DE1289198B

DE1289198B - Roentgenstrahlenquelle mit einem Betastrahler als Quelle der die Roentgenemission anregenden Strahlung

Info

Publication number: DE1289198B
Application number: DEB84999A
Authority: DE
Inventors: Of Robins John Laurence L Hood
Original assignee: British Cellophane Ltd
Current assignee: British Cellophane Ltd
Priority date: 1964-12-17
Filing date: 1965-12-16
Publication date: 1969-02-13
Also published as: GB1131143A; US3510656A

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Röntgenstrahlenquelle. Gegenwärtig ist die meistgebrauchte Röntgenstrahlenquelle die Röntgenstrahlenröhre, in der Elektronen, die von einem Heizdraht emittiert werden, zum Beschuß eines metallischen Targets (Antikathode) veranlaßt werden, von dem dadurch Röntgenstrahlen ausgesandt werden. Ein Nachteil einer solchen Röntgenröhre liegt darin, daß ihre Emissionsstärke, d. h. die Intensität der von ihr emittierten Strahlung nicht gleichbleibend ist.
Neuerdings wurde eine neue Röntgenstrahlenquelle bekannt, die als Bremsstrahlungsquelle bezeichnet wird und von der Röntgenstrahlen einer praktisch konstanten Intensität emittiert werden. In der Bremsstrahlungsquelle werden von einem radioaktiven Material ausgesandte Betateilchen zum Aufprall auf ein Target (Antikathode) gebracht, von dem die Röntgenstrahlen emittiert werden, die ein charakteristisches, von dem Targetmaterial abhängiges Strahlungsspektrum haben. Solche Quellen sind mit festem und auch mit flüssigem Targetmaterial bekannt.
Weiter sind durch Betastrahler angeregte Röntgenstrahlenquellen bekannt, bei denen im Target die charakteristische Strahlung des Targetmaterials erzeugt wird.
Es ist ferner eine Quelle mit gasförmigem Betastrahler als anregendem Nuklid bekannt, bei der aber das Target ebenfalls fest ist.
Als radioaktiven Stoff wählt man bei diesen bekannten Quellen gewöhnlich ein solches Betateilchen emittierendes Nuklid, das weder selbst noch dessen Zerfallsprodukte Gammastrahlung oder infolge innerer Umwandlung Röntgenstrahlung emittiert, da diese Strahlungen die vom Target ausgehende Strahlung zu stark überlagern würden.
Ein Nachteil dieser bekannten Röntgenstrahlungsquellen, der besonders in Erscheinung tritt, wenn die erzeugten Röntgenstrahlen energiearm sind, d. h. eine Energie von weniger als etwa 20 keV besitzen, besteht darin, daß die Intensität der Röntgenstrahlen niedrig ist wegen der durch das feste oder flüssige Target erfolgenden starken Absorption von unter der Oberflächenschicht des Targets auftretenden Röntgenstrahlen. In diesen Quellen werden energiearme Röntgenstrahlen, die in einer Tiefe von 5 Tausendstelzentimeter oder mehr erzeugt werden, praktisch absorbiert.
Bei einer bekannten Quelle niederenergetischer Bremsstrahlung, bei der als anregender Betastrahler Tritium dient, das in einem festen Targetmaterial wie ; Zirkonium oder Titan absorbiert ist, besteht der Nachteil, daß aus ihr nur Röntgenstrahlen erhältlich sind mit den charakteristischen Röntgenstrahlungsspektralmerkmalen dieser Targetmaterialien.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten, durch Betastrahlung angeregten Röntgenstrahlungsquelle, deren Intensität durch Ausschaltung der Absorption im Target erhöht ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Röntgenstrahlenquelle mit einem zur Röntgenemissionsanregung eines i Targetmaterials dienenden betastrahlenden Nuklid, das weder selbst noch über seine Zerfallsprodukte Gammastrahlung oder infolge innerer Umwandlung Röntgenstrahlung emittiert, dadurch gelöst, daß das Targetmaterial ein Gas ist.
Bei praktischer Ausführung der Erfindung sind das radioaktive Material und das gasförmige Targetmaterial in angemessener Weise in einen praktisch gasdichten, für Röntgenstrahlen und Betateilchen undurchlässigen Behälter eingeschlossen, der wenigstens ein aus praktisch gasdichtem, für Röntgenstrahlen durchlässigem, für Betateilchen undurchlässigem Material hergestelltes Fenster besitzt, um den in dem Behälter erzeugten Röntgenstrahlen den Austritt nach außen zu ermöglichen. Für die Erfindung kommt radioaktives Material in Betracht, bei dem der höchste Energiewert der emittierten Betateilchen nicht über etwa 0,175 MeV hinausgeht, damit gesichert ist, daß das Fenster im Behälter nicht unnötig dick sein muß, um den Austritt von Betateilchen aus dem Behälter zu verhindern.
Das radioaktive Material kann ein Festkörper sein, beispielsweise Nickel 63 mit einer Maximalenergie von 0,062 MeV oder Schwefel 35 mit einer Maximalenergie von 0,167 MeV. Den Vorzug verdient jedoch ein Gas, da es innig mit dem gasförmigen Targetmaterial gemischt werden kann, wodurch die Selbstabsorption verringert wird. Tritium mit einer Maximalenergie von 0,018 MeV ist hierfür besonders geeignet.
Bei einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung werden Betastrahler und Targetmaterial chemisch zu einer gasförmigen Verbindung vereinigt. Als Beispiele für solche Verbindungen seien genannt: Siliciumtetrahydrid, Phosphortrihydrid, Phosphorpentahydrid und Schwefelwasserstoff, in denen jeweils wenigstens ein Wasserstoffatom durch Tritium ersetzt ist. Es ist auch eine gasförmige Kombination denkbar, bei der Betastrahler und Target aus demselben Element bestehen, etwa aus Schwefel 35 und Schwefel, z. B. im Schwefelwasserstoff.
Bei der Auswahl von Betastrahler und Targetmaterial ist darauf zu achten, daß kein korrodierendes Reaktionsprodukt entsteht, das den Behälter angreift. Wird z. B. Tritium als radioaktives Material verwendet und Chlor oder Brom als Targetmaterial, können Chlorwasserstoffsäure oder Bromwasserstoffsäure entstehen, die einen Behälter aus Stahl anzugreifen vermögen.
Das Targetmaterial, das man in der Praxis wählt, richtet sich nach dem Gebrauchszweck, für den die Röntgenstrahlungsquelle bestimmt ist.
Soll die Röntgenstrahlenquelle zum Messen der Dicke eines Gegenstandes, beispielsweise einer dünnen Folie oder eines anderen dünnschichtigen Materials, gebraucht werden, wählt man als Targetmaterial ein solches, dessen Röntgenstrahlenemissionsmaximum praktisch dem Maximum des Absorptionsspektrums des Gegenstandes entspricht. Beispielsweise erhält man mit einem Gemisch aus Tritium (als dem Betastrahler) und Argon (als dem Target) ein Intensitätsmaximum bei 4,2 A. Diese Kombination ist besonders zum Gebrauch bei der Prüfung eines Gegenstandes geeignet, der Chlor enthält - Chlor hat ein Absorptionsmaximum bei 4,3 A. So kann z. B. die Dicke einer Polyvinylchloridfolie oder die einer überzugsschicht aus einem Vinylidenchloridcopolymerisat auf einer für Röntgenstrahlen durchlässigen dünnen Unterlage, beispielsweise einer Folie aus regenerierter Cellulose oder aus einem Polyolefin, gemessen werden.
Die Tritium-Argon-Röntgenstrahlenquelle ist auch gut brauchbar zum Messen des Schwefeldioxidgehaltes von Rauchgas, da das Absorptionsmaximum von Schwefel 5,01 A beträgt. Eine andere erfindungsgemäße Röntgenstrahlenquelle, die Tritium im Gemisch mit Schwefeldioxidgas enthält, hat ein Intensitätsmaximum bei 5,37 A und ist gut zu gebrauchen zum Nachweis von Aluminium, beispielsweise beim Bestimmen der Dicke einer Folie aus Aluminium, dessen Absorptionsmaximum 7,9 A ist.
Tritiumsubstituiertes Siliciumtetrahydrid emittiert Röntgenstrahlen, die ein Intensitätsmaximum bei 7,11 A haben, tritiumsubstituiertes Phosphortrihydrid oder Phosphorpentahydrid emittiert Röntgenstrahlen, die ein Intensitätsmaximum bei 6,14 A haben, und tritiumsubstituierter Schwefelwasserstoff emittiert Röntgenstrahlen, die ein Intensitätsmaximum bei 5,37 A haben. Solche Röntgenstrahlenquellen sind ebenfalls brauchbar für den Nachweis von Aluminium durch Absorption.
Wenn mehr als ein Intensitätsmaximum oder ein breites Emissionsspektrum erforderlich ist, kann ein Gemisch von miteinander nicht reagierenden Targetgasen verwendet werden, die die verlangten Strahlungsspektren ergeben.
Der Rauminhalt des für den Einschluß einer erfindungsgemäß ausgebildeten Bremsstrahlungsquelle mit brauchbarer praktischer Aktivität erforderlichen Behälters kann ziemlich klein sein. Beispielsweise kann bei Verwendung von Tritium ungefähr 1 ccm Tritium mit 2 ccm von gasförmigem Targetmaterial, die in einen 3 ccm großen Raum eingeschlossen sind, eine Aktivität von 2 bis 3 Curie haben. Um höhere Aktivitäten zu erzielen, sind größere eingeschlossene Mengen erforderlich.
Bei Verwendung von Tritium als Betastrahler stellt man aus etwa 1,6 mm dickem rostfreiem Stahl einen geeigneten Behälter her, der ein röntgenstrahlendurchlässiges Fenster aus 0,13 bis 0,25 mm dickem Beryllium hat. Da die Tritiumdurchlässigkeit des Berylliums groß ist, muß das Fenster dick genug sein, damit keine Tritiumverluste auftreten, obwohl dadurch etwas Röntgenstrahlung im Fenster absorbiert wird.
Bei chemischer Verbindung von Betastrahler und Target sind Diffusionsverluste infolge der Größe der Moleküle vernachlässigbar gering, so daß dünnere Fenster verwendet werden können.
Die erfindungsgemäßen Röntgenstrahlenquellen haben den Vorteil, daß durch Verwendung verschiedener gasförmiger Targets Röntgenstrahlen erzielbar sind, die verschiedene Röntgenstrahlen-Spektralmerkmale besitzen. Durch Auswahl des entsprechenden gasförmigen Targets steht ein geeigneterer Wellenlängenbereich zur Verfügung als bisher. Infolge der geringen Selbstabsorption in dem gasförmigen Targetmaterial ist außerdem die emittierte Röntgenstrahlenintensität größer als bei den bisher bekannten Röntgenstrahlenquellen, die ein festes oder flüssiges Target verwenden.
Ein Beispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Röntgenstrahlungsquelle und ihrer Verwendung beim Messen der Dicke einer überzugsschicht auf Folie aus regenerierter Cellulose wird nachfolgend beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichnung. In dieser zeigt F i g. 1 einen Senkrechen Querschnitt durch die in einem Behälter eingeschlossene Röntgenstrahlungsquelle und F i g. 2 eine schematische Darstellung der Messung der Dicke einer überzugsschicht auf einer Folie mittels einer solchen Quelle.
In F i g. 1 ist die Röntgenstrahlungsquelle mit 1 bezeichnet. Sie besteht aus dem zylindrischen Behälter 2 mit aus 1,6 mm dickem rostfreiem Stahl bestehenden Wänden 3, der als Deckel auf seinem Strahlaustrittsende das Fenster 4 aus 0,25 mm dickem Beryllium hat. Ein Gemisch 5 aus 1 ccm Tritium und 2 ccm Argon - alle Maße gelten für normale Temperatur und normalen Druck - ist in dem Behälter eingeschlossen, der einen Rauminhalt von 3 ccm hat.
Das Tritium emittiert Betateilchen, die auf die Argonatome auftreffen, wodurch Röntgenstrahlen erzeugt werden. Diese treten durch das Fenster 4 aus und können nach Ausblendung auf den zu untersuchenden Gegenstand gerichtet werden. Das Intensitätsmaximum des charakteristischen Strahlungsspektrums liegt dabei etwa bei 4,2 A.
In F i g. 2 ist gezeigt, wie die in F i g. 1 beschriebene Röntgenstrahlungsquelle zur fortlaufenden Ermittlung der Chlormenge verwendet wird, die in einer Überzugsschicht aus Vinylidenchloridcopolymerisat auf einer Seite einer Folie 6 aus regenerierter Cellulose vorhanden ist. Die Absorption der Röntgenstrahlen erfolgt vorwiegend durch Chlor, das ein Absorptionsmaximum bei 4,39 A besitzt. Die Dicke der Überzugsschichten kann dann aus der Röntgenstrahlenschwächung berechnet werden. Die Absorption der Röntgenstrahlen im Cellulose-Trägermaterial selbst ist vernachlässigbar gering. Als Strahlungsdetektor kann z. B. ein Szintillationszähler 7 dienen.

Claims

Patentansprüche: 1. Röntgenstrahlenquelle mit einem zur Röntgenemissionsanregung eines Targetmaterials dienenden betastrahlenden Nuklid, das weder selbst noch über seine Zerfallsprodukte Gammastrahlung oder infolge innerer Umwandlung Röntgenstrahlung emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Targetmaterial ein Gas ist.
2. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Betastrahler und Targetmaterial ein Gemisch von miteinander nicht reagierenden Gasen sind.
3. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Betastrahler und Targetmaterial zu einer gasförmigen Verbindung chemisch vereinigt sind.