Elektroneneinfang in BF3-proportionalzählrohren

NUCLEAR INSTRUMENTS AND METHODS

48 (I967) 236-244; © N O R T H - H O L L A N D P U B L I S H I N G

CO.

ELEKTRONENEINFANG IN BF3-PROPORTIONALZ)[HLROHREN H. FR~)HLICH

Technisch-Physikalisches Institut der Friedrich-Schiller-Universitiit,

,lena, DDR

und H. F. B R I N C K M A N N

Deutsche Akademie der Wissenschaften zu Berlin, Zentralinstitut fiir Kernforschung, Rossendorf, DDR

Eingegangen am 30. Mai 1966 A new method for determination of electron capture in BF3 proportional counters is described. From the measured impulse distribution in dependence of the place of primary ionisation, the factor of electron capture c and the capture cross section for

electrons O'el is calculated. It can be shown, that electron capture in BF3 causes a reduction of pulse height. The dependence of ~ret from the gas amplification A is given for BF3 pressures of P = 30, 60 and 76 cmHg.

1. Einleitung

ein guter Reinheitsgrad des BF 3 vorausgesetzt werden, da Fremdbestandteile im Ffillgas die Z/ihlrohrfunktion ver~indern. Zum Beispiel stellten Aponte und Korff 8) Amplitudenverluste in Z~ihlrohren bei Verunreinigung des B F 3 durch SO2, SiF, und S F 6 fest. Aber auch bei sehr gutem Reinheitsgrad der BF3-Ffillung sollte erwartet werden, dab die Z~ihlrohrimpulse mit zunehmender Entfernung ihrer Ausl6sung von der Anode durch Elektroneneinfang gest6rt werden. Wenn es dabei auch offensichtlich nicht zu einer vSlligen Unterdrfickung der Z~ihlrohrimpulse kommt, so ist die Aufkl/irung eines solchen Effektes auf die Z~ihlrohrfunktion doch von grunds/itzlicher Bedeutung. Wahrscheinlich blieb diese Frage bisher often, weil eine ffir derartige Messungen geeignete experimentelle

BF3-Z/ihlrohre geh~Sren heute zu den meist verwendeten Detektoren zum Neutronennachweis. Die rasche Entwicklung, die dieser Z/ihlrohrtyp nach den ersten Publikationen fiber BF3-geffillte Neutronendetektoren genommen hat ~'2), war jedoch durchaus nicht selbstverst/indlich, da BF 3 chemisch sehr aggressiv ist und eine groBe Elektronenaffinit/it besitzt. Es hat daher zun~ichst nicht an Versuchen gefehlt, das BF 3 durch andere gasfOrmige Borverbindungen zu ersetzen3'4). Diese Versuche waren jedoch entweder nicht erfolgreich oder haben nicht vermocht, das BF 3 aus seiner einmal erworbenen Stellung zu verdr/ingen, zumal man schnell gelernt hatte, durch geeignete technologische MaBnahmen, funktionsbest~indige BF3-Z/ihlrohre herzustellen. Es gibt heute eine Reihe yon Arbeiten, in denen die Eigenschaften dieses Z/ihlrohrtyps untersucht worden sindS-a°). Jedoch ist der EinfluB der EIektronenaffinit/it des BF 3 auf die Z/ihlrohrentladung bisher nicht zufriedensteUend gekl~irt. Hierzu wurde von Milojevic et al. a~) auf Grund experimenteller Ergebnisse die extreme Ansicht vertreten, dab wegen des Elektroneneinfangs in den Randgebieten das Ansprechverm/Sgen eines BFa-Z/ihlrohres auf einen Bereich in unmittelbarer Z/ihldrahtn~ihe beschr/inkt sein sollte. Dieser sogenannte "Radiuseftekt" stand jedoch im Widerspruch zu einer frtiheren Arbeit Nicholsons12), in der die lJbereinstimmung zwischen der berechneten und der experimentell ermittelten Verz6gerungszeit eines unmittelbar am Z/ihlrohrzylinder ausgel6sten Impulses nachgewiesen wurde. Bei l~berprfifung beider Aussagen durch verschiedene experimentelle Methoden konnte gezeigt werden, dab ein BF3-Z/ihlrohr tiber den gesamten Durchmesser empfindlich ist a3, ~*). Selbstverst/indlich mug bei derartigen Experimenten

--berechnet ---gemessen

F W

lO :E

A

5 o ¢o

O.84

23

278

E [MeV]

Fig. 1. Vergleich des gemessenen mit dem nach 15) berechneten Spektrum eines BF3-Z/ihlrohres vom Typ I. Z/ihlrohrspannung 2000 V; Gasverst/irkung A = 70.

236

ELEKTRONENEINFANG IN BF3-PROPORTIONALZA.HLROHREN

Methode fehlte. So wurden in den bislang vorliegenden Arbeiten entweder nur die differentieUen Impulsh~henverteilungen oder aber nur die ImpulsverzOgerungen in Abh~ingigkeit vom Entstehungsort der PrimSrionisation registriert. Dies gestattet im ersten Fall nut eine integrale Aussage fiber den Entstehungsort der Entladung, im zweiten Fall nut eine integrale Aussage fiber die Impulsamplituden. Erst die in dieser Arbeit durehgefiihrte Kombination beider MeBmethoden erlaubt die Bestimmung des Elektroneneinfangs in Abh/~ngigkeit vom Entstehungsort der Prim~irionisation. 2. Betraehtungen zur ()berlebwahrseheinlichkeit von Elektronen in BF3

Die punktierte Linie in der Fig. 1 zeigt die differentielle Impulsh6henverteilung eines BF3-Z~ihlrohres mit einem Ffilldruck von P = 30 cmHg bei einer Gasverst~rkung A = 70. Wie die gute Trennung yon Haupt- und Nebenmaximum der Verteilung zeigt, gew~ihrleistet der Reinheitsgrad des Ftillgases eine gute Funktionsweise. Die ausgezogene Kurve gibt die fiir dieses Z~hlrohr nach Angaben von Yamane 15) berechnete Verteilung wieder, bei d e r n u r Wandeffekte berfieksiehtigt werden. Der Verlauf beider Kurven weicht an der niederenergetischen Flanke der Hauptlinie betr~ichtlich voneinander ab. Aber auch die relativ gute Clbereinstimmung des berechneten mit dem gemessehen Spektrum ffir die anderen Bereiehe ist m6glicherweise nur dadurch zu verstehen, dab der Elektronenverlust im Z~hlrohr, der die Linienbreite beeinflul3t, bei dieser Rechnung unbewui3t mit aufgenommen wurde. Im Gegensatz zu Z~hlrohren, bei denen der Elektroneneinfang vernachl~ssigt werden kann, ist die Impulsamplitude V in einem BF3-Proportionalz~hlrohr nieht nur dureh die primer gebildeten Elektronen n, die Gasverst~irkung A, die Elementarladung e und die Kapazit~t C bestimmt, sondern auch durch die l~berlebwahrseheinlichkeit tier Elektronen W.

V = (nAe/C) W.

(1)

Bereits 1948 wurde von Bistline a6) dureh Vergleiehsmessungen eines a-Strahlers in einer mit Argon bzw. Bortrifluorid geffillten Ionisationskammer die mittlere freie Wegl~nge der Elektronen ffir BF 3 ermittelt. Aus diesen Ergebnissen leiteten Tongiorgi et al. 17) die ¢0berlebwahrscheinliehkeit Wder Elektronen in BF 3 ab:

237

verlustfaktor des Ffillgases dar, der im wesentfichen durch den Reinheitsgrad des BF 3 bestimmt wird. Die bisher ffir c durchgefiihrten Bestimmungen, die zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen ffihrten, kt~nnen m6glicherweise als eine Best~itigung dieses Sachverhaltes gewertet werden. Nach 17) erhglt man ftir E/PWerte zwischen 3.3 und 12.5 V/cm.cmHg den Wert e = 3.6 V/cm2.cmHg, wobei die Ergebnisse aus 16) zu Grunde gelegt wurden. Dem entgegen steht der e-Wert, den Mendel und Korff 18) aus der Verschiebung des Maximums der differentiellen Impulsht~henverteilung bei Variation des Kathodenradius und des Ffilldruckes folgerten. Sie geben ffir E/P > 7 V/cm.cmHg einen Wert c = 0.6 V/cmZ.cmHg an. Es ist aber auch nicht ausgeschlossen, dab die Voraussetzungen, die bei den bisherigen Bestimmungsmethoden zu Grunde lagen, der Funktionsweise des BF3-Proportionalzghlrohres nicht hinreichend Rechhung trugen. Aus diesem Grunde erschien es wfinschenswert, eine neue Methode zur Bestimmung der l~berlebwahrscheinliehkeit yon Elektronen ffir diesen Zghlrohrtyp auszuarbeiten. Die Wanderungsgeschwindigkeit der Elektronen ist

dr/dt = k E/P. (3) k stellt die Elektronenbeweglichkeit dar, die sich aus dieser Beziehung bestimmen l~il3t11). Aus den Gleichungen (2) und (3) erh~ilt man die zeitabh~ingige f0berlebwahrscheinlichkeit der Elektronen im BF 3 W = exp { - ( e kP/76) T} = exp ( - T/z). (4) In dieser Gleichung ist z = 76/(ckP) die Einfangszeitkonstante fib Elektronen und T die Flugzeit, die die Elektronen im Z~ihlrohr yon ihrem Entstehungsort zur Anode ben6tigen. Der Zusammenhang zwischen der Impulsh/She und der Flugzeit der Elektronen ist dann durch V(T) = (neA/C) exp ( - T/z) = Vo exp ( - T/z) (5) gegeben. Experimentell lassen sich sowohl die Impulsamplituden V(T) und Vo (Amplitude bei T = 0), als auch die Flugzeit Tbestimmen, so dab die Einfangszeitkonstante z bzw. der Elektronenverlustfaktor c berechnet werden kann: z = T/in ( V o l V ( r ) } . (6)

(2)

Der Einfangsquerschnitt fiir Elektronen in BF 3 ergibt sich dann zu

Die Clberlebwahrseheinliehkeit eines Elektrons h~ngt also v o n d e r Feldst~irke E, dem Druek P und dem Weg des Elektrons im Z~thlrohr ab. c stellt den Elektronen-

ael = (eP)I(NE) = {cPRI(NU)} In (b/a), (7) wobei N = 2.158 × 1019 Molekfile/em3 ist. b stellt den Kathodenradius und a den Anodenradius dar. R gibt

d IV/W = [ cP 2/ (76 E)] dr.

238

H. F R O H L I C H

UND

~2o .L21o ,LgO,,_~O_I-

L

s~o

H. F. B R I N C K M A N N

"1"

2SO0~m

BF3 -Zdhlrohr u. Szintilldtionsdetektor

,

fdtle~ Cd- Blech

Thermische Sdule

Cd

Cd

Hochsponnung

Vetstarker

Ver-

zogerung

I Vor-

verstarker

•t

Katoden- ] ~ folger

Hochsp(ar~nung

Diskriminator

Ver-

z6gerung

Verstdrker

~

I (3na ysator I

I00 KanalAmplituden-~-

Speicher

Z~hler

Zdhler

Einkana[- I I VerAmplituden-}-~ zogerung analysdtor I [

Zahler

Fig. 2. Versuchsanordnung an der thermischen S/iule des R F R und Blockschaltbild der Elektronik.

den radialen Abstand von der Anode an, bei dem das betrachtete Prim/irereignis stattgefunden hat. 3. Experimentelle Methode zur Bestimmung des Elektronenverlustfaktors Die Versuchsanordnung an der thermischen S/iule des Rossendorfer Forschungsreaktors (RFR) ist in Fig. 2 dargestellt. Der kollimierte Neutronenstrahl durchsetzt den mittleren Bereich eines quer zur Strahlrichtung aufgestellten Z~thlrohres. Die im Zfihlrohr ausgel6sten Kernreaktionen ~°B(n,~)7Li ftihren zu 93.5% v) auf ein Niveau des 7Li-Kernes mit der Energie 478 keV. Diese Anregungsenergie wird durch ein y-Quant prompt ( < 10-13 sec) emittiert und von dem SzintillationsmeBkopf unter

dem Z/ihlrohr registriert. Die Verz6gerung des ~-lmpulses gegeniiber diesem ?-Impuls entspricht der Elektronenlaufzeit vom Ort der Prim/irionisation zur Anode. Registriert man nun die Koinzidenzrate in Abh~ingigkeit v o n d e r Verz6gerung der y-Impulse, so erh/ilt man Verteilungen, wie sie in 12' 13) zur Ermittlung der maximalen Flugzeit der Elektronen gemessen wurden. Im vorliegenden Experiment wird jedoch der Z~ihlrohrimpuls verzweigt und zus~itzlich bei Registrierung einer Koinzidenz ein Amplituden-Analysator angesteuert. Auf diese Weise erh~ilt man die differentielle Impulsh6henverteilung fiir alle diejenigen Z~ihlrohrentladungen, die in gleicher Entfernung yon der Anode ausgel6st worden sind. Wegen der unterschiedlichen Impulslaufzeiten in den

ELEKTRONENEINFANG

IN B F 3 - P R O P O R T I O N A L Z A H L R O H R E N

239

TABELLE 1 D a t e n der u n t e r s u c h t e n Z~ihlrohre.

Typ

I II III IV

Kathodenmaterial

Kathodenradius b

Anodenradius a

(cm)

(cm)

1.75 1.90 1.90 1.35

4xlO 3 4xlO 3 4 x 10-3 5 x 10 -3

Cu

Cu Cu Glas m i t SnO2-Schicht

BFa-Druck P (cmHg)

Isotopenanteil des ]0B i m BF3

30 60 76 45

0.18 0.18 0.94 0.94

Typ I, IV und III bei verschiedenen VerzOgerungszeiten und ftir Typ III auch fiir verschiedene Gasverst/irkungen registriert wurden. In jedem durch eine bestimmte Koinzidenzbreite vorgegebenen Intervall des Z~ihlrohres wird die vorherrschende Impulsh6he durch das Maximum der differentiellen Impulsh6henverteilung charaklerisiert. Zum Vergleich ist in den Abbildungen auch das Spektrum aller im Z~ihlrohr entstandenen Impulse dargestellt. Die Diagramme zeigen, dab die Maxima dieser Impulsh6henverteilungen grunds/itzlich nicht Prim/ir4. Versuehsergebnisse und Diskussion ereignissen zugeordnet werden dtirfen, die am weitesten Die Untersuchungen wurden an verschiedenen BF 3- v o n d e r Anode stattgefunden haben, wie irrtiimlich Z~ihlrohren durchgefiihrt. Die Daten einiger Typen sind in 18) angenommen wurde. in Tabelle 1 zusammengestellt. Die Fig. 3, 4 und 5a, b, c Die Teilspektren zeigen drei charakteristische Eigenzeigen Beispiele aus MeBreihen, in denen die differen- schaften: tieUen Impulsh6henverteilungen fiir Z/ihlrohre vom I. Eine Verschiebung des Maximalwertes der Im-

elektronischen Baugruppen befinden sich in den Leitungszweigen Verz~Sgerungsglieder zum Nullabgleich. In der Impulsleitung zum Analysator erfolgt die Verz6gerung durch eine abgestimmte Laufzeitkette amplitudengetreu. Die Verztigerungselektronik in der Leitung vom Szintillationsdetektor dient auBer dem Nullabgleich auch der Vorwahl einer definierten Verz6gerungszeit zwischen dem ?-Impuls des Szintillationsdetektors und dem Z/ihlrohrimpuls. Die kleinste Koinzidenzbreite der Anordnung betr~igt 10 - 7 s e c .

2o

loLI

150

F

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KANAL

Fig. 3. Differentielle I m p u l s h 6 h e n v e r t e i l u n g e n eines Z/ihlrohres v o m T y p I bei verschiedenen VerziSgerungszeiten. G a s v e r s t ~ k u n g A = 8, m a x i m a l e Flugzeit der E l e k t r o n e n tmax = 1.43 #s. D a s obere D i a g r a m m zeigt das G e s a m t s p e k t r u m bei dieser G a s v e r s t ~ k u n g .

240

H. F R O H L I C H U N D H. F. B R I N C K M A N N

1 500

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20

30

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50

60

KANAL

Fig. 4. Differentielle Impulsh6henverteilungen eines Z~hlrohres vom Typ IV bei verschiedenen Verz6gerungszeiten (,us). G a s v e r s t ~ t r k u n g A = 6, maximale Flugzeit der Elektronen tmax = 0 . 9 8 # s . Das obere Diagramm zeigt das Gesamtspektrum bei dieser Gasverstarkung.

pulsh6henverteilung mit gr613er werdender Elektronenflugdauer. Der dadurch angezeigte Amplitudenverlust der Z~ihlrohrimpulse ist bei hohem Fiilldruck besonders ausgepr~igt. II. Unsymmetrien bei allen Teilspektren, deren Impulse in Kathodenn~ihe ausgel6st werden. Auch diese Erscheinung ist bei hohem Fiilldruck besonders ausgepdigt. Sie tritt mit gr66er werdender Gasverst~irkung auch in Anodenn~ihe auf.

[II. Bei Verz6gerungszeiten, die sich der maximal m6glichen Flugzeit der Elektronen n~ihern, bilden sich Verteilungen aus, die keine eindeutige Struktur erkennen lassen. Dariiber hinaus treten bei Verz6gerungszeiten, die gr6Ber sind als die maximal mOgliche Flugzeit der Elektronen, vereinzelt noch Z~ihlrohrimpulse auf, deren Zahl mit gr6Ber werdender Gasversdirkung zunimmt. Der Einflu6 des Elektroneneinfanges auf die Ent-

c

mm lO Ix.

2.0/JS 20

ILl _.1 2~

40

10 JS

60

KANAL

600

2.5Ns

05ps

(

400

200

0 0

k 10

I 20

I 30

40

50

KANAL Fig. 5. Differentielle Impulsh6henverteilungen eines Z/ihlrohres vom Typ III bei verschiedenen Verz6gerungszeiten (,us). a) Gasverst/irkung A = 8; maximale Flugzeit der Elektronen/max 3.07 #s. =

241

E L E K T R O N E N E I N F A N G IN B F 3 - P R O P O R T I O N A L Z A H L R O H R E N

10 c_ E 1.66 1.26

/ ~ A A '°.°°

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KANAL b) Gasversti~rkung A = 40; maximale Flugzeit der Elektronen tma~ = 2.38 #s.

W

n -

-

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o

o

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40 60 KANAL

/~

80 /

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20

~o

6'o

KANAL c) Gasverstiirkung A = 300; maximale Flugzeit der Elektronen tmax = 2.16,us. Die oberen Diagramme zeigen die Gesamtspektren bei diesen Gasversdirkungen.

to

242

H. FROHLICH UND H. F. BRINCKMANN

ladung in BFa-Z/ihlrohren zeigt sich durch den in I genannten Effekt am deutlichsten. Aber auch die in 1I erw/ihnlen Unsymmetrien der Einzelverteilungen kSnnen durch den Einflul3 von Wandeffekten allein nicht erkl/irt werden. So zeigt beispielsweise die Fig. 5b deutlich, wiein einem Z/ihlrohr mit 76 cmHg Ffilldruck auch in Anodenn/ihe ausgelSste ImpulshOhenverteilungen Unsymmetrien aufweisen, die in diesem Bereich keineswegs auf WandstSrungen zuriickgeffihrt werden kSnnen. Bei Rohren mit geringerem Ftilldruck kann man einen grSl3eren Einflul3 der Wandeffekte erwarten. Jedoch liel3 der in Fig. 1 dargestellte Unterschied zwischen der berechneten und der gemessenen Impulsverteilung bereits erkennen, dab auch bei Rohren mit niedrigem Ffilldruck die durch Elektroneneinfang verursachten StSrungen nicht zu vernachl/issigen sind. Der in HI .genannte Effekt der "versp/iteten Impulse" erwies sich als ein Sekund/ireffekt, der sp/iter diskutiert werden soll. In Fig. 6 ist die Lage der Maxima der Einzelverteilungen aus der in Fig. 5b dargestellten Messung im halblogarithmischen Ma6stab fiber der Verz~Sgerungszeit aufgetragen. Man erhNt ftir das Interval 0_< t_< tm,x die nach Gleichung (5) zu erwartende Gerade, aus deren Verlauf die Einfangszeitkonstante z bzw. der Elektronenverlustfaktor c bestimmt werden k6nnen. In den Rechnungen wurde ffir die Elektronenbeweglichkeit k der Mittelwert aus alien nach Gleichung (2) bestimmten k-Werten k = (1.19 + 0.06) x 105 cm/- cmHg/ V. s verwendet, der sich in guter Clbereinstimmung mit einem yon Nicholson 1z) angegebenen k-Wert befindet. TABELLE2 Zusammenstellung der ermittelten c-Werte. Typ

II

III

IV

Spannung (V)

Gasverst~irkungsfaktor A

Elektronenverlustfaktor c (V/cm2. cmHg)

1000 1500 2000 2000 2500 3000 3300 1500 2500 3000 3500 1000 1500 2000 2500 3000

2 8 70 2.5 13 100 1000 1.2 8 40 300 1 1.8 6 35 300

0.34 + 0.10 0.70 + 0.07 1.24 + 0.10 1.17 + 0.12 1.15 + 0.12 2.17 + 0.22 4.80 + 2.40 2.48 + 0.20 2.46 + 0.20 2.24 + 0.22 3.04 __.0.30 6.15 _+ 0.50 6.07 ___0.50 6.85 + 0.50 7.00 + 0.60 7.50 + 0.60

LAGE DER

DES

MAXIMUMS

7Li*-LINIE

[KANAL]

55 5o 45 40 35 30

2o

10

i

....

J .... 0.5

~ .... 113

, .... 1.5

~ .... 2.0

, .... 25

/~ 3.0

VERZ136ERUNGSZEIT [psec] Fig. 6. Lage der Maxima aus den Einzelverteilungen in Abh/ingigkeit yon der Verz6gerungszeit fiir ein Zghlrohr vom Typ III. (Nach den Daten aus Fig. 5b). In Tabelle 2 sind die ermittelten c-Werte zusammengestellt. Sie sind ffir Rohre vom Typ I, I[ und I I I im allgemeinen kleiner als der in 17) angegebene Wert c = 3 . 6 V/cmZ.cmHg. Lediglich die Glasrohre mit SnO2-Schichtkathode (Typ IV) haben gr/SBere c-Werte. Dies zeigt, da6 hier nicht aUein das BF a den Elektroneneinfang verursacht, sondern da6 durch die in Glasrohren leicht mSgliche Bildung des stark elektronegativen SiF 4 7) eine weitere Gaskomponente entstanden ist, die einen zus/itzlichen Elektroneneinfang bewirkt. Unter Verwendung der in Tabelle 2 angegebenen c-Werte wurde der Einfangsquerschnitt O'el ffir Elektronen in BF 3 nach Gleichung (7) berechnet und seine Abh/ingigkeit yon der Gasverst~irkung in Fig. 7 graphisch dargestellt. W/ihrend sich fiir Rohre mit einem BF3-Druck yon 30 cmHg fiJr aet nur eine mit der Gasverst/irkung steigende Tendenz ergibt, zeigten die Rohre mit hSherem Ffilldruck eine st/irkere Abh/ingigkeit des Einfangsquerschnittes ael v o n d e r Gasverst/irkung A. Darfiber hinaus besitzt eel in diesen Rohren ein Minimum. Es liegt beim Z/ihlrohr mit 60 cmHg um A = 23 und verschiebt sich beim Rohr mit 76 cmHg auf einen Wert um A = 70. Dies resultiert offensichtlich aus der zun~ichst bei wachsender Feldst/irke grSl3er werdenden Beschleunigung der Elektronen, durch die

ELECTRONENEINFANG

IN

BF3-PROPORTIONALZ.gtHLROHREN

243

Die Diskriminatorschwelle Ud ist in der Abbildung angedeutet. In der Aufnahme sind einige Impulse er6kennbar, die bei gleichem Ursprung unterschiedliche III: P -30 cm Hg Amplituden und folglich auch unterschiedliche Anstiegsflanken aufweisen. Wie bereits gezeigt wurde, ist die Zahl der Impulse mit reduzierter Amplitude in den Randgebieten der ~E 4 × Zfihlrohre besonders grof3. Je nfiher nun die Prim~ir~ N I'M ionisation an der Kathode stattfindet, um so wahr0 • scheinlicher wird es, dab auch Impulse mit so flacher Anstiegsflanke auftreten, dab die Diskriminatorschwelle nicht mehr w~ihrend der zugeh6rigen Koinzidenzbreite iiberschritten wird. Durch die im Experiment notwendige Diskriminierung des Untergrundes ~III e ~ e . --,-'" e e ~ erfahren also Impulse mit stark reduzierter Amplitude __ I I [ ~ eine Verschiebung in ein Koinzidenzintervall, dem be10 100 1000 reits eine grti6ere Verztigerungszeit entspricht. Durch A diesen Effekt geht die ausgepr/igte Struktur des SpekFig. 7. Einfangquerschnitt ~el ffirE|ektronen in B F 3 in Abh~ngigtrums mehr und mehr verloren. Dariiber hinaus wird keit yon der Gasverst~rkung A. verst~indlich, dal3 auch bei Verz/Sgerungszeiten, die gr6Ber der Elektroneneinfang herabgesetzt wlrd. Von einer sind als die maximal miSgliche Flugzeit der Elektronen, bestimmten Gasverst~irkung an steigt aber dann mit Impulse registriert werden. Absch/itzungen haben erzunehmender Spannung die Konzentration der Ionen geben, dab Unterschiede in den Sammelzeiten der Priin der Entladung und verursacht eine Erh~Shung des mS_relektronen, bedingt dutch die unterschiedlichen Flugrichtungen der ~-Teilchen im Z~ihlrohr, als UrElektroneneinfangs. Die Ursache fiir die in III erwiihnten "versp~iteten sache ftir diesen Effekt kaum infrage kommen. DaB bei grti6erer Zahlrohrspannung durch ReduImpulse" konnte mit Hilfe oszillographischer Unterzierung der Sammelzeit ffir Elektronen auch die Zahl suchungen gekl~irt werden. Bei diesen Messungen l~Sste der "versp~iteten Impulse" abnimmt, konnte nicht der Szintillationsimpuls die Zeitablenkung t des beobachtet werden. Dies wird einerseits wahrscheinlich Oszillographen aus und der Z~ihlrohrimpuls bewirkte durch die mit ansteigender Gasverst/irkung zunehmendie Vertikalablenkung U. Fig. 8 zeigt eine Impulsde Ionenkonzentration verhindert, durch die der Elekgruppe aus diesen Messungen*. Alle Impulse haben troneneinfang vergr6gert wird. Auf diese Erscheinung entsprechend den im Z~ihlrohr m6glichen Flugzeiten wurde schon bei der Diskussion des Einfangquerder Elektronen ihren Ursprung im Intervall to bis t m a xschnittes ~re,in Abh~ingigkeit v o n d e r Gasverst/irkung A * Weitere Abbildungen hierzu bei: H. Fr6hlich, Dissertation hingewiesen. Andererseits kommt es bei hoher Gas(Universitiit Jena, 1965). verst/irkung durch positive Raumladungen zu einer lokalen Herabsetzung der Gasverst~irkung, so dab ffir U dicht aufeinander folgende Impulse auch hierin die Ursache ftir eine flachere Anstiegsflanke und eine verminderte Amplitude tiegen kann. Werden solche Nachfolgeimpulse in Anodenn~ihe erzeugt, so tragen sie zur Linienverbreiterung der in Abh/ingigkeit von der Flugzeit der Elektronen gewonnenen Teilspektren bei. Werden sie in Kathodenn~ihe gebildet, so erfolgt ihre Registrierung versp/itet. 1 2 3 t [tas] Generell kann festgestellt werden, dab der ElektrotmGx neneinfang in BF3-Z~ihlrohren den NeutronennachFig. 8. Oszillographische Aufnahrne von Ziihlrohrimpulsen, die weis, wie er in den meist gebr~iuchlichen Versuchsdurch Prim~irionisationen mit unterschiedlichem Abstand von anordnungen gefiJhrt wird, nicht beeintr~ichtigt. Es der Anode ausgel6st wurden. Ziihlrohr Typ IV, Z/ihlrohrspannung 3000 V; maximale Flugzeit der Elektronen tmax= 0.78 ffS; kann aber durchaus zu empfindlichen StiSrungen der Z~ihlrohrfunktion kommen, wenn die BF3-Fiillung Ud ist Diskriminatorschwelle. I: P-76 cmHg

II : P.60 cmHg

244

H. FR()HLICH UND H. F. BRINCKMANN

einen u n g e n i i g e n d e n Reinheitsgrad hat. A u c h sollte i m Interesse einer guten Z / i h l r o h r f u n k t i o n eine Gasverst/irkung A = 100 nicht iiberschritten werden. Dies gilt besonders, w e n n BF3-Z/ihlrohre als D e t e k t o r e n bei Flugzeitmessungen von N e u t r o n e n V e r w e n d u n g finden. H e r r n Prof. Dr. A. E c k a r d t u n d H e r r n Prof. Dr. K. F. Alexander d a n k e n wit fiir das f~rdernde Interesse an dieser Arbeit. H e r r n Ing. W. Schr~Sdel gilt unser D a n k fiJr die A u s f i i h r u n g der p h o t o g r a p h i s c h e n Arbeiten.

Literatur 1) s. A. Korff und W. E. Danforth, Phys. Rev. 55 (1939) 980. 2) C. G. Montgomery und D. D. Montgomery, Phys. Rev. 56 (1939) 10. 3) H. C. Hammers, J. Bloch, C. C. Jonker, A. E. de Vries, H. Jansz und J. Kistemaker, Physica 20 (1952) 1138.

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