NL8901711A - Stralingsdetector voor elementaire deeltjes. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Stralingsdetector voor elementaire deeltjes.

FIELD OF THE INVENTION

De uitvinding heeft betrekking op een stralingsdetectoruitgerust met een ingangsscherm voor conversie van te meten straling infoto-elektronen en een elektronen optisch stelsel voor versnelling van de foto-elektronen naar een uitgangsscherm.

BACKGROUND OF THE INVENTION

Een dergelijke stralingsdetector is bekend uitUS 4.213.055. Een aldaar beschreven stralingsdetector, in de vorm vaneen rönt.genbeeldversterkerbuis, is uitgerust met een ingangsschermdat, aangebracht op een metalen drager, een luminescentie materiaal eneen fotokatode bevat. In een dergeljjke buis wordt een beelddragendebundel foto-elektronen afgebeeld op een uitgangsscherm dat is uitgerustmet een fosforlaag voor conversie van de foto-elektronen in licht. Hetelektronen optisch stelsel in een dergelijke buis is ingericht voor hetvormen van een optimale afbeelding van de beelddragende foto-elektronenbundel op een uitgangsscherm.

SUMMARY OF THE INVENTION

Voor detectie van straling, bijvoorbeeld zoalsteweeggebracht door muonen, neutrino's en dergelijke, is het niet vanbelang dat met de foto-elektronen een beeld wordt gevormd. Van primairbelang is daarbij veeleer dat afzonderlijke stralingsquanta individueelgeregistreerd kunnen worden. Een daartoe aan de detector te stellen eisis, dat de looptijd van de foto-elektronen voor het gehele oppervlak vanhet ingangsscherm in hoge mate homogeen is. De uitvinding beoogt ondermeer daaraan te voldoen en daartoe heeft een stralingsdetector van de inde aanhef genoemde soort volgens de uitvinding tot kenmerk, dat dekromming van het fotokatode oppervlak en/of de geometrie van hetelektronen optisch stelsel zijn geoptimaliseerd voor een substantieelhomogene veldsterkte over het fotokatode oppervlak.

Doordat in een detector volgens de uitvinding uitgaandevan een beeldversterkerbuis door aangepaste scherm- en elektrodevormeen goede afbeelding is opgeofferd aan een homogene veldsterkte is eennormaal optredend looptijdverschil voor de foto-elektronen teruggebrachtvan ongeveer 10 nsec tot bijvoorbeeld ongeveer 1 nsec.

Bij een eerste methode om dit doel te bereiken wordt ineen model uitgaande van een realistisch aangepaste vorm voor hetingangsscherm, dat hier bij voorkeur direct op een glazen ingangsvensteris aangebracht, een optimale elektroden configuratie enpotentiaalvoering berekend voor een zo homogeen mogelijke veldsterkteover het gehele fotokatode oppervlak. Bij een verdere methode wordt,uitgaande van een realistisch elektronen optisch stelsel, bijvoorbeeldvoor een gewenste basisvorm en redelijke potentialen, een kromming voorhet ingangsscherm berekend waarvoor de veldsterkte daarover weeroptimaal homogeen is. Door itt.eratie van deze twee methoden kan dehomogeniteit verder worden opgevoerd.

Om de invloed van startsnelheid van de foto-elektronen enspreiding in de hoek van uittreden daarvan te reduceren is het gewenstdat de fotokatode veldsterkte relatief hoog is. Ook dit kan door de vormen potentiaalvoering van het elektronen optisch stelsel wordengerealiseerd.

In een voorkeursuitvoering is de variatie instartsnelheid van de foto-elektronen gereduceerd door het ingangsschermmet een golflengte selectief filter uit. te rusten. Hiermede kanenerzijds een golflengte uit het spectrum van te detecteren stralingworden geselecteerd en kan anderzijds spreiding in startenergie van devrijgemaakte foto-elektronen worden gereduceerd.

Voor reducering van achtergrondstraling afkomstig vanradioactief verval in konstruktie materiaal van de detector,bijvoorbeeld glas van de detectorbuis, is een verderevoorkeursuitvoering zover mogelijk samengesteld uit metaal en bestaathet ingangs- en het uitgangsvenst.er uit een thorium- en uranium-arm glas.

Om de totale transittijd tussen het vrijmaken van foto-elektronen en het detecteren van een daardoor opgewekte elektronischedetectiepuls zo klein mogelijk te houden, is in een uitvoeringsvorm voorhet uitgangsscherm gebruik gemaakt van een snelle p47 fosfor.

Opgemerkt wordt, dat in US 4,564,753 een stralingsdet.ector is beschreven met. als doel het realiseren van eengrote detectie-opening en een korte detectietijd. Uniformiteit in delooptijd van foto-elektronen is daar van secundair belang.

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgendeenkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader wordengeschreven.

(BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS)

DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

De enkele figuur van de tekening toont van eenstralingsdetector volgens de uitvinding een cylindervormig wanddeel 2dat uit metaal bestaat en is voorzien van een verjonging 4, eeningangsflens 6 en een uiteinde 8. Aan een ingangszijde bevindt zich eeningangsvenster 10, bij voorkeur uit glas of uit een ander materiaal d<.^voor te detecteren straling of voor door die straling in een aan debuitenzijde van het ingangsvenster aangebracht, hier niet weergegeven,op te wekken straling translucent is. Aan de binnenzijde van hetingangsvenster is hier een conversielaag 12 en een fotokatode 14aangegeven. Zoals reeds opgemerkt kan de conversielaag 12 ook aan debuitenzijde van het venster 10 zijn aangebracht. Aan een uitgangszijde.is de detector afgesloten met een detector element 16, bijvoorbeeld eenfotomultiplier met een fotokatode 18 aangebracht op een venster 20 opeen voorzijde waarvan een fosforlaag 22 .is aangebracht. Het detectorelement kan evenwel ook worden gevormd door een matrix fotodetectoren ofeen enkele fotodetector, dan wel een matrix van elektronendetectoren ofeen enkele elektronendetector. Omdat hier geen beeldvorming wordtbeoogd, kan een ingangsvlak van het detector element ook ter plaatse vaneen crossover 24 van de bundel foto-elektronen 26 zijn gepositioneerd.

Om geometrische looptijdverschillen te vermijden, kan het bij eenrelatief groot detector ingangsvlak gunstig zijn dit vlak substantieelsferisch uit te voeren met een kromtemiddelpunt samenvallend met decrossover 24. In het geval van een directe elektronendetector kan hetgunstig zijn de foto-elektronen bijvoorbeeld met behulp van een extraelektrode eerst te vertragen waardoor de elektronendetector gevoeligvoor relatief langzame elektronen kan zijn. Het vertragen van de foto-elektronen resulteert wel in een langere looptijd maar behoeft bij een juist gekozen elektroden configuratie geen grotere variatie in looptijdop te wekken, terwijl een relatief sterke veldsterkte aan het fotokatodeoppervlak behouden kan blijven.

De fosforlaag 22 bestaat bij voorkeur uit een fosfor meteen korte nalichttijd. Zoals het in US 4.564.753 aangegeven yttriumbevattend luminescentie materiaal waardoor een hoge countrate voor tedetecteren stralingsquanta wordt bereikt.

Claims (9)

1. Stralingsdetector uitgerust met een ingangsscherm voorconversie van te meten straling in foto-elektronen en een elektronenoptisch stelsel voor versnelling van de foto-elektronen naar eenuitgangsscherm, met het kenmerk, dat de kromming van het fotokatodeoppervlak met de geometrie van het elektronen optisch stelsel zijngeoptimaliseerd voor een substantieel homogene veldsterkte over hetfotokatode oppervlak.

2. Stralingsdetector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat loopt!jdverschillen voor foto-elektronen van het gehele fotokatodeoppervlak naar een detectoringangsvlak is gereduceerd tot ten hoogste 1nsec.

3. Stralingsdetector volgens conclusie 1 of 2, met hetkenmerk, dat door elektroden configuratie en potentiaalvoering daarvooiover het gehele fotokatode oppervlak een relatief hoge veldsterkteaanlegbaar is.

4. Stralingsdetector volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het ingangsscherm is uitgerust met aaneen binnenzijde of aan een buitenzijde van een ingangsvensteraangebrac.hte luminescentielaag voor conversie van te detecteren stralingin straling waarvoor de fotokatode gevoelig is.

9. Stralingsdetect.or volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het ingangsscherm is uitgerust met een golflengte selectief filter.

6. Stralingsdetector volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een uitgangsscherm is uitgerust met eenyttrium bevattende fosfor.

7. Stralingsdetector volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een detectoringangsvlak voor detectievan de foto-elektronen is gepositioneerd in of nabij een crossover vande foto-elektronen.

8. Stralingsdetector volgens één der conclusies 1 tot en met 5 of 7, met het kenmerk, dat een foto-elektronen detector als eenenkelvoudige halfgeleider detector is uitgevoerd.

9. Stralingsdetector volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat niet-venstergedeelten van de omhullinguit metaal bestaan en de vensters uit uranium- en thorium-arm glas zijnvervaardigd.