WO2020035538A1 - Detektormodul und verwendung eines detektormoduls - Google Patents

Detektormodul und verwendung eines detektormoduls Download PDF

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WO2020035538A1
WO2020035538A1 PCT/EP2019/071846 EP2019071846W WO2020035538A1 WO 2020035538 A1 WO2020035538 A1 WO 2020035538A1 EP 2019071846 W EP2019071846 W EP 2019071846W WO 2020035538 A1 WO2020035538 A1 WO 2020035538A1
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radiation
detector
detector module
module according
housing
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French (fr)
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Günter Dittmar
Daniel Lutz
Peter Zipfl
Jonas STASCHIK
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Individual
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments

Definitions

  • the invention relates to a detector module for ionizing radiation, in particular laser-induced ionizing radiation, according to the features of claim 1, and the use of a detector module.
  • Detector modules are known from the prior art which are used for radiation measurement and which can be used, for example, in X-ray spectroscopy.
  • a detector module is known for example from DE 10 2010 046 100 A1.
  • a radiation detector is arranged in a housing with a housing opening.
  • the housing opening is covered by a radiation entrance window which is opaque to optical radiation in a wavelength range visible to humans and at least partially transparent to ionizing radiation.
  • the radiation entrance window comprises a semiconductor wafer on which one or more planar layers are applied.
  • a disadvantage here is, for example, the complex and expensive manufacture of such a detector module.
  • the object of the invention is to provide an improved detector module and a use of the detector module.
  • the detector module according to the invention comprises a housing with a housing opening and at least one radiation entry window.
  • the radiation entrance window is opaque to optical radiation and at least partially transparent to ionizing radiation.
  • the ionizing radiation is, for example, X-ray radiation or laser-induced ionizing radiation.
  • the radiation entrance window covers the housing opening optically tight.
  • the detector module according to the invention comprises a radiation detector which is suitable for the detection of the ionizing radiation. net, wherein the radiation detector is arranged in the housing. Only the ionizing radiation to be detected passes from the outside, ie from outside the detector module, through the radiation entrance window and strikes the pixels of the radiation detector within the housing.
  • the radiation detector can also be suitable for detection in other wavelength ranges, for example in the visible range or in the near infrared, which offers improved possibilities for a self-test or continuous function monitoring.
  • the radiation entry window can comprise a plastic carrier film which is transparent to optical radiation.
  • a plastic carrier film which is transparent to optical radiation.
  • On the plastic carrier film for example on the outside of the plastic carrier film facing the radiation detector, at least one layer is applied according to the invention, which is opaque to optical radiation and at least partially transparent to the ionizing radiation to be measured.
  • this layer can also be arranged on the side of the carrier film facing away from the radiation detector.
  • optical radiation is understood to mean that part of the electromagnetic spectrum which comprises a wavelength range from 100 nm to 1 mm.
  • the housing of the detector module can in particular be made of a material which is impermeable to the ionizing radiation to be measured.
  • metals and metal alloys with a sufficiently high atomic number and wall thickness can be used, e.g. Housing made of aluminum, steel, lead, copper, zinc or tin.
  • the radiation detector can be a one-element sensor and, depending on the application, also a multi-element sensor (array) which comprises a plurality of image pixels.
  • the detector module itself can detect and report the failure or degradation of individual or all sensor elements.
  • the multi-element sensor is very fail-safe due to the redundancy of the sensor elements irradiated at the same time.
  • an internal self-monitoring of all detector elements by another independent system that uses the ability of the sensor to measure light or optical radiation.
  • the multi-element arrangement enables the display of images generated by ionizing radiation.
  • the radiation detector can be a two-dimensional NMOS, CMOS or CCD array sensor, as is known from video cameras and digital cameras.
  • the array sensor can optionally be slightly modified, in particular by removing a cover layer arranged on it at the factory or by irradiation from its rear side.
  • a detector in particular enables direct measurement of ionizing radiation, so that, in contrast to the solutions known from the prior art, a scintillator can be dispensed with.
  • the carrier film can be a film made of polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyamide (PA).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PA polyamide
  • the film can e.g. be made of a thermoset or a black ceramic.
  • the thickness of the film can be in particular from 0.01 mm to 0.5 mm.
  • the detector module according to the invention is suitable to be used as a sensor for the detection of laser-induced ionizing radiation.
  • the detector module With such a sensor, it is possible to output an alarm signal if ionizing radiation which is dangerous for humans is generated in the laser process.
  • the detector module it is also possible to use the detector module to control a switch-off device which, for example, automatically switches off the laser process when ionizing radiation is generated which exceeds the legal limit.
  • At least one further layer which is opaque to optical radiation and at least partially permeable to ionizing radiation, can be applied to the outside of the carrier film facing away from the radiation detector. Layers can thus be arranged on both outer sides of the plastic carrier films.
  • the plastic film can be arranged between a first layer and a further layer, the two layers being opaque to optical radiation and at least partially to ionizing radiation is permeable.
  • the first layer and the further layer can of course each be built up from several individual layers.
  • the carrier film and the at least one layer can each have a homogeneous thickness.
  • the thickness of the layer can be up to 50 mm. It can thus be achieved that the absorption of the ionizing radiation to be measured is homogeneous in the entire radiation entrance window. The radiation detector is thus exposed to the same radiation over the entire detector area.
  • the carrier film can have a homogeneous thickness and the at least one layer can have a wedge-shaped cross section at least in sections. It is possible, for example, for the thickness of the layer to increase radially from the edge of the radiation entrance window to the center or to increase linearly from a left edge to a right edge.
  • a gradient filter can be implemented with which the pixels of the radiation detector can be supplied with ionized radiation of different numbers of photons per second and different photon energy.
  • the thickness of the wedge-shaped layers can vary from a minimum thickness of 5 pm to a maximum thickness of up to 3 mm.
  • the at least one layer can be a graphite layer, black oxide layer or a metal layer.
  • a metal layer beryllium, aluminum, molybdenum, nickel, iron, chromium or titanium can be used.
  • alloys of the metals listed are also conceivable.
  • a combination of layers with one or more metal layers is also possible in one embodiment of the invention. If several layers are applied to the carrier film, the thicknesses of the individual layers can be designed differently.
  • the at least one layer can comprise a plurality of sections with different attenuation factors for the incident ionizing radiation.
  • the plurality of sections can be constructed from different metals. This makes it possible to open a radiation entrance window build, which has a predetermined pattern. Because of the different absorption behavior of the individual sections, this pattern therefore causes the radiation detector to be irradiated differently with ionizing radiation. This makes it possible to set up a little channel spectrometer.
  • the sections with different weakenings can also be created by embossing a film from a material such that sections of different material thickness are created by the embossing.
  • Different weakenings can be generated in a particularly simple manner simply by the different thicknesses.
  • the at least one layer can be evaporated, sputtered or glued onto the carrier film.
  • a combination of the connection types may also be possible.
  • an evaluation unit for evaluating the signals generated by the radiation detector can be present.
  • the evaluation unit can be positioned inside the housing or outside the housing.
  • the radiation detector and the evaluation unit can be connected by means of detachable signal and / or data lines.
  • a storage unit can be provided for storing a measurement value or image of the radiation incident on the radiation detector, which is recorded by the radiation detector.
  • the current measured value can be stored in the memory for each pixel of the radiation detector and can be called up or overwritten at any time.
  • a light source should be arranged to illuminate the pixels of the radiation detector, the inner surface of the housing being at least partially diffusely reflective for the light emitted by the light source.
  • the response behavior of the radiation detector can be monitored and documented by storage in a storage unit.
  • the radiation entry window should advantageously be opaque to optical radiation, so that no optical radiation can strike the radiation detector from outside the detector module.
  • the detector module can be designed in such a way that a control unit automatically records and stores a test image. At the moment of self-testing of the detector module with optical radiation and simultaneous measurement of ionizing radiation, the measurement data are added.
  • the optically generated measurement data are known and can therefore be used for correction by means of subtraction.
  • a comparison unit can be provided for comparing a test image of the at least one light source recorded by the radiation detector with a reference image recorded and stored during or before the first start-up of the detector module with the at least one light source. This makes it possible to monitor the aging behavior of the radiation detector pixel by pixel. It is also possible that there is an output unit for outputting an error message if the test image does not match the reference image.
  • the at least one light source can be, for example, an LED and / or a laser diode.
  • At least one photodetector in particular one photodiode, is arranged in the housing. This makes it possible to control the aging of the light source arranged in the housing.
  • a reference value of the at least one light source can be compared with the at least one photo detector can be recorded and stored. This reference value can be used for comparison purposes in later test measurements of the light source. If the measured value of a test measurement deviates from the reference value, a corresponding error message can be displayed in an output unit.
  • light is not only to be understood as the spectral range visible to the human eye.
  • the term “light” here should also include optical radiation in the near infrared, in particular in the range from 800 nm to 1 100 nm.
  • the radiation detector in accordance with the plurality of sections of the at least one layer of the radiation entry window, can be designed to detect ionizing radiation falling on the radiation detector through the radiation entry window and to generate a corresponding signal.
  • the evaluation unit can also be designed to generate a quotient of the corresponding signals. This makes it possible to differentiate the radiation incident on the radiation detector into high-energy and low-energy photon radiation. For example, it is possible that a first section of the radiation detector is assigned to a section of the radiation entry window with a low absorption behavior and a second section of the radiation detector is assigned to a section of the radiation entry window with a high absorption behavior.
  • two or more radiation entry windows can be arranged one behind the other, at least one outer radiation entry window being connected to the housing in an exchangeable manner.
  • an interchangeable radiation entrance window it is possible, for example, to optimally adapt the detector module for different applications.
  • an exchangeable radiation entry window can protect an internal radiation entry window from mechanical damage.
  • the outer window is a so-called sacrificial window that can be easily replaced. A defective outer sacrificial window does not lead to the failure of the detector unit. It is only when all windows allow optical radiation to pass through as a result of continuous damage that an extremely high output signal deviates from the reference image that triggers an error message.
  • the sacrificial window can only consist of a thin, replaceable plastic film. A local destruction of this plastic film is apparently recognizable and thus gives the indication that the detector module is placed too close to the laser process.
  • a pinhole can be arranged in the radiation direction in front of or behind a radiation entry window. This makes it possible for a radiation source that is positioned and to be monitored outside the detector module to be imaged on the radiation detector. Appropriate signal processing in the radiation detector can thus be used to determine a spatially resolved representation of the radiation intensity within the radiation source.
  • the pinhole can be replaced by a perforated plate consisting of many holes, the holes acting as collimators lying next to one another and generating an image of the radiation source on the sensor array.
  • a pinhole is to be understood as an aperture which is only permeable through a small opening for the laser-induced ionizing radiation to be detected.
  • the pinhole acts in conjunction with the housing and an imaging Sensor, in particular in connection with the already mentioned two-dimensional imaging CCD array sensor like a camera obscura and, like already, shows the radiation intensity in the area under consideration.
  • an imaging Sensor in particular in connection with the already mentioned two-dimensional imaging CCD array sensor like a camera obscura and, like already, shows the radiation intensity in the area under consideration.
  • a spatially resolved observation of laser-induced ionizing radiation arising in a processed area can be realized in real time using suitable image processing. This enables, for example, improved control of laser processing processes.
  • At least one activity module with a radionuclide can be arranged in or in front of the housing and emits ionizing radiation of known photon energy, known activity and known half-life in the direction of the radiation detector. This makes it possible to control the aging of the radiation detector, failures of individual or all pixels of the radiation detector. Due to the defined half-life of the activity of the radionuclide, a non-manipulable time period is determined until the next functional test at the manufacturer. When the detector module is started up for the first time, a reference value of the at least one activity standard can be recorded with the radiation detector and stored in one unit. This reference value can be used for comparison purposes in later test measurements of ionizing radiation.
  • the legal reduction in the activity of radionuclides as a result of the conversion of the nuclide leads to a defined reduction in the emitted ionizing radiation.
  • the radiation measured by the radiation detector decreases between the reference measurement and the later test measurement. From the time span between the reference measurement and the test measurement, the target value for the day of the test measurement can be calculated in advance and compared with the actual value. A deviation between the setpoint and actual value indicates an error in the radiation detector.
  • the activity of the nuclide which decreases over time, can also be used to limit the period of use between two maintenance work on the detector module. If the minimum measured value for the nuclide stored by the manufacturer falls below due to the advanced time or due to a degradation of the radiation detector, a command is given to maintain the detector module.
  • the nuclide for limitation The operating time between two maintenance tasks must therefore have a half-life that is between one and five years. Nuclides with significantly shorter half-lives than a year are not suitable. If the half-life of the nuclide or mixture of nuclides used is more than 5 years, the function test of the radiation sensor is possible but not the dimensioning of the maintenance interval because the decrease in radiation per maintenance interval is too small.
  • the radiating material can be accommodated in a radiation reference device which is attached to the outside of the detector module in front of the housing opening.
  • the ionizing reference radiation has a photon energy in the range from 3 keV to 60 keV and can therefore be detected by the radiation detector.
  • the reference radiation emitted to the outside is not only low-energy, it also has a very low dose rate of H '(0.07) ⁇ 20 pSv / h, which is harmless to humans.
  • the dose rate of the radiating material is below the legal free limit.
  • the activity of the nuclide is not more than 100 kBq.
  • the nuclide in the radiation reference device has an exactly defined half-life.
  • Fe-55, Mn-54, Cd-109, Zn-65, Ba-133 and Am-241 or a mixture thereof can be used as nuclide.
  • the radiating material can be at least partially encapsulated by the externally attached radiation reference device.
  • the radiation of the radiating material can be incident directly on the radiation detector through the radiation entry window into the housing.
  • This radiation offset thus generates a continuous signal in the radiation detector, but it is below the signal by more than a factor of 5, which is generated by the laser-induced ionizing radiation.
  • the radiation emitted by the radiation reference device can thus be regarded as a zero dose rate.
  • the value of this zero dose rate determined by the radiation detector can be stored as a reference value. It is also possible to store the entirety of the radiation reference values of all pixels in the form of a black and white radiation image. This can be used to check the function of the sensor
  • the radiation reference image that was saved by the manufacturer when it was commissioned for the first time can be used for comparison purposes to detect degradation or damage to the sensor.
  • the radiating material replaces the natural ambient radiation.
  • the self-test of the detector module with the ionizing radiation of the nuclide constantly delivers a small test signal.
  • the very small test signal is also generated.
  • the known test signal is subtracted from the overall signal in a computing unit, so that only the laser-induced signal remains and is displayed.
  • the radiation reference device can be located inside the detector module, i. H. the device is not recognizable from the outside and cannot be measured. In this case, the radiation does not penetrate the housing wall or the radiation entrance window.
  • a small-area activity standard with a diameter of less than 6 mm and a thickness of 0.5 mm can be arranged, in particular welded, between two foils, in particular polyester foils, and mounted in the radiation reference device.
  • the activity standard directly irradiates the radiation detector.
  • the activity of the activity standard is, for example, only 50 kBq when it is started up for the first time, which is 5% of the legal exemption limit.
  • the activity standard fastened inside the detector module is protected from environmental influences and cannot be manipulated without opening the housing of the detector module.
  • the radiation of the activity standard decreases continuously.
  • the activity standard provides continuous background radiation that represents the zero dose rate. This zero dose generates a reference value in the radiation detector which is always available. If the radiation detector is a pixel sensor, then a black and white radiation image can be stored for comparison purposes. Because the radiation of the activity standard decreases in accordance with its half-life, the reference value also decreases or the black and white radiation image becomes darker.
  • the reference initial value is given by the detector module when it is started up Manufacturer saved.
  • the reference value which decreases over time, is compared with a predefined and stored reference final value. If the current reference value is below the saved reference final value, the detector module generates a signal that indicates the maintenance work required by the manufacturer.
  • the use of the radionuclide Fe-55 as an activity standard fixed in the detector module is particularly advantageous.
  • the activity standard from Fe-55 emits its photons at the energy 5.9 keV and 6.49 keV. These two energy values are in the range of a high sensitivity of the detector array and can therefore also be easily detected for decreasing activity.
  • the half-life of the activity standard from Fe-55 is 1001 days. At approximately 2.737 years, this corresponds approximately to the maintenance interval for an industrial measuring device that is used for safety monitoring.
  • Both the external and internal activity standards enable the sensor array to be checked continuously with a precisely defined ionizing radiation that can be traced back to national standards.
  • the low background radiation of the activity standard is always present and constantly generates a small reference signal.
  • the continuous reference signal of the background radiation is subtracted from the instantaneous value.
  • the half-life and the particle energy of the activity standards are tabulated in international standards. Their values have been determined by state institutions with little uncertainty. By using an activity standard, the measurement uncertainty is reduced and the functionality of the detector module is monitored with every measurement process.
  • the radiation reference device mounted on the outside can have a window on a side facing the housing opening that is transparent to the radiation of the radiating material, e.g. Have polyethylene or polyester film.
  • the window of the radiation reference device and the radiation entrance window can face each other at least in sections. This makes it possible for the radiation of the radiating material of the radiation reference device to be incident directly through the radiation entry window into the housing in the direction of the radiation detector.
  • the external radiation reference device can comprise an area for the transmission of the ionizing radiation to be measured.
  • the external radiation reference device can be designed as an annular cylinder around the radiation entrance window. This makes it possible for the ionizing radiation to be measured to strike the radiation entrance window from the outside through the open central part of the ring-shaped cylinder.
  • the radiation detector measures the radiation dose of the incident ionizing radiation and the radiation dose of the radiating material of the radiation reference device.
  • the radiation dose of the incident ionizing radiation can be determined in an evaluation unit by forming the difference.
  • a protective device for the radiation entrance window against mechanical damage can be present.
  • a protective device can e.g. be a film or plate that is transparent over the spectral range of the ionizing radiation to be measured.
  • the detector module described can advantageously be used to monitor a plasma-generating laser process.
  • the ionizing radiation generated by the laser process can be used for medical treatment;
  • the method can be a material processing method, in particular drilling, removing, smoothing, cutting, separating, turning, hardening or converting a material.
  • the sensor module can be used to image the area under consideration by means of laser-induced ionizing radiation; the image obtained in this way can then be used to control or regulate the laser process.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the invention in an exemplary sectional view
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the invention in an exemplary sectional view
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of the invention in an exemplary sectional view
  • FIG. 6 shows a sixth embodiment of the invention in an exemplary sectional view
  • FIG. 7 shows a first exemplary structure of a radiation entry window for a detector module according to the invention
  • FIG. 8 shows a second exemplary structure of a radiation entry window for a detector module according to the invention
  • FIG. 9 shows a third exemplary structure of a radiation entry window for a detector module according to the invention. 10 shows an arrangement of an evaluation unit with a memory unit, comparison unit, display unit, arithmetic unit
  • the detector module 1 shows a first embodiment of a detector module according to the invention in a schematic sectional illustration.
  • the detector module 1 has a housing 11, which is impermeable to the ionizing radiation 15 to be measured and the optical radiation from the external environment.
  • the housing 11 has a housing opening 19 through which only the ionizing radiation 15 to be measured can enter the housing 11.
  • the top of the radiation detector 12 is arranged parallel to the housing opening 19, so that only the incident ionizing radiation 15 to be measured strikes the radiation detector 12 essentially perpendicularly.
  • the radiation detector 12 is connected to an evaluation unit 17 and is used to evaluate the signals generated by the radiation detector 12.
  • the evaluation unit 17 is also arranged within the housing 11. However, it is also possible for the evaluation unit 17 to be arranged outside the housing 11 and to be connected to the radiation detector via data lines.
  • the evaluation unit 17 generates an output besignal 18, which can be further processed in further devices, for example output devices or switch-off devices for laser machines (not shown).
  • the housing opening 19 is covered by a radiation entry window 13, so that no optical radiation can enter the interior from the outside.
  • the radiation entrance window 13 can seal off the interior of the housing 11 in a gas-tight manner.
  • the radiation entrance window 13 is arranged on the inside of the housing 11 in such a way that it completely covers the housing opening 19. A corresponding arrangement of the radiation entrance window 13 on the outside of the housing 11 is of course also possible.
  • a protective device 16 which completely covers the housing opening 19 and which is only transparent to the ionizing radiation 15 to be measured. This protective device 16 serves to protect the radiation entrance window 13 from damage, e.g. to protect by touch.
  • the ionizing radiation 15 to be measured thus passes from a radiation source to be monitored (not shown) through the protective device 16, through the housing opening 19 and the radiation entrance window 13 closing this housing opening 19 into the interior of the housing 11 of the detector module 1, where it occurs strikes the radiation detector 12.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a detector module according to the invention in a schematic sectional illustration, which corresponds in substantial parts to FIG. 1. In order to avoid repetitions, only the differences from FIG. 1 are dealt with in the following description of FIG. 2.
  • a light source 21 is present in the interior of the housing 11 according to FIG. 2.
  • This light source 21 can be, for example, an LED or a laser diode.
  • the inner surface 1 1 a of the housing 1 1 is designed to be diffusely reflective for the radiation emitted by the light source 21.
  • the radiation 22 of the light source 21 is on the inner surface 1 1 a of the housing 1 1 scattered into the cavity and also strikes the radiation detector 12.
  • a photodiode 23 is also arranged in the interior of the housing 1 1. The photodiode 23 is designed to receive the radiation 22 emitted by the light source 21 and multiply scattered on the walls.
  • a computing unit 17f shown in FIG. 10 only the measurement result that was generated by the laser-induced ionizing radiation is forwarded.
  • the signal generated by the LED is a test signal to ensure the function of the detector module.
  • the functionality of the radiation detector can be checked according to FIG. 2 with optical radiation or with ionizing radiation according to FIG. 2a or FIG. 6.
  • the functional check with optical radiation can, but does not have to be combined with the functional check with ionizing radiation.
  • the use of two functional tests based on different physical principles of action results in extremely high system reliability that cannot be manipulated.
  • an optical reference image or an optical reference image sequence of the front inner half of the sensor module that is illuminated by the light sources 21 is recorded with the radiation detector 12.
  • This reference image or the reference image sequence are stored in an evaluation unit 17, which comprises an internal or external memory (not shown).
  • FIG. 2a shows a further embodiment of a detector module according to the invention in a schematic sectional illustration, which essentially corresponds to FIG. 1. In order to avoid repetitions, only the differences from FIG. 1 are discussed in the following description of FIG. 2a.
  • the activity standard 64a with the ionizing reference radiation 64b is used.
  • the activity standard 64a comprises a small housing with an opening in the front that contains the ionizing reference radiation 64b of a radiating material 64 is directed onto the radiation detector 12.
  • the radiating material 64 is a radionuclide with a photon energy that can be registered by the radiation detector 12.
  • the radiation detector 12 picks up a reference variable and stores it in the evaluation unit 17.
  • the reference variable is, for example, a gray pixel image or the sum of all registered gray values of all the individual pixels when the radiation detector 13 is irradiated with the reference radiation 64b.
  • the reference variable is stored in the evaluation unit 17 and used in the comparison unit for comparison purposes.
  • the tubular activity standard 64a has a directional effect.
  • the wall and floor of the activity standard can contain steel, brass, copper or tungsten and can have a wall thickness of approx. 2 mm.
  • a thin disc of the radionuclide Fe-55 or Zn-65 can be located on its bottom between two foils, for example polyester foils, for example 6 ⁇ m thick.
  • the radionuclide can be applied directly to the inner bottom of the activity standard 64a.
  • the radiating opening of the activity standard 64a is closed, in particular welded, with a film, for example approximately 6 pm thick, in particular a polyester film.
  • the radiation entrance window 13 is not reached by radiation of the activity standard 64a.
  • the radiation detector 12 is preferably continuously irradiated with the reference radiation 64b.
  • the ionizing radiation 64b becomes smaller and smaller due to the radioactive decay.
  • a measure of the decay of the reference radiation is the flald-value time of the radionuclide 64.
  • the initial reference value existing at the first start-up, the start value of the activity standard and the start time (date and time) can be stored.
  • a new, updated reference value can then be calculated from the initial value, taking into account the past time period, and compared with this.
  • the updated reference value is therefore always smaller than the starting value at the starting time.
  • the rate of decay of the decay processes of the nuclide is determined physically by the flocculation time of the nuclide.
  • a second characteristic of a reference source, consisting of nuclide 64, is Energy of the emitted photons.
  • the characteristic features of the energy distribution of the decaying nuclide are tabulated in state standards and cannot be changed.
  • the detector module is secured against counterfeiting and incorrect measurements. If the current measured value generated by the activity standard 64a falls below or exceeds a final reference value previously determined by the manufacturer, the detector module 1 is either too old or it is working incorrectly or manipulation has been carried out. All three states are not acceptable for safe measurement actions and can be used to initiate a warning signal or to permanently switch off the detector module.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a detector module according to the invention in a schematic sectional illustration, which corresponds in substantial parts to FIG. 1. In order to avoid repetitions, only the differences from FIG. 1 are dealt with in the following description of FIG. 3.
  • the radiation entrance window 13 consists of a carrier film 31 and a metal layer 36 which is applied to the surface of the carrier film 31 facing the radiation detector 12.
  • the peripheral edge of the plastic film is e.g. sealed with adhesive so that no optical radiation penetrates from the outside into the interior of the sensor module.
  • To protect the thin, opaque metal layer 36 its second side can also be covered with a carrier film 31.
  • This metal layer 36 is subdivided into a first region 32 and a second region 33.
  • the areas 32 and 33 differ in that they are made up of different metals. For example, the area 32 made of aluminum and the area 33 made of molybdenum. Other metals or alloys are also conceivable.
  • the areas 32, 33 of the radiation entry window 13 and the detector areas 34, 35 are arranged such that radiation 15 incident through the housing opening 19, which strikes the detector area 34 through the area 32 of the radiation entry window 13, for example.
  • Incident radiation 15 which passes through the area 33 of the Radiation entry window 13 occurs, strikes the detector area 34 of the radiation detector 12. Since the two areas 32, 33 have a different absorption behavior for the radiation components in the incident radiation 15, the detector areas 34, 35 are exposed to different radiation dose rates. After the initially homogeneous radiation 15 has passed through the sections 32 and 33, the two radiation components differ in their energetic composition.
  • Two radiation collimators, not shown, located between the window and the radiation detector can prevent the two radiation components from mixing.
  • the two radiation collimators can include, for example, plastic-coated tubes made of brass or copper with a wall thickness of, for example, 1 mm.
  • the evaluation unit 17 is designed to form a quotient of the radiation doses measured in the detector areas 34, 35.
  • the signal 37 determined from this is further processed, for example, in a display device (not shown).
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of a detector module according to the invention in a schematic sectional illustration, which corresponds in substantial parts to FIG. 1. In order to avoid repetitions, only the differences from FIG. 1 are dealt with in the following description of FIG. 4.
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of a detector module according to the invention in a schematic sectional illustration, which essentially corresponds to FIG. 4. In order to avoid repetitions, only the differences from FIG. 4 are discussed in the following description of FIG. 5.
  • the detector module 1 has a pinhole 51, which is arranged in front of the housing opening 19 as seen in the radiation direction of the incident radiation 15.
  • the pinhole 51 is made of a material which is impermeable to the ionizing radiation 18 to be measured.
  • the opening 52 formed in the aperture 51 is transparent to the ionizing radiation to be measured.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a detector module according to the invention in a schematic sectional illustration, which essentially corresponds to FIG. 1. In order to avoid repetitions, only the differences from FIG. 1 are dealt with in the following description of FIG. 6.
  • the detector module 1 has an external radiation reference device 61.
  • This radiation reference device 61 is applied to the housing opening 19 of the housing 11.
  • the connection between the radiation reference device 61 and the housing 11 is designed to be detachable, so that an exchange of the radiation reference device 61 or access into the interior of the housing 11 is possible.
  • the radiation reference device 61 comprises a cylinder 62, which covers the housing opening 19 with a flat side 63.
  • a radiating material 64 within the cylinder 62, for example Fe-55, Mn-54, Cd-109, Zn-65, Ba-133, Am-241, Ra-226 or a mixture thereof , arranged.
  • This radiating material 64 is arranged around the housing opening 19.
  • the radiating material 64 itself can be annular as shown.
  • the cylinder 62 is made of a material, for example aluminum, lead or steel, with a wall thickness of approximately 4 mm, which is non-transparent to the radiation emitted by the radiating material 64.
  • the reference radiation 100 of the radiation reference device 61 emitted by the radiating material 64 passes through a window (65) which is transparent to the radiation of the radiating material (64), the housing opening 19 and the radiation entry window 13 into the interior of the housing 11 and hits it there Radiation detector 12.
  • the cylinder 62 has an inner wall 66 and an outer wall 67, as a result of which the cylinder 62 represents an annular cylinder.
  • the inner wall 66 and the outer wall 67 thus form a space in which the radiating material 64 is arranged.
  • the incident ionizing radiation 15 to be measured runs along the longitudinal axis L of the cylinder 62 within the space 68 formed by the inner wall 66 of the cylinder 61.
  • FIG. 7 shows a first exemplary schematic structure of a radiation entrance window 13 for a detector module according to the invention.
  • the illustration on the left shows a radiation entrance window 13 with a carrier film 31 and a graphite or opaque black layer 71 applied to this film 31.
  • the graphite or black layer 71 can be evaporated or glued on.
  • the illustration on the right shows a radiation entry window 13 with a carrier film 31 and two metal layers 36, 71 arranged on the film 31 and opaque to optical radiation.
  • the two metal layers 36, 71 are applied to one side or both sides of the film 31.
  • the first metal layer 36 can be vapor-deposited or glued onto the film 31.
  • the second metal layer 71 can also be evaporated or glued onto the first metal layer 36.
  • other methods are also possible which are suitable for applying to a metal layer, e.g. Sputtering.
  • the middle representation shows a radiation entrance window 13 with a carrier film 31 and two metal layers 36, 71 arranged on the film 31, the two layers 36 and 71 being applied on both sides of the film 31.
  • the film 31 is thus arranged between the two layers 36 and 71.
  • the materials used in the metal layers are, for example, beryllium, aluminum, chrome or titanium. Of course, other opaque layers can also be used.
  • FIG. 8 shows a second exemplary schematic structure of a radiation entry window for a detector module according to the invention.
  • the radiation entry window 13 has a carrier film 31.
  • a first metal layer 36 e.g. an aluminum layer applied.
  • a second layer 71 is applied to this first metal layer 36.
  • This second layer 71 is divided into three areas 83, 84, 85 by way of example. These areas 83, 84, 85 have different materials. These materials differ in particular in their spectral attenuation coefficients with regard to the incident ionizing radiation 15 to be measured.
  • the ionizing radiation 15 to be measured can thus be divided into several portions 86, 87, 88 with different radiation intensity and different photon spectrum.
  • Three radiation collimators, not shown, between the carrier film 31 and the radiation detector 12 can prevent the two radiation components from mixing.
  • the radiation collimators can include, for example, plastic-coated tubes made of brass or copper with a wall thickness of, for example, 1 mm.
  • the materials used in layers 36, 71 are different metals, e.g. Beryllium, aluminum, iron, molybdenum, chrome, titanium or around graphite or black layers of metal oxides. Of course, other materials can also be used.
  • FIG. 9 shows a third exemplary schematic structure of a radiation entry window for a detector module according to the invention.
  • the left-hand illustration shows a radiation entrance window 13 with a carrier film 31, on which an opaque metal layer 36 with a wedge-shaped cross section is applied.
  • the thickness of the metal layer 36 here increases from a first Edge 93 of the radiation entry window 13 to a second edge 94 of the radiation entry window 13. This makes it possible to generate a gradient filter for the incident ionizing radiation 15 to be measured.
  • the cross section of the metal layer 36 can be milled or etched or can also be applied galvanically.
  • the radiation detector 12 is located closely behind the carrier film 31 with the metal layer 36. A distance of ⁇ 1 mm between the radiation detector 12 and carrier film 31 can prevent the ionizing radiation from mixing.
  • the illustration on the right shows a radiation entrance window 13 with a carrier film 31, on which an opaque metal layer 36 with two wedge-shaped sections 92a, 92b is applied.
  • the two wedge-shaped sections 92a, 92b have mutually complementary cross sections and are arranged on the carrier film 31 such that the thickness of the conical metal layer 92 is greater in the middle of the radiation entrance window 13 than at the edges 93, 94.
  • the metal layer 36 can be be rotationally symmetrical. It is thus possible to generate a radial gradient filter for the incident radiation 15 to be measured.
  • the edge of the metal foil can also be thicker than its center. A distance of ⁇ 1 mm between radiation detector 12 and carrier film 31 can prevent the ionizing radiation from mixing.
  • the evaluation unit 17 comprises a computing unit 17f, a storage unit divided into the storage unit 17a for the current measured value, a storage unit 17b for the reference value specified by the manufacturer, a storage unit 17c for the initial value when the activity standard 64a is started up for the first time, and a comparison unit 17d and an output unit 17e.
  • a comparison unit 17d a comparison of the stored reference value or the reference image or the stored reference image sequence with a current measurement value, taken at a later point in time, for example a test image, is compared.
  • a comparison signal resulting from the comparison is generated and further processed and passed on to the output unit 17e, which subsequently outputs a signal 18a.
  • the computing unit 17f that caused by the radiating material Signal component subtracted from the total signal, so that the signal caused by the laser only remains as a measurement result.
  • Radiation reference device 62 cylinders

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein sich selbst überwachendes Detektormodul umfassend ein Gehäuse (11) mit einer Gehäuseöffnung (19) und mindestens einem Strahlungseintrittsfenster (13), wobei das Strahlungseintrittsfenster (13) für optische Strahlung undurchlässig und für ionisierende Strahlung zumindest teilweise durchlässig ist und die Gehäuseöffnung (19) abdeckt und einen Strahlungsdetektor (12) zur Detektion der ionisierenden Strahlung, wobei der Strahlungsdetektor in dem Gehäuse angeordnet ist und die zu detektierenden Strahlung (15) von außerhalb des Gehäuses (11) durch das Strahlungseintrittsfenster (13) hindurch auf den Strahlungsdetektor (12) trifft. Erfindungsgemäß umfasst das mindestens eine Strahlungseintrittsfenster (13) eine Trägerfolie (31), wobei auf der Trägerfolie (31) mindestens eine Schicht (36, 71) aufgebracht ist, wobei die Schicht (36, 71) für optische Strahlung undurchlässig und für die zu messende ionisierende Strahlung (15) zumindest teilweise durchlässig sind. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines Detektormodules.

Description

Detektormodul und Verwendung eines Detektormoduls
Die Erfindung betrifft ein Detektormodul für ionisierende Strahlung, insbesondere von la- serinduzierter ionisierender Strahlung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 so- wie die Verwendung eines Detektormoduls.
Aus dem Stand der Technik sind Detektormodule bekannt, die zur Strahlungsmessung dienen und die beispielsweise bei der Röntgenspektroskopie eingesetzt werden können. Ein solches Detektormodul ist beispielsweise aus DE 10 2010 046 100 A1 bekannt. Bei diesem Detektormodul ist ein Strahlungsdetektor in einem Gehäuse mit einer Gehäuse- Öffnung angeordnet. Die Gehäuseöffnung ist durch ein Strahlungseintrittsfenster abge- deckt, welches für optische Strahlung in einem für den Menschen sichtbaren Wellenlän- genbereich undurchsichtig und für ionisierende Strahlung zumindest teilweise durchläs- sig ist. Das Strahlungseintrittsfenster umfasst einen Halbleiterwafer, auf welchen ein oder mehrere planare Schichten aufgebracht sind. Nachteilig hierbei ist beispielsweise die auf- wendige und teure Herstellung eines solchen Detektormoduls.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Detektormodul und eine Verwendung des Detektormoduls anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit dem Detektormodul und einem Verfahren gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Ge- genstand von Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Detektormodul umfasst ein Gehäuse mit einer Gehäuseöffnung und mindestens einem Strahlungseintrittsfenster. Das Strahlungseintrittsfenster ist dabei für optische Strahlung undurchlässig und für ionisierende Strahlung zumindest teilweise durchlässig. Bei der ionisierenden Strahlung handelt es sich z.B. um Röntgenstrahlung oder um laserinduzierte ionisierende Strahlung. Das Strahlungseintrittsfenster deckt da- bei die Gehäuseöffnung optisch dicht ab. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Detek- tormodul einen Strahlungsdetektor, der zur Detektion der ionisierenden Strahlung geeig- net ist, wobei der Strahlungsdetektor in dem Gehäuse angeordnet ist. Nur die zu detek- tierende ionisierende Strahlung tritt von außen, d.h. von außerhalb des Detektormoduls durch das Strahlungseintrittsfenster hindurch und trifft innerhalb des Gehäuses auf die Pixel des Strahlungsdetektors.
Grundsätzlich kann der Strahlungsdetektor auch zur Detektion in anderen Wellenlängen- bereichen, beispielsweise im sichtbaren Bereich oder im nahen Infrarot geeignet sein, wodurch sich verbesserte Möglichkeiten für einen Selbsttest bzw. eine ständige Funkti- onsüberwachung bieten.
Insbesondere kann das Strahlungseintrittsfenster eine Kunststoffträgerfolie umfassen, welche für optische Strahlung durchsichtig ist. Auf der Kunststoffträgerfolie, beispiels weise auf der dem Strahlungsdetektor zugewandten Außenseite der Kunststoffträgerfo- lie, ist erfindungsgemäß mindestens eine Schicht aufgebracht, welche für optische Strah- lung undurchsichtig und für die zu messende ionisierende Strahlung zumindest teilweise durchlässig ist. Diese Schicht kann prinzipiell auch auf der dem Strahlungsdetektor ab- gewandten Seite der Trägerfolie angeordnet sein.
Im Weiteren wird unter optischer Strahlung der Teil des elektromagnetischen Spektrums verstanden, der einen Wellenlängenbereich von 100 nm bis 1 mm umfasst.
Das Gehäuse des Detektormoduls kann insbesondere aus einem Material gefertigt sein, welches undurchlässig für die zu messende ionisierende Strahlung ist. Hierbei können Metalle und Metalllegierungen mit einer ausreichend hohen Ordnungszahl und Wanddi- cke verwendet werden, z.B. Gehäuse aus Aluminium, Stahl, Blei, Kupfer, Zink oder Zinn.
Bei dem Strahlungsdetektor kann es sich um einen Einelementsensor und je nach An- wendungsfall auch um einen Mehrelementsensor (Array) handeln, welcher eine Mehrzahl von Bildpixeln umfasst. Der Ausfall oder die Degradation einzelner oder aller Sensorele- mente kann vom Detektormodul selbst erkannt und gemeldet werden. Der Mehrele- mentsensor ist durch die Redundanz der gleichzeitig bestrahlten Sensorelemente sehr ausfallsicher. Zusätzlich kann eine interne Selbstüberwachung aller Detektorelemente durch ein weiteres unabhängiges System erfolgen, das die Fähigkeit des Sensors, Licht beziehungsweise optische Strahlung zu messen, nutzt. Die Mehrelementanordnung er- möglicht die Darstellung von Bildern, die durch ionisierende Strahlung erzeugt werden. Insbesondere kann es sich bei dem Strahlungsdetektor um einen zweidimensionalen NMOS, CMOS- oder CCD-Array-Sensor, wie er aus Videokameras und Digitalkameras bekannt ist, handeln. Dabei kann der Array-Sensor gegebenenfalls geringfügig modifiziert sein, insbesondere durch Entfernen einer auf ihm werksseitig angeordneten Deckschicht oder durch eine Bestrahlung von seiner Rückseite her. Ein derartiger Detektor ermöglicht insbesondere eine direkte Messung von ionisierender Strahlung, so dass im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen auf einen Szintillator verzichtet werden kann.
Bei der Trägerfolie kann es sich um eine Folie aus Polyethylenterephthalat (PET), Poly- tetrafluorethylen (PTFE) oder Polyamid (PA) handeln. Die Folie kann z.B. aus einem Duroplast oder einer schwarzen Keramik gefertigt sein. Die Dicke der Folie kann insbe- sondere von 0,01 mm bis 0,5 mm betragen.
Das erfindungsgemäße Detektormodul ist geeignet, als Sensor zum Nachweis von laser- induzierter ionisierender Strahlung eingesetzt zu werden.
Mittels eines solchen Sensors ist es möglich, ein Alarmsignal auszugeben, wenn in dem Laserprozess für den Menschen gefährliche ionisierende Strahlung entsteht. Es ist aber auch möglich, mittels des Detektormoduls eine Abschaltvorrichtung zu steuern, welche beispielsweise den Laserprozess automatisch abschaltet, wenn ionisierende Strahlung entsteht, die den gesetzlichen Grenzwert überschreitet.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann auf der dem Strahlungsdetektor abgewand- ten Außenseite der Trägerfolie mindestens eine weitere Schicht aufgebracht sein, welche für optische Strahlung undurchsichtig und für die ionisierende Strahlung zumindest teil- weise durchlässig ist. Somit können auf beiden Außenseiten der Kunststoffträgerfolien Schichten angeordnet sein. Mit anderen Worten die Kunststofffolie kann zwischen einer ersten Schicht und einer weiteren Schicht angeordnet sein, wobei beide Schichten für optische Strahlung undurchlässig und für ionisierende Strahlung zumindest teilweise durchlässig ist. Die erste Schicht und die weitere Schicht können selbstverständlich je- weils aus mehreren einzelnen Schichten aufgebaut sein.
Dabei kann die Trägerfolie und die mindestens eine Schicht jeweils eine homogene Dicke aufweisen. Hierbei kann die Dicke der Schicht bis zu 50 miti betragen. Damit kann erreicht werden, dass die Absorption der zu messenden ionisierenden Strahlung im gesamten Strahlungseintrittsfenster homogen ist. Der Strahlungsdetektor wird somit mit einer über die gesamte Detektorfläche gleichen Strahlung beaufschlagt.
In einer Variante der Erfindung kann die Trägerfolie eine homogene Dicke aufweisen und die mindestens eine Schicht kann zumindest abschnittsweise einen keilförmigen Quer- schnitt aufweisen. Hierbei ist es beispielsweise möglich, dass die Dicke der Schicht vom Rand des Strahlungseintrittsfensters radial zum Zentrum zunimmt oder von einem linken Rand zu einem rechten Rand linear zunimmt. Dadurch kann ein Verlaufsfilter realisiert werden, mit welchem den Pixeln des Strahlungsdetektors ortaufgelöst ionisierende Strah- lung unterschiedlicher Photonenzahl pro Sekunde und unterschiedlicher Photonenener- gie zuführbar ist. Die Dicken der keilförmigen Schichten können hierbei von einer mini- malen Dicke von 5 pm bis zu einer maximalen Dicke von bis zu 3 mm variieren.
Die mindestens eine Schicht kann eine Graphitschicht, Schwarzschicht aus Oxiden oder eine Metallschicht sein. Im Falle einer Metallschicht kann Beryllium, Aluminium, Molyb- dän, Nickel, Eisen, Chrom oder Titan verwendet werden. Selbstverständlich sind auch Legierungen aus den aufgeführten Metallen denkbar. Auch eine Kombination aus Schich- ten mit einer oder mehrerer Metallschichten ist in einer Ausgestaltung der Erfindung mög- lich. Sind mehrere Schichten auf die Trägerfolie aufgebracht, so können die Dicken der einzelnen Schichten unterschiedlich ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann die mindestens eine Schicht mehrere Ab- schnitte mit unterschiedlichen Schwächungsfaktoren für die einfallende ionisierende Strahlung umfassen. Insbesondere können die mehreren Abschnitte aus verschiedenen Metallen aufgebaut sein. Dadurch ist es möglich, ein Strahlungseintrittsfenster aufzu- bauen, welches ein vorgegebenes Muster aufweist. Dieses Muster bewirkt somit auf- grund des unterschiedlichen Absorptionsverhaltens der einzelnen Abschnitte eine unter- schiedliche Bestrahlung des Strahlungsdetektors mit ionisierender Strahlung. Damit ist es möglich, ein Wenigkanalspektrometer aufzubauen.
Die Abschnitte mit unterschiedlichen Schwächungen können auch durch Prägung einer Folie aus einem Material derart geschaffen werden, dass durch die Prägung Abschnitte unterschiedlicher Materialdicke geschaffen werden. Allein durch die unterschiedlichen Di- cken können auf besonders einfache Weise unterschiedliche Schwächungen erzeugt werden.
Die mindestens eine Schicht kann auf die Trägerfolie aufgedampft, gesputtert oder auf- geklebt sein. Bei der Verwendung mehrere Schichten kann auch eine Kombination der Verbindungsarten möglich sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann eine Auswerteeinheit zur Auswertung der von dem Strahlungsdetektor erzeugten Signale vorhanden sein. Die Auswerteeinheit kann dabei innerhalb des Gehäuses oder außerhalb des Gehäuses positioniert sein. Ins- besondere kann der Strahlungsdetektor und die Auswerteinheit mittels lösbarer Signal- und/oder Datenleitungen verbunden sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann eine Speichereinheit vorhanden sein zur Spei- cherung eines von dem Strahlungsdetektor aufgenommenen Messwertes oder Bildes der auf den Strahlungsdetektor einfallenden Strahlung. Im Speicher kann für jedes Pixel des Strahlungsdetektors der aktuelle Messwert abgelegt und zu beliebiger Zeit wieder abge- rufen oder überschrieben werden.
Zur Selbstprüfung der Funktionsfähigkeit des Detektormoduls wird die Fähigkeit des Strahlungsdetektors genutzt, optische Strahlung und ionisierende Strahlung nachweisen zu können. So kann in einer Ausführungsform der Erfindung kann in dem Gehäuse min- destens eine Lichtquelle angeordnet sein zur Beleuchtung der Pixel des Strahlungsde- tektors, wobei die Innenoberfläche des Gehäuses zumindest teilweise diffus reflektierend für das von der Lichtquelle ausgesendete Licht ausgebildet sein kann. Durch den Ver- gleich von in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitabständen aufgenommenen Bildern der Lichtquelle kann das Ansprechverhalten des Strahlungsdetektors überwacht und durch Speicherung in einer Speichereinheit dokumentiert werden. Bei der Aufnahme ei- nes Bildes der im Gehäuse befindlichen Lichtquelle, im Weiteren als Testbild bezeichnet, sollte das Strahlungseintrittsfenster für optische Strahlung vorteilhafterweise undurchläs- sig sein, so dass von außerhalb des Detektormoduls keine optische Strahlung auf den Strahlungsdetektor einfallen kann. Insbesondere kann das Detektormodul derart ausge- bildet sein, dass mittels einer Steuereinheit ein automatisches Aufnehmen und Abspei- chern eines Testbildes erfolgt. Im Moment der Selbstprüfung des Detektormoduls mit op- tischer Strahlung und gleichzeitiger Messung ionisierender Strahlung kommt es zur Ad- dition der Messdaten. Die optisch erzeugten Messdaten sind bekannt und können dem- zufolge zur Korrektur mittels Subtraktion benutzt werden.
In einer Fortbildung der Erfindung kann eine Vergleichseinheit vorhanden sein zum Ver- gleichen eines von dem Strahlungsdetektor aufgenommenen Testbildes der mindestens eine Lichtquelle mit einem bei oder vor der ersten Inbetriebnahme des Detektormoduls mit der mindestens eine Lichtquelle aufgenommenen und gespeicherten Referenzbild. Dadurch ist es möglich, das Alterungsverhalten des Strahlungsdetektors pixelweise zu überwachen. Hierbei ist es zudem möglich, dass eine Ausgabeeinheit vorhanden ist zur Ausgabe einer Fehlermeldung, wenn das Testbild nicht mit dem Referenzbild überein- stimmt.
Bei der mindestens einen Lichtquelle kann es sich um beispielsweise eine LED und/oder eine Laserdiode handeln.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist im Gehäuse mindestens ein Fotodetektor, insbe- sondere eine Fotodiode angeordnet. Damit ist es möglich, die Alterung der in dem Ge- häuse angeordneten Lichtquelle zu kontrollieren. Hierbei kann bei der ersten Inbetrieb- nahme des Detektormoduls ein Referenzwert der mindestens einen Lichtquelle mit dem mindestens einen Fotodetektor aufgenommen und gespeichert werden. Dieser Referenz- wert kann zu Vergleichszwecken bei späteren Testmessungen der Lichtquelle herange- zogen werden. Bei einer Abweichung des Messwertes einer Testmessung von dem Re- ferenzwert kann in einer Ausgabeeinheit eine entsprechende Fehlermeldung angezeigt werden.
Unter„Licht“ ist vorliegend nicht nur der für das menschliche Auge sichtbare Spektralbe- reich zu verstehen. Insbesondere soll der Begriff„Licht“ hier auch optische Strahlung im nahen Infrarot, insbesondere im Bereich von 800 nm bis 1 100 nm umfassen.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann entsprechend der mehreren Abschnitte der mindestens einen Schicht des Strahlungseintrittsfensters, der Strahlungsdetektor ausge- bildet sein, durch das Strahlungseintrittsfenster auf den Strahlungsdetektor fallende ioni sierende Strahlung zu detektieren und ein entsprechendes Signal zu erzeugen. Die Aus- werteeinheit kann ferner ausgebildet sein, einen Quotienten der entsprechenden Signale zu erzeugen. Damit ist eine Unterscheidung der auf den Strahlungsdetektor einfallenden Strahlung in energiereiche und energiearme Photonenstrahlung möglich. Beispielsweise ist es möglich, dass ein erster Abschnitt des Strahlungsdetektors einem Abschnitt des Strahlungseintrittsfensters mit einem geringen Absorptionsverhalten zugeordnet ist und ein zweiter Abschnitt des Strahlungsdetektors einem Abschnitt des Strahlungseintritts- fensters mit einem hohen Absorptionsverhalten zugeordnet ist. Durch die Quotientenbil- dung der auf die beiden Abschnitte einfallenden Strahlungsdosisleistung kann eine Aus- sage über das Maß der einfallenden Strahlung getroffen werden. Wird beispielsweise im ersten Abschnitt eine Strahlungsdosisleistung von 1 mSv/h und im zweiten Abschnitt eine Strahlendosis von 0,1 mSv/h registriert, beträgt der Quotient Q der beiden Strahlendosis- leistungen Q = 10. Somit kann hierbei eine Aussage darüber getroffen werden, dass bei einem Quotienten Q = 10 die einfallende Strahlung eher als energiearme Strahlung ein- zustufen ist. Beträgt beispielsweise der Quotient Q = 1 ,5 so muss die einfallende Strah- lung eher als energiereiche Strahlung eingestuft werden und entsprechende Schutzmaß- nahmen für Menschen müssten eingeleitet werden. In einer Weiterbildung der Erfindung können in Richtung der in das Detektormodul einfal- lenden ionisierenden Strahlung gesehen, zwei oder mehr Strahlungseintrittsfenster hin tereinander angeordnet sein, wobei mindestens ein äußeres Strahlungseintrittsfenster austauschbar mit dem Gehäuse verbunden ist. Mit einem austauschbaren Strahlungs- eintrittsfenster ist es beispielsweise möglich, das Detektormodul für unterschiedliche An- wendungsfälle optimal anzupassen. Ferner kann durch ein austauschbares Strahlungs- eintrittsfenster ein innenliegendes Strahlungseintrittsfenster vor mechanischer Beschädi- gungen geschützt werden. Das äußere Fenster ist ein sogenanntes Opferfenster, dass sich leicht austauschen lässt. Ein defektes äußeres Opferfenster führt nicht zum Ausfall der Detektoreinheit. Erst wenn alle Fenster infolge einer durchgehenden Beschädigung optische Strahlung durchlassen, entsteht ein extrem hohes, vom Referenzbild stark ab- weichendes Ausgangssignal, dass eine Fehlermeldung auslöst. Dies ist insbesondere bei einem Einsatz des Detektormoduls bei der Laser-Materialbearbeitung sinnvoll, wo starke Verschmutzungen oder glühende Metallspritzer das Fenster zerstören könnten. In einer weiteren Ausgestaltung kann das Opferfenster nur aus einer dünnen, auswechsel- baren Kunststofffolie bestehen. Eine lokale Zerstörung diese Kunststofffolie ist augen- scheinlich erkennbar und gibt damit den Hinweis, dass das Detektormodul zu dicht am Laserprozess platziert ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann in Strahlungsrichtung vor oder hinter einem Strahlungseintrittsfenster eine Lochblende angeordnet sein. Dadurch ist es möglich, dass eine außerhalb des Detektormoduls positionierte und zu überwachende Strahlungsquelle auf dem Strahlungsdetektor abgebildet werden kann. Durch eine entsprechende Signal- verarbeitung im Strahlungsdetektor kann damit eine ortsaufgelöste Darstellung der Strah- lungsintensität innerhalb der Strahlungsquelle bestimmt werden. In einer weiteren Variante kann die Lochblende durch eine aus vielen Löchern bestehen- den Lochplatte ersetzt werden, wobei die Löcher als nebeneinander liegende Kollimato- ren wirken und ein Bild der Strahlungsquelle auf dem Sensorarray erzeugen.
Unter einer Lochblende ist dabei eine Blende zu verstehen, die lediglich durch eine kleine Öffnung für die zu detektierende laserinduzierte ionisierende Strahlung durchlässig ist. Die Lochblende wirkt dabei in Verbindung mit dem Gehäuse und einem bildgebenden Sensor, insbesondere in Verbindung mit dem bereits erwähnten bildgebenden zweidi- mensionalen CCD-Array-Sensor wie eine Camera Obscura und bildet wie bereits die Strahlungsintensität im betrachteten Bereich ab. Insbesondere in Verbindung mit Laser- bearbeitungsprozessen kann so unter Verwendung einer geeigneten Bildverarbeitung eine ortsaufgelöste Beobachtung von in einem bearbeiteten Bereich entstehender laser- induzierter ionisierender Strahlung in Echtzeit realisiert werden. Hierdurch wird beispiels weise eine verbesserte Steuerung von Laserbearbeitungsprozessen möglich.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann im oder vor dem Gehäuse mindestens ein Ak- tivitätsmodul mit einem Radionuklid angeordnet sein, das ionisierende Strahlung bekann- ter Photonenenergie, bekannter Aktivität und bekannter Halbwertszeit in Richtung Strah- lungsdetektor emittiert. Damit ist es möglich, die Alterung des Strahlungsdetektors, Aus- fälle von einzelnen oder aller Pixel des Strahlungsdetektors zu kontrollieren. Durch die definierte Halbwertszeit der Aktivität des Radionuklids ist ein nicht manipulierbarer Zeit- abschnitt bis zur nächsten Funktionsprüfung beim Hersteller bestimmt. Hierbei kann bei der ersten Inbetriebnahme des Detektormoduls ein Referenzwert des mindestens einen Aktivitätsnormal mit dem Strahlungsdetektor aufgenommen und in einer Einheit gespei- chert werden. Dieser Referenzwert kann zu Vergleichszwecken bei späteren Testmes- sungen von ionisierender Strahlung herangezogen werden. Die bei Radionukliden ge- setzmäßige Verringerung der Aktivität als Folge der Umwandlung des Nuklids führt zu einer definierten Verringerung der emittierten ionisierenden Strahlung. Demzufolge nimmt die vom Strahlungsdetektor gemessene Strahlung zwischen der Referenzmes- sung und der späteren Testmessung ab. Aus der Zeitspanne zwischen der Referenzmes- sung und der Testmessung lässt sich für den Tag der Testmessung der Sollwert voraus- berechnen und mit dem Istwert vergleichen. Eine Abweichung zwischen Soll- und Istwert weist auf einen Fehler des Strahlungsdetektors hin.
Die mit der Zeit abnehmende Aktivität des Nuklids kann auch zur Begrenzung der Ein- satzdauer zwischen zwei Wartungsarbeiten am Detektormodul genutzt werden. Wenn der vom Hersteller eingespeicherte Mindestmesswert für das Nuklid durch die fortge- schrittene Zeit oder durch eine Degradation des Strahlungsdetektors unterschritten wird, wird ein Befehl zur Wartung des Detektormoduls gegeben. Das Nuklid zur Begrenzung der Einsatzzeit zwischen zwei Wartungsarbeiten muss demzufolge eine Halbwertszeit haben, die zwischen einem Jahr und 5 Jahren liegt. Nuklide mit wesentlich kürzeren Halb- wertszeiten als ein Jahr sind nicht geeignet. Beträgt die Halbwertszeit des verwendeten Nuklids oder Gemisches aus Nukliden mehr als 5 Jahre, ist damit die Funktionsprüfung des Strahlungssensors möglich aber nicht die Bemessung des Wartungsintervalls, weil die Abnahme der Strahlung pro Wartungsintervall zu klein ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das strahlende Material in einer Strahlungsreferenzvorrichtung untergebracht sein, die außen am Detektormodul vor der Gehäuseöffnung befestigt ist. Die ionisierende Referenzstrahlung hat eine Photonen- energie im Bereich von 3 keV bis 60 keV und ist somit vom Strahlungsdetektor erfassbar. Die nach außen abgestrahlte Referenzstrahlung ist nicht nur niederenergetisch, sondern sie hat auch eine sehr kleine, für den Menschen unschädliche Dosisleistung von H‘(0,07) < 20 pSv/h. Die Dosisleistung des strahlenden Materials liegt unter der gesetzlichen Frei- grenze. Die Aktivität des Nuklides beträgt nicht mehr als 100 kBq.
Das Nuklid in der Strahlungsreferenzvorrichtung hat eine exakt definierte Halbwertszeit. Als Nuklid ist zum Beispiel einsetzbar Fe-55, Mn-54, Cd-109, Zn-65, Ba-133 und Am-241 oder einer Mischung daraus.
Insbesondere kann das strahlende Material von der außen angebrachten Strahlungsre- ferenzvorrichtung zumindest teilweise eingekapselt sein. Die Strahlung des strahlenden Materials kann dabei direkt durch das Strahlungseintrittsfenster in das Gehäuse auf den Strahlungsdetektor einfallen. Dadurch ist es möglich, dass der Strahlungsdetektor mit ei- nem Strahlungsoffset belegt wird. Durch diesen Strahlungsoffset wird im Strahlungsde- tektor somit ein kontinuierliches Signal erzeugt, dass aber um mehr als Faktor 5 unter dem Signal liegt, was von der laserinduzierten ionisierenden Strahlung erzeugt wird. Die von der Strahlungsreferenzvorrichtung ausgesandte Strahlung kann somit als eine Null dosisleistung betrachtet werden. Der von dem Strahlungsdetektor ermittelte Wert dieser Nulldosisleistung kann als Referenzwert gespeichert werden. Ebenso ist es möglich, die Gesamtheit der Strahlungsreferenzwerte aller Pixel in Form eines schwarz-weißen Strah- lungsbildes abzuspeichern. Zur Überprüfung der Funktion des Sensors kann dieses Strahlungsreferenzbild, das beim Hersteller bei der ersten Inbetriebnahme gespeichert wurde für Vergleichszwecke benutzt werden, um eine Degradation oder Beschädigung des Sensors zu erkennen.
Das strahlende Material ersetzt mit seiner Strahlung die natürliche Umgebungsstrahlung. Die Selbstprüfung des Detektormoduls mit der ionisierenden Strahlung des Nuklids liefert ständig ein kleines Prüfsignal. Bei einer Messung der laserinduzierten ionisierenden Strahlung wird gleichzeitig das sehr kleine Prüfsignal mit erzeugt. In einer Recheneinheit wird das bekannte Prüfsignal vom Gesamtsignal wieder abgezogen, so dass nur noch das laserinduzierte Signal übrigbleibt und zur Anzeige gebracht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Variante kann sich die Strahlungsreferenzvorrichtung im Inneren des Detektormodul befinden, d. h. die Vorrichtung ist von außen nicht erkennbar und nicht messbar. Die Strahlung durchdringt in diesem Fall nicht die Gehäusewand und nicht das Strahlungseintrittsfenster. Insbesondere kann ein kleinflächiges Aktivitätsnor- mal mit einem Durchmesser von weniger 6 mm und einer Dicke von 0,5 mm zwischen zwei Folien, insbesondere Polyesterfolien angeordnet, insbesondere verschweißt und in der Strahlungsreferenzvorrichtung montiert sein. Das Aktivitätsnormal bestrahlt direkt den Strahlungsdetektor. Die Aktivität des Aktivitätsnormals beträgt bei der ersten Inbe- triebnahme beispielsweise nur 50 kBq und liegt damit bei 5 % der gesetzlichen Frei- grenze. Das im Inneren des Detektormodul befestigte Aktivitätsnormal ist vor Umweltein- flüssen geschützt und kann nicht manipuliert werden, ohne das Gehäuse des Detektor- moduls zu öffnen.
Durch die physikalisch definierte Halbwertszeit nimmt die Strahlung des Aktivitätsnormals kontinuierlich ab. Das Aktivitätsnormal liefert eine kontinuierliche Untergrundstrahlung, die die Nulldosisleistung darstellt. Diese Nulldosis erzeugt einen Referenzwert im Strah- lungsdetektor, der stets vorhanden ist. Ist der Strahlungsdetektor ein Pixelsensor, dann kann ein schwarz-weißes Strahlungsbild für Vergleichszecke abgespeichert werden. Weil die Strahlung des Aktivitätsnormals entsprechend seiner Halbwertszeit abnimmt, verrin- gert sich auch der Referenzwert bzw. das schwarz-weiße Strahlungsbild wird dunkler. Der Referenz-Anfangswert wird zu Beginn der Inbetriebnahme des Detektormoduls vom Hersteller eingespeichert. Der im Verlauf der Zeit abnehmende Referenzwert wird mit einem vorgegebenen und gespeicherten Referenz-Schlusswert verglichen. Liegt der ak tuelle Referenzwert unter dem gespeicherten Referenz-Schlusswert, erzeugt das Detek- tormodul ein Signal, das auf die notwendigen Wartungsarbeiten beim Hersteller hinweist. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Radionuklids Fe-55 als im Detektormodul befestigtes Aktivitätsnormal. Das Aktivitätsnormal aus Fe-55 emittiert seine Photonen bei der Energie 5,9 keV und 6,49 keV. Diese beiden Energiewerte liegen im Bereich einer hohen Empfindlichkeit des Detektorarrays und können so auch nachlassender Aktivität gut nachgewiesen werden. Die Halbwertszeit des Aktivitätsnormals aus Fe-55 beträgt 1001 Tage. Das entspricht mit ca. 2,737 Jahren ungefähr dem Wartungsintervall für ein industrielles Messgerät, das für Sicherheitsüberwachungen eingesetzt wird.
Sowohl das außen- als auch das innen liegende Aktivitätsnormal ermöglicht eine stän- dige Zustandsprüfung des Sensorarrays mit einer exakt definierten ionisierenden Strah- lung, die auf staatliche Normale rückführbar ist.
Die geringe Untergrundstrahlung des Aktivitätsnormals ist immer vorhanden und erzeugt ständig ein kleines Referenzsignal. Beim Messen eines unbekannten strahlenden Objek- tes, das sich vor dem Detektormodul befindet, wird vom Momentanwert das kontinuierli- che Referenzsignal der Untergrundstrahlung abgezogen.
Die Halbwertszeit und die Teilchenenergie der Aktivitätsnormale sind in internationalen Normen tabelliert. Ihre Werte sind von Staatsinstituten mit einer geringen Unsicherheit bestimmt worden. Durch die Verwendung eines Aktivitätsnormals wird die Messunsicher- heit verkleinert und die Funktionsfähigkeit des Detektormoduls bei jedem Messvorgang überwacht.
Dadurch ist es möglich, Alterungsprozesse des Strahlungsdetektors und/oder der vor- handenen elektronischen Komponenten, z.B. der Auswerteeinheit zu überwachen. Bei einem vor dem Detektormodul befindlichen Aktivitätsnormal ist es möglich, dass dadurch eine Verschmutzung oder Beschädigung des Strahlungseintrittsfensters erkannt werden kann. Durch den beschriebenen Alterungsprozess oder durch die beschriebene Verschmutzung/Beschädigung sinkt der vom Strahlungsdetektor ermittelte Wert der Null- dosisleistung und kann in einer Auswerteinheit erkannt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann die außen angebrachte Strahlungsreferenz- vorrichtung auf einer der Gehäuseöffnung zugewandten Seite ein für die Strahlung des strahlenden Materials durchlässiges Fenster, z.B. Polyethylen- oder Polyesterfolie, auf- weisen. In einer Weiterbildung der Erfindung können das Fenster der Strahlungsreferenz- vorrichtung und das Strahlungseintrittsfenster zumindest abschnittsweise sich gegen- überliegen. Dadurch ist es möglich, dass die Strahlung des strahlenden Materials der Strahlungsreferenzvorrichtung direkt durch das Strahlungseintrittsfenster in das Gehäuse in Richtung des Strahlungsdetektors einfallen kann.
In einer weiteren Variante der Erfindung kann die außenliegende Strahl ungsreferenzvor- richtung einen Bereich zur Transmission der zu messenden ionisierenden Strahlung um- fassen. Beispielsweise kann die außenliegende Strahlungsreferenzvorrichtung als ring- förmiger Zylinder um das Strahlungseintrittsfenster ausgebildet sein. Dadurch ist es mög- lich, dass die zu messende ionisierende Strahlung durch den offenen Mittenteil des ring- förmigen Zylinders von außen auf das Strahlungseintrittsfenster trifft. In diesem Fall misst der Strahlungsdetektor die Strahlendosis der einfallenden ionisierenden Strahlung und die Strahlendosis des strahlenden Materials der Strahlungsreferenzvorrichtung. In einer Auswerteinheit kann durch Differenzbildung die Strahlendosis der einfallenden ionisie renden Strahlung bestimmt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine Schutzvorrichtung für das Strahlungseintrittsfenster vor mechanischer Beschädigung vorhanden sein. Eine solche Schutzvorrichtung kann z.B. eine über den Spektralbereich der zu messenden ionisie- renden Strahlung transparente Folie oder Platte sein.
Das beschriebene Detektormodul kann vorteilhaft zur Überwachung eines plasmaer- zeugenden Laserprozesses verwendet werden. Insbesondere kann die vom Laserprozess erzeugte ionisierende Strahlung zur medizini- schen Behandlung eingesetzt werden; weiterhin kann es sich bei dem Verfahren um ein Materialbearbeitungsverfahren, insbesondere Bohren, Abtragen, Glätten, Schneiden, Trennen, Drehen, Härten oder eine Stoffumwandlung handeln.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann durch das Sensormodul eine Abbil- dung des betrachteten Bereiches mittels laserinduzierter ionisierender Strahlung vorge- nommen werden; die so gewonnene Abbildung kann dann zur Steuerung oder Rege- lung des Laserprozesses verwendet werden.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in einer beispielhaften Schnittdarstel- lung,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in einer beispielhaften Schnittdarstel- lung,
Fig. 2a eine Ergänzung der Ausführungsform von Fig. 2 in einer beispielhaften Schnittdarstellung,
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung in einer beispielhaften Schnittdarstel- lung,
Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der Erfindung in einer beispielhaften Schnittdarstel- lung,
Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung in einer beispielhaften Schnittdarstel- lung,
Fig. 6 eine sechste Ausführungsform der Erfindung in einer beispielhaften Schnittdarstel- lung,
Fig. 7 einen ersten beispielhaften Aufbau eines Strahlungseintrittsfensters für ein erfin- dungsgemäßes Detektormodul,
Fig. 8 einen zweiten beispielhaften Aufbau eines Strahlungseintrittsfensters für ein erfin- dungsgemäßes Detektormodul,
Fig. 9 einen dritten beispielhaften Aufbau eines Strahlungseintrittsfensters für ein erfin- dungsgemäßes Detektormodul. Fig. 10 eine Anordnung einer Auswerteeinheit mit Speichereinheit, Vergleichseinheit, An- zeigeeinheit, Recheneinheit
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemp- larische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder ver- gleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszei- chen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausfüh- rungsbeispiel oder in einer Figur auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merk- male gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzel- ner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, je- doch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschrei- bung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Detektormoduls in ei- ner schematischen Schnittdarstellung. Das Detektormodul 1 weist ein Gehäuse 1 1 auf, welches undurchlässig ist für zu messende ionisierende Strahlung 15 und die optische Strahlung der äußeren Umgebung. Das Gehäuse 1 1 weist eine Gehäuseöffnung 19 auf, durch welche nur die zu messende ionisierende Strahlung 15 in das Gehäuse 1 1 eintre- ten kann. Innerhalb des Gehäuses 1 1 ist ein Strahlungsdetektor 12, z.B. ein bildgebender Flalbleitersensor, insbesondere ein Kamerachip mit mehr als 10000 Pixeln angeordnet. Die Oberseite des Strahlungsdetektor 12 ist parallel zur Gehäuseöffnung 19 angeordnet, so dass nur die einfallende zu messende ionisierende Strahlung 15 im Wesentlichen senkrecht auf den Strahlungsdetektor 12 trifft.
Der Strahlungsdetektor 12 ist mit einer Auswerteeinheit 17 verbunden und dient der Aus- wertung der von dem Strahlungsdetektor 12 erzeugten Signale. Die Auswerteeinheit 17 ist ebenfalls innerhalb des Gehäuses 1 1 angeordnet. Es ist aber auch möglich, dass die Auswerteinheit 17 außerhalb des Gehäuses 1 1 angeordnet ist und mit dem Strahlungs- detektor über Datenleitungen verbunden ist. Die Auswerteeinheit 17 erzeugt ein Ausga- besignal 18, welches in weiteren Einrichtungen, z.B. Ausgabeeinrichtungen oder Ab- schalteinrichtungen für Lasermaschinen (nicht dargestellt) weiterverarbeitet werden kann.
Die Gehäuseöffnung 19 ist durch ein Strahlungseintrittsfenster 13 abgedeckt, so dass von außen keine optische Strahlung in den Innenraum eintreten kann. Das Strahlungs- eintrittsfenster 13 kann den Innenraum des Gehäuses 1 1 dabei gasdicht abschließen. Beispielhaft ist das Strahlungseintrittsfenster 13 an der Innenseite des Gehäuses 1 1 der- art angeordnet, dass es die Gehäuseöffnung 19 vollständig abdeckt. Selbstverständlich ist auch eine entsprechende Anordnung des Strahlungseintrittsfensters 13 auf der Au- ßenseite des Gehäuses 1 1 möglich.
Zum Schutz des Strahlungseintrittsfensters 13 ist eine Schutzvorrichtung 16 vorhanden, welche die Gehäuseöffnung 19 vollständig abdeckt und welche nur für die zu messende ionisierende Strahlung 15 transparent ist. Diese Schutzvorrichtung 16 dient dazu, das Strahlungseintrittsfenster 13 vor Beschädigung, z.B. durch Berührung zu schützen.
Die zu messende ionisierende Strahlung 15 tritt somit von einer zu überwachenden Strah- lungsquelle (nicht dargestellt) durch die Schutzvorrichtung 16, durch die Gehäuseöffnung 19 und das diese Gehäuseöffnung 19 verschließendes Strahlungseintrittsfenster 13 in den Innenraum des Gehäuses 1 1 des Detektormoduls 1 , wo es auf den Strahlungsde- tektor 12 trifft.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Detektormoduls in einer schematischen Schnittdarstellung, welche in wesentlichen Teilen der Fig. 1 ent- spricht. Um Wiederholungen zu vermeiden wird in der folgenden Beschreibung zu Fig. 2 nur auf die Unterschiede zu Fig. 1 eingegangen.
Im Innenraum des Gehäuses 1 1 gemäß Fig. 2 ist eine Lichtquelle 21 vorhanden. Diese Lichtquelle 21 kann z.B. eine LED oder eine Laser-Diode sein. Die Innenoberfläche 1 1 a des Gehäuses 1 1 ist für die von der Lichtquelle 21 emittierten Strahlung diffus reflektie rend ausgeführt. Die Strahlung 22 der Lichtquelle 21 wird an der Innenoberfläche 1 1 a des Gehäuses 1 1 in den Hohlraum gestreut und trifft auch auf den Strahlungsdetektor 12. Im Innenraum des Gehäuses 1 1 ist ferner eine Fotodiode 23 angeordnet. Die Fotodi- ode 23 ist ausgebildet, die von der Lichtquelle 21 emittierte und an den Wänden mehrfach gestreute Strahlung 22 zu empfangen. In einer in Figur 10 dargestellten Recheneinheit 17f wird nur das Messergebnis weitergeleitet, das von der laserinduzierten ionisierenden Strahlung erzeugt wurde. Das von der LED erzeugte Signal ist ein Prüfsignal zur Sicher- stellung der Funktion des Detektormoduls.
Die Funktionsfähigkeit des Strahlungsdetektors kann nach Fig. 2 mit optischer Strahlung geprüft werden oder mit ionisierender Strahlung nach Fig. 2a oder Fig. 6. Die Funktions- prüfung mit optischer Strahlung kann, aber muss nicht mit der Funktionsprüfung mit ioni- sierender Strahlung kombiniert werden. Durch die Verwendung von zwei auf unterschied- lichen physikalischen Wirkprinzipien beruhenden Funktionsprüfungen erhält man eine extrem hohe Systemzuverlässigkeit, die nicht manipulierbar ist.
Bei einer optischen Prüfung nach Fig. 2 wird bei der ersten Inbetriebnahme des Detek- tormoduls 1 , zweckmäßig als Werkskalibrierung in einem verschlossenen Gehäuse 1 1 , d.h. die Gehäuseöffnung 19 ist mit dem Strahlungseintrittsfenster 13 verschlossen, ein optisches Referenzbild oder eine optische Referenzbildfolge der vorderen inneren Hälfte des Sensormoduls, dass von der der Lichtquellen 21 beleuchtet ist, mit dem Strahlungs- detektor 12 aufgenommen. Dieses Referenzbild bzw. die Referenzbildfolge werden in einer Auswerteinheit 17, welche einen internen oder externen Speicher (nicht dargestellt) umfasst, gespeichert.
Fig. 2a zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Detektormoduls in einer schematischen Schnittdarstellung, welche in wesentlichen Teilen der Fig. 1 ent- spricht. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird in der folgenden Beschreibung zu Fig. 2a nur auf die Unterschiede zu Fig. 1 eingegangen.
Bei einer Funktionsprüfung nach Fig. 2a wird das Aktivitätsnormal 64a mit der ionisieren- den Referenzstrahlung 64b benutzt. Das Aktivitätsnormal 64a umfasst ein kleines Ge- häuse mit einer Öffnung in der Frontseite, die die ionisierende Referenzstrahlung 64b eines strahlenden Materials 64 auf den Strahlungsdetektor 12 richtet. Das strahlende Material 64 ist ein Radionuklid mit einer Photonenenergie, die von dem Strahlungsdetek- tor 12 registriert werden kann. Der Strahlungsdetektor 12 nimmt bei der ersten Inbetrieb- nahme des Detektormoduls 1 eine Referenzgröße auf und speichert sie in der Auswer- teeinheit 17. Die Referenzgröße ist beispielsweise ein graues Pixelbild oder die Summe der aller registrierten Grauwerte aller Einzelpixel bei der Bestrahlung des Strahlungsde- tektors 13 mit der Referenzstrahlung 64b. Die Referenzgröße wird in der Auswerteeinheit 17 gespeichert und für Vergleichszwecke in der Vergleichseinheit benutzt.
Das röhrenförmige Aktivitätsnormal 64a hat eine Richtwirkung. Die Wand und der Boden des Aktivitätsnormals kann Stahl, Messing, Kupfer oder Wolfram enthalten und kann eine Wandstärke von ca. 2 mm haben. Auf seinem Boden kann sich z.B. eine dünne Scheibe des Radionuklids Fe-55 oder Zn-65 zwischen zwei beispielsweise 6 pm dicken Folien, insbesondere Polyesterfolien befinden. In einer weiteren Ausführungsform kann das Ra- dionuklid direkt auf dem Innenboden des Aktivitätsnormals 64a aufgebracht sein. Die ab- strahlende Öffnung des Aktivitätsnormals 64a ist mit einer beispielsweise ca. 6 pm dicken Folie, insbesondere einer Polyesterfolie verschlossen, insbesondere verschweißt sein. Das Strahlungseintrittsfenster 13 wird dabei nicht von Strahlung des Aktivitätsnormal 64a erreicht. Demzufolge ist außerhalb des Detektormoduls 1 keine Referenzstrahlung 64b messbar. Der Strahlungsdetektor 12 wird vorzugsweise ständig mit der Referenzstrah- lung 64b bestrahlt. Die ionisierende Strahlung 64b wird durch den radioaktiven Zerfall ständig kleiner. Ein Maß für das Abklingen der Referenzstrahlung ist die Flalbwertszeit des Radionuklids 64. In der in Figur 10 dargestellten Speichereinheit 17c kann dann der bei der ersten Inbetriebnahme existierende Anfangsreferenzwert, der Anfangswert des Aktivitätsnormals und der Anfangszeitpunkt (Datum und Uhrzeit) gespeichert werden. Für alle später stattfindenden Messungen kann dann unter Beachtung der vergangenen Zeit- spanne ein neuer, aktualisierter Referenzwert aus dem Anfangswert berechnet und mit diesem verglichen werden. Der aktualisierte Referenzwert ist demzufolge immer kleiner als der Anfangswert zum Anfangszeitpunkt. Die Geschwindigkeit des Abklingens der Zer- fallsprozesse des Nuklides wird physikalisch durch die Flalbwertszeit des Nuklids be- stimmt. Ein zweites Merkmal einer Referenzquelle, bestehend aus dem Nuklid 64, ist die Energie der emittierten Photonen. Die charakteristischen Merkmale der Energie-Vertei- lung des zerfallenden Nuklides sind in staatlichen Standards tabelliert und können nicht verändert werden. Durch die Verwendung der Photonenenergie und die um die Halb- wertszeit korrigierte Aktivität wird das Detektormodul gegen Fälschungen und fehlerhafte Messungen gesichert. Unterschreitet oder überschreitet der aktuelle, von dem Aktivitäts- normal 64a erzeugte Messwert einen zuvor vom Hersteller festgelegten End-Referenz- wert, ist das Detektormodul 1 entweder zu alt oder es arbeitet fehlerhaft oder es wurde manipuliert. Alle drei Zustände sind für sichere Messaktionen nicht akzeptabel und kön- nen dazu herangezogen werden, ein Warnsignal bzw. ein dauerhaftes Abschalten des Detektormoduls zu veranlassen.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Detektormoduls in einer schematischen Schnittdarstellung, welche in wesentlichen Teilen der Fig. 1 ent- spricht. Um Wiederholungen zu vermeiden wird in der folgenden Beschreibung zu Fig. 3 nur auf die Unterschiede zu Fig. 1 eingegangen.
Fig. 3 zeigt einen Strahlungsdetektor 12 mit einem ersten Detektorbereich 34 und einem zweiten Detektorbereich 35. Das Strahlungseintrittsfenster 13 besteht aus einer Träger- folie 31 und einer Metallschicht 36, welche auf der dem Strahlungsdetektor 12 zugewand- ten Oberfläche der Trägerfolie 31 aufgebracht ist. Der umlaufende Rand der Kunststoff- folie ist z.B. durch Kleber so abgedichtet, dass keine optische Strahlung von außen in den Innenraum des Sensormoduls eindringt. Zum Schutz der dünnen, lichtundurchlässi- gen Metallschicht 36 kann auch ihre zweite Seite mit einer Trägerfolie 31 abgedeckt sein. Diese Metallschicht 36 ist in einen ersten Bereich 32 und einen zweiten Bereich 33 un- terteilt. Die Bereiche 32 und 33 unterscheiden sich dadurch, dass sie aus unterschiedli- chen Metallen aufgebaut sind. So ist z.B. der Bereich 32 aus Aluminium und der Bereich 33 aus Molybdän aufgebaut. Es sind auch andere Metalle oder Legierungen denkbar.
Die Bereiche 32, 33 des Strahlungseintrittsfensters 13 und die Detektorbereiche 34, 35 sind derart angeordnet, dass durch die Gehäuseöffnung 19 einfallende Strahlung 15, welche beispielsweise durch den Bereich 32 des Strahlungseintrittsfensters 13 auf den Detektorbereich 34 trifft. Einfallende Strahlung 15, welche durch den Bereich 33 des Strahlungseintrittsfensters 13 tritt, trifft auf den Detektorbereich 34 des Strahlungsdetek- tors 12. Da die beiden Bereiche 32, 33 ein unterschiedliches Absorptionsverhalten für die Strahlungsanteile in der einfallende Strahlung 15 aufweisen, werden die Detektorberei- che 34, 35 mit unterschiedlichen Strahlungsdosisleistungen beaufschlagt. Nach dem Durchgang der zunächst homogenen Strahlung 15 durch den Abschnitt 32 bzw. 33 un- terscheiden sich die beiden Strahlungsanteile in ihrer energetischen Zusammensetzung. Zwei zwischen dem Fenster und dem Strahlungsdetektor befindlichen Strahlungskollima- toren, nicht dargestellt, können das Vermischen der beiden Strahlungsanteile verhindern. Die beiden Strahlungskollimatoren können dabei beispielsweise mit Kunststoff überzo- gene Röhrchen aus Messing oder Kupfer mit einer Wandstärke von beispielsweise 1 mm umfassen.
Die Auswerteinheit 17 ist derart ausgebildet, einen Quotienten der in den Detektorberei- chen 34, 35 gemessenen Strahlungsdosen zu bilden. Das hieraus ermittelte Signal 37 wird beispielsweise in einer Anzeigeeinrichtung (nicht dargestellt) weiterverarbeitet.
Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Detektormoduls in einer schematischen Schnittdarstellung, welche in wesentlichen Teilen der Fig. 1 ent- spricht. Um Wiederholungen zu vermeiden wird in der folgenden Beschreibung zu Fig. 4 nur auf die Unterschiede zu Fig. 1 eingegangen.
Die Gehäuseöffnung 19 des Gehäuses 1 1 des Detektormoduls 1 ist mit einem weiteren Strahlungseintrittsfenster 13a abgedeckt. Dieses weitere Strahlungseintrittsfenster 13a ist in einen Rahmen 41 eingebracht. Dieser Rahmen 41 ist lösbar mit dem Gehäuse 1 1 des Detektormoduls 1 verbunden. Das Gehäuse 1 1 weist um die Gehäuseöffnung 19 einen Steg 42 auf. Dieser Steg 42 dient als Flalterung für den Rahmen 41 mit dem weite- ren Strahlungseintrittsfenster 13a. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der Rah- men 41 mit dem Gehäuse 1 1 verclipst oder verschraubt wird. Damit ist es möglich, dass das weitere Strahlungseintrittsfenster 13a je nach Anwendungsfall des Detektormoduls 1 ausgetauscht werden kann. Ferner dient das weitere Strahlungseintrittsfenster 13a als Schutz für das Strahlungseintrittsfenster 13. Das Strahlungseintrittsfenster 13a ist durch- lässig für ionisierende Strahlung und kann, muss aber nicht, lichtdurchlässig sein. Fig. 5 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Detektormoduls in einer schematischen Schnittdarstellung, welche in wesentlichen Teilen der Fig. 4 ent- spricht. Um Wiederholungen zu vermeiden wird in der folgenden Beschreibung zu Fig. 5 nur auf die Unterschiede zu Fig. 4 eingegangen.
Das Detektormodul 1 weist eine Lochblende 51 , welche in Strahlungsrichtung der einfal- lenden Strahlung 15 gesehen vor der Gehäuseöffnung 19 angeordnet ist. Die Lochblende 51 ist aus einem Material gefertigt, welches undurchlässig für die zu messende ionisie rende Strahlung 18 ist. Die in der Lochblende 51 ausgebildete Öffnung 52 ist hingegen für die zu messende ionisierende Strahlung transparent.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Detektormoduls in einer schematischen Schnittdarstellung, welche in wesentlichen Teilen der Fig. 1 ent- spricht. Um Wiederholungen zu vermeiden wird in der folgenden Beschreibung zu Fig. 6 nur auf die Unterschiede zu Fig. 1 eingegangen.
Das Detektormodul 1 weist eine äußere Strahlungsreferenzvorrichtung 61 auf. Diese Strahlungsreferenzvorrichtung 61 ist auf die Gehäuseöffnung 19 des Gehäuses 1 1 auf- gebracht. Insbesondere ist die Verbindung zwischen der Strahlungsreferenzvorrichtung 61 und dem Gehäuse 1 1 lösbar ausgebildet, so dass ein Austausch der Strahlungsrefe- renzvorrichtung 61 oder ein Zugang in den Innenraum des Gehäuses 1 1 möglich ist.
Die Strahlungsreferenzvorrichtung 61 umfasst einen Zylinder 62, welcher mit einer Plan- seite 63 die Gehäuseöffnung 19 abdeckt. Innerhalb des Zylinders 62 ist je nach Anwen- dungsfall des Detektormoduls 1 ein strahlendes Material 64, z.B. Fe-55, Mn-54, Cd-109, Zn-65, Ba-133, Am-241 , Ra-226 oder einer Mischung hieraus, angeordnet. Dieses strah- lende Material 64 ist um die Gehäuseöffnung 19 angeordnet. Selbstverständlich kann das strahlende Material 64 selbst wie gezeigt ringförmig ausgebildet sein. Der Zylinder 62 ist aus einem Material, z.B. Aluminium, Blei oder Stahl mit einer Wandstärke von ca. 4 mm gefertigt, welches intransparent für die von dem strahlenden Material 64 ausgesandten Strahlung ist. Die von dem strahlenden Material 64 ausgesandte Referenzstrahlung 100 der Strah- lungsreferenzvorrichtung 61 durchtritt ein für die Strahlung des strahlenden Materials (64) durchlässiges Fenster (65), die Gehäuseöffnung 19 und das Strahlungseintrittsfenster 13 in den Innenraum des Gehäuses 1 1 und trifft dort auf den Strahlungsdetektor 12.
Der Zylinder 62 weist eine innere Wandung 66 und eine äußere Wandung 67 auf, wodurch der Zylinder 62 einen ringförmigen Zylinder darstellt. Die innere Wandung 66 und die äußere Wandung 67 bilden somit einen Raum, in welchem das strahlende Mate- rial 64 angeordnet ist. Die einfallende zu messende ionisierende Strahlung 15 verläuft entlang der Längsachse L des Zylinders 62 innerhalb des durch die innere Wandung 66 des Zylinders 61 gebildeten Raums 68.
Fig. 7 zeigt einen ersten beispielhaften schematischen Aufbau eines Strahlungseintritts- fensters 13 für ein erfindungsgemäßes Detektormodul. Die linke Darstellung zeigt ein Strahlungseintrittsfenster 13 mit einer Trägerfolie 31 und einer auf dieser Folie 31 aufge- brachten Graphit- oder lichtundurchlässigen Schwarzschicht 71 . Die Graphit- oder Schwarzschicht 71 kann dabei aufgedampft oder aufgeklebt sein.
Die rechte Darstellung zeigt ein Strahlungseintrittsfenster 13 mit einer Trägerfolie 31 und zwei auf der Folie 31 angeordneten für optische Strahlung undurchlässige Metallschich- ten 36, 71 . Die beiden Metallschichten 36, 71 sind dabei auf einer Seite oder beiden Seiten der Folie 31 aufgebracht. Die erste Metallschicht 36 kann auf die Folie 31 aufge- dampft oder aufgeklebt sein. Die zweite Metallschicht 71 kann auf die erste Metallschicht 36 ebenfalls aufgedampft oder aufgeklebt sein. Es sind aber auch andere Verfahren mög- lich, welche geeignet sind auf eine Metallschicht aufzubringen, z.B. Sputterprozesse.
Die mittlere Darstellung zeigt ein Strahlungseintrittsfenster 13 mit einer Trägerfolie 31 und zwei auf der Folie 31 angeordneten Metallschichten 36, 71 , wobei die beiden Schichten 36 und 71 auf beiden Seiten der Folie 31 aufgebracht sind. Die Folie 31 ist somit zwischen den beiden Schichten 36 und 71 angeordnet. Bei den in den Metallschichten verwendeten Materialien handelt es sich beispielsweise um Beryllium, Aluminium, Chrom oder Titan. Selbstverständlich können aber auch an- dere lichtundurchlässige Schichten verwendet werden.
Fig. 8 zeigt einen zweiten beispielhaften schematischen Aufbau eines Strahlungseintritts- fensters für ein erfindungsgemäßes Detektormodul.
Das Strahlungseintrittsfensters 13 weist eine Trägerfolie 31 auf. Auf dieser Trägerfolie 31 ist auf einer Seite eine erste Metallschicht 36, z.B. eine Aluminiumschicht aufgebracht. Auf dieser ersten Metallschicht 36 ist eine zweite Schicht 71 aufgebracht. Diese zweite Schicht 71 ist in beispielhaft drei Bereiche 83, 84, 85 unterteilt. Diese Bereiche 83, 84, 85 weisen dabei unterschiedliche Materialen auf. Diese Materialien unterscheiden sich dabei insbesondere in ihrem spektralen Schwächungskoeffizienten bezüglich der einfallenden zu messenden ionisierenden Strahlung 15. Somit kann die zu messende ionisierende Strahlung 15 in mehrere Anteile 86, 87, 88 mit unterschiedlicher Strahlungsintensität und unterschiedlichem Photonenspektrum aufgeteilt werden. Drei zwischen der Trägerfolie 31 und dem Strahlungsdetektor 12 befindlichen Strahlungskollimatoren, nicht dargestellt, können das Vermischen der beiden Strahlungsanteile verhindern. Die Strahlungskollima- toren können beispielsweise mit Kunststoff überzogene Röhrchen aus Messing oder Kup- fer mit einer Wandstärke von beispielsweise 1 mm umfassen.
Bei den in den Schichten 36, 71 verwendeten Materialien handelt es sich um verschie- dene Metalle, z.B. Beryllium, Aluminium, Eisen, Molybdän, Chrom, Titan oder um Graphit oder Schwarzschichten aus Metalloxiden. Selbstverständlich können aber auch andere Materialien verwendet werden.
Fig. 9 zeigt einen dritten beispielhaften schematischen Aufbau eines Strahlungseintritts- fensters für ein erfindungsgemäßes Detektormodul.
In der linken Darstellung ist ein Strahlungseintrittsfenster 13 mit einer Trägerfolie 31 ge- zeigt, auf welcher eine lichtundurchlässige Metallschicht 36 mit einem keilförmigen Quer- schnitt aufgebracht ist. Die Dicke der Metallschicht 36 nimmt hierbei von einem ersten Rand 93 des Strahl ungseintrittsfensters 13 zu einem zweiten Rand 94 des Strahlungs- eintrittsfensters 13 zu. Dadurch ist es möglich, für die einfallende zu messende ionisie- rende Strahlung 15 einen Verlaufsfilter zu erzeugen. Der Querschnitt der Metallschicht 36 kann dabei gefräst oder geätzt sein oder auch galvanisch aufgebracht sein. Der Strah- lungsdetektor 12 befindet sich dicht hinter der Trägerfolie 31 mit der Metallschicht 36. Ein Abstand von < 1 mm zwischen Strahlungsdetektor 12 und Trägerfolie 31 kann eine Durch- mischung der ionisierenden Strahlung verhindern.
Die rechte Darstellung zeigt ein Strahlungseintrittsfenster 13 mit einer Trägerfolie 31 , auf der eine lichtundurchlässige Metallschicht 36 mit zwei keilförmigen Abschnitten 92a, 92b aufgebracht ist. Die beiden keilförmigen Abschnitte 92a, 92b weisen dabei zueinander komplementäre Querschnitte auf und sind derart auf der Trägerfolie 31 angeordnet, dass in der Mitte des Strahlungseintrittsfenster 13 die Dicke der kegelförmigen Metallschicht 92 größer ist als an den Rändern 93, 94. Die Metallschicht 36 kann dabei rotationssym- metrisch ausgebildet sein. Damit ist es möglich einen radialen Verlaufsfilter für die einfal- lende zu messende Strahlung 15 zu erzeugen. In einer Ausführungsform kann auch der Rand der Metallfolie dicker sein als ihr Zentrum. Ein Abstand von < 1 mm zwischen Strah- lungsdetektor 12 und Trägerfolie 31 kann eine Durchmischung der ionisierenden Strah- lung verhindern.
In Fig. 10 ist der Strahlungsdetektor 12 mit der unmittelbar folgenden Auswerteeinheit 17 und ihren einzelnen Baugruppen 17a bis 17f dargestellt. Die Auswerteinheit 17 umfasst eine Recheneinheit 17f, eine Speichereinheit, aufgeteilt in die Speichereinheit 17a für den aktuellen Messwert, eine Speichereinheit 17b für den vom Hersteller festgelegten Refe- renzwert, eine Speichereinheit 17c für den Anfangswert bei der ersten Inbetriebnahme des Aktivitätsnormals 64a und eine Vergleichseinheit 17d sowie eine Ausgabeeinheit 17e. In der Vergleichseinheit 17d wird ein Vergleich des gespeicherten Referenzwertes oder des Referenzbildes bzw. der gespeicherten Referenzbildfolge mit einem, zu einem späteren Zeitpunkt aufgenommenen aktuellen Messwert, zum Beispiel ein Testbildes ver- glichen. Ein sich aus dem Vergleich ergebendes Vergleichssignal wird erzeugt und wei- terverarbeitet und zur Ausgabeeinheit 17e weitergeleitet, welche nachfolgend ein Signal 18a ausgibt. In der Recheneinheit 17f wird das von dem strahlenden Material verursachte Signalanteil vom Gesamtsignal abgezogen, so dass nur noch als Messergebnis das vom Laser verursachte Signal übrigbleibt.
Bezuqszeichenliste Detektormodul
Gehäuse
Strahlungsdetektor
Strahlungseintrittsfenster
a weiteres Strahlungseintrittsfenster
einfallende zu messende ionisierende Strahlung
Schutzvorrichtung
Auswerteinheit
a Speichereinheit für den Messwert
b Speichereinheit für den Referenzwert
c Speichereinheit für die Anfangsaktivität des Aktivitätsnormalsd Vergleichseinheit
e Ausgabeeinheit
,18a Signal
Gehäuseöffnung
Lichtquelle
Strahlung der Lichtquelle
Fotodiode
Trägerfolie
erster Bereich der Metallschicht
zweiter Bereich der Metallschicht
Detektorbereich
Detektorbereich
Metallschicht
Signal
Rahmen
Steg
Lochblende
Öffnung in Lochblende
Strahlungsreferenzvorrichtung 62 Zylinder
63 Planseite des Zylinders
64 strahlendes Material
64a Aktivitätsnormal
64b ionisierende Referenzstrahlung
65 Fenster
66 Innenwandung des Zylinders
67 Außenwandung des Zylinders
68 Bereich im Zylinder
71 Schicht
83 Bereich
84 Bereich
85 Bereich
86 Strahlungsanteil
87 Strahlungsanteil
88 Strahlungsanteil
92a rampenförmige Schicht
92b rampenförmige Schicht
93 Rand des Strahlungseintrittsfensters
94 Rand des Strahlungseintrittsfensters
100 Referenzstrahlung
L Längsachse

Claims

Patentansprüche
1. Detektormodul umfassend
- ein Gehäuse (11 ) mit einer Gehäuseöffnung (19) und mindestens einem Strah- lungseintrittsfenster (13), wobei das Strahlungseintrittsfenster (13) für optische Strahlung undurchlässig ist und für ionisierende Strahlung zumindest teilweise durchlässig ist und die Gehäuseöffnung (19) optisch dicht abdeckt,
- einen Strahlungsdetektor (12) zur Detektion von optischer und ionisierender Strahlung (15), wobei der Strahlungsdetektor in dem Gehäuse (11 ) angeordnet ist und die zu detektierende ionisierende Strahlung (15) von außerhalb des Ge- häuses (11 ) durch das Strahlungseintrittsfenster (13) hindurch auf den Strah- lungsdetektor (12) trifft,
dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens eine Strahlungseintrittsfenster (13) eine Schicht (36, 71 ) um- fasst, die für optische Strahlung undurchlässig, aber für die zu messende ioni sierende Strahlung (15) zumindest teilweise durchlässig sind.
2. Detektormodul nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Strahlungseintrittsfenster (13) eine lichtdurchlässige Trägerfolie (31 ) um- fasst, wobei auf der Trägerfolie (31 ) die lichtundurchlässige Schicht (36, 71 ) auf- gebracht ist.
3. Detektormodul nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Strahlungsdetektor (12) eine Mehrzahl von Bildpixeln umfasst,
4. Detektormodul nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schicht (36, 71 ) auf der der Strahlungsdetektor (12) zugewandten Außenseite der Trägerfolie (31 ) oder dass die Schicht (36, 71 ) zwischen zwei Trägerfolien (31 ) angeordnet ist.
5. Detektormodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der dem Strahlungsdetektor (12) abgewandten Außenseite der Trägerfolie (31 ) mindestens eine weitere Schicht (71 ) aufgebracht ist, welche für optische Strahlung und für die ionisierende Strahlung (15) zumindest teilweise durchlässig ist.
6. Detektormodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Schicht (36, 71 ) eine homogene Dicke aufweist.
7. Detektormodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Schicht (36, 71 ) zumindest abschnittsweise einen keilförmi- gen Querschnitt (91 , 92a, 92b) aufweist.
8. Detektormodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Schicht (36) eine Graphitschicht, eine Schwarzschicht aus Oxiden oder eine Metallschicht ist.
9. Detektormodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Schicht (36, 71 ) mehrere Abschnitte (83, 84, 85) umfasst mit unterschiedlichen Schwächungsfaktoren für die ionisierende Strahlung.
10. Detektormodul nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mehreren Abschnitte (83, 84, 85) aus verschiedenen Metallen aufgebaut sind.
11. Detektormodul nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mehreren Abschnitte sich hinsichtlich ihrer Materialdicke unterscheiden.
12. Detektormodul nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei der Schicht (36, 71 ) um eine geprägte Schicht, insbesondere eine ge- prägte Metallfolie, handelt.
13. Detektormodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Schicht (36, 71 ) auf die Trägerfolie (31 ) aufgedampft, ge- sputtert oder aufgeklebt ist.
14. Detektormodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Auswerteeinheit (17) zur Auswertung der von dem Strahlungsdetektor (12) erzeugten Signalen vorhanden ist.
15. Detektormodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Speichereinheit vorhanden ist zur Speicherung eines von dem Strahlungs- detektor (12) aufgenommenen Messwertes oder Bildes der auf den Strahlungs- detektor (12) einfallenden Strahlung
16. Detektormodul nach Anspruch 14 und 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Gehäuse (11 ) mindestens eine Lichtquelle (21 ) angeordnet ist zur Be- leuchtung der Pixel des Strahlungsdetektors (12), wobei die Innenoberfläche (11 a) des Gehäuses (11 ) diffus reflektierend für das von der Lichtquelle (21 ) aus- gesendete Licht ausgebildet ist.
17. Detektormodul nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
vor dem Gehäuse (11 ) mindestens eine Strahlungsreferenzvorrichtung (61 ) und/oder im Gehäuse (11 ) ein Aktivitätsnormal (64a) angeordnet ist zur dauer- haften Bestrahlung des Strahlungsdetektors (12) mit ionisierender Strahlung.
18. Detektormodul nach Anspruch 3 und 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Vergleichseinheit (17d) vorhanden ist zum Vergleichen eines von dem Strahlungsdetektor (12) aufgenommenen Testbildes, verursacht von der mindes- tens einen Lichtquelle (21 ) mit einem bei oder vor der ersten Inbetriebnahme des Detektormoduls mit der mindestens einen Lichtquelle (21 ) verursachten und gespeicherten Referenzbild.
19. Detektormodul nach Anspruch 3 und 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Vergleichseinheit (17d) vorhanden ist zum Vergleichen eines von dem Strahlungsdetektor (12) aufgenommenen um die Halbwertszeit eines verwende- ten Radionuklides korrigiertes Testbildes, verursacht von der mindestens einen Strahlungsreferenzvorrichtung (61 ) oder von dem mindestens einem Aktivitäts normal (64a), mit einem bei oder vor der ersten Inbetriebnahme des Detektormo- duls mit der von der mindestens einen Strahlungsreferenzvorrichtung (61 ) oder mit dem vom mindestens einem Aktivitätsnormals (64a) verursachten und ge- speicherten Referenzbild oder Referenzwert.
20. Detektormodul nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Ausgabeeinheit 17e vorhanden ist zur Ausgabe einer Fehlermeldung, wenn das Testbild nicht mit dem Referenzbild übereinstimmt.
21. Detektormodul nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (11 ) mindestens ein Fotodetektor, insbesondere eine Fotodiode (23) angeordnet ist zur Messung eines Teils der von der mindestens einen Licht- quelle (21 ) emittierten Strahlung (22).
22. Detektormodul mit einer Auswerteinheit nach Anspruch 14 nach einem der vo- rangehenden Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass,
entsprechend der mehreren Abschnitte (32, 33; 83, 84, 85) der mindestens einen Schicht (36, 71 ) des Strahlungseintrittsfensters (13), der Strahlungsdetektor (12) ausgebildet ist, durch das Strahlungseintrittsfenster (13) auf den Strahlungsde- tektor (12) fallende ionisierende Strahlung (15) zu detektieren und ein entspre- chendes Signal (18a) zu erzeugen und dass die Auswerteeinheit (17) ausgebil- det ist, einen Quotienten (37) der entsprechenden Signale zu erzeugen.
23. Detektormodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Richtung der in das Detektormodul (1 ) einfallenden ionisierenden Strahlung (15) gesehen zwei oder mehr Strahlungseintrittsfenster (13, 13a) hintereinander angeordnet sind, wobei mindestens ein Strahlungseintrittsfenster (13a) aus- tauschbar mit dem Gehäuse (11 ) verbunden ist.
24. Detektormodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Strahlungsrichtung vor oder hinter einem Strahlungseintrittsfenster (13) eine Lochblende (51 ) angeordnet ist.
25. Detektormodul einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Richtung der in das Detektormodul einfallenden ionisierenden Strahlung (15) gesehen vor der Gehäuseöffnung (19) an dem Gehäuse (11 ) eine Strahlungsre- ferenzvorrichtung (61 ) mit einem strahlenden Material (64) angeordnet ist.
26. Detektormodul nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet, dass
das strahlende Material (64) zentrisch um die Gehäuseöffnung (19) angeordnet ist.
27. Detektormodul nach Anspruch 25 oder 26,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Strahlungsreferenzvorrichtung (61 ) an der dem Gehäuse (11 ) zugewandten Seite (63) ein für die Strahlung des strahlenden Materials (64) durchlässiges Fenster (65) aufweist.
28. Detektormodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 25 bis 27,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Strahlungsreferenzvorrichtung (61 ) einen Bereich (68) umfasst zur Transmis- sion der zu messenden ionisierenden Strahlung (15).
29. Detektormodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 28,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine auswechselbare Schutzvorrichtung (16) für das Strahlungseintrittsfenster (13) vor mechanischer Beschädigung vorhanden ist.
30. Verwendung eines Detektormodules nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Überwachung eines plasmaerzeugenden Laserprozesses.
31.Verfahren nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet, dass
die vom Laserprozess erzeugte ionisierende Strahlung zur medizinischen Be- handlung eingesetzt wird.
32. Verfahren nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei dem Verfahren um ein Materialbearbeitungsverfahren, insbesondere Bohren, Abtragen, Glätten, Schneiden, Trennen, Drehen, Härten oder eine Stof- fumwandlung handelt.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch das Sensormodul eine Abbildung des betrachteten Bereiches mittels laser- induzierter ionisierender Strahlung vorgenommen wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abbildung zur Steuerung oder Regelung des Laserprozesses verwendet wird.
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