DE2913105C2 - Meßanordnung zum Messen der Dosis oder Dosisleistung einer ionisierenden Strahlung mit wenigstens zwei Strahlungsdetektoren, einem Meßzweig und einem Kompensationszweig - Google Patents

Description

60

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zum Messen der Dosis oder Dosisleistung einer ionisierenden Strahlung der im Oberbegriff des Patentanspru- ches 1 angegebenen Art.

Eine derartige Meßanordnung ist beispielsweise aus der DE-OS 23 42 368 bekannt. Die bekannte Meßanordnung enthält mehrere parallelgeschaltete Strahlungsdetektoren mit jeweils einem nachgeschalteten Arbeitswiderstand, deren unter dem Einfluß einer ionisierenden Strahlung erzeugten Meßströme am Eingangswiderstand eines Summenverstärkers addiert werden. Der Suminenverstärker ist als Operationsverstärker ausgebildet und liegt mit seinem einen Eingang im Meßzweig der Meßanordnung. Zwischen dem Ausgang eines der Detektoren der bekannten Meßanordnung und dem zweiten Eingang des Summenverstärkers ist ein Kompensationszweig angeordnet, der aus der Reihenschaltung eines als monostabile Kippschaltung ausgebildeten Impulsformer^, einer Mittelwertschaltung und eines einen Schwellenwert aufweisenden Funktionsverstärkers besteht Mittels des Kompensationszweiges und insbesondere des darin enthaltenen Funktionsverstärkers wird die Kennlinie der bekannten Meßanordnung im oberen Bereich logarithmisch korrigiert, um dadurch den logarithmischen Meßbereich der Meßanordnung zu erweitern. Die Ausgangssignale des Summenverstärkers werden in einer nachgeschalteten Auswerteinrichtung in einen auswertbaren und/oder ablesbaren Meßwert umgewandelt

Die bekannte Meßanordnung ist jedoch nur zur Auswertung von Gleichstromsignalen geeignet die aus den unter der Einwirkung einer ionisierenden Strahlung in den Strahlungsdetektoren erzeugten Impulsen abgeleitet werden. Häufiger werden aber der einfacheren schaltungstechnischen Handhabung wegen die von einer ionisierenden Strahlung in den Strahlungsdetektoren erzeugten fmpulsraten für die Darstellung der Strahlungsdosis oder der Strahlungsdosisleistungswerte verwendet Diese sind jedoch bei der Parallelschaltung der Strahlungsdetektoranordnungen anderen physikalischen Gesetzen unterworfen als die Gleichstromsignale, insbesondere wegen der statistischen Koinzidenz, so daß das bekannte Meßverfahren nicht auch auf die Messung einer ionisierenden Strahlung mittels der Impulsrate parallelgeschalteter Strahlungsdetektoren übertragen werden kann.

Bei der Messung einer ionisierenden Strahlung im Umkreis von 360° ist es nicht immer möglich, diese Messung mit einem einzigen Strahlungsdetektor durchzuführen. In einen Fall kann es möglich sein, daß der Detektor infolge seiner Ausbildung nur einen beschränkten Bereich des Umkreises für die Messung erfaßt oder wenigstens unbeschränkt erfaßt In einem anderen Fall wird eine.Rundummessung beispielsweise durch absorbierende Wände verhindert oder beeinträchtigt, beispielsweise durch Betonwände oder durch die Karosserie eines Fahrzeuges. In diesen Fällen muß für die uneingeschränkten Teilbereiche des Umkreises je ein eigener Detektor verwendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Summierung der Signale parallelgeschalteter Detektoren, auch wenn sie gegeneinander abgeschirmt sind, einen größeren Meßwert ergeben als der Meßwert eines einzigen rundum messenden Strahlungsdetektors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung zur Messung der Dosis oder Dosisleistung einer ionisierenden Strahlung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art so auszugestalten, daß bei einer aus der gleichzeitigen Messung einzelner Raumbestandteile zusammengesetzten Rundummessung der ionisierenden Strahlung mit diese Raumbestandteile messenden, gegebenenfalls voneinander abgeschirmten Strahlungsdetektoren am Eingang der Auswerteinrichtung für die Messung die gleiche

Zählrate anliegt, wie sie bei einem einzigen, den vollen Umkreis gleichmäßig erfassenden Detektor vorhanden wäre. ·

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen technischen Maßnahmen gelöst Ein Vorteil dieser Lösung besteht insbesondere darin, daß der Meßzweig und der daran angeschlossene Kompensationszweig zu einer getrennten Zusatzanordnung für eine Auswerfeinrichtung oder ein Strahlungsmeßgerät ^!0 ausgebildet werden kann und anstelle der Detektoranordnung an den für die Detektoranordnung vorgesehenen Anschluß angeschlossen werden kann, wobei die Detektoranordnung an dis dafür vorgesehenen Anschlüsse der Zusatzeinrichtung angeschlossen werden. Dadurch können, bereits vorhandene Einrichtungen oder Meßgeräte auch für eine derartige Messung verwendet werden.

Die Unteransprüche kennzeichnen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Die ^⁰ Weiterbildung nach Anspruch 2 hat insbesondere den Vorteil, daß der Kompensationszweig erst miveinsct-' zender Krümmung der doppelt logarithmischen Kennli- · nie der Meßanordnung zur Wirkung kommt und dadurch eine bessere Angleichung der Kennlinie der summierten Meßwerte an die Kennlinie der Meßanordnung mit der Rundumdetektoranordnung möglich ist. Mit den Maßnahmen nach Anspruch 4 ist eine besonders einfache Angleichung der Kennlinie an die gewünschte Form möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Blockschaltungsdarstellung einer Meßanordnung zur Messung der Dosis oder Dosisleistung einer ionisierenden Strahlung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines aus der Auswerteinrichtung der Meßanordnung nach F i g. 1 und einer Rundumdetektoranordnung gebildeten Meßanordnung,

Fig.3 ein Kennliniendiagramm zu den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Meßanordnungen,

F i g. 3a ein Diagramm zur schematischen Darstellung der Impulsbreite der Impulse der Impulsfolge am Ausgang des Meßzweiges der in Fig. 1 dargestellten Meßanordnung.

In F i g. 2 ist ein Strahlungsmeßgerät dargestellt, das aus einer Strahlungsdetektoranordnung 1 und einer Auswerteinrichtung 2 besteht. Die Strahlungsdetektoranordnung enthält im wesentlichen einen Strahlungsdetektor 3 und einen Impulsverstärker 4 und ist an einen Sondenanschluß 5 der Auswerteinrichtung 2 angeschlossen. Die Strahlungsdetektoranordnung 1 erzeugt unter einer im Umkreis von 360° auf sie einwirkenden ionisierenden Strahhng eine Impulsrate 6, die in der Auswerteinrichtung 2 in einen der Dosis oder der Dosisleistung DL entsprechenden Meßwert umgesetzt und an einem Anzeigeinstrument 7 ablesbar ist. Die Kennlinie des in F i g. 2 dargestellten Strahlungsmeßgerätes ist durch die Kurve 8 des in F i g. 3 dargestellten Kennliniendiagramms dargestellt. Die Abszisse dieses Diagramms enthält in einer logarithmischen Teilung die Dosisleistung, beispielsweise in R/h, die Ordinate ebenfalls in einer logarithmischen Teilung die Impulsrate N, beispielsweise in der Einheit Impulse pro Sekunde.

Die in Fig. 1 scherratisch in einem Blockschaltbild dargestellte Meßanordnung enthält zwei der in Fig. 2 dargestellten Strahlungsdetektoranordnungen 1 und eine der in Fig.2 dargestellten Auswerteinrichtung 2. Diebeiden Strahlungsdetektoranordnungen sind gegenseitig durch eine Abschirmung 9 voneinander getrennt, so daß jede Detektoranordnung einen Halbkreis ihrer Umgebung kontrolliert. Die beiden Detektoranordnungen 1 sind jeweils "an einen Eingang einer Addierschaltung 10 angeschlossen. Die Addierschaltung enthält hinter jedem Eingang einen Trennkondensator 11 und einen Entkopplungstransistor 12. Die Transistoren 12 sind an einen Summierwiderstand 13 angeschlossen, an dem die Summe der unter der Einwirkung einer ionisierenden Strahlung in den Strahluugsdetektoranordnungen 1 erzeugten Impulsraten auftritt Wird der Ausgang 14 der Addierschaltung 10 direkt mit dem .Eingang 5 der Auswerteinrichtung 2 verbunden, wie dies in der Zeichnung durch die gestrichelt dargestellte Leitung 15 dargestellt ist, weist diese so ausgebildete Meßanordnung in dem gleichen Strahlungsfeld wie es auf die. Strahlungsdetektoranordnung des in F i g. 2 dargestellten Meßgerätes einwirkt, eine Kennlinie auf, die im Diagramm der F i g. 3 übertriebe durch die Linie 16 dargestellt ist

Um diese Kennlinie 16 an die Kennlinie 8 anzugleichen, ist in einem zwischen dem Ausgang 14 der Addierschaltung 10 und dem Eingangs der Auswerteinrichtung Z angeordneten Meßzweig 17 eine steuerbare monostabile Kippschaltung 18 angeordnet deren Ausgang durch einen Verstärker 19 an den Eingang 5 der Auswerteinrichtung 2 angepaßt ist An den Ausgang 14 der Addierschaltung 10 ist außerdem ein Kompensationszweig 20 angeschlossen. Letzterer enthält eine monostabile Kippschaltung 21 als Impulsformer, an deren Ausgang zwei Mittelwertschaltungen 22 und 23 angeschlossen sind. Beide Mittelwertschaltungen ent^: halten je einen Integrationskcndensator 24 bzw. 25 mit je einem Serienwiderstand' 26 bzw. 27 und je einem Parallelwiderstand 28/29 "bzw. 30. Der Ausgang der ersten Mittelwertschaltung 22, der zur Entkopplung des Integrationskondensators 24 vom Ausgang an einem Abgriff 31 des geteilten Parallelwiderstandes 28/29 liegt, ist mit einem Eingang 32 eines Differenzverstärkers J3 verbunden. Am anderen Eingang 34 des Differenzverstärkers liegt eine einstellbare Gleichspannungsquelle 35. Der Ausgang 36 des Differenzverstärkers 33 ist über einen Widerstand 37 mit dem einer Speisespannungsquelle zugewandten Ende des zeitbestimmenden Kondensators 38 der steuerbaren monostabilen Kippschaltung 18 verbunden.

An den'Ausgang der zweiten Mittelwertschaltung 23 ist eine Schwellenwertschaltung 39 angeschlossen, deren Ausgang 40 nut der Basis zweier als elektronischer Schalter verwendeten Transistoren 41 und 42 verbunden ist. Die Kollektor-Emitter-Strecke dieser Transistoren ist die eigentliche Schaltstrecke. Die Schaltstrecke des einen Transistors 41 liegt parallel zum Integrationskondensaior 24 der ersten Mittelw*rtschaltung 22. Die des anderen Transistors 42 liegt zwischen dem ersten Eingang 32 des Differenzverstärkers 33 und einer zweiten Gleichspannungsquelle 43.

In einem durch Pfeile 44 angedeuteten Strahlungsfeld einer ionisierenden Strahlung, das in einem Rundumbereich von 360° auf die beiden voneinander abgeschirmten und auch vom kontrollierten Umfeldbereich jeweils der anderen Strahlungsdetektoranordnung abgeschirmten Strahlungsdetektoranordnungen einwirkt, erzeugen letztere je eine Impulsrate mit statistisch verteilten Impulsfolgen 45 und 46, die in der Addierschaltung zu einer Impulsfolge 47 addiert werden. Der Zusammen-

hang der Impulsrate dieser Impulsfolge 47 mit der Dosisleistung der auf die beiden Strahlungsdetektoranordnungen 1 einwirkenden ionisierenden Strahlung ist durch die Kennlinie 16 im Diagramm der Fig.3 dargestellt. Die Impulse dieser Impulsfolge 47 werden in der monostabilen Kippschaltung 21 des Kompensationszweiges 20 normiert, so daß die Ausgangsspannung der beiden Mittelwertschaltungen 22 und 23 proportional zur Dosisleistung der einwirkenden ionisierenden Strahlung ist. Bei einer Dosisleistung unterhalb des Wertes X„ bei dem die Ausgangsspannung der zweiten Mittelwerkschaltung 23 unterhalb des Schwellwertes der Schwellenwertschaltung 39 liegt, sind die Transistoren 41 und 42 von der Schwellenwertschaltung in den leitenden Zustand gesteuert. Dadurch ist die erste Mittelwertschaltung 22 wirkungslos und die Gleichspannungsquelle 43 an den ersten Eingang 32 des Differenzverstärkers 33 geschaltet. Die Ausgangsspannung des Diffcrenzvcrsiäfkcrs 33, die in diesem Fall durch die beiden Gleichspannungsquellen 43 und 35 bestimmt wird, stellt die Speisespannungsquelle für das zeitbestimmende RC-GWed der monostabilen Kippschaltung 18 dar. Diese bildet aus den Impulsen der Impulsfolge 47 Impulse einer bestimmten Impulsbreite, die von der Auswerteinrichtung 2 verarbeitet werden. Beim Überschreiten der Dosisleistung X* bei der die Ausgangsspannung der zweiten Mittelwertschaltung 23 den Schwellenwert der Schwellenwertschaltung 39 überschreitet, sperrt letztere die Transistoren 41 und 42. Dadurch wird anstelle der Gleichspannungsquelle 43 die Ausgangsspannung der ersten Mittelwertschaltung 22 am ersten Eingang 32 des Differenzverstärkers 33 wirksam. Mit zunehmender Dosisleistung nimmt im gleichen Maß die Spannung am Ausgang 31 der ersten Mittelwertschaltung 22 zu und proportional dazu die Spannung am Ausgang 36 des Differenzverstärkers. Dementsprechend verkleinert sich die Impulsbreite der in der monostabilcn Kippschaltung 18 im Meßzweig 17 ausgelösten Impulse 48, wie im Diagramm der Fig.3a unterhalb der Abszisse des Diagramms der Fig.3

ίο schematisch dargestellt ist. Die Zeitkonstante des zeitbestimmenden RC-Gliedes 37/38 der monostabilen Kippschaltung 18 ist so bemessen, daß beispielsweise bei der höchsten zu erwartenden Dosisleistung X_m die Impulsrate der am Ausgang des Meßzweiges befindli chen Impulsfolge 48 gleich der Impulsrate der Impulsfolge 6 ist, die ein einziger Strahlungsdetektor 1 im gleichen ionisierenden Strahlungsfeld erzeugt und der der Kennlinie 8 im Diagramm der F i g. 3 entspricht.

Die cipiätciibärc GlciChspünnüMgStjücüc 35 aiii zweiten

Eingang 34 des Differenzverstärkers 33 ist dagegen so eingestellt, daß die Impulsrate der Impulsfolge 48 am Ausgang des Meßzweiges 17 bei einer einwirkenden Dosisleistung unmittelbar oberhalb des Wertes X, ebenfalls auf der Kennlinie 8 der Strahlungsdetektoran- Ordnung 1 liegt. Mit diesen Einstellungen entsteht am Ausgang des Meßzweiges 17 ein von der Dosisleistung abhängiger Impulsratenverlauf der Impulsfolge 48, der in F i j. 3 durch die gestrichelt gezeichnete Kennlinie 49 dargestellt ist. Diese Kennlinie 49 hat nahezu den

jo gleichen Verlauf wie die Kennlinie 8 einer Strahlungsdetektoranordnung 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

- Patentansprüche:

1. Meßanordnung zum Messen der Dosis oder Dosisleistung einer ionisierenden Strahlung mit wenigstens zwei Strahlungsdetektoren und einem zwischen den Detektoren und einer Auswerteinrichtung angeordneten Meßzweig, der eine die Meßsignale der Detektoren addierende Addierschaltung enthält, wobei die Auswerteinrichtung die am Ausgang des Meßzweiges auftretenden Meßsignale in einen Meßwert umsetzt, ferner mit einem Kompensationszweig, dessen Eingang die Impulsfolge mindestens eines der Strahlungsdetektoren zugeführt wird, und der einen Impulsformer, eine letzterem nachgeschaltete Mittelwertschaltung und υ einen Gleichspannungsverstärker, dessen Ausgangsspannung mit steigender Impulsrate der Impulsfolge zunimmt, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Kompensationszweiges (20) an4~n Ausgang (14) der Addierschaltung (10) angeschossen ist und daß zwischen den Ausgang (14) der Addierschaltung und den Eingang (5) der Auswerteinrichtung (2) eine steuerbare monostabile Kippschaltung (18) als zweite Impulsformerschaltung in den Meßzweig (17) geschaltet ist, deren die ₂s Zeit des monostabilen Zustandes der monostabilen Kippschaltung bestimmendes ÄC-GIied (37, 38) an den Ausgang (36) des Gleichspannungsverstärkers (33) des Kompensationszweiges (20) so angeschlossen ist, daß die Zeitdauer des monostabilen Zustandes sich mit zunehmender Ausgangsspannung am Ausgang (36) des Gleichspannungsverstärkers

(33) des Kompensationszweiges verkleinert

2. Meßanordnung Dach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß an den A.sgang des Impulsforniers (21) im Kompensationszweig (20) eine zweite Miftelwertschaltung (23) mit einer nachgeschalteten Schwellenwertschaltung (39) angeschlossen ist, daß die Schwellenwertschaltung einen ersten Schalter (41), der parallel zu einem den Mittelwert bildenden Kondensator· (24) der ersten Mittelwertschaltung (22) des Hilfsmeßzweiges geschaltet ist, und einen zweiten Schf '-.r (42) steuert, der zwischen einer Gleichspannungsquelle (43) und einem Eingang (32) des Gleichspannungsverstärkers (33) liegt, und daß die Schalter (41, 42) elektrisch leitend eingestellt sind, so lange die Eingangsspannung der Schwellenwertschaltung deren Schwellenwert nicht erreicht.

3. Meßanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstrecke der Schalter durch die Kollektor-Emitterstrecke jeweils eines Transistors (41,42) gebildet ist.

4. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungsverstärker (33) im Kompensationszweig ein Differenzverstärker ist, an dessen zweiten Eingang

(34) eine Gleichspannungsquelle (35) angeschlossen ist.