DE29703196U1 - Langzeitstabiler Sensor für kurzwellige Ultraviolettstrahlung mit gläsernem Fluoreszenzkollektor - Google Patents

Description

Beschreibung

Langzeitstabiler Sensor fur kurzwellige Ultraviolettstrahlung mit gläsernem

Fluoreszenzkollektor

Die Verwendung von flächigen Fluoreszenzkollektoren zur Detektion energiereicher bzw. ionisierender Strahlung ist ein aus der Hochenergiephysik lange bekanntes Meßverfahren (B. Barish et al., EBEE Trans. Nucl. Sei NS 25 (1978) 532; Nuclear Enterprises Broschüre "Scintillation Materials", (1977)). Dabei fällt die energiereiche Strahlung auf den im allgemeinen flächig ausgeführten Fluoreszenzkollektor und wird dabei ganz oder teilweise absorbiert. Bei der Absorption der energiereichen Strahlung wird im Fluoreszenzkollektor ein relativ langwelliges Fluoreszenzlicht erzeugt, welches

im Gegensatz zur anregenden, energiereichen Strahlung eine sehr geringe optische Absorption im Material des Fluoreszenzkollektors erfährt und deshalb

sich im Fluoreszenzkollektor innerhalb des Grenzwinkels der Totalreflexion flächig ausbreitet und konzentriert an den begrenzenden Kanten des flächigen Fluoreszenzkollektors austritt.

An die Kanten des Fluoreszenzkollektors wird ein Wandler (üblicherweise ein Photomultiplier, eine Photodiode, ein Photoelement (US Pt. 4,935,631 bzw. 4,149,902) oder ein weiterer, linearer Fluoreszenzkollektor (B. Barish et al. bzw. US Pt. 4,292,959)) optisch angekoppelt. Aufgrund der typischen Ausgestaltung kommuniziert der Wandler optisch nur mit der Kantenemission des Fluoreszenzkollektors und erfährt keine andere Lichtbestrahlung, Der Wandler wird insbesondere auch nicht der ionisierenden Strahlung ausgesetzt (US Pt. 4,061,922) und degradiert demzufolge auch nicht durch Akkumulation von Strahlenschädigungen.

Die üblicherweise verwendeten Fluoreszenzkollektoren (B. Barish et al.) sind aus organischen Kunststoffen mit einer oder mehrerer Dotierungen von organischen Fluoreszenzfarbstoffen ausgeführt. Diese Systeme sind geeignet zur Erfassung kleiner Strahlungsdosen. Der im normalen Sonnenlicht enthaltene Anteil von ultravioletter Strahlung (UV-Strahlung) entspricht in diesem Sinne einer kleinen Dosisleistung.

Die Bestrahlung eines solchen organischen Fluoreszenzkollektors mit hohen Dosen harter UV-Strahlung aus künstlichen Strahlungsquellen mit Lichtwellenlängen kleiner als 320 nm führt zu einer irreversiblen Degradation (Strahlenschädigung) und Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften des Fluoreszenzkollektors. Eine Verwendung als Sensor bei hohen Strahlungsleistungen im VUV (<185 nm), UVC (185 - 280 nm) oder UVB (280 - 320 nm) ist deshalb nicht sinnvoll.

Gelöst werden kann dieses Problem durch die erfindungsgemäße Verwendung von sehr strahlungsstabilen Fluoreszenzkollektoren aus mineralischem Spezialglas: Hier sind nach Anspruch 1 geeignet für den Spektralbereich VUV und UVC Scheiben aus einem Quarzglas,

welches aus natürlichen Mineralien erschmolzen wurde. Nicht geeignet sind synthetisch hergestellte Quarzgläser. Fluoreszenzkollektoren für den Spektralbereich UVC und UVB sind nach Anspruch 1 bevorzugt aus Cer-dotierten Kronglasscheiben auszuführen.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß hohe Dosisleistungen harter UV-Strahlung ohne eintretende Degradation des Detektorsystems nach Anspruch 2 gemessen werden können. Dies ist für eine Vielzahl von UV-basierten Prozeßschritten von Bedeutung, denn auch die verwendeten UV-Lichtquellen unterliegen im Laufe der Zeit einer Degradation und machen eine sichere Messung und Nachregelung der für viele Prozesse eng tolerierten Bestrahlungsdosen erforderlich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand Figur 1 (Darstellung im Querschnitt) erläutert. Der gläserne und flächige Fluoreszenzkollektor (1) befindet sich zusammen mit dem Wandler (2) in einem so gestalteten und lichtundurchlässigen Gehäuse (3), daß kurzwellige UV-Strahlung (4) ausschließlich auf die Oberfläche des Fluoreszenzkollektors (1) auftreffen kann. Ein Teil des im gläsernen Fluorweszenzkollektor generierten und relativ langwelligen Fluoreszenzlichtes (5) propagiert im Raumwinkel der Totalreflexion zur Kante des Fluoreszenzkollektors. Dieses Fluoreszenzlicht trifft auf den Wandler (2) und führt zu einem elektrischem Meßsignal entsprechend der UV-Intensität.

Claims (1)

Schutzansprüche

1. Fluoreszenzkollektoren (1) aus mineralischen Glasscheiben zum Aufbau von langzeitstabilen Sensoren entsprechend Figur 1 zur Detektion kurzwelliger und intensiver Ultraviolettstrahlung (4), wobei die Glasscheiben

aus Quarzglas bestehen, welches aus natürlichem Rohstoffen erschmolzen wurde, wenn eine Detektion von intensiver Ultraviolettstrahlung mit Wellenlängen kleiner als 260 nm angestrebt wird,

aus Cer-dotiertem Kronglas bestehen, wenn eine Detektion von Ultraviolettstrahlung mit Wellenlängen kleiner als 320 nm angestrebt wird,

bei Bestrahlung mit der entsprechenden Ultraviolettstrahlung (4) ein intensives, blaues Fluoreszenzlicht (5) emittieren,

aufgrund der Materialeigenschaften eine geringe Neigung zur Bildung von strahlungsinduzierten Defekten und Degradationserscheinungen aufweisen

und aufgrund guten optischen Homogenität und Farblosigkeit eine geringe optische Dämpfung und Lichtstreuung bei der Wellenlänge der Fluoreszenzstrahlung aufweisen.

2, Ultraviolettstrahlungs-Sensor mit geringer Strahlungsdegradation entsprechend Figur 1 auf der Basis von gläsernen Fluoreszenzkollektoren nach Anspruch 1 , wobei

der gläserne Fluoreszenzkollektor (1) und Wandler (2) in einem lichtundurchlässigen Gehäuse (3) so untergebracht werden, daß die degradierende Ultraviolettstrahlung (4) nicht direkt auf den Wandler (2) fällt, sondern ausschließlich auf die Oberfläche des strahlungsunempfindlichen und gläsernen Fluoreszenzkollektors (1) trifft,

der Wandler (2) ausschließlich der relativ langwelligen Kantenemission (5) des gläsernen Fluoreszenzkollektors (1) ausgesetzt wird,

das Signal des Wandlers deshalb ein Maß für die Ultraviolett strahlungsintensität ist
^jt Photodioden oder Photoelemente als Wandler verwendet