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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Polymerzusammensetzung, die zum biologischen Gewebe äquivalent ist und einen
sehr hohen spezifischen Widerstand aufweist. Die Erfindung
betrifft ebenfalls die Verwendung dieser Polymerzusammensetzung
bei der Herstellung der Kathode eines zum biologischen Gewebe
äquivalenten Proportionalzählers sowie zum biologischen Gewebe
äquivalente Proportionalzähler, die eine mit Hilfe der
vorgenannten Polymerzusainmensetzung hergestellte Kathode enthalten.
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Jede Person, die in einem Kernkraftwerk oder in der Nähe
einer radioaktiven Quelle arbeitet, muß permanent ein
Dosimeter oder einen Zähler zur Messung der Radioaktivität an sich
tragen. Diese Geräte erlauben einerseits, festzustellen, ob
die Person Strahlungen ausgesetzt wurde oder nicht, und
andererseits, die absorbierte Dosis und die Aquivalentdosis
quantitativ zu bestimmen. Diese Zähler sind von zweierlei Art, die
erste, "passiv" genannt, erlaubt einzig die Registrierung der
aufgenommenen Strahlungsmenge, erfordert aber eine spätere
Entwicklungsbehandlung, um die Ergebnisse zu erhalten, die
zweite, "aktiv" genannt, ist kombiniert mit einer Anzeige, die
es erlaubt, die Dosis der absorbierten Strahlungen in Echtzeit
zu erhalten.
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Unter diesen aktiven Zählern gibt es zum biologischen
Gewebe äquivalente Proportionalzähler, d.h. Zähler, die dazu
bestimmt sind, ein Volumen von biologischem Gewebe von einigen
Mikrometern zu simulieren. Die Bezeichnung biologisch hat
mehrere Bedeutungen: hier ist beabsichtigt, sich ausschließlich
auf biologisches Gewebe zu beziehen, das die menschlichen
gestreiften Muskeln abbildet. In allgemeiner Weise enthält diese
Art Zähler einen Behilter, der begrenzt wird von einer
Umhüllung, die eine Kathode bildet. Diese Umhüllung ist in einem
zum biologischen Gewebe äquivalenten Material ausgeführt. Der
Behälter ist mit einer Gasmischung gefüllt, die selbst zum
biologischen Gewebe äquivalente Eigenschaften aufweisen muß,
damit die Wechselwirkungen, die in diesem Zähler stattfinden,
identisch sind mit denen, die in dem menschlichen Gewebe
ablaufen. Schließlich ist im Mittelpunkt dieses Behälters eine
Anode vorgesehen. Diese Anode ist mit
Verstärkungseinrichtungen für das elektrische Signal, das von der genannten Anode
geliefert wird, verbunden.
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Damit ein Material äquivalent zu biologischem Gewebe ist,
muß seine Zusammensetzung so nahe wie möglich der der Norm des
von der ICRU (International Commission on Radiation Units and
Measurements) im Jahre 1964 definierten biologischen Gewebes
kommen.
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Die theoretische atomare Massenzusammensetzung eines zum
biologischen Gewebe äquivalenten Materials ist die folgende:
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- Wasserstoff: 10,20% - Magnesium: 0,02%
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- Kohlenstoff: 12,30% - Phosphor: 0,20%
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- Stickstoff: 3,50% - Schwefel: 0,50%
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- Sauerstoff: 72,90% - Kalium: 0,30%
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- Natrium: 0,08% - Calcium: 0,07%
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Unter diesen Bestandteilen haben Wasserstoff und
Stickstoff eine ganz spezielle Bedeutung hinsichtlich der
Wechselwirkungen der Neutronen mit dem zum biologischen Gewebe
äquivalenten Material. Man bemüht sich mit Vorrang um die
Beachtung ihres Gewichtsanteils. Ebenso achtet man auf die mittlere
Atomnummer des erhaltenen Materials, so daß man eine gute
Äquivalenz des Materials zum biologischen Gewebe bei seiner
Wechselwirkung mit Photonen erhält. In der Tat treten die
Photonen hauptsächlich mit den Elektronen in Wechselwirkung. Die
Größe der Wechselwirkungen ist in erster Annäherung
proportional zu der Zahl der in dem Material enthaltenen Elektronen.
Die mittlere Atomnummer wird gemäß der Formel
Z = (ΣiniZi)/(Σini) berechnet, wobei ni die Zahl der Atome des
Bestandteils i pro Masseneinheit und Zj die Atomnummer des
Bestandteils i bedeutet. Diese mittlere Atomnummer entspricht
der mittleren Zahl der an einem Atom "angebundenen"
Elektronen. Sie ist also ein globales quantitatives Maß für die
Wechselwirkung der Photonen mit der Materie.
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Man kennt bereits nach der bisherigen Technik ein zu
biologischem Gewebe äquivalentes Material, das laufend benutzt
wird, um gewisse grundlegende Teile von zu biologischem Gewebe
äquivalenten Proportionalzählern herzustellen. Dieses Material
ist ein leitfähiges Polymer, bekannt unter der Bezeichnung
ALSO (eingetragene Marke), eingeführt von F. Shonka. Es wird
insbesondere beschrieben in einem Artikel von James B. Smather
und Victor A. Ohe, "Composition of A-150 tissue equivalent
plastic", Medical Physics, Bd. 4, Nr. 1, Jan.-Feb. 1977, Am.
Assoc. Phys. Med. Dieses Material ist auf Basis von
Polyethylen (45,14 Gew.-%), Polyamid: Nylon Zytel 69 der Formel
C&sub1;&sub2;H&sub2;&sub2;0&sub2;N&sub2;, (35,22 Gew.-%), Ruß (16,06 Gew.-%) und
Calciumfluorid CaF&sub2; (3,58 Gew.-%) gebildet. Das Verfahren zur
Herstellung dieses Materials ist ebenso in dem Patent
US 3 005 794 beschrieben.
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Die atomare Massenzusammensetzung von ALSO ist die
folgende:
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- Wasserstoff: 10,10%
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- Kohlenstoff: 77,60%
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- Stickstoff: 3,50%
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- Sauerstoff: 5,20%
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- Calcium: 1,80%
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- Fluor: 1,80%
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Dieses Polymermaterial ist leitend, und sein spezifischer
Widerstand ist damit niedrig, von der Größenordnung 30 bis
70 Ω.cm.
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Im Rahmen der Herstellung und der Anwendung von zu
biologischem Gewebe äquivalenten Proportionalzählern erschien es
jedoch nützlich, über ein Material verfügen zu können, das
nicht nur äquivalent zum biologischen Gewebe ist, sondern das
ebenfalls einen sehr hohen spezifischen Widerstand aufweist,
um die Inhomogenitäten des elektrischen Feldes in diesen
Zählern zu vermindern. Ein derartiges Material könnte also
eingesetzt werden in den Zählern einzelliger zylindrischer
Geometrie oder in den Zählern vielzelliger Geometrie mit
komplizierterer Struktur, die aber notwendig sind für die
Herstellung
individueller Dosimeter
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Ziel der Erfindung ist folglich, eine neue
Zusammensetzung von Polymeren auszuarbeiten, die nicht nur Äquivalenz zum
biologischen Gewebe, sondern ebenso sehr großen spezifischen
Widerstand aufweisen.
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Dieses Ziel wird erreicht mit Hilfe einer
Polymerzusammensetzung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einem
Polyamid, Polypropylen, Epolen, Zuschlagstoffen und Ruß
gebildet wird und daß sie eine solche atomare Massenzusammensetzung
aufweist, daß der Wasserstoff zwischen 6 und 14%, der
Kohlenstoff zwischen 55,5 und 86,5%, der Stickstoff zwischen 2,5 und
4,5%, der Sauerstoff zwischen 1,5 und 7,5%, das Calcium
zwischen 1,5 und 9,5% und das Fluor zwischen 1 und 9% liegt,
wobei die Summe der Menge von Kohlenstoff, Sauerstoff und Fluor
in der atomaren Gesamtzusammensetzung zwischen 72 und 90%
liegt.
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Eine derartige Zusammensetzung von Polymeren weist einen
spezifischen Widerstand auf, der zwischen 10 MΩ.cm und
40 GΩ.cm liegt.
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Die Erfindung betrifft ebenso die Verwendung dieser
Zusammensetzung von Polymeren bei der Herstellung mindestens
eines Teils der Kathode eines zum biologischen Gewebe
äquivalenten Proportionalzählers.
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Dank den Eigenschaften des spezifischen Widerstandes der
Polymerzusammensetzung ist es möglich, einen Teil der Kathode
eines Proportionalzihlers herzustellen und im Inneren dieses
Zählers ein sehr homogenes elektrisches Feld zu erhalten.
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Außerdem betrifft die Erfindung ebenso einen zum
biologischen Gewebe äquivalenten Proportionalzähler des einzelligen,
vorzugsweise zylindrischen Typs, der einen geschlossenen
Behälter umfaßt, der von einer Kathode definiert wird, die einen
Körper länglicher Form und zwei Grundflächen, welche die
beiden Enden dieses Körpers verschließen, umfaßt, wobei der
Behälter mit einem zum biologischen Gewebe äquivalenten Gas
gefüllt ist und in seiner Länge von einer Anode durchzogen ist.
Gemäß den Eigenschaften der Erfindung sind die beiden
Grundflächen der Kathode in der vorgenannten Polymerzusammensetzung
ausgeführt.
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Schließlich betrifft die Erfindung einen zum biologischen
Gewebe äquivalenten Proportionalzähler des vielzelligen Typs,
der einen geschlossenen Behälter umfaßt, welcher durch einen
Rahmen und mindestens zwei Einheiten definiert ist. Jede
Einheit ist aus einem zwischen zwei leitenden Platten
angeordneten Block zusammengesetzt, wobei die dem Innern des genannten
Behälters zugewandte Platte und der genannt. Block derart mit
Bohrungen versehen sind, daß eine Mehrzahl von Zellen
definiert wird, die ins Innere des Behälters münden, und wobei
dieser Behälter mit einem zum biologischen Gewebe äquivalenten
Gas gefüllt und von mindestens einer Anode durchzogen ist.
Gemäß den Eigenschaften der Erfindung ist der Block in der
vorgenannten Polymerzusammensetzung ausgeführt.
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Die Erfindung wird besser bei der Lektüre der folgenden
Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung verstanden,
die zur Erläuterung, nicht zur Begrenzung gegeben wird. Diese
Beschreibung geschieht unter Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen, in welchen:
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- Fig. 1 ein Diagranun ist, welches im Längsschnitt
eine Ausführungsform eines zum biologischen Gewebe
äquivalenten Zählers von zylindrischer einzelliger Struktur gemäß der
Erfindung darstellt,
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- Fig. 2 ein dreidimensionales Diagrazzuu ist, das die
Veränderung des elektrischen Feldes im Inneren eines zum
biologischen Gewebe äquivalenten einzelligen Z"hlers darstellt,
von dem ein Teil der Kathode in einem leitfähigen
Polymermaterial der bisherigen Technik gebildet ist,
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- die Fig. 3 die Verteilung des elektrischen Feldes in
zwei Dimensionen für denselben Zähler wie den der Fig. 2
darstellt,
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- die Fig. 4 und 5 identisch mit den vorhergehenden
Fig. 2 bzw. 3 sind, abgesehen davon, daß ein Teil der Kathode
des zum biologischen Material äquivalenten Zählers aus der
Polymerzusammensetzung mit sehr hohem spezifischem Widerstand
gemäß der Erfindung gebildet ist,
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- Fig. 6 ein Plan ist, der im Schnitt und
perspektivisch
einen zum biologischen Gewebe äquivalenten Zähler von
vielzelliger Struktur darstellt.
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Die zum biologischen Gewebe äquivalente
Polymerzusammensetzung gemäß der Erfindung wurde ausgehend von einer Mischung
von Polymeren, insbesondere von Polyamid, Polypropylen und
Epolen, hergestellt. Diese Polymermischung wurde ferner durch
die Zugabe von Zuschlagstoffen und leitfähigen Zuschlagstoffen
vervollständigt, um die Atornzahl in dem Endprodukt
einzustellen und um ein Produkt zu erhalten, das zugleich die
Anforderungen der ICRU beachtet und einen sehr großen spezifischen
Widerstand aufweist.
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Das in der genannten Zusammensetzung verwendete Polyamid
ist vorzugsweise dasjenige, welches die allgemeine Formel
[-(CH&sub2;)-CO-NH-]n aufweist. Dieses Polyamid ist unter der
Bezeichnung PA12 VESTAMID L2101 (eingetragene Marke) bekannt.
Dieses Produkt wird beispielsweise von der Firma CABOT
(Niederlande) vertrieben. Seine atomare Massenzusammensetzung ist
die folgende:
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- Stickstoff: 7,1%
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- Wasserstoff: 11,7%
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- Sauerstoff: 8,1%
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- Kohlenstoff: 73,1%
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Da dieses Polyamid das einzige unter den verwendeten
POlymeren ist, das Stickstoff als Bestandteil enthält, bestimmt
es die Konzentration dieses chemischen Elements in dem
Endprodukt. Folglich wird man, um den von der IRCU festgelegten
Anteil des Stickstoffs in einem zum biologischen Gewebe
äquivalenten Gewebe zu beachten (d.h. 3,5%), ungefähr 49,3% dieses
Polyamids verwenden. Allerdings ist das verwendete Produkt,
wie später im Detail ausgeführt wird, selten rein, und die
Anwesenheit der Verunreinigungen in dem Polyamid kann den Anteil
des verwendeten Polyamids schwanken lassen, um den atomaren
Massenanteil des Stickstoffs in der Endzusammensetzung
einzuhalten.
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Das verwendete Polypropylen [-CH2-CH(CH3)-]n ist unter
der Bezeichnung VESTOLEN 8400 bekannt, vertrieben
beispielsweise durch die Firma CABOT (Niederlande). Dieses Produkt be
sitzt einen Schmelzpunkt nahe bei dem vorgenannten Polyamid,
was die Mischung dieser beiden Produkte erleichtert.
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Es wurde ebenso Epolen in der Polymerzusammensetzung
verwendet, das ein Polypropylen vermischt mit ungefähr 1%
Carbonsäure ist. Epolen gestattet, die Phasentrennung zwischen zwei
nicht mischbaren Polymeren, etwa den vorgenannten Polypropylen
und Polyamid, zu verhindern.
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Ferner wurde dieser Mischung dreier Polymere ebenfalls
ein Zuschlagstoff zugesetzt, der die Aufgabe hat, die
Atomnummer des Endprodukts auf diejenige des von der ICRU definierten
Gewebes einzustellen, wobei diese Bedingung wichtig ist, um
hinsichtlich der Photonen die Äquivalenz zum biologischen
Gewebe zu erhalten. Dieser Zuschlagstoff kann beispielsweise
unter Calciumfluorid CaF&sub2; und Calciumcarbonat CaCO&sub3; gewählt
werden.
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Schließlich ist es, um ein leitfähiges Polymer zu
erhalten, angebracht, dieser Mischung einen leitfähigen
Zuschlagstoff zuzusetzen. Dieser leitfähige Zuschlagstoff ist
vorzugsweise Ruß. In den verschiedenen ausgeführten Versuchen wurde
dieser Ruß entweder in Form von freiem Pulver der
Polymermischung hinzugefügt oder stattdessen Polypropylen, das direkt
mit Ruß gefüllt ist.
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Zehn verschiedene Polymerzusammensetzungen wurden so
hergestellt, indem man die Anteile der verschiedenen vorgenannten
Bestandteile variierte. Die exakten Zusammensetzungen sind in
der Tab. 1 angegeben, die nachfolgend im Detail beschrieben
wird.
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Im Lauf der verschiedenen Versuche konnte man
feststellen, daß das Epolen gestattet, eine bessere Hornogenisierung
des Produkts zu erhalten. Unter den zehn hergestellten
Zusammensetzungen waren diejenigen, die den Ruß pulverförmig
enthielten, viel homogener als die Zusammensetzungen auf der
Basis von rußgefülltem Polypropylen. Dieser Unterschied beruht
wahrscheinlich auf dem Umstand, daß der aus Calciumfluorid
oder aus Calciumcarbonat bestehende Zuschlagstoff im ersten
Fall sich besser mit dem Ruß mischt als im zweiten.
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Außerdem wurde der spezifische Widerstand dieser ver
schiedenen Zusammensetzungen getestet.
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Die Messung des spezifischen Widerstands wurde
entsprechend der Norm NFTSI-189 ausgeführt, die die Messung des
spezifischen Widerstands von leitfähigen Plastikmaterialien
betrifft. Diese Messung beruht auf dem Prinzip, das darin
besteht, einen konstanten Gleichstrom der Stärke I zwischen den
beiden Enden einer Musterplatte fließen zu lassen, die aus dem
zu analysierenden Material gebildet ist. Mit Hilfe eines
Potentiometers mißt man den Spannungsabfall AU zwischen zwei an
den beiden Enden der Musterpiatte angeordneten Elektroden. Für
den getesteten Teil des Musters, der zwischen den beiden
Kontaktelektroden angeordnet ist, ist der Widerstand R durch die
Formel R=ΔU/I gegeben.
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Dieser Widerstand ist unabhängig von dem Widerstand der
Meßelektroden
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Für jede der zehn vorgenannten Zusammensetzungen wurde
eine Musterplatte von 10 mm Breite, -10 bis 150 mm Länge und 3
bis 4 mm Dicke verwendet, mit einer Toleranz von 5% für die
Gleichmäßigkeit der Dicke. Nach ihrer Herstellung wurde jede
Musterplatte für mindestens 16 Stunden bei Umgebungstemperatur
und unter den Bedingungen der Umgebungsfeuchtigkeit gelassen.
Für jeden Test wurden drei Platten von gleicher Abmessung in
jeder der senkrechten Richtungen hergestellt (longitudinal und
vertikal). Diese drei Platten wurden dann dem Test zur Messung
des spezifischen Widerstands unterzogen.
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Die Berechnung des spezifischen Widerstand p ist durch
die folgende Formel gegeben: = (R.A)/d , worin R den
Widerstand der Platte (ausgedrückt in Ω), A die
Querschnittsfläche der genannten Platte (ausgedrückt in cm²) und d den
Abstand zwischen den beiden Meßelektroden (ausgedrückt in cm)
darstellt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tab. 1
angegeben.
Tabelle 1
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Die besten Resultate für den spezifischen Widerstand
werden mit den Mustern 1 bis 4 erhalten. Dies sind Muster, die
den Ruß in Form von freiem Pulver und nicht direkt im
Polypropylen eingeschlossen enthalten. Ferner sind diese Resultate
verhältnismäßig gleichmäßig.
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Was die Muster 5 bis 10 betrifft, so stellt man fest, daß
die Werte des spezifischen Widerstands viel niedriger sind,
und vor allem, daß diese Werte nicht gleichmäßig sind&sub5; Das
erklärt sich durch den Umstand, daß es leichter ist, drei
verschiedene Produkte zu mischen, wie dies bei den Versuchen 1
bis 4 der Fall ist, als zunächst zwei Produkte miteinander zu
mischen (d.h. Polypropylen und Ruß), dann ein drittes (PA12)
hinzuzugeben, wie dies für die Versuche 5 bis 10 der Fall ist.
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Diese Muster 1 bis 4 wurden anschließend chemischen
Analysen unterzogen, um ihre atomare Massenzusammensetzung zu
ermitteln.
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Das Muster 2 wurde als dasjenige festgestellt, das am
besten den durch die Erfindung festgelegten Zielen entspricht,
was seine atomare Zusammensetzung und seinen spezifischen
Widerstand betrifft. Dieses Muster 2 weist die folgende atomare
Massenzusammensetzung auf;
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- Wasserstoff: 10,3%
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- Kohlenstoff: 71%
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- Stickstoff: 3,5%
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- Sauerstoff: 4,5%
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- Oalcium: 5,5%
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- Fluor: 5,2%
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Der spezifische Widerstand dieser Polymerzusammensetzung
ist von der Grßenordnung 5 GΩ.cm, und ihr Schmelzpunkt liegt
zwischen 150 und 180ºC.
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Allerdings sind die Muster 3 und 4 ebenfalls interessant.
Folglich kann man die Polymerzusammensetzung in einer
allgemeineren Weise durch die folgenden Bereiche der atomaren
Zusammensetzung definieren:
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- Wasserstoff: 6 bis 14% oder bevorzugt 8 bis 12%
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- Kohlenstoff: 55,5 bis 86,5% oder bevorzugt 63,5 bis
78,5%
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- Stickstoff: 2,5 bis 4,5% oder bevorzugt 3 bis 4%
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- Sauerstoff: 1,5 bis 7,5% oder bevorzugt 3 bis 6%
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- Calcium: 1,5 bis 9,5% oder bevorzugt 3,5 bis 7,5%
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- Fluor: 1 bis 9% oder bevorzugt 3 bis 7%
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Man wird ferner darauf achten, daß die Summe der Menge
von Kohlenstoff, Sauerstoff und Fluor in der atomaren
Zusammensetzung im ersten Fall ungefähr zwischen 76,5 und 85,5% und
im zweiten Fall zwischen 72 und 90% liegt.
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Die Polymerzusammensetzungen, die zu diesen
Wertebereichen gehören, entsprechen in zufriedenstellender Weise den
Vorschriften der IRCU und weisen einen hohen spezifischen
Widerstand der Größenordnung 10 MΩ.cm bis 40 GΩ.cm auf.
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Bei der Herstellung des ohmischen Polymers stellt man
fest, daß die Polypropylene und die Polyamide sich schlecht
vermischen. Folglich sind die erhaltenen Polymere nicht
homogen. Wenn man Epolen hinzufügt, so verhindert man die
Phasentrennung zwischen den beiden nicht mischbaren Polymeren
(Polypropylen und Polyamid), so daß das am Ende der Herstellung
erhaltene Produkt homogen ist. Die Homogenität der Mischung ist
jedoch nie vollkommen und nie von einer Herstellung zur
anderen identisch. Die atomare Zusammensetzung der
Materialverluste im Verlauf des Herstellungsprozesses ist also nicht
quantitativ zu beziffern, und es kann keine exakte theoretische
Übereinstimmung zwischen den atomaren Massenanteilen der
Endzusammensetzung des Polymers und den Anteilen der
verschiedenen zu seiner Herstellung verwendeten Produkte bestehen.
Ebenso enthalten die Bestandteile des Polymers verunreinigungen,
die nicht in den chemischen Formeln der verschiedenen
Bestandteile
berücksichtigt sind, so daß die Berechnungen, die die
Gewichtsanteile der Bestandteile zu bestimmen erlauben, mit
Fehlern behaftet sind, die bei der Herstellung empirisch mit
dem Ziel korrigiert werden, die gewünschte atomare
Massenzusammensetzung zu erhalten.
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Die erf indungsgemäße, zum biologischen Gewebe äquivalente
Polymerzusammensetzung kann bei der Herstellung gewisser Teile
eines zum biologischen Gewebe äquivalenten Proportionalzählers
verwendet werden, ganz gleich, ob dieser Zähler vom
einzelligen oder vom vielzelligen Typ ist.
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Ein Beispiel für einen zum biologischen Gewebe
äquivalenten Proportionalzähler des einzelligen Typs ist in der
beigefügten Fig. 1 dargestellt. Dieser Zähler dient dazu, ein
biologisches Gewebevolumen von einigen Mikrometern zu simulieren.
Dieser Zähler umfaßt einen Behälter 1, der definiert wird
durch eine Umhüllung 3 in Zylinderform, die aber
gegebenenfalls auch eine andere Form haben kann. Diese Umhüllung 3
spielt die Rolle der Kathode. Ferner ist eine Anode 5 in
Richtung der Längsachse der genannten zylindrischen Umhüllung 3
angeordnet. Diese Anode 5 ist aus einem zum biologischen
Gewebe äquivalenten und leitfähigen Material hergestellt. Die
Kathode 3 umfaßt zwei Teile, einen zylindrischen Körper 3' und
zwei Grundflächen 3", die an den beiden Enden der Kathode 3
angeordnet sind. Die Anode 5 ist von der Grundfläche 3" der
Kathode durch einen Isolator 7 und einen Schutzring 9
elektrisch isoliert. Dieser Schutzring 9 hat die Aufgabe, die
statischen elektrischen Ladungen zu sammeln, bevor sie die Anode
5 erreichen, wo sie parasitäre elektrische Impulse induzieren
könnten. Schließlich ist der Behälter 1 mit einer Gasmischung
11 gefüllt, die selbst eine zum biologischen Gewebe
äquivalente Zusammensetzung haben muß.
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Ferner ist die Kathode 3 mit der Masse verbunden, während
die Anode 5 mit Einrichtungen zur Verstärkung 13 des von der
genannten Anode gelieferten elektrischen Signals verbunden
ist.
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An die Arbeitsweise dieses Zählers wird nachfolgend kurz
erinnert.
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Setzt man diesen Zähler einem gemischten Strahlungsfeld
aus, das Photonen und Neutronen enthält, so treten diese mit
dem Gas 11 und der Kathode 3 in Wechselwirkung, wobei sie
geladene Teilchen erzeugen (Elektronen und Rückstoßkerne). Ein
Teil dieser geladenen Teilchen, die auf der Höhe der Kathode
3, 3', 3" erzeugt wurden, durchquert das Gas 11.
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Die für die Detektion benutzten pHänomene sind die
Ionisierung und die Anregung des Gases 11. Die Wechselwirkung
eines geladenen Teilchens mit den Atomen des Gases erzeugt lokal
eine bestimmte Anzahl von lonenpaaren, die in Abwesenheit
eines elektrischen Feldes (d.h. wenn das an die Anode angelegte
Potential gleich dem an die Kathode angelegten Potential ist)
rekombinieren. Wenn dagegen das Gas 11 in einem elektrischen
Feld angeordnet ist (d.h. wenn das an die Anode 5 angelegte
Potential höher ist als das an die Kathode 3 angelegte), so
wandern die gebildeten positiven Ionen zur Kathode 3, 3', 3",
während die Elektronen zur Anode 5 wandern, wobei sie einen
Bereich durchqueren, in dem das elektrische Feld immer mehr
zunimmt. In dem Maß, wie das Elektron seinen Ort verändert,
wird es beschleunigt, es kann dann die Atome des Gases 11
ionisieren und anregen. Die so erzeugten Elektronen werden
ihrerseits beschleunigt. Eine TOWNSEND-Lawine bildet sich um die
Anode 5 aus. Die Wechselwirkung eines Teilchens mit dem Zähler
führt zu einem elektrische Impuls, der an den Polen des
Zählers abgenommen wird und dessen Amplitude proportional ist zur
Zahl der gesammelten Elektronen.
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Die Wechselwirkung der geladenen Teilchen mit dem Gas
kann an jeder beliebigen Stelle in dem gesamten Gasvolumen
erfolgen. Es ist muß deshalb die Veränderung des elektrischen
Feldes im Innern des Behälters so homogen wie möglich sein.
Das ist erreichbar, wenn man die erfindungsgemäße
Polymerzusammensetzung benutzt, um die Kathode 3 oder genauer einen
Teil von ihr herzustellen.
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Berechnungen wurden ausgeführt unter Verwendung eines
einzelligen zylindrischen, zum biologischen Gewebe
äquivalenten Zählers, dessen Grundflächen 3" entweder in einem zum
biologischen Gewebe äquivalenten, aber leitenden Material vom Typ
A150 (eingetragene Schutzmarke) oder in der zum biologischen
Gewebe äquivalenten Polymerzusammensetzung von hohem
spezifischen Widerstand entsprechend der Erfindung ausgeführt sind.
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Um den Vorteil des Materialwechsels in dem zum
biologischen Gewebe äquivalenten Zähler zu zeigen, wurde die
Verteilung des elektrischen Feldes im Innern dieses Zählers in den
beiden Fällen gemessen.
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Die in Fig. 2 und 3 dargestellten Ergebnisse entsprechen
denen, die erhalten werden, wenn die Grundflächen 3" der
Kathode 3 aus dem aus der bisherigen Technik bekannten, zum
biologischen Gewebe äquivalenten leitfähigen Material hergestellt
sind.
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Fig. 2 entspricht den elektrischen Feldlinien in drei
Dimensionen und Fig. 3 in zwei Dimensionen. Die Berechnungen
wurden ausgeführt für Potentiale von 0 V an der Kathode 3',
3', 600 V an der Anode 5 und 300 V am Schutzring 9.
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Man beobachtet eine Deformation des elektrischen Feldes
in der nächsten Umgebung der Grundflächen 3" des Zylinders,
was den Effekt hat, das Auflösungsvermögen des Geräts zu
vermindern.
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Dagegen stellt man fest, wie es auch in den beigefügten
Fig. 4 und 5 geschildert ist (Messungen ausgeführt unter
identischen Bedingungen), daß der Gebrauch der erfindungsgemaßen
Polymerzusammensetzung es erlaubt, diese Deformation des
elektrischen Feldes auszuschließen.
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Die Verwendung der neuen Polymerzusammensetzung gemäß der
Erfindung bei der Herstellung eines zum biologischen Gewebe
äquivalenten Zählers des vielzelligen Typs wird nun unter
Bezug auf Fig. 6 beschrieben.
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Die Arbeitsweise dieses Zählers ist identisch mit dem,
was vorher für den einzelligen Zähler beschrieben wurde.
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Jede Zelle 21 des vielzelligen Zählers ist ein
zylindrischer Kanal, der in einen Block 23 von erf indungsgemäßem, zum
biologischen Gewebe äquivalentem Polymermaterial mit hohem
spezifischen Widerstand gegraben ist. Eine Mehrzahl von Zellen
ist so vorgesehen. Diese sind in Form paralleler Reihen
angeordnet. Der Block 23 wird sandwichartig zwischen zwei Platten
25, 25' eines zu dem biologischen Gewebe äquivalenten
leitfähigen Materials gehalten. Die dem Innern des Zählers
zugewandten Platten 25' sind mit öffnungen 26 durchlöchert, die in der
Verlängerung der Zellen 21 vorgesehen sind. Eine derartige
Einheit wird mit 27 bezeichnet. Zwei Einheiten 27 sind
übereinandergestellt und in einem Rahmen 29 verbunden, um zwischen
ihnen einen Behälter 31 zu definieren. Der Rahmen 29 ist
bevorzugt aus Polyethylen hergestellt.
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Die Anoden bestehen aus Drähten 33, die in dem Behälter
31 zwischen den beiden Einheiten 27 in gleichem Abstand
voneinander gespannt sind. Jede Anode ist vor einer Reihe von
Zellen 21 gespannt, so daß sie auf der Höhe von deren
Durchmesser vorbeiläuft. Die Anodendrähte 33 werden an den beiden
Enden des Rahmens 29 von einem Anodenträger 35 gehalten.
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Ferner sind mehrere Eingänge 37 auf mindestens einer
Seitenfläche des Rahmens 29 vorgesehen, um die Füllung des
Behälters 31 und der Zellen 21 mit einem zum biologischen Gewebe
äquivalenten Gas zu erlauben.
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Die zur Bildung des Blocks 23 verwendete erfindungsgemäße
Polymerzusammensetzung erlaubt, ein elektrisches Feld parallel
zu der Längsachse der Zelle 21 zu erzeugen, was mit einem zum
biologischen Gewebe äquivalenten leitfähigen Material nicht
möglich gewesen wäre.
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Das elektrische Feld im Innern der Zellen 21 erlaubt, die
Rekombination der elektrischen Ladungen (Ionen und
Elektronen), die in dem Volumen des Zählers bei der Bestrahlung
erzeugt werden, zu verhindern. Dieses Ergebnis wird erzielt,
indem man das erfindungsgemäße Polymer (spezifischer Widerstand
von der Größenordnung einiger GΩ.cm) verwendet. Die Enden
jeder Zelle 21 sind mit Hilfe der beiden Platten 25 auf
Potentiale Vi und V2 > V2 ) V1) gebracht (wobei die obere Platte 25
in Fig. 6 auf ein Potential Vi, die untere Platte 25' auf ein
Potential V2 gebracht ist).
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Der große spezifische Widerstand des Polymers gestattet,
den elektrischen Strom, der es durchquert, zu begrenzen, d.h.
die Wärmeentwicklung und den elektrischen Verbrauch des
Zählers zu verkleinern.