachtenden Emissionsfläche erlaubt, die an die Eingangskathode angelegt wird.
• Man kennt auch Partikeldetektoren vom Geigertyp, in denen ein Gas oder ein organischer Dampf (Alkohol) einem Edelgas zugesetzt wird und wo ein Phänomen der Selbstlöschung der Entladung erhalten wird, wegen des Auftretens einer positiven Hülle langsamer Ionen und einer Reduktion des Feldes in Drahtnähe.
• Dieser Detektortyp wird beschrieben im Dokument "Gas discharge tubes", veröffentlicht 1964 von H.L.VAN DER HORST, PHILIPS TECHNICAL LIBRARY. Ein solcher Prozeß kann jedoch in den vorerwähnten Mehrstufenkammern nicht ausgeführt werden.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die obigen Nachteile auf dem Stand der Technik zu mindern und ein Verfahren und eine einfache Vorrichtung zur sehr genauen Bestimmung der Verteilung von β-Strahlen, die von einer Oberfläche abgestrahlt werden, mittels einer optischen Ablesung ohne komplizierte Regelmittel und ohne Verwendung eines Lichtverstärkers vorteilhafrerweise zu realisieren.
• Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen:
• - einerseits eine Kopplung zwischen den Detektorstufen über elektrische Impedanzen (Kondensatoren, Widerstände und/oder Drosselspulen); und
• - andererseits eine geeignete Gasfüllung, die es ermöglicht, auf der Vervielfachungsstufe Funken in der Form lokaiisierter, leuchtender Punkte zu erhalten.
• Es ist daher in erster Linie Aufgabe der Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens zur Bestimmung der Verteilung von aus einer Oberfläche austretenden β-Strahlen, wobei dieses Verfahren darin besteht, daß diese β-Strahlen durchlaufen:
• - eine erste Stufe für eine etwa proportionale Vorverstärkung, welche Stufe durch eine erste Kammer gebildet ist, welche durch zwei zueinander parallele Gitterelektroden begrenzt ist, zwischen welchen eine Gleichspannung angelegt ist, wobei die eine Kathode bildende Gitterelektrode diejenige ist, welcher die β-Strahlen emittierende Oberfläche zugeordnet ist, und wobei die zweite Gitterelektrode die Anode bildet,
• - eine zweite Übertragungsstufe, welche durch eine zweite Kammer gebildet ist, welche zwischen der zweiten, die Anode bildenden Gitterelektrode und einer dritten Gitterelektrode angeordnet ist, die parallel zu der zweiten verläuft und im Vergleich zu dieser positiv gepolt ist, und
• - eine dritte Vervielfachungsstufe, welche durch eine dritte Kammer gebildet ist, die zwischen der dritten Gitterelektrode und einer vierten Gitterelektrode angeordnet ist, welche durch eine Gieichspannung relativ zu der dritten Gitterelektrode anodisch gepolt ist, und
• bei welchem diese drei Kammern von mindestens einem Gas gefüllt sind,
• dadurch gekennzeichnet, daß
• - einerseits eine Impedanzkopplung zwischen diesen vier Gitterelektroden durchgeführt wird, um bei der Erzeugung eines elektrischen Impulses zwischen der dritten und der vierten Gitterelektrode durch eine Lawine einen negativen Spannungsimpuls zu erzeugen und an die zweite Gitterelektrode anzulegen, um dadurch den Verstärkungsgewinn der ersten, die Verstärkungsstufe bildenden Kammer zu verringern, und
• - andererseits das mindestens eine Gas gewählt ist, um automatisch aufgrund der Impedanzkopplung und der Gewinnherabsetzung Funken, die durch Vervielfachung in der dritten Kammer erzeugt worden sind, unter der Wirkung der Ionenrückwärtsbewegung durch die Übertragungsstufe in Richtung der Kathode der ersten Kammer eine ständige Entladung erzeugen zu können, und damit die Funken in Form von Punkten erscheinen, welche auf der Oberfläche der Kathode leuchtend festgelegt sind.
• In der ersten Stufe entsteht nun unter der Einwirkung des zwischen den beiden Gitterelektroden stehenden elektrischen Feldes eine Elektronenlawine, die vorzugsweise durch die Ionisierungselektronen ausgelöst wird, die in dem in dieser ersten Stufe enthaltenen Gas in der Nähe der Gitterkathode dieser letzteren durch die die in diese Stufe eindringenden β-Strahlen freigesetzt werden. In der zweiten Stufe werden die obigen Lawinenelektronen von der ersten zur dritten Stufe übertragen.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Implementierung des obigen Verfahrens, enthaltend:
• - einen Raum, der mit mindestens einem Gas gefüllt ist, und welcher aufweist:
• eine erste Kammer zur proportionalen Vorverstärkung, welche durch eine erste Gitterelektrode und eine zweite, zu der ersten parallele Gitterelektrode begrenzt ist;
• eine zweite Übertragungskammer, welche durch die zweite Gitterelektrode und eine parallel zu dieser verlaufende dritte Gitterelektrode begrenzt ist;
• eine dritte Vervielfachungskammer, welche durch die dritte Gitterelektrode und eine zu dieser parallele vierte Gitterelektrode begrenzt ist;
• eine erste Gleichspannungsquelle, die zwischen die erste und die zweite Gitterelektrode geschaltet ist, von welcher die erste entsprechend gepolt ist, um im Verhältnis zu der zweiten Elektrode eine Kathode zu bilden, die dazu bestimmt ist, die zu prüfende, β-Strahlen emittierende Fläche aufzunehmen;
• eine zweite Gleichspannungsquelle, um die dritte Gitterelektrode positiv gegenüber der zweiten Gitterelektrode zu polen, und
• eine dritte Gieichspannungsquelle, um die vierte Gitterelektrode positiv bezüglich der dritten Gitterelektrode zu polen;
• dadurch gekennzeichnet,
• daß sie ferner eine Anordnung von Impedanzen enthält, welche durch ein Netz von Kondensatoren, Widerständen und/oder Drosselspulen gebildet wird, welches mit den Gitterelektroden verbunden ist, und
• daß das zumindest eine Gas durch zumindest ein Edelgas (insbesondere Argon, Neon und/oder Helium) gebildet ist, dem ein geringer Anteil an zumindest einem organischen Gas (insbesondere Triethylamin, Tetramethylpentan und/oder Methylal) beigemengt ist, so daß sich durch Verringerung des Verstärkungsgewinns in der ersten Kammer, welche eine Verstärkungsstufe darstellt, die Verstärkung von Sekundärelektronen verhindern läßt, welche durch das Auftreffen von positiven Ionen auf die zweite Gitter-Elektrode erzeugt worden sind, welche durch eine Lawine in der dritten Kammer hervorgerufen worden sind.
• Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2, 4 bis 7, angeführt.
• Hier kann man bemerken, daß das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Neutralisierung aller unterschiedlicher Sekundärelektronenquellen zulassen, die von der Kathode der ersten Stufe abgestrahlt werden.
• Das aus der Vorrichtung austretende Licht, das hier von den örtlichen, leuchtenden Punkten ausgesandt wird, kann von einer Kamera (insbesondere von einer Kamera mit kleiner Blende oder einer Kamera von CCD-Typ) oder sogar mit dem bloßen Auge wahrgenommen werden.
• Die Videokamera kann direkt an einen Rechner angeschlossen werden.
• Ein solcher Detektor, der verhältnismäßig wenig kostet und weder einer komplizierten Regelung noch teueren Beobachtungsmaterials bedarf, hat zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere:
• - die optische Abbildung der β-Strahlen, die von einer aussendenden Oberfläche abgestrahlt werden, die gegen die Eintrittsfläche der ersten Kammer gelegt wird;
• - Zählung der β-Strahlen mit schwachem Hintergrundrauschen, die von den radioaktive Elemente enthaltenden Proben abgestrahlt werden, selbst wenn ihre Radioaktivität nur sehr schwach ist; das Hintergrundrauschen des Detektors ist nämlich von der Größenordnung 1 glänzender Leuchtpunkt oder -fleck pro Minute und cm², was eine Erfassung der β- Strahlen praktisch ohne Hintergrundrauschen zuläßt, die die aus einem Bereich von 1 mm² kommen.
• Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 gemäß zwei bevorzugten Ausführungs formen näher beschrieben.
• Nachstehend folgt unter Bezugnahme auf die Fig. 1 die erste Ausführungsform, die die erfindungsgemäßen Verbesserungen aufweist.
• In dieser Figur ist unter 1 ein Körper dargestellt, der radioaktive Elemente enthält und eine im wesentlichen ebene Fläche 2 aufweist, die b-Strahlen (Bezugszeichen β in der Figur) ausstrahit, deren Verteilung bestimmt werden soll.
• Der Detektor im eigentlichen Sinne umfaßt einen geschlossenen Raum 3 mit einer für die β-Strahlen durchlässigen Eintrittsfläche 4, die z.B. aus einer "Mylar"-Folie bestehen kann, die in einer Dicke von 6 um alitiert ist und gegen die die Fläche 2 gelegt wird, und aus einer Austrittsfläche 5, die aus einem optischen Fenster besteht, das das Durchtreten der Lichtstrahlen im sichtbaren Bereich ermöglicht.
• Dieser eingeschlossene Raum besteht aus drei Kammern, 6, 7 und 8, die drei aufeinanderfolgende Stufen I, II und III bilden.
• Die erste Kammer 6 der Stufe I ist eine Vorverstärkerkammer für die Elektronen e beim Eintritt in den umschlossenen Raum 3, wobei die β-Strahlen die Eintrittsfläche 2 mit einer Verstärkung in der Größenordnung 10³ bis 10&sup4; durchdrungen haben; diese Kammer 6 wird von einer ersten Gitterelektrode 9 und einer zweiten, Parallel dazu stehenden Gitterelektrode 10 begrenzt, die im Abstand von 4,3 mm voneinander getrennt sind.
• Die zweite Kammer 7 der Stufe II bildet die Übertragungskammer für die vervielfachten Elektronen e', und diese wird von der zweiten Gitterelektrode 10 und einer dritten, parallel dazu im Abstand von 12 mm stehenden Gitterelektrode 11 begrenzt.
• Die dritte Kammer 8 bildet die dritte Stufe III und ist eine Vervielfachungskammer oder Ionisierungskammer, in der die übertragenen Elektronen e' am dritten Gitter 11, insbesondere an den Kreuzungspunkten der Drähte, aus denen dieses Gitter besteht, Funken E hervorrufen, die die Form von hell leuchtenden Punkten haben; das Licht L, das von diesen leuchtenden Punkten ausgeht, breitet sich durch diese Kammer 8 aus und durchdringt das optische Fenster, das die Austrittsfläche 5 darstellt; diese Kammer 8 wird begrehzt von der dritten Gitterelektrode 11 und einer vierten, parallel zu dieser im Abstand von 5 mm stehenden Gitterelektrode 12.
• Drei Gleichspannungsquellen 13, 14 und 15, legen an den Punkten 13a, 14a und 15a positive Gleichspannungen +V&sub1;, +V&sub2; und +V&sub3; gegen Masse an, an die auch die Punkte 16a und 16b angeschlossen sind.
• Widerstände 17, 18, 19, 20 und 21 mit den Werten R&sub1;, R&sub2;, R&sub3;, R&sub4;, bzw. R&sub5; sind jeweils zwischen den Punkt 16a und die Gitterelektrode 9, den Punkt 13a und die Gitterelektrode 10, den Punkt 16b und den Punkt 16c, den Punkt 14a und die Gitterelektrode 11, und den Punkt 15a und die Gitterelektrode 12 gelegt, während zwei Kondensatoren 22 und 23 mit den Kapazitäten C&sub1; und C&sub2;, der erstere zwischen Punkt 16c und dem Gitter 10, und der zweite zwischen dem Punkt 16c und dem Gitter 12 liegen; die Baugruppe 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 bildet eine Regelvorrichtung aus Impedanzen, die automatisch die Erzeugung und Verstärkung von Sekundärelektronen verhindert, die insbesondere durch den Rückstrom von positiven Ionen, die von einem Funken E in der dritten Kammer 8 erzeugt würden, zur Gitterkathode 9.
• Schließlich ist der abgeschlossene Raum 3 im wesentlichen unter Atmosphärendruck mit einem Gasgemisch gefüllt, das Edelgas, wie Argon, Neon oder Helium, und ein organisches Gas, wie Triethylamin, Tetramethylpentan oder Methylal enthält.
• Für dieses Beispiel wurden insbesondere ein Gemisch aus Argon und 2% Triethylamin und die nachstehenden Spannungs-, Widerstands- und Kapazitätswerte in den Benennungen Volt, Megohm und Picofarad, als nichteinschränkendes Beispiel benutzt:
• Die Gitterelektroden, insbesondere das dritte Gitter, an dem die Funken in Form iokalisierter hell-leuchtender Punkte auftreten, bestehen aus Metalldrähten mit 10 bis 200 um Durchmesser, z.B. in der Größenordnung von 50 um, die in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen angeordnet sind, wobei zwischen den einzelnen Drähten ein Abstand von 100 bis 2000 um, z.B. in der Größenordnung von 500 um, in jeder Richtung bleibt.
• In der Figur wurde ferner die Richtung der elektrischen Felder E&sub1;, E&sub2; und E&sub3; angezeigt, die durch das gesamte System der Spannungsquellen, Widerstände und Kondensatoren erzeugt werden.
• Das Licht L', im wesentlichen im sichtbaren Bereich, das die Ausgangsfläche 5 durchdringt, kann entweder mit dem bloßen Auge oder mit Hilfe einer Kamera K, z.B. einer Fotokamera mit kleiner Blende oder einer Videokamera vom CCD-Typ, überwacht werden, ohne daß ein Lichtverstärker erforderlich wird.
• Der Betrieb des Detektors, der unter Bezugnahme auf die einzige Figur beschrieben wird, ist wie folgt:
• Ein β-Strahl, der aus der Fläche 2 des radioaktiven Körpers 1 austritt, durchdringt eine Eingangsfläche 4 und erreicht den abgeschlossenen Raum 3 an der ersten Gitterelektrode 9, die die Kathode darstellt, in der Form eines oder mehrerer Ionisierungselektronen e, die in der ersten Kammer 6 verstärkt oder vervielfacht werden und ein paar tausend Elektronen e' ergeben, die unter der Wirkung des ersten elektrischen Feldes E&sub1; zur Gitterelektrode 10 strömen, die die Anode ist.
• Wie man sieht, ist das der Kathode 9 am nächsten liegende Elektron e, das heißt, das des β-Strahls, das bei seinem Eintritt die Elektronenlawine oder -wolke e' auslöst, das wichtigste, und das die Folge der nachstehend beschriebenen Erscheinungen erzeugt; d.h., es ist dasjenige, das es ermöglicht, mit Präzision den β-Strahl festzustellen, der von der Fläche 2 her kommt und durch die Fläche 4 dringt, wo er auf die Gitterelektrode 9 trifft.
• Ein Bruchteil der Elektronen e' (etwa 10%) durchquert dann die zweite Gitterelektrode 10 und bewegt sich unter der Einwirkung des elektrischen Felds E&sub2; durch die Übertragungskammer 7 zur dritten Gitterelektrode 11.
• Schließlich durchqueren die Elektronen e' das Gitter 11 und erzeugen nach einer zweiten Vervielfachung an diesem Gitter, genauer gesagt, an den Kreuzungsstellen der Drähte, die dieses Gitter bilden, Entladungen oder Funken in der Form hell-leuchtender Punkte E, während man mit den früheren Funkendetektoren einen Funken erhielt, der fadenförmig die zwei Gitterelektroden verband, die die dritte Kammer begrenzen.
• Darüber hinaus befindet sich dieser leuchtende Kathodenpunkt bzw. -fleck E genau ausgerichtet (in senkrechter Richtung zur den parallelen Gitterkathoden) mit dem Auftreffen des von der Fläche 2 ausgesandten β-Strahls, vertreten durch das Elektron e, auf der Gitterelektrode 9, die die Kathode bildet, was eine gute Lokalisierung dieses Auftreffen ermöglicht, und ferner liegt das abgestrahlte Licht L im sichtbaren Bereich, kann daher leicht mit dem bloßen Auge beobachtet oder mit einer gewöhnlichen Kamera fotografiert und/oder mit einer Videokamera, z.B. vom Typ CCD, gefilmt werden, die ggf. an einen (nicht dargestellten) Rechner angeschlossen ist.
• Die Lawine, die den leuchtenden Punkt E in der dritten Kammer 8 bildet, erzeugt einen elektrischen Impuls zwischen den Gitterelektroden 11 und 12, und dieser reduziert über das Impedanznetz 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 den Verstärkungszuwachs in der ersten Kammer 6 zwischen den Gitterelektroden 9 und 10 durch Legen eines negativen Spannungsimpulses auf die Gitterelektrode 10, und verhindert somit die Verstärkung der Sekundärelektronen, die durch den Aufprall der durch den Funken E generierten positiver Ionen auf die Gitterelektrode 9 erzeugt werden, und damit eine unzeitige Eiektronenemission durch diese Gitterelektrode, die die Kathode bildet.
• Wenn ggf. die von der Fläche 2 des Körpers 1 abgestrahlten β-Strahlen nicht sehr durchdringend sind (z.B. wenn der Körper 1 Tritium als radioaktives Element enthält) ist es möglich, diese Fläche 2 durch Aufdampfen einer leitenden Dünnschicht auf dieselbe leitend zu machen und dieser Fläche 2 zu benutzen, um die Eintrittsfläche 4 und die Kathode 9 des Detektors zusammen als Einheit auszubilden.
• Wenn die β-Strahlen abstrahlende Fläche in die Kammer eingeführt wird und als Kathode dienen soll, muß diese Fläche durch Auftragen einer Dünnschicht aus leitendem Material, wie z.B. aus Gold, leitend gemacht werden, wie bereits erwähnt. Es ist jedoch möglich, den vorgenannten Arbeitsgang zu vermeiden durch Anordnen der vorgenannten Fläche hinter einer Kathode, die von einem für die Elektronen durchlässigen Gitter gebildet wird.
• In diesem Fall kann diese Kathode 90, wie in Fig. 2 dargestellt wird, aus parallelen Drähten mit einem Durchmesser zwischen 20 und 60 um, die im Abstand von 300 bis 600 um angeordnet sind, bestehen. Die Kathode 90 kann aus diesen verflochtenen Drähten bestehen, die ein Gitter bilden, oder aber aus einem Gitter, das durch Elektroerosion gebildet wird.
• Vorzugsweise wird die metallisierte Oberfläche 100 des Objekts 1 in einer Entfernung der Größenordnung 3 mm von der Kathode 90 entfernt angeordnet und ein elektrisches Feld wird zwischen die Oberfläche der Probe und das Kathodengitter 90 gelegt, wobei das Feld z.B. kleiner oder gleich 0,2 , ≤ 0,2 ist, d.h. das Feld schwach gegenüber dem elektrischen Feld ist, das im Raum I für die Vervielfachung steht.
• Die Mehrzahl der im Raum zwischen der Probe 1 und dem Kathodengitter 90 erzeugten Ionisierungseiektronen werden in den Vervielfältigungsraum I übertragen entlang den elektrischen Feldlinien, die in 99% der Fälle in den Vervielfältigungsraum eindringen. Insbesondere in denjenigen Fällen, in denen die im Körper 1 enthaltene Abstrahlungsquelle aus Tritium besteht, dessen Elektronen in einem Gemisch enthaltend in erster Linie Xenon unter Atmosphärendruck einen Laufweg der Größenordnung 100 um haben, kann diese Weglänge unter erhöhtem Druck auf einige Zehn um verkürzt werden, die Ionisierungseiektronen werden in nächster Nähe der metallisierten Fläche 100 erzeugt, und nach Übertragung entlang den elektronischen Kraftlinien gelangen diese Elektronen in den Vervielfältigungsraum unter Erzeugung eines getreuen Abbilds der von der metaliisierten Oberfläche 100 des Objekts 1 abgestrahlten β-Strahlen, mit einerVerzerrung, die sich an die Flugbahnen der Feldlinien anschmiegt. Diese Flugbahnen lassen sich aufgrund der Gesetze der Elektrostatik leicht mathematisch berechnen und eine Berechnung ermöglicht die Ausbildung des genauen Abbildes der anfänglichen Verteilung der vom Objekt 1 abgestrahiten β-Strahlen.
• Auf vorteilhafte Weise ist es zum Erzeugen des Feldes möglich, die abstrahlende Oberfläche z.B. mit einer elektrisch leitenden Dünnschicht 100 z.B. aus Gold zu überziehen, die dazu dient, das Potential Vo zum Erzeugen desei ektrischen Feldes gegenüber der Kathode anzulegen. Das elektrische Potential Vo kann dann z.B. mit 300 V gewählt werden.
• Im Betrieb wird die Oberfläche des Objekts 1 gegenüber der Kathode 90 in einer Entfernung d zwischen 1 und 5 mm von derselben angeordnet. Ein elektrisches Feld ≤ 0,2 x wird dann zwischen der metallisierten Oberfläche 100 und der Kathode 90 erzeugt, um ein Verschiebungsfeld für die Elektronen der β-Strahlung zu erzeugen, die in den Vervielfältigungsbereich 1 abgestrahlt werden. Zu diesem Zweck kann die Metallschicht auf Massepotential oder Referenzpotential gebracht werden und die Elektrode 90 wird durch einen Generator 22 auf ein Potential von 300 V gebracht, wobei das Potential der Gitter 10, 11, 12, entsprechend abgestuft auf Werte gebracht wird, die entsprechend V1+300 V, V2+300 V, V3+300V betragen.
• Der wesentliche Vorteil gegenüber der direkten Verwendung dieser metallisierten Oberfläche 100 als Kathode im Vervielfältigungsraum ist, daß die Vorrichtung nicht mehr empfindlich gegenüber der Rauheit und den Unregelmäßigkeiten der zu untersuchenden Oberfläche ist.
• Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist insbesondere vorteilhaft für Objekte 1 oder Proben mit großen Abmessungen, z.B. anläßlich einer Erstellung von Querschnitten ganzer Tiere.
• Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die besonders betrachteten Anwendungs- und Ausführungsformen, sie umfaßt im Gegenteil auch alle denkbaren Varianten.

Claims (7)

1. Verfahren zur Verteilungsbestimmung von aus einer Fläche austretenden β-Strahlen,

welches zum Durchlassen der β-Strahlen aufweist:

- eine erste Stufe für eine etwa proportionale Vorverstärkung, welche (Stufe) durch eine erste Kammer gebildet ist, welche durch zwei zueinander parallele Gitter-Elektroden begrenzt ist, zwischen welchen eine Gleichspannung angelegt ist, wobei die eine Kathode bildende Gitter-Elektrode diejenige ist, welcher die β-Strahlen emittierende Oberfläche zugeordnet ist, und wobei die zweite Gitter-Elektrode die Anode bildet,

- eine zweite Übertragungsstufe, welche durch eine zweite Kammer gebildet ist, welche zwischen der zweiten, die Anode bildenden Gitter-Elektrode und einem dritten Gitter-Elektrode angeordnet ist, die parallel zu der zweiten verläuft und im Vergleich zu dieser positiv gepolt ist, und

- eine dritte Vervielfachungsstufe, welche durch eine dritte Kammer gebildet ist, die zwischen der dritten Gitter- Elektrode und einer vierten Gitter-Elektrode angeordnet ist, welche durch eine Gleichspannung relativ zu der dritten Gitter-Elektrode anodisch gepolt ist, und

bei welchem diese drei Kammern von mindestens einem Gas gefüllt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

- einerseits eine Impedanzkopplung zwischen diesen vier Gitter-Elektroden durchgeführt wird, um bei der Erzeugung eines elektrischen Impulses zwischen der dritten und der vierten Gitter-Elektrode durch eine Lawine einen negativen Spannungsimpuls zu erzeugen und an die zweite Gitter-Elektrode anzulegen, um dadurch den Verstärkungsgewinn der ersten, die Vorverstärkungsstufe bildenden Kammer zu verringern, und

- andererseits das mindestens eine Gas gewählt ist, um automatisch aufgrund der Impedanzkopplung und der Gewinnherabsetzung Funken, die durch Vervielfachung in der dritten Kammer erzeugt worden sind, unter der Wirkung der Ionenrückwärtsbewegung durch die Übertragungsstufe in Richtung der Kathode der ersten Kammer eine ständige Entladung erzeugen zu können, und damit die Funken in Form von Punkten erscheinen, welche auf der Oberfläche der Kathode leuchtend festgelegt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Gas durch zumindest ein Edelgas gebildet ist, dem in einem niedrigen Verhältnis zumindest ein organisches Gas beigemengt ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 1 oder 2, mit:

- einem Raum (3), der mit mindestens einem Gas gefüllt ist, und welcher aufweist:

- eine erste Kammer (6) zur proportionalen Vorverstärkung, welche durch eine erste Gitter-Elektrode (9) und eine zweite, zu der ersten parallele Gitter-Elektrode (10) begrenzt ist;

- eine zweite Übertragungskammer (2), welche durch die zweite Gitter-Elektrode (10) und eine parallel zu dieser verlaufende dritte Gitter-Elektrode (11) begrenzt ist, und

- eine dritte Vervielfachungskammer (8), die zum Erzeugen einer Elektronenlawine geeignet ist, und welche durch die dritte Gitter-Elektrode (11) und eine zu dieser parallele, vierte Gitter-Elektrode (12) begrenzt ist;

- einer ersten Gleichspannungsquelle (13), die zwischen die erste und die zweite Gitter-Elektrode geschaltet ist, von welchen die erste (9) entsprechend gepolt ist, um im Verhältnis zu der zweiten Elektrode (10) eine Kathode zu bilden, die dazu bestimmt ist, um die zu prüfende, β-Strahlen emittierende Fläche (2) aufzunehmen;

- einer zweiten Gleichspannungsquelle (14), um die dritte Gitter-Elektrode (11) positiv bezüglich der zweiten Gitter- Elektrode (10) zu polen, und

- einer dritten Gleichspannungsquelle (15), um die vierte Gitter-Elektrode (12) positiv bezüglich der dritten Gitter- Elektrode (11) zu polen,

dadurch gekennzeichnet,

daß außerdem eine Anordnung von Impedanzen, welche durch eine Anzahl Kondensatoren (22, 23), Widerstände (17 bis 21) und/oder Drosselspulen gebildet ist, welche mit den Gitter- Elektroden verbunden sind, um durch negative Rückführung die vierte und zweite Gitter-Elektrode elektrisch zu koppeln, und

daß das zumindest eine Gas durch zumindest ein Edelgas gebildet ist, dem ein geringer Anteil an zumindest einem organischen Gas beigemengt ist, so daß sich durch Verringerung des Verstärkungsgewinns in der ersten Kammer, welche eine Verstärkungsstufe darstellt, die Verstärkung von Sekundärelektronen verhindern läßt, welche durch das Auftreffen auf die zweite Gitter-Elektrode von positiven Ionen erzeugt worden sind, welche durch eine Lawine in der dritten Kammer hervorgerufen worden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelgas unter Argon, Neon und Helium ausgewählt ist, während das organische Gas aus Triethylamin, Tetramethylpentan und Methylal ausgewählt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter-Elektroden (9 bis 12) durch Metalldrähte gebildet sind, deren Dicke in der Größenordnung von 10 bis 200 Mikron liegt und die in einem Abstand in der Größenordnung von 200 bis 2000 Mikron voneinander und in zwei zueinander senkrechten Richtungen angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein elektrisches Feld , das zwischen der zweiten und der ersten Gitter-Elektrode (10-9) angelegt ist, die Oberfläche des Objektes (1), welche der Kathode (90) gegenüberliegt, metallisiert (100) und in einem zwischen 1 und 5 mm liegenden Abstand d angeordnet ist, und ein elektrisches Feld 'o ≤ 0,2 &sub1; zwischen der metallisierten Oberfläche (100) und der die Kathode (90) bildenden, ersten Gitter-Elektrode erzeugt wird, um ein Verschiebefeld der emittierten β-Strahlungselektronen in Richtung auf den Vervielfachungsraum (I) auf zubauen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, Gleichspannungsquelle dadurch gekennzeichnet, daß da die Metallauflage als Bezugspotential auf Massepotential gehalten ist, die Kathode (9) auf einem Potential von 300 V gehalten ist und das Potential der Gitter (10 bis 12) folglich verschoben ist.