DE1067535B - Taschendosimeter - Google Patents

Description

Taschendosimeter finden wegen ihrer geringen Abmessung als Strahlenschützmeßgeräte in Wissenschaft, Industrie und Medizin sowie auch für militärische und Luftschutzzwecke Verwendung. Solche Geräte besitzen in der Regel als wesentliche Bestandteile eine Luftionisationskammer und ein Elektrometer. Bei Bestrahlung wird das vorher aufgeladene Elektrometer über die Luftionisationskammer entsprechend der jeweiligen Ionisation bzw. Strahlendosis entladen. Ein Nachteil dieser Geräte besteht unter anderem darin, daß sie eine besondere Ladevorrichtung benötigen, die entweder eingebaut ist oder eine gesonderte Einheit darstellt.

Eine Folge des genannten Nachteils ist die Notwendigkeit, aus dem Taschendosimeter einen beim Meßvorgang hochisolierten Pol herausführen zu müssen, um das Gerät vor der Messung aufzuladen. Dieser Pol muß also gegen Bestrahlung und Ver— schmutzung geschützt werden, damit durch ihn nicht eine Verfälschung des Meßergebnisses auftritt.

Die Notwendigkeit einer Aufladung mehr oder weniger lange Zeit vor der Messung macht die genannten Taschendosimeter im besonderen völlig ungeeignet für Luftschutzzwecke, da die Zeit von Aufladung bis Messung in das Meßergebnis eingeht.

Heß hat in der deutschen Patentschrift 940 847 eine Einrichtung zur Messung von Röntgen- und Gammastrahlen beschrieben, die die obengenannten Nachteile nicht aufweist. Es wird dort nämlich eine Vielzahl von Folien oder schichtförmigen oder gitterartigen Gebilden, die voneinander wahlweise durch Vakuum oder andere Isolationsmaterialien getrennt sind, als Strahlendetektor verwendet. Die Hälfte der Folien ist aus Stoffen niedrigen Atomgewichts hergestellt und mit dem einen Pol eines Amperemeters verbunden, die andere Hälfte der Folien aus einem Stoff mit möglichst hohem Atomgewicht ist mit der anderen Klemme des Amperemeters verbunden. Es wird dann die vom Atomgewicht abhängige Ausbeute an Elektronen ausgenutzt. Diese Meßsonde erzeugt bei Bestrahlung also ihre eigene elektromotorische Kraft und bedarf des bei den Ionisationskammern notwendigen elektrischen Zugfeldes nicht mehr. Die Sonde wirkt also als Stromquelle für ein Amperemeter.

Zur Erzielung der bei dem Meßgerät nach der deutschen Patentschrift 940 847 notwendigen Ströme kommt es darauf an, eine ausreichend große Zahl von Folien mit ausreichend großer Fläche in den Strahlendetektor einzubauen. Diese Anordnung mißt nicht richtungsunabhängig. Außerdem läßt sich auf diese Weise nicht ein Meßgerät der für ein Taschendosimeter gewünschten kleinen Ausdehnung und des gewünschten kleinen Gewichtes herstellen.

Tas chendo simeter

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dr. Bernhard Hess, Regensburg,
Dr. phil. nat. Rolf Hosemann, Berlin-Grunewald,
und Harald Warrikhoff, Berlin-Wilmersdorf,
sind als Erfinder genannt worden

In gewisser Weise behebt die Anordnung nach der britischen Patentschrift 730199 diese Schwierigkeiten, indem statt einer Strommessung durch Anschalten eines Fadenelektrometers eine Spannungsmessung vorgenommen wird. Es bringt dabei die Vielzahl von Folien keinen Vorteil, weil dadurch in gleichem Maße die Kapazität des Systems erhöht wird, die erzeugte Spannung also nicht größer wird. Nachteiligerweise ist in der genannten britischen Patentschrift aber statt eines Isolationsmaterials ein Füllgas — allerdings relativ geringen Druckes — zur Anwendung gekommen. Die Elektroden bestehen hier aus Stoffen verschiedener chemischer Zusammensetzung. Bei Bestrahlung wirkt die Meßstelle wie ein galvanisches Element, wobei der flüssige Elektrolyt durch das von der Strahlung ionisierte Füllgas ersetzt ist. Es entstehen dann Klemmenspannungen in der Größenordnung von 0,2 Volt, die mittels eines geeigneten Strom- oder Spannungsmessers gemessen werden können. Bei der Ausgestaltung zu einem Taschendosimeter ergeben sich auch hier die schon in der deutschen Patentschrift 940 847 genannten Schwierigkeiten, weil das Gerät mit Meßinstrument verhältnismäßig groß ist. Diese Anordnung arbeitet also wieder teilweise als Ionisationskammer, ohne aber allerdings eines von außen an die Elektroden gelegten elektrischen Zugfeldes zu bedürfen.

Um alle genannten Nachteile zu vermeiden bzw. herabzusetzen, sind bei einem Taschendosimeter für Röntgen-, Gamma- und Neutronenstrahlen erfindungsgemäß einige wenige, zumindest aber zwei konzentrische Kugelschalen oder konzentrische Prismen oder

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konzentrische Zylinder aus Materialien verschiedener Elektronenergiebigkeit in einem Hochvakuumgefäß ineinandergeschachtelt, die die Elektroden eines sogenannten Spannungselementes bilden, das mit einem Elektrometer verbunden ist.

Xach dem oben Gesagten wird die Höhe der dem Elektrometerfaden zugeführten Spannung durch die kleine Gesamtfläche der Elektroden nicht beeinträchtigt, und außerdem ist es möglich, durch die angegebene Formgebung dieser Elektroden eine praktisch vernachlässigbare Ricbtungsabhängigkeit der Empfindlichkeit des Taschendosimeters zu erwirken. Gegenüber den bekannten Taschendosimetern aber, die diese Vorteile auch aufweisen, bedarf dieses Dosimeter eines elektrischen Zugfeldes nicht, ist in jedem Augenblick also, ohne von außen vorher aufgeladen zu sein, betriebsfähig.

Während nämlich diejenigen Taschendosimeter, die mit Hilfsspannung arbeiten, durch ihre Selbstentladung eine Strahlung vortäuschen und deswegen bei jeder Messung einer diesbezüglichen Korrektur bedürfen, ist das Spannungselement im unbestrahlten Zustand ungeladen, unterliegt also keiner durch Isolation bedingten Selbstentladung und zeigt also auch nach beliebig langer Lagerzeit den wahren Wert »0« an. Aber auch im bestrahlten Zustand hat das Taschendosimeter nach der Erfindung einen wesentlichen Vorteil. Während man nämlich bei den Taschendosimetern mit Hilfsspannung darauf bedacht ist, dem Meßsystem eine möglichst geringe Kapazität zu geben, um bei einer bestimmten Ionisation (Ladung) eine möglichst hohe Spannungsänderung zu erzielen, besitzt das vorgeschlagene Taschendosimeter wegen seiner flächenhaft ausgebildeten Elektroden eine weit größere Kapazität. Vorausgesetzt, der Isolationswiderstand beider Dosimeter sei der gleiche, so ist die Selbstentladung nach Einstrahlung einer bestimmten Dosis beim Taschendosimeter der vorliegenden Erfindung wegen der größeren Kapazität bedeutend geringer.

Im Gegensatz zu der Anordnung nach der britischen Patentschrift 730 199 wird hier nicht eine galvanische Kette benutzt, sondern die verschiedene Elektronenenergiebigkeit der beiden Elektroden. Dadurch lassen sich bei Bestrahlung Spannungen von vielen 100 Volt erreichen, die mittels einfacher Elektrometer nachweisbar sind. Die beiden Elektroden wirken also wie ein Spannungselement, das sich bei Bestrahlung auf außerordentlich große Spannungen auflädt und hochohmig arbeitet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Spannungselement mit dem Elektrometer in ein gemeinsames Vakuumgefäß eingeschlossen. Dadurch wird der große Vorteil erzielt, daß keinerlei elektrische Kontakte aus dem Gefäß nach außen geführt werden müssen. Weiterhin besteht durch die Formgebung und Anordnung der Elektroden, die sich übereinanderschachteln, der Vorteil, daß das Taschendosimeter nach der Erfindung über einen sehr großen Öffnungswinkel die gleiche Empfindlichkeit gegenüber der Primärstrahlung hat.

In dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei konzentrische Kugelschalen 1 und 2 gewählt, die isoliert voneinander unter Hochvakuum konzentrisch angeordnet sind, wobei die Spannung der inneren Kugelschale 2 über eine Leitung 3 durch die Isolation 4 nach außen geführt ist, wie links in der Zeichnung dargestellt ist. Die Elektrode 2 besteht aus Materialien hoher Ergiebigkeit von Ladungsträgern, die durch die einfallende Primärstrahlung

ausgelöst werden, während die Elektrode 1 eine weit geringere Ergiebigkeit hat (oder umgekehrt).

Die aus dem Spannungselement herausgeführte Leitung 3 ist mit dem Elektrometerfaden 5 elektrisch verbunden. Beim Meßvorgang lädt sich also die von den Kugelschalen und dem Elektrometer gebildete Kapazität in einer durch die Strahlungsintensität bestimmten Schnelligkeit auf. Bringt man das Spannungselement 1, 2 mit dem Elektrometer in einem

ίο gemeinsamen hochevakuierten Gefäß 6 unter, so erhält man ein einheitliches Taschengerät. Durch eine am Vakuumgefäß angebrachte Lupe 7 kann die Auswanderung des Elektrometerfadens 5 gegenüber einer Meßskala 8 messend verfolgt werden. Damit beim Meßprozeß nur das Volumen 9 zwischen den beiden konzentrischen Schalen 1, 2 einen Beitrag zur Auswanderung des Elektrometerfadens liefert, muß entweder der Elektrometerteil von einem strahlungsundurchlässigen Mantel 6 umgeben werden oder, einfächer, aus Materialien aufgebaut sein, die alle in dem benutzten Bestrahlungsbereich dieselbe Ergiebigkeit an sekundärausgelösten Ladungsträgern haben. Dabei ist die Materialzusammensetzung der beiden Elektroden 1 und 2 aus Atomen verschiedener Ordnungszahl so gewählt, daß das Spannungselement in einem gewissen Wellenlängenbereich eine praktisch wellenlängenunabhängige Empfindlichkeit aufweist, wobei die Kugelkalottenform der Elektroden zugleich eine Richtungsunabhängigkeit der Messung garantiert.

Zur Einstellung des Gerätes auf »Masse« oder »Massen« ist in seinem rechts gezeigten Teil außerdem die folgende Vorrichtung angebracht: Der Elektrometerfaden ist über den Metalldraht 10 in der Isolation 11 mechanisch festgehalten und weist eine gleichfalls isolierte Verlängerung 12 als Anschlagstift auf. Im Boden 13 des Gerätes ist in einem Stift 14 drehbar ein Permanentmagnet 15 angebracht, der über die Leitung 16 mit der zweiten Elektrode des Elektrometers und der Elektrode 1 des Spannungselementes verbunden ist.

Außerdem ist am Boden des Gerätes drehbar eine Kappe 17 angebracht, in deren Boden ein zweiter Permanentmagnet 18 befestigt ist. Beide Magnete 15 und 18 stellen sich nun so ein, daß ihre Nord- und Südpole N-S, wie dargestellt, wechselseitig einander gegenüberstehen. Durch Drehung der Kappe 17 hat man es dann in der Hand, den Magnet 15 so weit zu verdrehen, bis er den Anschlagstift 12 berührt. In dieser Stellung ist der Elektrometerfaden 5 geerdet. Eine an der Kappe angebrachte Arretierung 19 sorgt dafür, daß diese Stellung »Masse« sicher erhalten bleibt, auch wenn man das Meßgerät in der Tasche trägt. Löst man diese Arretierung 19 jedoch und verdreht die Kappe 17 in eine abermals sicher einrastende Stellung »Messen«, so ist der Magnet 15 so weit von dem Anschlagstift 12 entfernt, daß auch bei Erschütterung und Verdrehung des Gerätes eine Erdung des Elektrometerfadens 5 in keinem Falle mehr stattfinden kann. Das Gerät steht also auf Meßstellung. Weiterhin ist das Spannungselement 1, 2 von einer weiteren Kugelschale 20 umgeben. Diese besteht aus einem geeigneten Material, in dem die harte Komponente der Primärstrahlung (Neutronen- oder Gammastrahlung) eine Sekundärstrahlung auslöst, auf die die entsprechend sensibilisierten Elektroden 1 und 2 ansprechen können. Eine in der Abbildung nicht eingezeichnete Konstruktion läßt es zu, diese Zusatzkappe 20 aus dem Gerät zu entfernen und durch andere geeignete Kappen zu ersetzen, so daß man das Taschendosimeter für verschiedene Strahlungsarten einstellen kann. So ist eine Zusatzkappe vorgesehen,

Claims (12)

die schwach radioaktiv ist. Sie stellt das Stromnormal dar, mit dem die Empfindlichkeit des Gerätes jederzeit überprüft bzw. bei geänderter Empfindlichkeit diese neu ermittelt werden kann. Die Empfindlichkeit der Anzeige kann bei der Herstellung durch Verschlechterung der Isolation herabgesetzt werden. Sie wird auf Wunsch so eingestellt, daß das Taschendosimeter bei Bestrahlung mit z. B. der Toleranzdosis keine Strahlung anzeigt. Das im vorangegangenen beschriebene Gerät kann auch zur Messung der Dosisleistung benutzt werden. Hierzu wird ein geeignet dimensionierter Widerstand parallel zu den beiden Polen 11, 14 des Elektrometers eingeschaltet. Der Elektrometerfadenausschlag ist nun in bekannter Weise proportional zu dem in diesem Widerstand fließenden Strom, und dieser wieder hängt von der in den Elektroden 1 und 2 sekündlich erzeugten Zahl von Ladungsträgern ab, die proportional zur Strahlungsintensität ist, die· man auch Dosisleistung nennt. Mittels der in der Abbildung dargestellten magnetischen Kupplung 15, 18 ist es auch möglich, wahlweise einen derartigen oder mehrere verschiedene derartige Widerstände einzuschalten, so daß das Gerät als Universalgerät gleichzeitig als Dosis- und Dosisleistungsmesser Verwendung finden kann, wobei der Dosisleistungsmesser auf verschiedene Meßbereiche umschaltbar ist. Patentansprüche: 30

1. Taschendosimeter zur Dosismessung von Röntgen-, Gamma- und Neutronenstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß einige wenige, zumindest aber zwei konzentrische Kugelschalen oder konzentrische Prismen oder konzentrische Zylinder aus Materialien verschiedener Elektronenergiebigkeit in einem Hochvakuumgefäß ineinandergeschachtelt sind, die die Elektroden eines sogenannten Spannungselementes bilden, das mit einem Elektrometer verbunden ist.

2. Taschendosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden und das Elektrometer in einem gemeinsamen Gefäß unter Hochvakuum eingeschlossen sind.

3. Taschendosimeter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialzusammensetzung der Elektroden so gewählt ist, daß das Gerät in einem gewissen Spektralbereich eine praktisch wellenlängenunabhängige Empfindlichkeit aufweist.

4. Taschendosimeter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungselement oder der Teil, der das Elektrodensystem enthält, mit einer auswechselbaren Umhüllung

versehen ist, die je nach Materialzusammensetzung eine andersartige Sekundärstrahlung erzeugt.

5. Taschendosimeter nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Elektrodensystem und Elektrometer gemeinsame Hochvakuumgefäß keinerlei Elektrodendurchführungen nach außen aufweist.

6. Taschendosimeter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eichung des Geräts ein Präparatträger mit einem radioaktiven Präparat in eine eindeutige und reproduzierbare Lage auf das Gerät ansetzbar ist.

7. Taschendosimeter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstentladung des Gerätes so bemessen ist, daß dasselbe bei Bestrahlung mit einer bestimmten Dosis keine Strahlung anzeigt, wobei vorteilhafterweise für diese bestimmte Dosis die Toleranzdosis oder eine ihr verwandte Größe Verwendung findet.

8. Taschendosimeter nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Gerät eine Vorrichtung angebracht ist, die es gestattet, das Elektrometer kurzzuschließen oder in Meßstellung zu bringen, ohne daß hierzu ein Durchbruch durch das Vakuumgefäß notwendig ist.

9. Spannungselement nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung auf »Masse« und »Messen« durch eine magnetische Kupplung erfolgt.

10. Taschendosimeter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Elektrometer ein passend dimensionierter ohmscher Widerstand eingebaut ist, so daß der Elektroausschlag direkt die Dosisleistung anzeigt.

11. Taschendosimeter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine magnetische Kupplung von außen her wahlweise verschiedene Widerstände parallel zum Elektrometer einschaltbar sind, so daß der Dosisleistungsmesser Meßbereiche mit verschiedenen Empfindlichkeiten aufweist.

12. Taschendosimeter nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Einstellung der magnetischen Kupplung das Gerät wahlweise als Dosismesser oder als Dosisleistungsmesser mit verschiedenen Empfindlichkeitsstufen benutzbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 646 012, 887 080,
847;

britische Patentschrift Nr. 730 199;
USA.-Patentschrift Nr. 2 696 564.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 909 639/267 10.59