FI119204B - Säteilynilmaisin, järjestely ja menetelmä radioaktiivisen säteilyn mittaamiseksi, joissa jatkuvaa matalaenergistä taustakohinaa on vähennetty - Google Patents

Description

119204 Säteilynilmaisin, järjestely ja menetelmä radioaktiivisen säteilyn mittaamiseksi, joissa jatkuvaa matalaenergistä taustakohinaa on vähennetty - Strälnings-detektor, arrangemang och metod for att uppmäta radioaktiv straining, där kontinuerlig lägenergisk bakgrundsbrus har minskats 5

Keksintö koskee yleisesti kaasun ionisaatioon perustuvia radioaktiivisen säteilyn ilmaisimia. Erityisesti keksintö koskee sitä, miten tällaisen ilmaisimen signaali-kohinasuhdetta voidaan parantaa vähentämällä matalaenergistä taustakohinaa.

Röntgenfluoresenssimenetelmiä käytetään yleisesti, kun halutaan tutkia tiettyjen ai-10 neiden pitoisuuksia annetussa näytteessä. Mittauksessa käytetään säteilylähdettä, jonka lähettämän röntgentaajuisen ns. herätesäteilyn annetaan osua näytteeseen, jolloin se virittää näytteen sisältämien aineiden atomeja. Viritystilojen lauetessa näyte lähettää fluoresenssisäteilyä. Viritystila vastaa energiamäärää, jonka suuruus on kunkin alkuaineen atomeille ominainen. Mittaamalla fluoresenssisäteilyn spektriä 15 on mahdollista selvittää, mitä aineita näyte sisältää ja mitkä ovat eri aineiden pitoisuudet näytteessä.

Fluoresenssisäteilyn mittaamisen kannalta avainasemassa on ilmaisin, joka muuntaa siihen osuneet säteilyfotonit sähköisiksi signaaleiksi. Ilmaisimen on oltava energia- • · : dispersiivinen, mikä tarkoittaa, että sen on annettava kutakin siihen osunutta säteily- v ·* 20 fotonia kohden signaali, josta selviää fotonin energia. Tunnettuja energiadispersuvi- ‘l· siä säteilynilmaisintyyppejä ovat esimerkiksi kaasutäytteiset ionisaatiokammiot ja verrannollisuuslaskurit sekä puolijohdeilmaisimet. Esillä oleva keksintö liittyy eri- ·;'·· tyisesti kaasutäytteisiin ilmaisimiin, joissa ilmaisimeen osunut säteilyfotoni tuottaa väliaineessa (kaasussa) joukon positiivisia ja negatiivisia varauksia, jotka korkean 25 biasjännitteen tuottama sähkökenttä ohjaa tietyille elektrodeille. Syntyvien varaus- <<##; ten määrä on verrannollinen ne synnyttäneen säteilyfotonin energiaan. Varausten !..* kerääntyessä elektrodeille ne muuttavat hetkellisesti elektrodien potentiaalia sitä • * ·"* enemmän, mitä useampia varauksia oli. Mittaamalla elektrodin potentiaalimuutok- : ‘.i sen voimakkuus saadaan sähköinen signaali, jonka amplitudi on verrannollinen vä- ·:*·: 30 Hameessa syntyneiden varausten määrään ja siis mitattavan fluoresessifotonin ener- giaan. Sähköiset signaalit kerätään monikanava-analysaattorilla, joka laskee eri * *. energioita edustavien signaalien määrät ja muodostaa näin säteilyspektrin, jossa kunkin piikin paikka energia-asteikolla ilmaisee tietyn aineen olemassaolon näytteessä ja kunkin piikin suhteellinen korkeus vastaa kyseisen aineen pitoisuutta näyt-35 teessä.

2 119204

Ionisaatiokammio ja verrannollisuuslaskuri ovat kaasutäytteisten ilmaisinten tyyppejä, jotka eroavat toisistaan lähinnä sen suhteen, kerätäänkö elektrodeille vain välittömästi fotonien ja väliaineen atomien vuorovaikutuksesta syntynyt varaus (ionisaatiokammio) vai käytetäänkö hyväksi ns. kaasuvahvistusta eli vapaiden varausten 5 moninkertaistumista vapautuneiden elektronien ionisoidessa yhä uusia väliaineen atomeja (verrannollisuuslaskuri). Esillä oleva keksintö on erityisesti tarkoitettu käytettäväksi verrannollisuuslaskureissa, mutta samaa periaatetta on mahdollista soveltaa myös ionisaatiokammioissa.

Kuva 1 esittää kaavamaisesti tunnetun putkimaisen, kaasutäytteisen verrannolli-10 suuslaskurin poikkileikkausta. Tällaista verranollisuuslaskuria voidaan käyttää esimerkiksi röntgenfluoresenssifotonien ilmaisimena, kun fluoresenssifotonien energia on muutaman kiloelektronivoltin luokkaa. Ilmaisimessa on lieriömäinen vaippa 101, joka on päistään suljettu kahdella yhdensuuntaisella, vaipan 101 keskiakselin suuntaa vastaan kohtisuoralla tasolla. Näin syntyvä suljettu tila sisältää kaasua. Vaipassa 15 101 on röntgensäteitä läpäisevä ikkuna 102, jonka läpi mitattavat röntgenfotonit pääsevät ilmaisimen sisään. Keskellä vaipan 101 rajaamaa lieriömäistä tilaa kulkee vaipan 101 keskiakselin suuntainen anodilanka 103, joka ulottuu ilmaisintilaa rajaa-vasta tasosta toiseen. Vaippa 101 ja anodilanka 103 ovat sähköä johtavaa materiaalia ja ne on eristetty toisistaan. Korkeajännitelähteen 104 positiivinen napa on kyt-20 ketty vastuksen 105 kautta anodilankaan 103 ja negatiivinen napa on kytketty vaip- • · • ·’ paan 101. Vastuksen 105 ja anodilangan 103 väliltä on yhteys kondensaattorin 106 v : kautta mittaussignaaliantoon 107, josta mittaussignaalit voidaan johtaa vahvistimen ., l: * kautta monikanava-analysaattoriin (ei esitetty kuvassa).

• * • · · * · · .[„· Kun fluoresenssifotoni 110 tulee ikkunan 102 kautta ilmaisimeen, sen todennäköi- • * ... 25 sin vuorovaikutus väliaineena toimivan kaasun kanssa on valosähköinen ilmiö eli • » ’**' ns. fotoelektronin irrottaminen jostakin väliaineen atomista. Vapaan fotoelektronin energiaksi tulee sen irrottaneen fotonin energia vähennettynä sidosenergialla, joka vaaditaan elektronin irrottamiseen atomista. Fotoelektroni etenee väliaineessa tietyn ...: matkan 111, jonka varrella se vuorovaikuttaa muiden atomien kanssa irrottaen niistä :*·.· 30 uloimpia elektroneja, mikä synnyttää väliaineeseen joukon vapaita varauksia. Jos • · ....: oletetaan, että tutkitaan fluoresenssisäteilyä rikistä, fluoresenssifotonin 110 energia .*. on noin 2,3 keV ja fotoelektronin etenemismatka 111 noin 1-3 mm. Anodilangan * · **‘·] 103 ja vaipan 101 välinen sähkökenttä ohjaa syntyneet vapaat elektronit anodille, * jolloin anodin saaman negatiivisen varauspulssin suuruus on verrannollinen sen fo- 35 tönin energiaan, joka irrotti alkuperäisen fotoelektronin.

3 119204 Käytännön fluoresenssimittauksissa on havaittu, että ilmaisimeen osuu varsinaisten fluoresenssifotonien 110 lisäksi näytteestä sironneita koherentteja fotoneja ja Compton-sironnan tuottamia fotoneja. Herätesäteilyn energia voidaan tunnetusti valita sellaiseksi, että sironneiden säteilyfotonien energia on suurempi kuin fluore-5 senssifotonien, jolloin sironneet fotonit eivät sellaisinaan sekoitu mitattaviin fluore-senssifotoneihin. Ongelmaksi muodostuu kuitenkin ns. epätäydellinen varauksen keräys. Se tarkoittaa, että sironnut suurienerginen fotoni 112 irrottaa fotoelektronin, joka energiansa puolesta voisi edetä matkan 113, mutta joka törmää vaippaan 101 ennen kuin on luovuttanut kaiken energiansa ionisoimalla väliaineen atomeja. Suu-10 rienergisen fotoelektronin osittainen matka väliaineen läpi jättää jälkeensä joukon varauksia, joiden määrä vastaa vain osaa fotonin alkuperäisestä energiasta. Jos näiden varausten määrä sattuu olemaan yhtä suuri kuin tiettyenergiaisen fluoresenssifo-tonin synnyttämien varausten määrä, sironnut suurienerginen fotoni lasketaan virheellisesti fluoresenssifotoniksi. Joka tapauksessa epätäydellisesti kerätyn varauk-15 sen määrä ei ole sidoksissa mihinkään määrättyyn, tietylle atomille tyypilliseen energiatilaan, minkä johdosta epätäydellinen varauksen keräys aiheuttaa mittaustulokseen matalaenergistä taustakohinaa, joka on energian suhteen jatkuva-arvoista. Se rajoittaa fluoresenssianalyysin herkkyyttä pienillä haluttujen aineiden pitoisuuksilla, koska haluttuja fotonienergioita edustavissa mittauskanavissa pulssien tilastol-20 linen hajonta määräytyy taustakohinan hajonnasta.

• » : Fotoelektronin törmäämistä ilmaisimen seinämään ja siitä johtuvaa epätäydellistä v : varauksen keräystä nimitetään seinämäefektiksi (engl. wall effect). Suurienerginen 'tml· fotoelektroni voi syntyä myös ikkunan 102 materiaalissa, kun sironnut fotoni vuo- rovaikuttaa ikkunamateriaalin kanssa. Fotoelektroni luovuttaa tällöin ainakin osan • · 25 energiastaan vuoro vaikuttamalla ikkunamateriaalin atomien kanssa, mutta voi myös .···. päästä etenemään ikkunamateriaalista ilmaisimen sisälle, jossa se luovuttaa loput energiastaan ionisoimalla väliaineen atomeja aiheuttaen matalaenergistä taustakohinaa.

• ·

Matalaenergistä taustakohinaa syntyy myös silloin, kun ilmaimeen tullut fotoni si- : 30 roaa ilmaisimen päätyosaan ennen vuorovaikuttamistaan kaasuatomin kanssa.

• * · '[>(j Elektrodien välinen sähkökenttä on ilmaisimen päätyosassa heikompi kuin lähellä • « . ilmaisimen pituussuuntaista keskikohtaa, mikä pienentää kaasuvahvistusta eli vä- • * :.v hentää niiden varausten määrää, jotka tiettyenergiaisen säteilyfotonin synnyttäminä saadaan kerättyä elektrodeille. Sähkökentän pieneneminen kohti ilmaisimen päätyä 35 on jatkuva-arvoinen funktio, minkä johdosta myös kaasuvahvistuksen heikkenemi- 4 119204 nen on jatkuva-arvoista. Tämä selittää sen, miksi myös päätyosien heikommasta sähkökentästä aiheutuu jatkuva-arvoista matalaenergistä taustakohinaa.

Julkaisussa M-L. Järvinen, H. Sipilä: "Wall Effect and Detection Limit of the Proportional Counter Spectrometer”, Advances in X-Ray Analysis, Yol. 27, pp. 539-5 546, Plenum Publishing Corporation, 1984 ehdotetaan matalaenergisen taustakohi nan eliminoimiseen mm. nousuaika-analyysiä eli sitä mittauspulssien tunnettua piirrettä, että lähellä anodilankaa tapahtunut ionisaatio muuttaa anodin potentiaalia jyrkemmin kuin kaukana anodilangasta, lähellä ilmaisimen seinämää tapahtunut ionisaatio. Samassa julkaisussa ehdotetaan myös herätesäteilyn pulssittamista ja mitta-10 ussignaalien hyväksymistä vain tietyssä aikaikkunassa herätepulssin jälkeen. Käytännön kokeet ovat kuitenkin osoittaneet, että koska diskriminointi hyväksyttävän ja ei-hyväksyttävän pulssin välillä täytyy tehdä sellaisella nousuaika- tai saapumisai-kajakauman osalla, jossa jakauman derivaatta on suuri (mitatun ominaisuuden muuttuminen mittauspulssien määrän funktiona on voimakasta), menetelmien an-15 tamat tulokset ovat herkkiä satunnaisille vaihteluille. Edellä mainitussa julkaisussa päädytään esittämään, että matalaenergisen taustakohinan vähentämiseksi on tärkeää valita ilmaisimen täytekaasu oikein.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on esittää ilmaisin ja mittausmenetelmä, joissa mittauksen signaali-kohinasuhdetta on parannettu vähentämällä jatkuva-arvoisen /.*. 20 matalaenergisen taustakohinan vaikutusta.

• · • * · • · · *·*/ Keksinnön tavoitteet saavutetaan rakentamalla ilmaisimeen kaksi sopivalla tavalla ···: toisiinsa nähden sijoitettua ilmaisinaluetta, joista ensimmäinen tuottaa varsinaiset :: mittauspulssit, ja jättämällä sellaiset mittauspulssit huomiotta, jotka sattuvat saman- aikaisesti toisesta ilmaisinalueesta saatavan koinsidenssipulssin kanssa. Keksinnön 25 tavoitteiden saavuttamiseen vaikuttaa myös elektrodien välisen tehollisen välimatkan pienentäminen ilmaisimen niissä osissa, joissa sähkökenttä olisi luonnostaan heikompi.

• · · • · ···* Keksinnön mukaiselle ilmaisimelle on tunnusomaista se, mitä on todettu ilmaisinta : \: koskevan itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

. 30 Keksintö kohdistuu myös jäjjestelyyn, jolle on tunnusomaista se, mitä on todettu • · V.: j ärjestelyä koskevan itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

# ♦

Lisäksi keksintö kohdistuu menetelmään, jolle on tunnusomaista se, mitä on todettu menetelmää koskevan itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

5 119204

Epätäydellinen varauksen keräys johtuu tunnetusti siitä, että ilmaisimeen osunut fotoni synnyttää fotoelektronin, joka ei ionisoi koko energiallaan ilmaisimen väliaineetta vaan luovuttaa ilmaisimen seinämälle tai ikkunalle tuntemattoman määrän energiaa. Keksinnön mukaisesti tuotetaan kyllä/ei-tyyppinen indikaatio siitä, onko 5 koko havaittu ionisaatio tapahtunut ilmaisimen "käyttökelpoisessa” alueessa vai ei. Käytännössä tämä toteutetaan rakentamalla ilmaisimeen kaksi ilmaisinaluetta, jotka tuottavat pulsseja toisistaan riippumatta ja sijaitsevat siten, että toinen ilmaisinalue erottaa ensimmäisen ilmaisinalueen niistä ilmaisimen osista, jotka voivat aiheuttaa seinämäefektiä. Vain sellaiset fotoelektronit, joiden koko energia ei absorboidu en-10 simmäiseen ilmaisinalueeseen, jatkavat siitä toiseen ilmaisinalueeseen.

Ensimmäisen ilmaisinalueen tuottamia pulsseja nimitetään mittauspulsseiksi. Ener-giadispersiivisyyden kannalta on välttämätöntä, että ilmaisimen tuottaman mittaus-pulssin suuruus on verrannollinen siihen energiamäärään, joka absorboitui ensimmäiseen mittausalueeseen eli synnytti siinä varauksia. Toisen ilmaisinalueen tuot-15 tamia pulsseja nimitetään koinsidenssipulsseiksi, ja niiden ei tarvitse olla verrannollisia energiaan, joka absorboitui toiseen mittausalueeseen: mittauksen kannalta riittää, että koinsidenssipulssi kertoo, että tietty fotoelektroni aiheutti ionisaatiota myös toisessa mittausalueessa. Kun ilmaisin tuottaa koinsidenssipulssin samanaikaisesti tietyn mittauspulssin kanssa, kyseinen mittauspulssi tulee jättää huomiotta varsinai-20 sen tuotettavan spektrin laadinnassa, koska samanaikainen koinsidenssipulssi ker- • · • V too, ettei mittauspulssi sisällä koko totuutta sen synnyttäneen fotonin energiasta.

··· • » i • · * *t.t Putkimaisessa kaasutäytteisessä ilmaisimessa keksinnön periaate on edullisinta to- ]"*. teuttaa koaksiaalisesti siten, että ensimmäinen ilmaisinalue on lieriömäinen ja sijait- ** '; see ilmaisimen keskellä ja toinen ilmaisinalue on toroidin muotoinen ja sijaitsee en- [ttm 25 simmäisen ilmaisinalueen ympärillä. Ilmaisinalueita erottaa toisistaan putkimainen :···: seinämä, joka on koaksiaalinen ilmaisimen keskiakselin kanssa ja koostuu langoista, verkosta tai muusta helposti sähkömagneettista säteilyä läpisevästä rakenteesta. En- simmäinen ilmaisinalue jää siis kyseisen seinämän sisäpuolelle ja toinen ilmaisin- alue jää seinämän ja ilmaisimen ulkoseinän väliin. Ensimmäisessä ilmaisinalueessa .·[ · 30 on vähintään yksi anodi sinänsä tunnetun rakenneperiaatteen mukaisesti. Jotta toi- • · · nenkin ilmaisinalue tuottaisi pulsseja, siinäkin on oltava anodi. Toisen ilmaisinalueen anodi koostuu edullisimmin verkosta tai joukosta lankoja, jotka kulkevat toisen a « v.: ilmaisinalueen läpi seinämän ja ilmaisimen ulkoseinän välissä. Jotta ilmaisinaluei- ·:**: den välissä oleva seinämä erottaisi ilmaisinalueet toiminnallisesti toisistaan, sen on 35 oltava sähköä johtavaa materiaalia ja kytketty tiettyyn anodien potentiaalista poikkeavaan potentiaaliin, joka on edullisimmin maapotentiaali.

6 119204

Mittaus- ja koinsidenssipulsseja käsittelevän mittausjärjestelyn toiminnassa on keksinnön kannalta tärkeintä havaita pulssien samanaikaisuus. Mittauspulsseista ja koinsidenssipulsseista muodostuvat signaalit johdetaan edullisimmin kahden erillisen vahvistus- ja detektointikytkennän kautta analysaattoriin, jonka pääasiallinen 5 tehtävä on kerätä mittauspulsseista muodostuvia signaaleja ja tallentaa ne spektrin muotoon. Analysaattori on lisäksi jäljestetty tutkimaan mainittujen kahden erillisen vahvistus- ja detektointikytkennän kautta saapuvien signaalien samanaikaisuutta ja hylkäämään mittauspulssit, joiden kanssa samanaikaisesti syntyy koinsidenssipulssi.

Sähkökentän heikkenemisestä johtuvaa matalaenergistä taustakohinaa voidaan vält-10 tää ottamalla huomioon, että sähkökentän voimakkuus riippuu paitsi elektrodien potentiaalierosta myös niiden välisestä etäisyydestä. Elektrodien välistä etäisyyttä voidaan pienentää niissä ilmaisimen osissa, joissa sähkökenttä muuten olisi heikompi. Putkimaisessa ilmaisimessa tämä on mahdollista toteuttaa asentamalla ilmaisimen päätyosiin sähköä johtavat rengasmaiset osat, jotka pienentävät ilmaisimen tehollis-15 ta halkaisijaa päätyosissa.

Seuraavassa selostetaan keksintöä yksityiskohtaisemmin viitaten esimerkkinä esitettyihin edullisiin suoritusmuotoihin ja oheisiin kuviin, joissa kuva 1 esittää tekniikan tason mukaisen putkimaisen ilmaisimen poikkileikkaus- . . ta, • · 20 kuva 2 esittää keksinnön mukaisen ilmaisimen toimintaperiaatetta, • * · *·* * kuvat 3a ja 3b havainnollistavat keksinnön erään suoritusmuodon mukaista periaa- tetta matalaenergisen taustakohinan vähentämiseksi, • * \**: kuva 4 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen ilmaisimen osaa, * :”’ ί kuva 5 esittää kuvan 4 mukaisen ilmaisimen poikkileikkausta, 25 kuva 6 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista järjestelyä ja * kuva 7 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista menetelmää.

Edellä tekniikan tason selostuksen yhteydessä on viitattu kuvaan 1, joten seuraavas- * i ···* sa keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen selostuksessa viitataan lähinnä ku- viin 2-7. Kuvissa käytetään toisiaan vastaavista osista samoja viitenumerolta. Sa-·:**· 30 naa ’’käsittää” (engl. ”to comprise”) käytetään tässä patenttihakemuksessa avoimena terminä, joka ei poissulje sitä etteikö kuvatussa rakenteessa voisi olla myös muita **’*] osia. Epäitsenäisten patenttivaatimusten kuvaamia keksinnön lisäpiirteitä voidaan * * vapaasti yhdistellä keskenään ellei nimenomaisesti ole toisin sanottu. Keksinnön esimerkinomaisilla suoritusmuodoilla ei ole tarkoitus rajoittaa jäljempänä esitettyjen 35 patenttivaatimusten määrittelemää suojapiiriä.

7 119204

Kuva 2 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista ilmaisimen toimintaperiaatetta, joka tähtää sen havaitsemiseen, että tietty mittauspulssi syntyi epätäydellisen varauksen keräyksen tuloksena. Kaasutäytteistä röntgenfluoresenssifotonien ilmaisinta 201 rajaavat ulkoseinät 202 ja 203, joista ensinmainitussa on ikkuna 204 5 mitattavien fotonien päästämiseksi ilmaisimen 201 sisään. Ilmaisin 201 jakaantuu kahteen ilmaisinalueeseen 205 ja 206, joista toinen ilmaisinalue 206 erottaa ensimmäisen ilmaisinalueen 205 ilmaisimen seinämistä 202 ja 203 sekä ikkunasta 204. Ilmaisinalueita 205 ja 206 erottaa toisistaan seinämä 207, jolla ei ole merkittävää vuorovaikutuspinta-alaa ajatellen vuorovaikutusta röntgenfotonien kanssa. Ensim-10 mäisessä ilmaisinalueessa 205 on ainakin yksi anodi 208, ja toisessa ilmaisinaluees-sa 206 on myös ainakin yksi anodi 209. Seinämän 207 potentiaali eroaa merkittävästi anodien 208 ja 209 potentiaalista. Tyypillisesti anodeilla 208 ja 209 on tietty, ei välttämättä keskenään yhtäsuuri korkea positiivinen potentiaali, kun taas seinämä 207 ja ilmaisinta rajoittavat ulkoseinät 202 ja 203 ovat maapotentiaalissa.

15 Kuvan 2 esittämä toimintaperiaate pohjautuu siihen, että ensimmäinen ilmaisinalue 205 on riittävän laaja ja väliaineen ominaisuudet siinä sellaiset, että energialtaan kiinnostavien röntgenfluoresenssifotonien koko energia absorboituu suurella todennäköisyydellä ensimmäiseen ilmaisinalueeseen 205. Toisaalta toisen ilmaisinalueen 206 mitoitus ja ominaisuudet ovat sellaiset, että ilmaisimeen tulevan kiinnostavan 20 röntgenfluoresenssifotonin todennäköisyys aiheuttaa valosähköinen ilmiö jo kulki- essaan ikkunaa 204 välittömästi seuraavan toisen vuorovaikutusalueen 206 läpi on :T: pieni. Kun siis ikkunasta 204 tulee sisään halutunlainen röntgenfluoresenssifotoni, ··· se vuorovaikuttaa suurella todennäköisyydellä ensimmäisessä ilmaisinalueessa 205 * * * * .·.: olevan väliaineen kanssa synnyttäen joukon vapaita varauksia. Syntyvien vapaiden 25 varausten määrä on verrannollinen energiaan, joka fotonilla oli sen läpäistessä ikku- ... nan 204. Anodin 208 ja katodina toimivan seinämän 207 välillä oleva sähkökenttä • · *** ohjaa vapaat negatiiviset varaukset anodille 208, jolloin anodin potentiaalia tarkkai- leva mittauspiiri (ei esitetty kuvassa) havaitsee anodin 208 potentiaalissa heilahduk- [ * sen, jonka perusteella tuotetaan mittauspulssi. Verrannollisuuslaskurin tunnetun 30 toimintaperiaatteen mukaisesti mittauspulssin suuruus on verrannollinen anodille :*·.· 208 kerättyjen varausten määrään eli siis havaitun röntgenfluoresenssifotonin ener- * · giaan.

:Y: Positiiviset vapaat varaukset ajautuvat sähkökentässä kohti katodeja, joten periaat- *:**: teessä olisi mahdollista tuottaa mittauspulssi myös tarkkailemalla heilahduksia ka- 35 todien potentiaalissa. Käytännössä kuitenkin rakenteelliset seikat ja elektronien ylivoimaisen suuri liikkuvuus positiivisiin ioneihin verrattuna johtavat siihen, että toi- 8 119204 mivassa käytännön ratkaisussa mittauspulssit tuotetaan anodin potentiaalista. Katodin potentiaalin mittaamista käytetään lähinnä puolijohdeilmaisimissa, joissa elektronien ja aukkojen liikkuvuudessa ei ole yhtä dramaattista eroa.

Jos ikkunasta 204 tulee ilmaisimen 201 sisään sironnut suurienerginen fotoni, se 5 synnyttää fotoelektronin ensimmäisessä ilmaisinalueessa 205 aivan samalla tavalla kuin halutut röntgenfluoresenssifotonit. Suurienergisen fotoelektronin energia voi olla niin suuri, että se ei kokonaisuudessaan absorboidu ionisoivassa vuorovaikutuksessa ensimmäisen ilmaisinalueen 205 väliaineen kanssa, vaan fotoelektroni ete-nee seinämän 207 läpi toiseen ilmaisinalueeseen 206 saakka. Se vuorovaikuttaa 10 myös toisen ilmaisinalueen 206 väliaineen kanssa synnyttäen vapaita varauksia. Myös toisessa ilmaisinalueessa 206 on vapaita varauksia ohjaava sähkökenttä, joka pyrkii vetämään toisessa ilmaisinalueessa 206 syntyneet negatiiviset varaukset anodeille 209. Tarkkailemalla anodien 209 potentiaalia on mahdollista muodostaa pulsseja aivan samalla tavalla kuin edellä on selostettu koskien ensimmäistä mittausalu-15 että. Tässä patenttihakemuksessa näitä pulsseja nimitetään koinsidenssipulsseiksi.

Suurienergisestä fotonista syntyneen fotoelektronin ja ilmaisimessa 201 olevan väliaineen vuorovaikutuksen seurauksena syntyy sekä mittauspulssi että koinsidenssi-pulssi, jotka ajallisesti syntyvät käytännössä samanaikaisesti: ilmaisimen ulottuvuudet ovat tyypillisissä käytännön ratkaisuissa millimetrien luokkaa tai korkeintaan , , 20 kymmeniä senttejä, joten fotoelektronin kulkuaikaviive ensimmäisen ja toisen il- maisinalueen välillä voidaan jättää huomiotta. Viiveitä syntyy lähinnä mittauselekt- * · · ’·* * roniikan toiminnassa, joten jotta suurienergisen fotonin aiheuttamat mittauspulssi ja koinsidenssipulssi säilyttäisivät samanaikaisuutensa, on huolehdittava siitä, että mit- • · :: taus- ja koinsidenssipulsseja käsittelevissä mittauselektroniikan haaroissa (ei esitetty "**: 25 kuvassa) viiveet ovat mahdollisimman tarkasti yhtä suuret.

• ·· • · • ·

Seinämän 207 vähäinen vuorovaikutuspinta-ala fotoelektronien kanssa on merkittä-. vä edellytys ilmaisimen oikeanlaiselle toiminnalle, jotta suurienergisestä fotonista syntynyt fotoelektroni ei absorboituisi seinämään 207 kuljettuaan ensimmäisen il- • · ···* maisinalueen 205 läpi. Vähäinen vuorovaikutuspinta-ala voidaan saada aikaan mo- 1 2 3 4 5 6 neliä sinänsä tunnetulla tavalla. Koska seinämällä 207 on lähinnä vain sähkökentän 2 • · ·:··; luomiseen liittyvä tehtävä, se koostuu edullisimmin verkosta tai erillisistä langoista, 3 Λ joiden väleistä on suora yhteys ensimmäisestä ilmaisinalueesta 205 toiseen il- * * \ maisinalueeseen 206.

4 • · 5

Kuvat 3a ja 3b havainnollistavat erästä toista keksinnön edullisen suoritusmuodon 6 mukaista rakenneperiaatetta, jonka käyttäminen kaasutäytteisessä röntgenfluore- 9 119204 senssisäteilyn ilmaisimessa vähentää matalaenergistä taustakohinaa. Kuvassa 3 a on esitetty osa eräästä tekniikan tason mukaisesta kaasutäytteisestä ilmaisimesta. Ilmaisin on sylinterisymmetrinen geometrisen keskiakselin 301 suhteen ja siinä on kes-kiakselille 301 sijoittuva anodilanka 302, joka on päästään kiinnitetty kiinnitinosan 5 303 välityksellä eristelevyyn 304. Eristelevy 304 on pyöreä ja kohtisuorassa kes- kiakselia 301 vastaan. Sen ulkokehällä sijaitsee useita katodilankojen kiinnitinosia 305, jotka tukevat anodilangan 302 kanssa yhdensuuntaiset katodilangat 306 paikalleen. Ilmaisimen toisessa päässä on vastaavanlainen eristelevy ja vastaavanlaiset anodi- ja katodilankojen kiinnitysosat (ei esitetty kuvassa). Ilmaisimen keskiakselia 10 301 voidaan niinittään myös sen pituusakseliksi.

Vapaa negatiivinen varaus 307 sijaitsee ilmaisimen pituusakseliin nähden keskivaiheilla eli suhteellisen kaukana ilmaisimen päädyistä. Siihen kohdistuu voima, joka vetää sitä kohti anodilankaa 302. Vetovoiman suuruus on suoraan verrannollinen varauksen 307 suuruuteen ja sen sijaintipaikassa vallitsevaan sähkökenttään. Näistä 15 jälkimmäinen voidaan laskea; eräässä mahdollisessa laskentamenetelmässä anodilangan 302 ja katodilankojen 306 koko pituudet jaetaan differentiaalisen pieniksi pituusyksiköiksi, kirjoitetaan vektorilauseke sähkökentälle, jonka yksi tällainen pituusyksikkö synnyttää vapaan varauksen 307 sijaintipaikassa, ja lasketaan vektori-integraali anodi- ja katodilankojen pituuksien yli. Ilmaisimen keskivaiheilla sähkö-20 kentän laskemista voidaan yksinkertaistaa olettamalla, että ilmaisimen päätyosat vaikuttavat sähkökenttään suhteellisen vähän, jolloin sähkökentän ratkaisemisessa käytetty Laplacen yhtälö voidaan kirjoittaa sylinterikoordinaateissa, joista aksiaali- .:. sen komponentin (z-komponentin) osuus jätetään huomiotta.

• · « · • * • « · *· *j Vapaa negatiivinen varaus 308 on muuten samanlainen kuin varaus 307, mutta se 25 sijaitsee lähellä ilmaisimen päätyä. Siihenkin kohdistuu voima, joka vetää sitä kohti • · · anodilankaa 302. Jos kuitenkin lasketaan sähkökenttä varauksen 308 sijaintipaikassa, todetaan että se - ja siis myös varaukseen 308 kohdistuva voima - on pienempi ·:··: kuin varauksen 307 sijaintipaikassa. Tämän voidaan ajatella johtuvan siitä, että säh- • * *': kökenttää luovia differentiaalisen pieniä anodi- ja katodilankojen pituusyksiköltä on y . 30 varauksen 308 sijaintipaikasta katsoen lähinnä samalla tasolla ja sen alapuolella, * * # • ; kun taas varauksen 307 sijaintipaikan sähkökenttään vaikuttavat anodi- ja katodi- lankojen pituusyksiköt sekä ylä- että alapuolella. Sähkökentän pienemmästä arvosta :V: varauksen 308 sijaintipaikassa aiheutuu ilmaisimen toiminnassa eräs matalaenergi- *:·*: sen taustakohinan komponentti, kuten on selostettu tekniikan tason selityksessä. 1

Eräs sinänsä ilmeinen ratkaisu tästä syystä aiheutuvan matalaenergisen taustakohinan vähentämiseksi olisi ilmaisimen tekeminen pidemmäksi, jolloin ilmaisimen 10 1 1 9204 päätyosiin asti siroavien fotonien suhteellinen osuus jäisi geometrisistä syistä pienemmäksi. Ilmaisimen pidentäminen kuitenkin kasvattaa valmistuskustannuksia ja tekee valmiista ilmaisimesta kömpelömmän käsitellä. Esimerkiksi satelliitteihin asennettaville ilmaisimille asetetaan usein tiukat maksimikokovaatimukset.

5 Kuva 3b esittää osaa muuten samanlaisesta ilmaisimesta, mutta keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti ilmaimen päädyssä olevaan eristelevyyn 304 on kiinni-tetty johtavasta materiaalista valmistettu rengasmainen levy 310, joka on samankeskinen eristelevyn 304 ja anodilangan 302 kanssa ja jonka potentiaali on sama kuin katodilankojen 306 potentiaali. Johderenkaan 310 vaikutuksesta lähellä ilmaisimen 10 päätyä oleva varaus 308 kokee nyt voimakkaamman sähkökentän ja siis voimakkaamman anodilankaa 302 kohti vetävän voiman kuin kuvassa 3a, koska anodi- ja katodipotentiaalin ero on sama mutta välimatka lyhyempi johderenkaan 310 ja anodilangan 302 välillä kuin katodilankojen 306 ja anodilangan 302 välillä. Kuvan 3b esittämää periaatetta voidaan yleistää toteamalla, että ilmaisimessa kannattaa tehdä 15 anodi- ja katodipotentiaalissa olevien johtavien kappaleiden välinen etäisyys muuta ilmaisinta pienemmäksi sellaisissa äärikohdissa, joissa anodi-ja katodipotentiaalissa olevien johtavien kappaleiden rajoittunut ulottuvuus tietyssä suunnassa muuten tekisi niiden välillä vallitsevasta sähkökentästä heikomman kuin kaukana tällaisista äärikohdista.

, , 20 Kuva 4 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista ilmaisinta osittain halki- • · : t>·* leikattuna. Ilmaisin on oleellisesti sylinterisymmetrinen geometrisen keskiakselin !·** * 400 suhteen. Ilmaisimen rungon muodostaa poikkileikkaukseltaan pyöreä putki 401, joka on samankeskinen keskiakselin 400 kanssa. Putken materiaali ja seinämäpak- t · suus on valittu siten, että röntgenfotonit eivät yleensä läpäise putken 401 seinämiä. *:·*: 25 Putken sisällä on kaksi putken kanssa samankeskistä pyöreää eristelevyä 402 ja 403, joiden ulkohalkaisija on sama tai hiukan pienempi kuin putken 401 sisähalkaisija ja jotka ovat kohtisuorassa keskiakselia 401 vastaan. Eristelevyt 402 ja 403 on tuettu paikalleen putken 401 sisällä jollain sinänsä tunnetulla tavalla. Eristelevyjen 402 ja .···. 403 välinen tila on ilmaisimen aktiivinen alue, jossa varsinainen säteilyfotonien ha- *’* 30 vaitseminen tapahtuu. Kuvassa 4 aktiivisen alueen pituus eli eristelevyjen 402 ja 403 välinen etäisyys on graafisen selvyyden vuoksi esitetty tyypillistä käytännön « ratkaisua lyhyempänä: todellisessa ilmaisimessa eristelevyjen 402 ja 403 välinen .\\ etäisyys on tyypillisesti noin neljä kertaa putken 401 sisähalkaisija.

• · s": Eristelevyjen 402 ja 403 keskikohtia yhdistää keskiakselille 401 sijoittuva anodilan- 35 ka 404, joka on tuettu päistään eristelevyihin 402 ja 403 kiinnitysosilla 405 ja 406. Anodilangan 404 lisäksi ilmaisimessa on eristelevyjen 402 ja 403 välillä kahden ke- 11 1 1 9204 hän verran muita, anodilangan 404 kanssa yhdensuuntaisia lankoja. Sisempi kehä koostuu katodilangoista 407, jotka on tuettu päistään eristelevyihin 402 ja 403 kiin-nitysosilla 408 ja 409. Ulompi kehä koostuu koinsidenssianodilangoista 410, jotka on tuettu päistään eristelevyihin 402 ja 403 kiinnitysosilla 411 ja 412. Lisäksi eriste-5 levyihin on kiinnitetty ilmaisimen aktiivisen alueen puolelle johtavat rengasmaiset osat 413 ja 414. Putken 401 seinämässä on aktiivisen alueen keskikohdalla ikkuna 415, joka läpäisee hyvin röntgenfotoneja halutuilla fluoresenssienergioilla.

Kuva 5 esittää kuvan 4 ilmaisimen poikkileikkausta viivan A-A kohdalla. Kuvasta 5 nähdään, miten katodilangat 407 ja koinsidenssianodilangat 410 muodostavat kaksi 10 sisäkkäistä, samankeskistä kehää anodilangan 404 ympärille. Kun verrataan kuvan 5 esittämää rakennetta kuvan 2 esittämään toimintaperiaatteeseen, voidaan kuvassa 5 nimittää ensimmäiseksi ilmaisinalueeksi 501 poikkileikkaukseltaan ympyrän muotoista aluetta, joka jää katodilankojen 407 määrittämän kehän sisäpuolelle. Se on merkitty kuvassa 5 oikealle kallistuvalla viivoituksella. Toinen ilmaisinalue 502 on 15 poikkileikkaukseltaan renkaan muotoinen ja sitä rajoittavat sisäpuolelta katodilankojen 407 määrittämä kehä ja ulkopuolelta putken 401 ja ikkunan 415 sisäpinta. Toinen ilmaisinalue 502 on merkitty kuvassa 5 vasemmalle kallistuvalla viivoituksella. Erilliset katodilangat 407 voitaisiin korvata samaan kohtaan sijoitettavalla sy-linterimäisellä katodiverkolla. Samaten erilliset koinsidenssikatodilangat 410 voitai-20 siin korvata samaan kohtaan sijoitettavalla sylinterimäisellä koinsidenssikatodiver- ·.·. kolia.

• « • * * * · *.· * Graafisen selvyyden vuoksi kuvissa 4 ja 5 on liioiteltu niitä suhteellisia etäisyyksiä, * jotka ovat putken 401 sisäpinnan ja koinsidenssianodilankojen 410 muodostaman kehän välillä sekä viimeksimainitun ja katodilankojen 407 muodostaman kehän vä-·:*·: 25 Iillä. Tyypillisessä kaasutäytteisessä ilmaisimessa, jossa putken 401 halkaisija on 30-40 mm:n luokkaa, mainitut etäisyydet ovat molemmat 1-2 millimetrin luokkaa.

• ·· Näiden etäisyyksien valintaan vaikuttaa mm. sen matkan pituus, jonka halutunlaisen ..,.: röntgenfluoresenssifotonin irrottama fotoelektroni tyypillisesti etenee ilmaisimen si- ,···, säliä. Toisen ilmaisinalueen paksuutta eli katodilankojen 407 muodostaman kehän "* 30 ja putken 401 sisäpinnan välistä etäisyyttä ei kannata valita kovin paljon suurem- * · \*·: maksi kuin röntgenfluoresenssifotonin irrottaman fotoelektronin tyypillinen etene- mismatka. Näin vältetään sellaisten mittauspulssien turha hylkääminen, jotka saivat .*!*. alkunsa röntgenfluoresenssifotonin irrottamasta fotoelektronista lähellä katodilanko- jen 407 muodostamaa kehää ja joissa fotoelektroni lähti etenemään kohti putken 35 401 sisäpintaa.

12 1 1 9204

Langat, joita käytetään anodeina ja katodeina kuvien 4 ja 5 esittämässä rakenteessa, ovat mekaanisia esteitä fotoelektroneille ja aiheuttavat epätäydellistä varauksen keräystä, jos fotoelektroni osuu niihin ennen kuin sen koko energia on absorboitunut väliaineeseen. Tästä syystä on edullisinta tehdä langat mahdollisimman ohuiksi. 5 Keksintöön johtaneessa tutkimustyössä käytettiin ilmaisinta, jossa eristelevyjen 402 ja 403 välinen etäisyys oli noin 15 cm, putken 401 sisähalkaisija oli noin 36 mm ja lankojen 404, 407 ja 410 paksuus oli 13 mikrometriä. Toisen ilmaisinalueen anodi-lankoja 410 on tyypillisesti 8-16 kappaletta tasaisin välein, ja katodilankoja 407 on 1-3-kertaisesti anodilankojen 410 määrä.

10 Jotta kuvien 4 ja 5 esittämä rakenne toimisi ilmaisimena, putken 401 on oltava molemmista päistään kaasutiiviisti suljettu ja sen on sisällettävä sopivaa ilmaisimen täytekaasua. Lisäksi ilmaisimessa on oltava välineet putken 401 ja katodilankojen 407 sekä rengasmaisten osien 413 ja 414 kytkemiseksi maapotentiaaliin (tai muuhun haluttuun katodipotentiaaliin) sekä anodilangan 404 ja koinsidenssianodilanko-15 jen 410 kytkemiseksi haluttuihin, katodipotentiaalia positiivisempiin anodipotenti-aaleihin. Näiden piirteiden toteuttaminen käytännössä edellyttää vain sinänsä tunnetun tekniikan soveltamista eikä käytännön toteutuksella ole esillä olevan keksinnön kannalta merkitystä.

Kuva 6 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista mittausjärjestelyä. Mitta- .... 20 usjärjestelyyn kuuluu ilmaisin 601, joka on sijoitettu siten, että se voi vastaanottaa röntgenfluoresenssifotoneja. Ilmaisimessa 601 oleva anodi tai anodit on kytketty *'.* vastuksen Rl kautta erääseen positiiviseen anodipotentiaaliin +HV1. Ilmaisimessa • · · 601 oleva koinsidenssianodi tai koinsidenssianodit on kytketty vastuksen R2 kautta :.'*i erääseen toiseen positiiviseen anodipotentiaaliin +HV2. Ilmaisimen 601 kuori ja il- 25 maisimessa 601 oleva katodi tai katodit on kytketty maapotentiaaliin tai yleisemmin ·*..,·* katodipotentiaaliin.

Anodin ja vastuksen Rl välistä on kytkentä erotuskondensaattorin Cl kautta pieni- φ » ... kotimaiseen etuvahvistimeen 602 ja siitä edelleen lineaarivahvistimen 603 kautta "·* monikanava-analysaattorin 604 signaalituloon 605. Koinsidenssianodien ja vastuk- t · ·*/·; 30 sen R2 välistä on kytkentä erotuskondensaattorin C2 kautta koinsidenssisignaalien *:·*: käsittelyreitin omaan pienikohinaiseen etuvahvistimeen 606 ja siitä edelleen lineaa- rivahvistimen 607 ja logiikkayksikön 608 kautta monikanava-analysaattorin 604 • · · koinsidenssituloon 609.

• ·

Kuvan 6 esittämän järjestelyn alemmassa osassa esitetty varsinaisten mittaussignaa-35 lien käsittelyreitti ei juuri eroa tunnetusta tavasta käsitellä kaasutäytteisen, energia- 13 1 1 9204 dispersiivisen röntgenilmaisimen tuottamia signaaleja. Anodipotentiaali +HV1 pitää ilmaisimen 601 anodin oletusarvoisesti tietyssä, katodipotentiaalia huomattavasti positiivisemmassa potentiaalissa. Kun ilmaisimessa havaitaan röntgenfotoni eli kun anodiin osuu yhtäkkinen negatiivisten varausten ryöppy, anodin potentiaalissa ta-5 pahtuu nopea muutos, joka välittyy ylipäästösuodattimena toimivan erotuskonden-saattorin C1 kautta jännitemuotoisena tulosignaalina pienikohinaiselle etuvahvisti-melle 602, joka vahvistaa signaalin ja toimittaa sen lineaarivahvistimelle 603. Siellä pulssimuotoista signaalia vahvistetaan edelleen ennen sen syöttämistä monikanava-analysaattorin 604 mittaussignaalituloon 605. Monikanava-analysaattori 604 mittaa 10 vahvistetun signaalipulssin tason ja päättelee sen perusteella, mihin mittausluokkaan (engl. bin) havaittu pulssi kuuluu. Monikanava-analysaattori kasvattaa päättelynsä perusteella havaittujen pulssien lukumäärää kyseisessä luokassa.

Kuvan 6 ylemmässä osassa esitetty koinsidenssipulssien käsittelyreitti tähtää epätäydellisen varauksen keräyksen havaitsemiseen ja sitä vastaavan matalaenergisen 15 taustakohinan eliminoimiseen keksinnön mukaisella tavalla. Anodipotentiaali +HV2 pitää ilmaisimen 601 koinsidenssianodit oletusarvoisesti tietyssä, katodipotentiaalia huomattavasti positiivisemmassa potentiaalissa. Kun ilmaisimen 601 toisessa ilmaisinalueessa havaitaan röntgenfotoni eli kun koinsidenssianodiin osuu yhtäkkinen negatiivisten varausten ryöppy, koinsidenssianodin potentiaalissa tapah-20 tuu nopea muutos, joka välittyy ylipäästösuodattimena toimivan erotuskondensaat-·.·. torin C2 kautta jännitemuotoisena tulosignaalina pienikohinaiselle etuvahvistimelle ]···, 606, joka vahvistaa signaalin ja toimittaa sen lineaarivahvistimelle 607. Siellä puis- • * # \.m simuotoista signaalia vahvistetaan edelleen, mutta tämän jälkeen vahvistettua puls- τ'. siä ei syötetä suoraan monikanava-analysaattorille 604 vaan logiikkayksikköön 608.

'* " 25 Sen tehtävä on tarkistaa, oliko havaitun pulssin taso sellainen, että se oikeasti ilmai- | * si epätäydelliseen varauksen keräykseen liittyvän havainnon toisessa ilmaisinalu- eessa. Positiivisessa tapauksessa logiikkayksikkö tuottaa koinsidenssipulssin, jonka taso ja ajallinen kesto ovat edullisimmin säädettävissä logiikkayksikön 608 toimin-*"*: nan sopeuttamiseksi optimaalisella tavalla monikanava-analysaattorin 604 toimin- *]“: 30 taan. Logiikkayksikön 608 tuottama koinsidenssipulssi johdetaan monikanava- analysaattorin 604 koinsidenssituloon 609. Monikanava-analysaattori 604 on oh-‘ ! jelmoitu siten, että mikäli se saa samanaikaisesti pulssin sekä mittaussignaalituloon 605 että koinsidenssituloon 609, se jättää mittaussignaalituloon 605 saapuneen puls-*, v sin huomiotta. 1

Koinsidenssisignaalien käsittelyketjulle (+HV2, R2, C2, 606, 607, 608, 609) ei aseteta samanlaisia lineaarisuusvaatimuksia kuin mittaussignaalien käsittelyketjulle 14 1 1 9204 (+HV1, Rl, Cl, 602, 603, 605), koska koinsidenssi-ilmaisu on luonteeltaan kyllä/ei-tyyppinen. Koinsidenssi-ilmaisun kannalta oleellista on logiikkayksikön 608 edustama toiminnallisuus eli sen arvioiminen, mikä ilmaisimen 601 toisessa ilmaisinalu-eessa havaittu ilmiö liittyi fotoelektronin aikaansaamaan ionisaatioon ja mikä ei.

5 Jotta tällainen arviointi olisi mahdollisimman luotettavaa, koinsidenssianodien potentiaali +HV2 kannattaa yleensä valita varsin suureksi. Myös vahvistinten 606 ja 607 vahvistuskertoimet voivat olla suuremmat kuin mittaussignaalien käsittelyket-jussa, jossa varsinaisen anodin potentiaalin +HV1 sekä vahvistinten 602 ja 603 vah-vistuskertoimien valintaa säätelee lähinnä vaatimus ilmaisun lineaarisuudesta foto-10 nienergian suhteen.

Kuva 7 esittää kaavamaisesti keksinnön erään suoritusmuodon mukaista mittausmenetelmää. Vaiheessa 701 näytettä säilytetään sopivalla herätesäteilyllä. Mittaus-pulssien ja koinsidenssipulssien tuottaminen tapahtuu toisistaan riippumatta, mikä menetelmässä näkyy siten, että säteilyttämistä seuraa (eli säteilyttämisen aikana 15 suoritetaan) rinnakkain kaksi toisistaan riippumatonta havainnointivaihetta. Mitta-uspulssit saavat alkunsa havainnointivaiheessa 702 ja ne suodatetaan ja vahvistetaan vaiheissa 703 ja 704. Koinsidenssipulssit saavat alkunsa havainnointivaiheessa 705 ja ne suodatetaan ja vahvistetaan vaiheissa 706 ja 707. Vaiheessa 708 koinsidenssipulssit muotoillaan, mikä tarkoittaa yleisesti sopivan tasoisen ja kestoisen koinsi-20 denssipulssin tuottamista vasteena päätelmään, jonka mukaan tietty vaiheessa 705 .*·*: tehty havainto tarkoitti fotoelektronin aikaansaamaa ionisaatiota toisessa ilmaisin- • « alueessa. Vaiheessa 709 vastaanotetaan pulsseja sekä mittaus- että koinsidenssipuls- sien käsittelyketjusta. Vaiheessa 710 tutkitaan, tulivatko tietyt kaksi pulssia näistä ]"*. ketjuista yhtä aikaa. Mikäli eivät, mittauspulssien käsittelyketjusta tullut pulssi ote- • · · ' ‘ 25 taan vaiheessa 711 mukaan fluoresenssispektrin muodostamiseen. Jos pulssit havait- tiin vaiheessa 710 samanaikaisiksi, mittauspulssien käsittelyketjusta tullut pulssi hy- • » *···* lätään vaiheessa 712. Mahdolliset pelkästään koinsidenssipulssien käsittelyketjusta tulleet pulssit, joiden kanssa ei havaita samanaikaista mittauspulssia, eivät aiheuta toimenpiteitä.

··· • · ··· t ,· , 30 Käytännön mittauksissa on havaittu, että kuvan 6 mukainen järjestely ja kuvan 7 • · *· *j mukainen menetelmä parantavat signaali-kohinasuhdetta matalaenergisen taustako- * * hinan suhteen jopa 15-50 -kertaiseksi verrattuna mittausjärjestelyyn, jossa epätäy- : V: dellistä varauksen keräystä ei oteta huomioon. Keksinnön mukainen toisen mittaus- • · ·...: alueen käyttäminen varsinaisen (ensimmäisen) mittausalueen eristämiseksi seinä- 35 mäefektiä aiheuttavista pinnoista aiheuttaa luonnollisesti myös jonkin verran varsinaisten mittauspulssien turhaa hylkäämistä niissä tapauksissa, joissa halutunlainen 15 1 1 9204 röntgenfluoresenssikvantti irrotti fotoelektronin hyvin lähellä mittausalueita erottavaa seinämää, jolloin fotoelektroni ionisoi väliainetta molemmissa mittausalueissa osumatta kuitenkaan ilmaisimen ulkoseinään. Ilmaisimen oikeanlaisella mitoituksella turhat mittauspulssien hylkäämiset voidaan kuitenkin pitää harvinaisina. Lisäksi 5 ilmaisin ja mittausjärjestely joka tapauksessa kalibroidaan käyttäen tunnettuja koh-deaineiden pitoisuuksia, minkä ansiosta turhat mittauspulssien hylkäämiset eivät pääse vääristämään lopullista mittaustulosta.

• 4 9 9 9 9 9 9 999 9 9 9 • 99 9 9 999 9 9999 9 9 9 9 9 9 «4 • · • * «·· • 4 4 4 9 99 9 9 9 999 9 9 » 4 4· • • 4 • 4 4 • 4 4 4 4 • • 4 4 • 4 4 4 4 4 4 4 4 4 • 4 4

Claims (13)

16 119204

1. Säteilynilmaisin röntgenfotonien energiadispersiivistä havaitsemista varten, jossa on - kaasumaista väliainetta tietyssä tilassa (201) vapaiden varausten tuottamiseksi vas-5 teenä röntgenfotonin vuorovaikutukseen väliaineen kanssa - mainittua tilaa rajaava ulkoseinä (202,203,401) ja - elektrodit (202, 203, 207, 208, 209, 302, 306, 401, 404, 407, 410) tuotettujen vapaiden varausten keräämiseksi havaittua röngenfotonia tarkoittavan ilmaisun tuottamista varten; 10 tunnettu siitä, että - mainitussa tilassa (201) on ensimmäinen ilmaisinalue (205, 501) ja toinen il-maisinalue (206, 502) siten sijoitettuina, että toinen ilmaisinalue (206, 502) erottaa ensimmäisen ilmaisinalueen (205, 501) mainittua tilaa rajaavasta ulkoseinästä (202, 203,401), 15. langoista tai verkosta koostuva seinämä (407) ympäröi ensimmäistä ilmaisinalu- etta (205, 501) erottaen sen toisesta ilmaisinalueesta (206, 502), - mainittu langoista tai verkosta koostuva seinämä (407) on jäljestetty kytkettäväksi tiettyyn katodipotentiaaliin, ja - säteilynilmaisimessa on ensimmäinen anodi (202, 207, 208, 404, 407) vapaiden 20 varausten keräämiseksi ensimmäisessä ilmaisinalueessa (205, 501) ja toinen anodi .. . (203, 207, 209, 401, 407, 410) vapaiden varausten keräämiseksi toisessa ilmaisin- • · φ alueessa (206, 502).

• · * « « · ·· 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilynilmaisin, tunnettu siitä, että - mainittua tilaa raj aavat lieriömäinen ulkopinta (401) sekä lieriön suuntaa vastaan • * ....: 25 kohtisuorat ensimmäinen pääty (402) ja toinen pääty (403) .···. - ensimmäinen ilmaisinalue (501) on täyden lieriön muotoinen ja sijaitsee ensim- ♦ * mäisen päädyn (402) ja toisen päädyn (403) välillä lieriömäisen ulkopinnan (401) . , sisällä samankeskisesti sen kanssa • · » - toinen ilmaisinalue (502) on yleisesti putkimainen ja sijaitsee ensimmäisen päädyn *“·' 30 (402) ja toisen päädyn (403) välillä ensimmäisen ilmaisinalueen (501) ja lieriömäi- • · · sen ulkopinnan (401) välissä samankeskisesti niiden kanssa ja • · · * - lieriömäisessä ulkopinnassa (401) on röntgensäteilyä läpäisevä ikkuna (415) en- * · · ·, simmäisen päädyn (402) ja toisen päädyn (403) välisen etäisyyden puolivälissä. • · · • · · ·

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen säteilynilmaisin, tunnettu siitä, että 35 - ensimmäistä (501) ja toista (502) ilmaisinaluetta toisistaan toisistaan erottava sei nämä (407) on yleisesti lieriömäinen. 17 1 1 9204

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen säteilynilmaisin, tunnettu siitä, että seinämä (407) koostuu joukosta lankoja, jotka sijaitsevat lieriömäisellä verhopinnalla.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen säteilynilmaisin, tunnettu siitä, että seinämä (407) koostuu verkosta, joka on muodoltaan lieriömäinen.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen säteilynilmaisin, tunnettu siitä, että ensim mäinen anodi (404) on lanka, joka sijaitsee samankeskisesti ensimmäisen ilmaisin-alueen (501) kanssa.

7. Patenttivaatimuksen 3 mukainen säteilynilmaisin, tunnettu siitä, että toinen anodi (410) koostuu joukosta lankoja, jotka sijaitsevat lieriömäisellä verhopinnalla, 10 joka on samankeskinen toisen ilmaisinalueen (502) kanssa ja yhtä etäällä ensimmäisestä ilmaisinaluesta (501) ja lieriömäisestä ulkopinnasta (401).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen säteilynilmaisin, tunnettu siitä, että seinämä (407) koostuu joukosta lankoja, jotka sijaitsevat lieriömäisellä verhopinnalla ja joita on yhdestä kolmeen kertaisesti toisen anodin lankojen (410) lukumäärään nähden.

9. Patenttivaatimuksen 3 mukainen säteilynilmaisin, tunnettu siitä, että toinen anodi (410) koostuu lieriömäisestä verkosta, joka on samankeskinen toisen ilmaisinalueen (502) kanssa ja yhtä etäällä ensimmäisestä ilmaisinaluesta (501) ja lieriömäisestä ulkopinnasta (401). ·· · * · · • · * «

10. Patenttivaatimuksen 2 mukainen säteilynilmaisin, tunnettu siitä, että ensim-20 mäisessä päädyssä (402) ja toisessa päädyssä (403) on kummassakin lieriömäisen "]*. ulkopinnan (401) sisällä johtavasta materiaalista valmistettu rengasmainen osa (413, * : 414), joka on jäljestetty kytkettäväksi samaan potentiaaliin kuin säteilynilmaisimen ’I*." katodi (401,407). • · • · *·

11. Jäijestely röntgenfotonien energiadispersiivistä havaitsemista varten, jossa on 25. säteilynilmaisin (601) ja • · . · · ·. - laitteisto säteilynilmaisimeen (601) osuneiden röntgenfotonien havaitsemiseksi; tunnettu siitä, että ··.: - säteilynilmaisimessa (601) on ensimmäinen ilmaisinalue, toinen ilmaisinalue sekä • · · ilmaisinta rajoittava ulkoseinä siten sijoitettuina, että toinen ilmaisinalue erottaa en- 1 simmäisen ilmaisinalueen ilmaisinta rajoittavasta ulkoseinästä, * 11 e .···. - säteilynilmaisimessa (601) on langoista tai verkosta koostuva seinämä (407), joka * · ympäröi ensimmäistä ilmaisinaluetta (205, 501) erottaen sen toisesta ilmaisinaluees-ta (206, 502) is 1192Ö4 - laitteistossa on välineet mainitun langoista tai verkosta koostuvan seinämän kytkemiseksi tiettyyn katodipotentiaaliin sekä välineet ensimmäisessä ilmaisinalueessa sijaitsevan ensimmäisen anodin ja toisessa ilmaisinalueessa sijaitsevan toisen anodin kytkemiseksi mainittua katodipotentiaalia positiivisempaan anodipotentiaaliin, 5. laitteistossa on välineet (+HV1, Rl, Cl, 602, 603, 604, 605) röntgenfotonin osu man ilmaisemiseksi ensimmäisessä ilmaisinalueessa ja välineet (+HV2, R2, C2, 606, 607, 608, 609) röntgenfotonin osuman ilmaisemiseksi toisessa ilmaisinalueessa ja - laitteisto on jäljestetty jättämään huomiotta sellaiset ensimmäiseen ilmaisinaluee-10 seen osuneiden röntgenfotonien ilmaisut, joiden kanssa samanaikaisesti saadaan ilmaisu toisesta ilmaisinalueesta.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että - ensimmäinen anodi on kytketty (Rl) ensimmäiseen anodipotentiaaliin (+HV1) ja toinen anodi on kytketty (R2) toiseen anodipotentiaaliin (+HV2) 15. välineet röntgenfotonin osuman ilmaisemiseksi ensimmäisessä ilmaisinalueessa si sältävät ensimmäisen käsittelyketjun (+HV1, Rl, Cl, 602, 603), joka on jäljestetty muuntamaan ensimmäisen anodin potentiaalin heilahdus pulssimuotoiseksi jänni-tesignaaliksi, jonka amplitudi on verrannollinen ensimmäisen anodin potentiaalin heilahduksen suuruuteen 20. välineet röntgenfotonin osuman ilmaisemiseksi toisessa ilmaisinalueessa sisältävät toisen käsittelyke^un (+HV2, R2, C2, 606, 607, 608), joka on jäljestetty muunta- • · maan toisen anodin potentiaalin heilahdus pulssimuotoiseksi jännitesignaaliksi ja ‘7 - laitteisto on järjestetty jättämään huomiotta sellaiset ensimmäisen käsittelyketjun ··· tuottamat pulssimuotoiset jännitesignaalit, joiden kanssa samanaikaisesti sattuu toi- *. *: 25 sen käsittelyketjun tuottama pulssimuotoinen jännitesignaali.

• · ;·*·. 13. Menetelmä röntgenfotonien energiadispersiivistä havaitsemista varten, sisältä en vaiheet, joissa - annetaan (701) röntgenfotonien osua säteilynilmaisimeen ja !.* - tuotetaan (702, 703, 704, 705, 706, 707, 708) ilmaisuja ilmaisimeen osuneista • · *·;·* 30 röntgenfotoneista; *:* tunnettu siitä, että siinä - tuotetaan erikseen ilmaisuja röntgenfotonin osumista säteilynilmaisimen ensim- \ mäisessä ilmaisinalueesssa (702, 703, 704) ja sellaisessa toisessa ilmaisinalueessa *::: (705, 706, 707, 708), joka erottaa ensimmäisen ilmaisinalueen ilmaisimen ulkosei- *···’ 35 nästä,ja is 1 19204 -jätetään huomiotta (712) sellaiset ensimmäiseen ilmaisinalueeseen osuneiden röntgenfotonien ilmaisut, joiden kanssa samanaikaisesti saadaan ilmaisu toisesta il-maisinalueesta. 5