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Dokumentenidentifikation DE202006003818U1 08.06.2006
Titel Messanordnung zum Nachweis von Photonen
Anmelder Berthold Technologies GmbH & Co. KG, 75323 Bad Wildbad, DE
Vertreter Mayer, Frank und Schön, 75173 Pforzheim
DE-Aktenzeichen 202006003818
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 08.06.2006
Registration date 04.05.2006
Application date from patent application 10.03.2006
IPC-Hauptklasse G01T 1/20(2006.01)A, F, I, 20060331, B, H, DE

Beschreibung[de]
Technischer Hintergrund

In Radionuklidlaboren, in kerntechnischen Anlagen oder im allgemeinen Strahlenschutz werden regelmäßig Messungen z. B. zur Ermittlung von radioaktiven Kontamiantionen durchgeführt, bei welchen Detektoren mit großen Eintrittsfenstern gebraucht werden. Fenstergrößen von 150 mm × 230 mm für Hand- und 150 mm × 370 mm für Standgeräte sind gängig.

Auch in der Prozessmesstechnik kommen Aufgaben vor, bei denen die wesentlich lichtemitierende Seite eines Szintillators eine viel größere Fläche haben soll als die lichtempfindliche Fläche des lichtdetektierenden Elements. Ein Beispiel ist die Messung der Massenbelegung von Förderbändern.

Bei Verfahren und Vorrichtungen zur Szintillationszählung von ionisierender Strahlung, bei denen die wesentlich lichtemittierenden Seiten eines Szintillators eine viel größere Fläche einnehmen als die empfindliche Fläche des Lichtdetektors ist eine direkte Kopplung von Szintillator und Lichtdetektor nicht effektiv.

Stand der Technik

Bei einer bekannten Messanordnung wird ein gerichtet oder diffus reflektierender Reflektor benutzt, der das vom Szintillator emittierte Licht mehr oder weniger gedämpft zum Eintrittsfenster des Lichtdetektors leitet.

Die Methoden der abbildenden Optik können nicht angewendet werden, da die Lichtemission nicht in einer Vorzugsrichtung erfolgt, die klassisch auf die lichtempfindliche Fläche gebündelt werden könnte.

Reflektorgeometrien, die sich aus Konzepten der sog. nichtabbildenden Optik ergeben, würden in unhandlichen und teuren Geräten resultieren.

Ein weiteres Verfahren, das gelegentlich erwähnt wird besteht darin, Licht aus Bereichen, aus welchen relativ zuviel Licht auf einen Lichtdetektor gelangt, durch Einbringen von Lichtabsorbern gezielt zu dämpfen.

Neben dem hohen Aufwand, lichtabsorbierende Elemente in geeigneter Weise anzubringen, ergibt sich der Nachteil, dass aufgrund der diffusen Reflexion stets auch Licht absorbiert wird, das aus von vornherein lichtschwachen Bezirken kommt und daher das Ansprechvermögen insgesamt herabgesetzt wird.

Es wird daher hingenommen, dass sich das Ansprechvermögen auf ionisierende Strahlung auf weniger als 25 % in den Bereichen reduziert, die vom Lichtdetektor am entferntesten gelegen sind (3).

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei der oben genannten Messanordnung die Ortsabhängigkeit des Ansprechvermögens zu minimieren und die Photonennachweisempfindlichkeit nicht wesentlich zu verschlechtern.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch Anbringung eines transparenten Streuelementes zwischen Lichtdetektor und Szintillatorbereich, der dem Lichtdetektor am nächsten gelegen ist, wird auf überraschend einfache Weise dieses Ziel erreicht.

Da das Streuelement gezielt Photonen, die in kurzer Entfernung vor dem Lichtdetektor erzeugt werden, teilweise so umleitet, dass sie erst durch Reflexion am Reflektor zum Lichtdetektor gelangen können, übernimmt der Reflektor selbst, der niemals 100 % Reflexionsvermögen aufweisen kann, die Reduktion dieser Photonen.

Photonen hingegen, die in vom Lichtdetektor weiter entfernten Bereichen erzeugt werden, gelangen teilweise direkt zum Lichtdetektor.

Durch die Einführung eines transparenten Streuelementes kann somit die Intensität des Szintillatorlichtes ortsabhängig gewichtet werden, ohne das Reflexionsvermögen des Reflektors insgesamt zu verringern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert, es zeigen:

1: Eine Messanordnung nach dem Stand der Technik,

2: eine Messanordnung nach der Erfindung, und

3: eine Darstellung der Nachweisempfindlichkeit bei den Messanordnungen nach 1 und 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die bekannte Messanordnung besteht aus Lichtdetektor 10, Szintillator 20 und Reflektor 30. Der Lichtdetektor 10 liegt unter dem Schwerpunkt des Szintillators 20. Als Lichtdetektor dient ein Photomultiplier (1). Andere, nicht axialsymmetrische Anordnungen sind ebenfalls denkbar.

Bei der erfindungsgemäßen Messanordnung (2) ist ein Streuelement 40 mittels drei dünnen Abstandshaltern 50 zwischen Lichtdetektor 10 und Szintillator 20 parallel zur Ebene des Szintillators 20 über der Austrittsöffnung 30A des Reflektors 30 angebracht. Die vierzählige Symmetrie der dargestellten Anordnung würde die Verwendung von 4 Abstandhaltern nahelegen. Die Praxis zeigt jedoch, dass eine minimale Anzahl von 3 Abstandhaltern zu keiner nennenswerten Verschlechterung der Nachweisempfindlichkeit führt. Die Platzierung der drei Abstandhalter ist so gewählt, dass keiner der Abstandhalter die freie Ausbreitung des Lichts von den entlegensten Teilen des Szintillators 20 verstellt.

Das Streuelement 40 ist der einfachen Herstellung wegen bevorzugt als kreisförmige Scheibe aus weißem Acrylglas ausgebildet. Es sind aber auch Reflektorgeometrien denkbar, für die z. B. eine ovale Form oder sogar eine kegelförmige Ausbildung des Streuelementes besser geeignet sind.

Die Lage der Scheibe zwischen Szintillator 20 und Lichtdetektor 10 ist so gewählt, dass ab der Hälfte der Entfernung E von der Mitte M des Lichtdetektors 10 zum Szintillatorrand hin der Raumwinkel &OHgr;, der zwischen dem Eintrittsfenster des Lichtdetektors 10 und dem Entstehungsort X des Szintillationsblitzes aufgespannt wird, das Eintrittsfenster 10A ganz enthält, also nicht vom Streuelement 40 geschnitten wird.

Durch diese Vorgabe ergibt sich der zu wählende Durchmesser der Scheibe abhängig von der Größe des Szintillators 20 und der Größe des Eintrittsfensters des Lichtdetektors 10.

Der Transmissionsgrad des Streuelementes 40 wird so bestimmt, dass sich ein Profil der Nachweisempfindlichkeit vom Rand R zum Zentrum Z der Messanordnung etwa so einstellt, dass die Nachweisempfindlichkeit im Zentrum Z etwa dem des Randes R entspricht mit einem Maximum dazwischen. In der vorliegenden Messanordnung ist hierzu das Transmissionsgrad zu ca. 9 gewählt. Je nach Geometrie weichen diese Werte davon ab.

3 zeigt die normierte Nachweisempfindlichkeit N für C14 der vom Szintillator 20 emittierten Photonen in Abhängigkeit von deren Position X entlang der Mittellinie des (beispielsweise 17 cm breiten) Szintillators 20 im Vergleich einer erfindungsgemäßen Messanordnung (2) zur bekannten Messanordnung ohne Streuelement (1).

Man erkennt, dass das erfindungsgemäß ausgebildete Streuelement 40 gegenüber der bekannten Lösung zu einem "Glättungseffekt" in dem Sinne führt, als dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein von Szintillator abgegebenes Photon den Lichtempfänger 10 erreicht, nur geringfügig vom Ort X der Entstehung des Photons im Szintillator 20 abhängt.

10Lichtdetektor 10AEintrittsfenster 20Szintillator 30Reflektor 30AAustrittsöffnung 40Streuelement 50Abstandhalter

Anspruch[de]
  1. Messanordnung zum Nachweis von Photonen, mit einem Lichtdetektor (10), einem flächigen Szintillator (20) und einem Reflektor (30) zur Ankoppelung des Lichtdetektors (10) mit wesentlich kleinerer Fläche als die Fläche des Szintillators (20), dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ebene zwischen dem Szintillator (20) und dem Lichtdetektor (10) ein Streuelement (40) gehalten ist.
  2. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Streuelement (40) eine Scheibe ist, die mittels Abstandhaltern (50) im Randbereich der Austrittsöffnung (30A) des Reflektors (30) gehalten ist.
  3. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage und Fläche des Steuerelements (40) so gewählt ist, dass bei einer Emission eines Photons ab der Hälfte der Entfernung (E) von der Mitte (M) des Lichtdetektors (10) zum Rand des Szintillators (20) hin der Raumwinkel (&OHgr;), der zwischen Eintrittsfenster (10A) des Lichtdetektors (10) und Entstehungsort des Szintillationsblitzes aufgespannt wird, das Eintrittsfenster (10A) ganz enthält, also nicht vom Streuelement (40) geschnitten wird.
  4. Messanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe kreisförmig ist.
  5. Messanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe aus Acrylglas mit einem Transmissionsgrad im Bereich von 10 ist.
  6. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandungen des Reflektors (30) diffus reflektierend beschichtet ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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