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An x-ray dose comparator Mibus, Sidney Albert 1956

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831-UBC_1957_A8 M4 X8.pdf [ 2.89MB ]
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A N X - R A Y DOSE COMPARATOR b y S I D N E Y A L B E R T M I B U S B , 5 c , U n i v e r s i t y o f M e l b o u r n e , 1 9 ^ 9 A T H E S I S S U B M I T T E D I N P A R T I A L F U L F I L M E N T OF THE REQUIREMENTS FOR THE DEGREE OF MASTER OF A R T S i n t h e D e p a r t m e n t o f P h y s i c s We a c c e p t t h i s t h e s i s a s c o n f o r m i n g t o t h e r e q u i r e d s t a n d a r d THE U N I V E R S I T Y OF B R I T I S H C O L U M B I A O c t o b e r , 1956 i i A B S T R A C T T h i s t h e s i s d e s c r i b e s t h e d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n o f a n i n s t r u m e n t f o r c o m p a r i s o n o f x - r a y d o s e s a t t w o d i f -f e r e n t p o i n t s i n a n x - r a y f i e l d . E s s e n t i a l l y , i t c o n s i s t s o f t w o i o n i z a t i o n c h a m b e r s e a c h f e d i n t o a v e r y s t a b l e , l i n e a r , d . c . a m p l i f i e r . T h e o u t p u t s o f t h e d . c . a m p l i f i e r s a r e c o u p l e d i n s u c h a w a y t h a t a f r a c t i o n o f t h e o u t p u t o f o n e a m p l i f i e r i s b a l a n c e d a g a i n s t t h e t o t a l o u t p u t o f t h e o t h e r i n a r a t i o c i r c u i t . T h e s c a l e o f t h e r a t i o c i r c u i t may b e s e t t o r e a d d i r e c t l y t h e d o s e a t a n y p o i n t a s a p e r c e n t a g e ' o f t h e d o s e a t a n a r b i t r a r i l y c h o s e n r e f e r e n c e p o i n t . T h i s p e r c e n t a g e i s i n d e p e n d e n t o f f l u c t u a t i o n s o f t h e x - r a y i n -t e n s i t y w i t h t i m e . T h e i n s t r u m e n t i s b a t t e r y - o p e r a t e d , l i g h t i n w e i g h t a n d t h e r e f o r e e a s i l y p o r t a b l e . The p r i n c i p a l u s e o f t h e i n -s t r u m e n t i s f o r t h e c o m p a r i s o n o f x - r a y d o s e s a t d i f f e r e n t p o i n t s i n a t i s s u e - e q u i v a l e n t m e d i u m — i n f o r m a t i o n r e q u i r e d f o r d o s e e s t i m a t e s i n r a d i o t h e r a p y . The a c c u r a c y o f t h e i n -s t r u m e n t i s b e t t e r . t h a n o n e h a l f p e r c e n t o f t h e maximum d o s e i n t h e x - r a y f i e l d . The i n s t r u m e n t c a n be m o d i f i e d f o r a u t o m a t i c p l o t t i n g o f " i s o d o s e c u r v e s " . In presenting t h i s t h e s i s i n p a r t i a l f u l f i l m e n t of the requirements f o r an advanced degree at the U n i v e r s i t y of B r i t i s h Columbia, I agree that the L i b r a r y s h a l l make i t f r e e l y a v a i l a b l e f o r reference and study. I f u r t h e r agree that permission f o r extensive copying of t h i s t h e s i s f o r s c h o l a r l y purposes may be granted by the Head of my Department or by h i s r e p r e s e n t a t i v e . I t i s under-stood that copying or p u b l i c a t i o n of t h i s t h e s i s f o r f i n a n c i a l gain s h a l l not be allowed without my w r i t t e n permission. Department of The U n i v e r s i t y of B r i t i s h Columbia Vancouver 3 , Canada. Date 3>o @-c't^U\ /CJS-£, ,  V ACKNOWLEDGEMENTS T h i s w o r k w a s d o n e a t t h e B r i t i s h C o l u m b i a C a n c e r I n s t i t u t e . The a u t h o r i s g r a t e f u l t o D r . H . F . B a t h o o f t h e I n s t i t u t e s t a f f f o r s u p e r v i s i n g t h e r e s e a r c h a n d t o M r . J . F . B r y d l e , a l s o o f t h e I n s t i t u t e s t a f f , f o r t h e c a r e f u l m a c h i n e w o r k o n t h e m e a s u r e a n d m o n i t o r p r o b e s a n d f o r o t h e r m e c h a n i c a l a s s i s t a n c e a s r e q u i r e d . T h a n k s a r e a l s o d u e t o t h e O r d e r o f t h e E a s t e r n S t a r o f B r i t i s h C o l u m b i a f o r t h e f i n a n c i a l s u p p o r t g i v e n . i i i T A B L E OF CONTENTS P A G E A B S T R A C T i i L I S T OF I L L U S T R A T I O N S i v ACKNOWLEDGEMENTS •. v I N T R O D U C T I O N 1 P R I N C I P L E OF INSTRUMENT > D . C . A M P L I F I E R S 6 R A T I O C I R C U I T 18 N U L L I N D I C A T O R 28 THE COMPLETE INSTRUMENT 33' 1 . O p e r a t i o n 2. P e r f o r m a n c e 3. M o d i f i c a t i o n f o r A u t o m a t i c O p e r a t i o n B I B L I O G R A P H Y ^ 1 i v L I S T OF I L L U S T R A T I O N S F I G U R E TO FOLLOW P A G E 1 P h o t o g r a p h o f x - r a y d o s e c o m p a r a t o r 3 2 B l o c k d i a g r a m o f d o s e c o m p a r a t o r h 3 D i a g r a m o f d o s e c o m p a r a t o r c i r c u i t 7 h E s s e n t i a l c i r c u i t o f d . c . a m p l i f i e r s 8 5 S i m p l i f i e d r a t i o c i r c u i t 18 6 E s s e n t i a l c i r c u i t o f n u l l i n d i c a t o r 28 7 C o m p a r i s o n o f p e r c e n t a g e d e p t h d o s e s m e a s u r e d b y t h e c o m p a r a t o r a n d b y a n a c c u r a t e d o s e r a t e m e t e r . 38 T A B L E 1 P e r f o r m a n c e o f c o m p l e t e c i r c u i t ( e x c l u d i n g t h e i o n i z a t i o n c h a m b e r s ) 36 1 I N T R O D U C T I O N I n r a d i o t h e r a p y , e s t i m a t e s o f t i s s u e d o s e a t p o i n t s b e l o w t h e s k i n o f t h e p a t i e n t a r e d e t e r m i n e d f r o m " p e r c e n t a g e d e p t h d o s e t a b l e s 1 ' 1 o r f r o m " i s o d o s e c u r v e s " 1 . T h e s e t a b l e s o r c u r v e s a r e p r e p a r e d f r o m m e a s u r e m e n t s made i n w a t e r o r o t h e r t i s s u e - e q u i v a l e n t m a t e r i a l . T h e v a l u e s t a b u l a t e d o r p l o t t e d a r e s o c a l l e d " p e r c e n t a g e d e p t h d o s e s " w h e r e p e r c e n t a g e d e p t h d o s e a t a n y p o i n t i s d e f i n e d a s t h e t i s s u e d o s e a t t h a t p o i n t e x p r e s s e d a s a p e r c e n t a g e o f t h e maximum t i s s u e d o s e i n t h e e x p o s e d f i e l d . P e r c e n t a g e d e p t h d o s e s a r e t h e r e f o r e a l w a y s d e t e r m i n e d f r o m t h e r a t i o o f t w o d o s e m e a s u r e m e n t s . F o r e x p o s u r e t o x - r a y s , i f t h e o u t p u t f r o m t h e x - r a y t u b e i s c o n s t a n t , t h e p e r c e n t a g e d e p t h d o s e a t a n y p o i n t ( u n d e r g i v e n i r r a d i a t i o n c o n d i t i o n s ) c a n b e d e t e r m i n e d f r o m o n l y t w o d o s e m e a s u r e m e n t s , o n e a t t h e p o i n t a t w h i c h t h e p e r c e n t a g e d e p t h d o s e i s r e q u i r e d a n d o n e a t t h e p o i n t o f maximum d o s e . W h e r e t h e o u t p u t o f t h e x - r a y t u b e v a r i e s w i t h t i m e ( t h e u s u a l c a s e ) t h e r a t i o o f n o n - s i m u l t a n e o u s m e a s u r e m e n t s a t t h e t w o p o i n t s w i l l , i n g e n e r a l , b e i n e r r o r d u e t o t h e c h a n g e i n o u t -p u t i n t h e t i m e i n t e r v a l b e t w e e n m e a s u r e m e n t s a n d f o r a r e l i a b l e p e r c e n t a g e d e p t h d o s e t h e r e m u s t be e n o u g h i n d e p e n d e n t m e a s u r e -m e n t s o f t h e r a t i o t o r e d u c e t h e p r o b a b l e e r r o r t o a n a c c e p t a b l e v a l u e . A l t e r n a t i v e l y , we may make s i m u l t a n e o u s m e a s u r e m e n t s w i t h t w o d o s e m e t e r s , o n e a t t h e p o i n t o f u n k n o w n d o s e a n d o n e a t t h e p o i n t o f maximum d o s e , b u t i n f a c t t h i s m e t h o d i s n o t 2 s a t i s f a c t o r y a s o n e m e t e r i s l i k e l y t o t h r o w a s h a d o w o n t o t h e o t h e r o n e . The c o m m o n e s t m e t h o d o f d e t e r m i n i n g p e r c e n t a g e d e p t h d o s e s e m p l o y s t w o d o s e m e t e r s , o n e u s e d a s a m e a s u r i n g i n s t r u -m e n t a n d o n e a s a m o n i t o r i n s t r u m e n t . T h e m o n i t o r i n s t r u m e n t i s p l a c e d a t a f i x e d p o i n t i n t h e f i e l d w h e r e i t w i l l n o t i n t e r -f e r e w i t h t h e m e a s u r e i n s t r u m e n t . T h e p e r c e n t a g e d e p t h d o s e a t a n y p o i n t i s t h e n d e t e r m i n e d e x a c t l y a s w i t h a s i n g l e d o s e m e t e r , i . e . , m e a s u r e m e n t s a r e made a t t h e u n k n o w n p o i n t a n d a t t h e maximum p o i n t w i t h t h e m e a s u r i n g m e t e r , b u t n o w t h e r e a d i n g s o f t h e m o n i t o r i n s t r u m e n t c a n b e u s e d t o c o r r e c t t h e a p p a r e n t d o s e r a t i o t o e l i m i n a t e t h e t i m e f l u c t u a t i o n . E s s e n t i a l l y , t h i s may b e d o n e b y o n e o f t h r e e m e t h o d s : ( a ) i n t e g r a t i n g m e t e r s may b e u s e d f r o m w h i c h t h e t o t a l d o s e s i n a m e a s u r e d t i m e a r e d e t e r m i n e d . Cb) d o s e r a t e m e t e r s may b e u s e d w i t h c o n t i n u o u s r e c o r d i n g o f t h e d o s e r a t e m e a s u r e d b y e a c h i n s t r u m e n t s o t h a t t h e d o s e r a t e s a t t h e same i n s t a n t c a n be c o m p a r e d . ( c ) t h e o u t p u t f r o m t h e t w o d o s e m e t e r s , ( i n t e g r a t i n g o r r a t e m e t e r t y p e ) may b e f e d i n t o some t y p e o f r a t i o c i r c u i t f r o m w h i c h a q u a n t i t y p r o p o r t i o n a l t o t h e r a t i o o f t h e i n s t a n -t a n e o u s d o s e r a t e s i s r e a d d i r e c t l y . M e t h o d ( a ) a s d e s c r i b e d a b o v e i s f e a s i b l e b u t h a s n o t b e e n u s e d a g r e a t d e a l . M e t h o d ( b ) h a s b e e n u s e d e x t e n s i v e l y b y J o h n s a n d c o - w o r k e r s . ( J o h n s , F e d o r u k , K o r n e l s e n , E p p a n d D a r b y , 1952;; J o h n s , E p p a n d F e d o r u k , 1952'). 3 M e t h o d ( c ) w a s u s e d b y Kemp (19^5, 19^6a) who d e s -c r i b e d a n i n s t r u m e n t w h i c h c o m p a r e d t h e d o s e s r e c e i v e d b y t w o i n t e g r a t i n g d o s e m e t e r s . M a u c h e l , E p p a n d J o h n s (1955) o n t h e o t h e r h a n d , h a v e u s e d a r a t i o c i r c u i t i n c o n j u n c t i o n w i t h t w o d o s e r a t e m e t e r s . T r o u t , K e l l y , L u c a s a n d F u r n o (1956) h a v e u s e d e s s e n t i a l l y t h e same m e t h o d a s M a u c h e l e t a l . , b u t , i n -s t e a d o f d e s i g n i n g r a t e m e t e r s f o r t h e p u r p o s e , h a v e made u s e o f c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e r a t e m e t e r s a s t h e i r b a s i c m e a s u r i n g i n -s t r u m e n t s a n d h a v e a d d e d a r a t i o c i r c u i t w h i c h c o m p a r e s t h e o u t p u t s o f t h e t w o r a t e m e t e r s . I n e a c h o f t h e s e i n s t r u m e n t s t h e s c a l e o f t h e r a t i o c i r c u i t c a n b e made d i r e c t r e a d i n g i n p e r c e n t -a g e d e p t h d o s e . T h e p r e s e n t i n s t r u m e n t i s a d o s e c o m p a r a t o r e s -s e n t i a l l y s i m i l a r t o t h a t d e s c r i b e d b y M a u c h e l , E p p a n d J o h n s (1955) b u t u s i n g a d i f f e r e n t r a t i o c i r c u i t . The i n s t r u m e n t i s c o m p l e t e l y b a t t e r y o p e r a t e d e m p l o y i n g s u b - m i n i a t u r e t u b e s a n d h e a r i n g a i d a n d p o r t a b l e r a d i o b a t t e r i e s . H e n c e , i t c a n be h o u s e d i n a s m a l l c a b i n e t , m a k i n g t h e c o m p l e t e c o m p a r a t o r e a s i l y p o r t a b l e . The s i z e o f t h e c a b i n e t c a n be j u d g e d f r o m t h e p h o t o g r a p h o f t h e c o m p l e t e d i n s t r u m e n t , F i g u r e 1; t h e w e i g h t i n c l u d i n g b a t t e r i e s i s a b o u t t w e n t y p o u n d s . F I G U R E 1 PHOTOGRAPH OF X-RAY DOSE COMPARATOR P R I N C I P L E OF INSTRUMENT A b l o c k d i a g r a m o f t h e i n s t r u m e n t i s s h o w n i n F i g u r e 2 . The r a d i a t i o n s e n s i t i v e e l e m e n t s i n t h e m e a s u r e p r o b e a n d i n t h e m o n i t o r p r o b e a r e i o n i z a t i o n c h a m b e r s a s i n a l m o s t a l l d o s e m e t e r s . The m o n i t o r p r o b e c h a m b e r i s h e l d i n a f i x e d p o s i t i o n b u t t h e i o n i z a t i o n c h a m b e r o f t h e m e a s u r e p r o b e i s m o v e d ( u s u a l l y b y r e m o t e c o n t r o l ) t o a n y r e q u i r e d p o i n t i n t h e x - r a y f i e l d . T h e i o n i z a t i o n c u r r e n t f r o m e a c h c h a m b e r f l o w s t h r o u g h a h i g h i n p u t r e s i s t o r i n a d . c . a m p l i f i e r a n d a v o l t a g e p r o -p o r t i o n a l t o t h i s c u r r e n t a p p e a r s a c r o s s a r e l a t i v e l y l o w r e s i s t a n c e i n t h e o u t p u t c i r c u i t o f t h e a m p l i f i e r . E x c e p t f o r t h e p o l a r i t i e s o f t h e c o l l e c t o r v o l t a g e s o n t h e i o n i z a t i o n c h a m b e r s t h e m e a s u r e a n d m o n i t o r a m p l i f i e r s a r e i d e n t i c a l . ( T h e r e a s o n f o r t h e u s e o f p o s i t i v e c o l l e c t o r v o l t a g e o n o n e i o n -i z a t i o n c h a m b e r a n d n e g a t i v e o n t h e o t h e r w i l l b e d i s c u s s e d i n a l a t e r s e c t i o n . ) O u t p u t v o l t a g e s f r o m t h e t w o a m p l i f i e r s a r e b a l a n c e d i n t h e r a t i o c i r c u i t , a n u l l d e t e c t o r m e t h o d b e i n g u s e d t o d e t e r m i n e t h e b a l a n c e p o i n t . P r o v i d e d b o t h d . c . a m p l i f i e r s a r e l i n e a r , t h i s b a l a n c e p o i n t i s i n d e p e n d e n t o f x - r a y o u t p u t f l u c t u a t i o n s a n d o f p r e s s u r e a n d t e m p e r a t u r e c h a n g e s i n t h e g a s c a v i t i e s o f t h e i o n i z a t i o n c h a m b e r s , s i n c e b o t h i o n i z a t i o n c u r r e n t s v a r y i n t h e same m a n n e r f r o m t h e s e c a u s e s . A s d e s c r i b e d l a t e r , t h e s c a l e r e a d i n g o f t h e t o follow pa^e 4 MEASURE PROBE MONITOR PROBE MEASURE AMPLIFIER ^ MONITOR AMPLIFIER * RAT/O CIRCUIT NU LL INDICATOR F I G U R E 2 B L O C K D / A G R A M OF P O S E C O M P A R A T O R 5 r a t i o c i r c u i t c a n be s e t a r b i t r a r i l y t o 100$ f o r a n y c h o s e n p o s i t i o n o f t h e m e a s u r e p r o b e . T h e n t h e d o s e a t a n y o t h e r p o s i t i o n o f t h e m e a s u r e p r o b e i s r e a d d i r e c t l y a s a p e r c e n t a g e o f t h e d o s e a t t h i s 100$ p o i n t . 6 D . C . A M P L I F I E R S A d . c . a m p l i f i e r t o b e u s e d i n a n y d o s e r a t e m e t e r m u s t b e d e s i g n e d t o o p e r a t e w i t h a n i o n i z a t i o n c h a m b e r c u r r e n t o f t h e o r d e r o f IO""-*-! a m p e r e A a n d i s u s u a l l y r e q u i r e d t o h a v e a s e n s i t i v i t y a n d a c c u r a c y o f t h e o r d e r o f 0.1% t o 0.5% o f t h i s maximum c u r r e n t . T h e o v e r a l l a m p l i f i c a t i o n m u s t b e s u f f i c i e n t t o p r o v i d e t h e r e q u i r e d s e n s i t i v i t y a n d t h e z e r o s t a b i l i t y a n d c o n s t a n c y o f a m p l i f i c a t i o n m u s t be c o n s i s t e n t w i t h t h e d e s i r e d a c c u r a c y . F u r t h e r i t i s d e s i r a b l e t h a t t h e a m p l i f i e r r e s p o n s e b e l i n e a r a n d t h a t t h e t i m e c o n s t a n t b e r e a s o n a b l y s m a l l . F o r e a c h d . c . a m p l i f i e r i n a d o s e c o m p a r a t o r c i r c u i t t h e same c h a r a c t e r i s t i c s a r e r e q u i r e d a s f o r t h e d . c . a m p l i f i e r o f a s i m p l e d o s e r a t e m e t e r b u t n o w t h e r e s p o n s e o f e a c h a m p l i f i e r m u s t b e l i n e a r . T h i s i s e v i d e n t f r o m t h e f a c t t h a t ft S i n c e t h e r o e n t g e n , t h e a c c e p t e d u n i t o f x - r a y e x p o s u r e , i s d e f i n e d i n t e r m s o f i o n i z a t i o n i n a i r , we c a n c a l c u l a t e t h e i o n i z a t i o n c u r r e n t f o r a t y p i c a l e x p o s u r e r a t e . E s s e n t i a l l y , t h e r o e n t g e n i s d e f i n e d a s t h a t e x p o s u r e o f X o r gamma r a d i a t i o n w h i c h p r o d u c e s i n a i r ( d i r e c t l y o r i n d i r e c t l y ) o n e e l e c t r o s t a t i c u n i t o f c h a r g e o f e i t h e r s i g n p e r c u b i c c e n t i m e t r e o f a i r i r r a d i a t e d a t S . T . P . H e n c e , i f we a s s u m e a n i o n i z a t i o n c h a m b e r h a v i n g a n a i r c a v i t y o f 0.1 c u b i c c e n t i m e t r e v o l u m e a n d a n a i r - e q u i v a l e n t w a l l ( i . e . , a w a l l h a v i n g t h e same e f f e c t i v e a t o m i c n u m b e r a s a i r ) a n d e x p o s e i t t o , s a y , t w e n t y r o e n t g e n s p e r m i n u t e we c a n c a l c u l a t e I o n i z a t i o n c u r r e n t • 0.1 X 20 e l e c t r o s t a t i c u n i t s 5o" p e r s e c o n d ~ 0*1 X 20 a m p e r e s 60 X 3 1 io9 * 1.1 X 10-11 a m p e r e s 7 we r e q u i r e t h a t t h e r a t i o o f t h e o u t p u t v o l t a g e s be a f u n c t i o n o f t h e r a t i o o f t h e i o n i z a t i o n c u r r e n t s a n d , i n g e n e r a l , t h i s c a n o n l y be s o i f e a c h o u t p u t v o l t a g e s e p a r a t e l y i s d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o t h e c o r r e s p o n d i n g i o n i z a t i o n c u r r e n t . E a c h d . c . a m p l i f i e r u s e d i n t h e - p r e s e n t i n s t r u m e n t e m p l o y s t h e c i r c u i t d e s c r i b e d b y F e d o r u k , J o h n s a n d W a t s o n (195*+) w i t h o n l y m i n o r m o d i f i c a t i o n s . T h i s c i r c u i t i s c h a r a c -t e r i z e d b y a h i g h n e g a t i v e f e e d b a c k f a c t o r w h i c h r e s u l t s i n l i n e a r r e s p o n s e , c o n s t a n t s e n s i t i v i t y a n d a s t a b l e z e r o . The d e t a i l e d c i r c u i t o f e a c h a m p l i f i e r i s s h o w n i n t h e d i a g r a m o f t h e c o m p l e t e c o m p a r a t o r c i r c u i t , F i g u r e 3 . ( D a s h e d l i n e s i n F i g u r e 3 e x c e p t w h e r e l a b e l l e d " s h i e l d " i n d i c a t e o n l y b r e a k -d o w n o f c i r c u i t f o r p u r p o s e s o f d i s c u s s i o n . ) The i n p u t t u b e o f e a c h a m p l i f i e r i s a R a y t h e o n CK5889 e l e c t r o m e t e r t u b e . U n l i k e o t h e r e l e c t r o m e t e r t u b e s , i n t h i s - t u b e t h e c o n t r o l g r i d i s t h e f i r s t g r i d . D e s p i t e t h i s f a c t , w h e n t h e t u b e i s o p e r a t e d w i t h l o w e l e c t r o d e v o l t a g e s a n d a p l a t e c u r r e n t n o t e x c e e d i n g t h r e e o r f o u r m i c r o a m p e r e s , t h e g r i d c u r r e n t i s l e s s t h a n 1 0 " ! ^ a m p e r e . I t i s t h e r e f o r e p o s s i b l e t o u s e a n i n p u t r e s i s t o r o f t h e o r d e r o f 1 0 ^ o r e v e n 1CP-2 o h m s . I n t h e p r e s e n t i n s t r u m e n t t h e i n p u t r e s i s t o r s u s u a l l y u s e d a r e 10-11 o h m s . To a v o i d c a b l e l e a k a g e w i t h s u c h h i g h r e s i s t a n c e , t h e i n p u t r e s i s t o r a n d t h e e l e c t r o m e t e r t u b e , i . e . , t h e p a r t s s h o w n w i t h i n t h e s h i e l d i n F i g u r e 3> a r e h o u s e d w i t h t h e i o n i z a t i o n c h a m b e r i n t h e p r o b e a n d a r e c a b l e - c o n n e c t e d t o t h e r e m a i n d e r o f t h e a m p l i f i e r . ( T h e t w o p r o b e s a n d t h e i r c o n -n e c t i n g c a b l e s c a n be s e e n i n t h e p h o t o g r a p h , F i g u r e 1.) I n to follow po-^ e. 7 MEASURE AMPLIFIER MONITOR AMPLIFIER R A T I O C I R C U I T ' N U L L I N D I C A T O R R|,RII VICTOREEN HI-MEO I0"0HM R2,Rll 15-0 MEC-OHM R3, BI3 I 3 k K OHMS B 4,R 14 I 00 X OHM POT. KS, R7,R|5,RI1 25 K OHM POT. Rb.RIb 150K OHM POT. RB tOO K OHMS RIB I0OK OHM HEi. tPOT Rq,Riq, R23 APPIOH. ISO OHM Rl l 10K OHM POT. 822, RI21 I MESOHM R14 27 If OHMS R25* SK OHM POT. R6I t« Rl/ 470 OHMS RSI *» Rqi 4-7 K OHMS R 101 to RMS 47 K OHMS R 121 4-7 MEGOHM CI.CII 100 MMF 51 MAIN SWITCH, 3 POS, 5 2 M E T E R S W I T C H , 3 POS. S 5 , S4 12 POS.-I P E R C E N T A G E ss ibPos . J D I A L SW ITCHES . Si FltED RATIO ARM SW. IPOS. S I • N U l l INC. INPUT SW., SPR. , 2 POS. S 8 •• - M E T E R S H U N T SV»., SPR., 3 P O S . £ 1 , 6 2 , E } , E I I . E II, E H ] l-35-y. E2I, E 2 2 , E 2 3 ] ( M A U O R Y RMWl) C ••• GAI.V., 250 O H M S , \ hjlK. PER M M . F I G U R E 3 D I A G R A M . O F DOSE C O M P A R A T O R C I R C U I T 8 a d d i t i o n t o a v o i d i n g l e a k a g e c u r r e n t s t h i s a l s o m a k e s p o s s i b l e t h e u s e o f p r o b e s o f d i f f e r e n t c h a r a c t e r i s t i c s w i t h t h e same b a s i c i n s t r u m e n t . W i t h a n i n p u t r e s i s t o r o f 1 0 1 1 ohm a n d a n i o n i z a t i o n c u r r e n t o f t h e o r d e r o f 1 0 ~ H a m p e r e t h e i n p u t v o l t a g e i s o f t h e o r d e r o f 1 v o l t . H e n c e n o o v e r a l l v o l t a g e a m p l i f i c a t i o n i s n e c e s s a r y a n d t h e a m p l i f i e r i s e s s e n t i a l l y a p o w e r a m p l i f i e r t o p r o v i d e a n o u t p u t v o l t a g e o f t h e same o r d e r o f m a g n i t u d e a s t h e i n p u t v o l t a g e , b u t n o w a c r o s s a l o w r e s i s t a n c e . T h e a v a i l a b l e v o l t a g e a m p l i f i c a t i o n o f t h e e l e c t r o n t u b e s m a y , t h e r e f o r e , b e u t i l i z e d t o p r o v i d e a l a r g e n e g a t i v e f e e d b a c k f a c t o r . S i n c e t h e C K 5 8 8 9 e l e c t r o m e t e r t u b e u s e s t h e f i r s t g r i d a s c o n t r o l g r i d i t h a s a l a r g e a m p l i f i c a t i o n f a c t o r ( a p p r o x i m a t e l y 2 0 0 ) a n d n e e d o n l y be f o l l o w e d b y a s i n g l e t r i o d e s t a g e t o o b t a i n a n o v e r a l l n e g a t i v e f e e d b a c k f a c t o r o f g r e a t e r t h a n 1 0 0 . T h e p e r f o r m a n c e o f e a c h a m p l i f i e r c a n be d e t e r m i n e d f r o m a m o r e d e t a i l e d s t u d y o f t h e c i r c u i t . F o r t h i s p u r p o s e we may c o n s i d e r t h e e s s e n t i a l c i r c u i t a s g i v e n i n F i g u r e h. I t c a n e a s i l y b e s h o w n t h a t i f t h e s i g n a l v o l t a g e i s V g H R w h e r e i i s t h e i o n i z a t i o n c u r r e n t a n d R i s t h e i n p u t r e s i s t a n c e ) , t h e n t h e v a r i a t i o n a l p l a t e c u r r e n t f o r t u b e 1 i s g i v e n b y ~ ~ * A V 3 to follow pQ3e 8 Fl &URB 4. E S S E N T I A L C I R C U I T P. C. A M P L I F I E R S OF a n d f o r t u b e 2 i t i s A w h e r e P ' i n p a r a l l e l w i t h M i s r e p l a c e d b y p = M? ' M + P' + [Q+ (/vh)P] ( \ + A T ) A ^ / ^ x a r e t h e r e s p e c t i v e a m p l i f i c a t i o n f a c t o r s o f t u b e 1, 2, r-i , r P a r e t h e r e s p e c t i v e p l a t e r e s i s t a n c e s o f t u b e 1, 2, a n d t h e o t h e r s y m b o l s a r e d e f i n e d i n F i g u r e h. H e n c e , t h e o u t p u t v o l t a g e E Q i s g i v e n b y Eo = (A + ^) V A ^ V ' — 11 W h e n R a y t h e o n t u b e s CK.5889, C K ^ D X ( t r i o d e c o n n e c t e d ) a r e u s e d f o r V]_ a n d V2 r e s p e c t i v e l y , a p p r o x i m a t e c i r c u i t c o n s t a n t s a r e a s f o l l o w : : A\ = 100 T = \so x 10 4 ohm A , == 3 0 x |o bofnn Q 10 x 103 ohm == 8 S = eo V | 0 ? ohrn » 3 & 25- X l o 5 o h m ? ' = isro x 103 ohm M - 100 x io 3 oh-m ? =* = GO X |0 3ohTT) W i t h t h e s e v a l u e s we n o t e t h a t 1st t e r m i n e x p r e s s i o n f o r A A A P T a n d e q u a t i o n (1) b e c o m e s a n d AAzPT ^ • A E 0 * T h u s t h e e f f e c t o f n e g a t i v e f e e d b a c k i s t o r e d u c e t h e o v e r a l l v o l t a g e a m p l i f i c a t i o n a p p r o x i m a t e l y t o u n i t y i n d e p e n d e n t o f t u b e c o n s t a n t s a n d a l l o t h e r c i r c u i t c o m p o n e n t s e x c e p t t h e i n -p u t r e s i s t a n c e R . F o r a s t a b l e i n p u t r e s i s t o r t h e o u t p u t v o l t a g e i s d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o t h e i o n i z a t i o n c u r r e n t . I n t h e p r e s e n t i n s t r u m e n t t h e i n p u t r e s i s t a n c e s a r e V i c t o r e e n H i -Meg r e s i s t o r s w h i c h , w h i l e t h e y h a v e a s m a l l n e g a t i v e v o l t a g e c o e f f i c i e n t a n d may h a v e r e l a t i v e l y l a r g e t e m p e r a t u r e c o e f f i c i e n t , a r e f o r g i v e n o p e r a t i n g c o n d i t i o n s , v e r y s t a b l e w i t h t i m e . I t i s e v i d e n t f r o m e q u a t i o n (1) t h a t t h e s e n s i t i v i t y o f t h e c i r c u i t w i l l be v e r y c o n s t a n t s i n c e t h e t e r m s i n v o l v i n g c i r c u i t c h a r a c t e r i s t i c s ( e x c e p t R ) a r e n e g l i g i b l e e v e n f o r l a r g e d e p a r t u r e s o f t h e s e c h a r a c t e r i s t i c s f r o m t h e i r n o r m a l v a l u e s . I n t h e p r e s e n t a m p l i f i e r we a r e i n t e r e s t e d , i n p a r t -i c u l a r , i n t h e e f f e c t o f c h a n g i n g P o n t h e s e n s i t i v i t y , s i n c e t h e r a t i o c i r c u i t ( d e s c r i b e d i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n ) s h u n t s P w i t h a v a r i a b l e r e s i s t a n c e . Due t o t h e s h u n t t h e e f f e c t i v e v a l u e o f P r a n g e s f r o m 55>000 t o 60,000 o h m s ; i t c a n be s h o w n f r o m e q u a t i o n (1) t h a t t h i s v a r i a t i o n c h a n g e s t h e o u t p u t v o l t -a g e E 0 b y l e s s t h a n 0.01$. E x p e r i m e n t a l l y , t h e s e n s i t i v i t y i s f o u n d t o be c o n s t a n t t o much b e t t e r t h a n 1% o v e r l o n g p e r i o d s . F u r t h e r , w i t h t h e h i g h n e g a t i v e f e e d b a c k t h e z e r o i s v e r y s t a b l e . The u s e o f s u b m i n i a t u r e t u b e s , w h i c h d r a w v e r y s m a l l c u r r e n t s , a l s o c o n t r i b u t e s t o z e r o s t a b i l i t y s i n c e v a r i a t i o n s i n b a t t e r y v o l t a g e s a r e m i n i m i z e d . A f t e r a s h o r t 13 i n i t i a l w a r m - u p , t h e z e r o d r i f t i s l e s s t h a n o n e s c a l e d i v i s i o n o v e r a p e r i o d o f s e v e r a l h o u r s . To i n v e s t i g a t e t h e l i n e a r i t y o f t h e a m p l i f i e r a n d i t s r e s p o n s e t i m e t h e o r e t i c a l l y we m u s t d e t e r m i n e t h e f e e d b a c k f a c t o r a n d t o f i n d t h i s f a c t o r we c a l c u l a t e t h e o u t p u t v o l t a g e w i t h f e e d b a c k e l i m i n a t e d , i . e . , w i t h t h e g r i d o f t h e f i r s t t u b e r e t u r n e d d i r e c t l y t h r o u g h t h e i n p u t r e s i s t o r R t o t h e c a t h o d e o f t h e f i r s t t u b e VT_ i n F i g u r e h. T h e n w i t h t h e same s y m b o l s a s b e f o r e , Vg - A. R g v 9 ,; A l l M - - (P +Q )1 v *x - g Yg w h e r e g = fa + S+"0(/il+ P+Q) i~ ( P + Q ) ( n a + / ^ l ) H e n c e , t h e o u t p u t v o l t a g e w i t h o u t f e e d b a c k E 0 ' i s g i v e n b y 6 V < I n g e n e r a l , t h e f e e d b a c k f a c t o r F c a n b e d e f i n e d b y ( 3 ) F - V o l t a g e o u t p u t w i t h o u t f e e d b a c k ~ E o 1 ' V o l t a g e o u t p u t . w i t h f e e d b a c k E o W i t h t h e h e l p o f e q u a t i o n s ( 1 ) a n d ( 3 ) we d e t e r m i n e t h e e x p r e s s i o n f o r t h e f e e d b a c k f a c t o r t o b e T - - ^ (10 F o r a r o u g h a p p r o x i m a t i o n , we c a n n e g l e c t t h e f i r s t t e r m o f £ ( a b o u t 20% o f t h e m a g n i t u d e o f t h e s e c o n d t e r m ) . • F = A ^ P T _ AP H e n c e , F a p p r o a c h e s t h e v a l u e o f }d.± ( t h e a m p l i f i c a t i o n f a c t o r o f t h e e l e c t r o m e t e r t u b e ) f o r s m a l l v a l u e s o f Q . I n s e r t i o n o f t h e a p p r o x i m a t e c i r c u i t v a l u e s g i v e n a b o v e i n t o t h e e x a c t e q u a t i o n (h) y i e l d s a f e e d b a c k f a c t o r o f t h e o r d e r o f 150. S i n c e , w i t h f e e d b a c k , t h e g r i d s w i n g o f t h e f i r s t t u b e i s g i v e n b y t h e r a t i o o f t h e i n p u t v o l t a g e t o t h e f e e d -b a c k f a c t o r , i n t h i s p a r t i c u l a r c a s e , f o r a o n e v o l t d r o p a c r o s s t h e i n p u t r e s i s t o r R , t h e c h a n g e i n g r i d p o t e n t i a l r e l a t i v e t o c a t h o d e i s o f t h e o r d e r o f 0.007 v o l t . B e c a u s e o f t h i s l i m i t e d g r i d e x c u r s i o n t h e r e s p o n s e o f t h e a m p l i f i e r i s l i n e a r ( a s s h o w n e x p e r i m e n t a l l y l a t e r ) . F u r t h e r , t h e t i m e c o n s t a n t o f t h e c i r c u i t w i t h f e e d -b a c k i s e q u a l t o t h e t i m e c o n s t a n t w i t h o u t f e e d b a c k d i v i d e d b y t h e f e e d b a c k f a c t o r . H e n c e , i n t h e p r e s e n t c a s e t h e t i m e c o n s t a n t i s r e d u c e d f r o m s e v e r a l o r m a n y s e c o n d s t o a f r a c t i o n o f a s e c o n d . F o r t h e o p e r a t i o n s a n d a d j u s t m e n t s o f e a c h a m p l i f i e r we m u s t r e f e r t o t h e c o m p l e t e c i r c u i t d i a g r a m a s s h o w n i n F i g u r e 3 . I n t h e f o l l o w i n g p a r a g r a p h s t h e a d j u s t m e n t s a r e d e s c r i b e d f o r t h e m e a s u r e a m p l i f i e r o n l y ; t h e c o r r e s p o n d i n g a d j u s t m e n t f o r t h e m o n i t o r a m p l i f i e r i s o b v i o u s i n e a c h c a s e . T h e m a i n s w i t c h S^ i s a t h r e e p o s i t i o n s w i t c h — O F F , F I L A M E N T S ON a n d O N . A f t e r t h e m a i n s w i t c h i s t u r n e d o n we a d j u s t f o r z e r o o u t p u t v o l t a g e , i . e . , f o r z e r o v o l t a g e b e -t w e e n p o i n t s A a n d B i n F i g u r e 3. A s a n i n d i c a t o r , t h e m e t e r n o r m a l l y u s e d i n t h e n u l l d e t e c t o r i s s w i t c h e d i n t o t h e a m p l i -f i e r c i r c u i t , t h a t i s , m e t e r s w i t c h S2 i s p l a c e d i n p o s i t i o n 1. P o t e n t i o m e t e r s a n d R y a r e t h e n a d j u s t e d u n t i l t h e m e t e r r e a d -i n g i s z e r o — R£ a s a c o a r s e a n d R y a s a f i n e c o n t r o l . I t i s o b v i o u s f r o m t h e c i r c u i t d i a g r a m t h a t a d j u s t m e n t o f R ^ a n d R7 v a r i e s t h e b i a s v o l t a g e i n t h e g r i d l e a d o f t h e e l e c t r o m e t e r t u b e a n d , t h e r e f o r e , c o n t r o l s t h e o u t p u t v o l t a g e . The p o t e n t i o m e t e r s R ^ a n d R ^ a r e a d j u s t e d b y means o f a s c r e w d r i v e r t h r o u g h t h e b a c k o f t h e c a b i n e t i n w h i c h t h e a m p l i f i e r i s h o u s e d . R ^ d e t e r m i n e s t h e v o l t a g e o n t h e s c r e e n g r i d o f t h e e l e c t r o m e t e r t u b e a n d R ^ d e t e r m i n e s t h e r e s i s t a n c e a c r o s s w h i c h t h e o u t p u t v o l t a g e i s t a k e n i n t h e p l a t e c i r c u i t o f t h e s e c o n d t u b e . T h e s e p o t e n t i o m e t e r s a r e u s e d f o r a n i n -i t i a l a d j u s t m e n t t o b r i n g t h e z e r o c o n t r o l s i n t o t h e m i d d l e o f t h e i r r a n g e s a n d s e l d o m n e e d be r e a d j u s t e d . F o r t h i s i n i t i a l a d j u s t m e n t , i t i s u s u a l l y s u f f i c i e n t t o s e t R ^ a n d R y a t t h e i r m i d p o i n t s a n d R ^ a t i t s m i d p o i n t , a n d t o a d j u s t Rb. u n t i l t h e m e t e r c u r r e n t i s z e r o , b u t i f n e c e s s a r y R5 may b e r e a d j u s t e d t o o b t a i n a z e r o . A f t e r t h e a b o v e a d j u s t m e n t s h a v e b e e n made t h e g a l -v a n o m e t e r i s s w i t c h e d o u t o f t h e a m p l i f i e r c i r c u i t . ( I t w i l l b e s e e n i n F i g u r e 3 t h a t a c t u a l l y t h e g a l v a n o m e t e r i s . r e p l a c e d 1 6 b y a n e q u a l r e s i s t a n c e t h o u g h i n t h e m e a s u r e a m p l i f i e r a t l e a s t t h i s i s a n u n n e c e s s a r y r e f i n e m e n t . ) The a m p l i f i e r i s n o w r e a d y f o r u s e . When t h e i o n i z a t i o n c h a m b e r o f t h e p r o b e i s e x p o s e d t o r a d i a t i o n , i o n i z a t i o n c u r r e n t f l o w s t h r o u g h t h e c h a m b e r c a u s i n g a p o t e n t i a l d r o p a c r o s s t h e i n p u t r e s i s t o r R-j_ a n d a r e s u l t i n g o u t p u t v o l t a g e b e t w e e n p o i n t s A a n d B t h e m a g n i t u d e o f w h i c h i s g i v e n b y e q u a t i o n (1). T y p i c a l e l e c t r o d e v o l t a g e s a n d v o l t a g e s a t o t h e r s i g n i f i c a n t p o i n t s i n t h e c i r c u i t f o r n o s i g n a l a r e s h o w n i n F i g u r e 3. T h e s e v o l t a g e s a r e f a r f r o m c r i t i c a l a n d may c h a n g e a p p r e c i a b l y i f t h e p r o b e ( w h i c h i n c l u d e s t h e e l e c t r o m e t e r t u b e ) i s c h a n g e d , w i t h o u t r e q u i r i n g a n y r e a d j u s t m e n t o f t h e c i r c u i t . E x c e p t f o r t h e p o l a r i t i e s o f t h e c o l l e c t o r v o l t a g e s o n t h e i o n i z a t i o n c h a m b e r s , t h e two d . c . a m p l i f i e r s a r e i d e n t i c a l a n d h a v e o n e b a t t e r y i n common ( t h e p l a t e b a t t e r y EL,, o f t h e s e c o n d s t a g e i s common t o t h e t w o a m p l i f i e r s ) . The c o l l e c t o r v o l t a g e E3 o f t h e m e a s u r e c i r c u i t i s a p p l i e d s o t h a t t h e i n p u t g r i d c o l l e c t s p o s i t i v e i o n s w h e r e a s t h e m o n i t o r c i r c u i t c o l l e c t -o r v o l t a g e E j g i s a p p l i e d s o t h a t t h e i n p u t g r i d c o l l e c t s n e g -a t i v e i o n s . H e n c e , t h e o u t p u t v o l t a g e o f t h e m e a s u r e c i r c u i t i s n e g a t i v e w i t h r e s p e c t t o t h e common p o i n t o f t h e t w o c i r c u i t s ( i . e . , i n F i g u r e 3 p o i n t A i s n e g a t i v e w i t h r e s p e c t t o p o i n t B ) w h e r e a s t h e o u t p u t v o l t a g e o f t h e m o n i t o r c i r c u i t i s p o s i t i v e w i t h r e s p e c t t o t h e common p o i n t ( i . e . , p o i n t C p o s i t i v e w i t h 1 7 r e s p e c t t o B i n F i g u r e 3 ) » T h i s a r r a n g e m e n t o f p o l a r i t i e s i s e s s e n t i a l f o r t h e u s e o f t h e r a t i o c i r c u i t t o be d e s c r i b e d i n t h e n e x t s e c t i o n . T h e c o l l e c t o r v o l t a g e s a r e s u f f i c i e n t t o s e c u r e s a t u -r a t i o n w i t h r e l a t i v e l y s m a l l i o n i z a t i o n c h a m b e r s a n d l o w d o s e r a t e s , b u t w o u l d h a v e t o be i n c r e a s e d f o r l a r g e r i o n i z a t i o n c h a m b e r s a n d / o r l a r g e r d o s e r a t e s . 18 R A T I O C I R C U I T The p u r p o s e o f t h e r a t i o c i r c u i t i s t o c o m p a r e t h e o u t p u t v o l t a g e s f r o m t h e t w o a m p l i f i e r s . The d e t a i l o f t h e c i r c u i t i s s h o w n i n F i g u r e 3 h u t i t s o p e r a t i o n may be i n v e s t i -g a t e d m o r e r e a d i l y f r o m t h e s i m p l i f i e d c i r c u i t a s s h o w n i n F i g u r e 5. I n F i g u r e 5> % i s t h e t o t a l r e s i s t a n c e b e t w e e n p o i n t s A a n d B o f F i g u r e 3, i . e . ? i t i s r e s i s t a n c e B.Q p l u s t h e m e t e r r e s i s t a n c e i f t h e m e t e r i s i n t h e c i r c u i t , o r a l t e r n a -t i v e l y , RQ p l u s Ro, w h e r e R ^ i s a p p r o x i m a t e l y e q u a l t o t h e m e t e r r e s i s t a n c e . T h e o u t p u t v o l t a g e E]_ o f t h e m e a s u r e a m p l i -f i e r a p p e a r s a c r o s s t h i s r e s i s t a n c e . M 2 i s t h e c o r r e s p o n d i n g t o t a l l o a d r e s i s t a n c e i n t h e m o n i t o r a m p l i f i e r c i r c u i t a c r o s s w h i c h t h e o u t p u t v o l t a g e E2 a p p e a r s . I n t h i s c a s e , h o w e v e r , t h e l o a d r e s i s t a n c e i s a p o t e n t i o m e t e r p e r m i t t i n g a n y p o r t i o n e2 o f t h e t o t a l v o l t a g e E 2 t o be t a p p e d o f f f o r c o m p a r i s o n w i t h t h e m e a s u r e v o l t a g e E ] _ . T h e p o l a r i t i e s o f E]_ a n d E 2 a r e a s s h o w n i n F i g u r e 5. The v a r i a b l e r e s i s t a n c e r j i n t h e one r a t i o a r m o f F i g u r e 5 i n c l u d e s t h e t h r e e b a n k s o f r e s i s t o r s w h i c h a r e c o n t r o l l e d b y s w i t c h e s S3, S^ a n d a s s h o w n i n F i g u r e 3. T h e o t h e r r a t i o a r m r 2 o f F i g u r e 5 i s e i t h e r R12I o r R122 o f F i g u r e 3. The r e s i s t a n c e r o f F i g u r e 5 r e p r e s e n t s t h e i n p u t r e s i s t a n c e o f t h e n u l l i n d i c a t o r w h i c h i s u s e d t o d e t e c t t h e p o i n t o f . b a l a n c e . t o follow page I 8 MEASURE AMPLIFIER M ON ITOR A M P L I F I E R El Ml E l m 2.— M2 -AAAAVWNAA-V 71 - /Wvwv v +• F I & U R E 5 S I M P L I F I E D R A T I O C I R C U I T 2 0 I n u s e , b y v a r y i n g r ^ u n t i l t h e r e i s z e r o v o l t a g e a c r o s s r , we c a n c o m p a r e t h e m e a s u r e v o l t a g e w i t h t h e v o l t -a g e e 2 w h i c h i s t a p p e d o f f a c r o s s t h e p o r t i o n m 2 o f t h e l o a d r e s i s t a n c e M 2 o f t h e m o n i t o r a m p l i f i e r . S i n c e t h e o u t p u t v o l t -a g e s E-j_ a n d E 2 a r e n o t c h a n g e d b y t h e s h u n t i n g e f f e c t o f t h e r a t i o a r m s ( s e e p r e v i o u s s e c t i o n ) i t i s c l e a r f r o m F i g u r e 5 t h a t a t t h e b a l a n c e p o i n t «T ^ ( B A L A N C E C O N D I T I O N ) (5) I t i s o b v i o u s f r o m t h i s e q u a t i o n t h a t t o s a t i s f y t h e b a l a n c e c o n d i t i o n E ^ a n d e 2 m u s t h a v e o p p o s i t e p o l a r i t i e s . F r o m t h i s e q u a t i o n t h e r a t i o E ^ / E 2 c a n b e d e t e r m i n e d i n t e r m s o f M 2 , m 2 a n d r 2 * We s t a r t f r o m B u t ^ _ ^ a * * j = e^  ~ -TtTiq + T n a ^ M i - T O a ) c 2 ( 6 ) I n s e r t i n g t h i s e q u a t i o n i n t o t h e b a l a n c e c o n d i t i o n e q u a t i o n ( 5 ) we o b t a i n T h e r e f o r e = K ( E , / E 2 ) ( 8 ) H e n c e , f o r c o n s t a n t v a l u e s o f M 2 , m 2 a n d r 2 , t h e v a l u e o f r 1 a t t h e b a l a n c e p o i n t i s p r o p o r t i o n a l t o E ^ / E g . F u r t h e r , t h e c o n s t a n t o f p r o p o r t i o n a l i t y c a n b e c h a n g e d b y c h a n g i n g m 2 . I n t h e c o m p l e t e c o m p a r a t o r r ^ i s s c a l e d i n p e r c e n t a g e s f r o m 0 t o 160% i n 0.1% s t e p s . B y v a r y i n g m 2 i t i s p o s s i b l e t o o b t a i n a b a l a n c e w i t h r ^ s e t a t 100% f o r a n y a r b i t r a r y p o s i t i o n o f t h e m e a s u r e p r o b e ( p r o v i d e d o n l y | E 2 | / > | E I r 2 / r ^ | ) . A f t e r t h e m e a s u r e p r o b e h a s b e e n m o v e d t o a n e w p o s i t i o n t h e b r i d g e i s r e b a l a n c e d b y v a r y i n g r-^ ( b u t m 2 u n c h a n g e d ) a n d t h e s e c o n d r e a d i n g o f r ^ g i v e s d i r e c t l y t h e d o s e a t t h e new p o s i t i o n o f t h e m e a s u r e p r o b e a s a p e r c e n t a g e o f t h e d o s e a t t h e i n i t i a l r e f e r e n c e p o i n t . T o i n v e s t i g a t e t h e s e n s i t i v i t y o f t h e b a l a n c e ( a n d h e n c e t h e r e q u i r e m e n t s f o r a s u i t a b l e n u l l d e t e c t o r ) we n e e d t o c a l c u l a t e t h e p o t e n t i a l d r o p s a c r o s s r-^ a n d r 2 f o r t h e c a s e w h e r e V ^ O . C o n s i d e r i n F i g u r e 5 t h e c u r r e n t s J3, a n d j 5. We c a n w r i t e , v - E» * if 3 E l i m i n a t i n g j ^ , a n d j ^ l e a d s t o t h e e x p r e s s i o n + E , ^ = V ( l + J ± +J±) (<,) 22 ( N o t e t h a t a t V a 0 we h a v e t h e b a l a n c e c o n d i t i o n e q u a t i o n ( !?))• Now l e t „ E, , c (10) w h e r e z i s s m a l l a n d i s t h e d e v i a t i o n o f r]_ f r o m t h e v a l u e r e q u i r e d f o r a n u l l b a l a n c e . We p r o c e e d t o d e t e r m i n e t h e m i n i m u m d e t e c t a b l e e . M u l t i p l y i n g e q u a t i o n (9) b y r]_/e2 a n d s u b s t i t u t i n g o n t h e l e f t h a n d s i d e o n l y t h e v a l u e o f r-^ f r o m e q u a t i o n (10) we g e t V / A , /t "-i + ^ + (11) We c a n o b t a i n a m o r e u s e f u l f o r m i f we l e t r100 » v a l u e o f r i f o r a b a l a n c e w i t h m e a s u r e p r o b e a t t h e 100$ p o i n t . E]_QO • "the c o r r e s p o n d i n g v a l u e o f E]_ N o w , d i v i d i n g e q u a t i o n (11) b y r^oo w e £ = _V_ f ft, i _rw A, a z \ U s i n g t h e c o r r e s p o n d i n g b a l a n c e c o n d i t i o n A loo £ Ioo ~n^T ~ e z (12-:) t h i s t r a n s f o r m s t o — » . = + 1 + ^ ) < i 3 ) C o n s e q u e n t l y , t h e a b s o l u t e v a l u e o f t h e m i n i m u m d e t e c t a b l e f r a c t i o n a l c h a n g e i n r]_ i s g i v e n b y (-^—) = V*"" ( I 4- + ^ (lU.) V *WW.T> E/oo V ' n% ' A / w h e r e V„ n . „ i s t h e m i n i m u m d e t e c t a b l e v o l t a g e , m m . ° O b v i o u s l y , f o r maximum s e n s i t i v i t y we r e q u i r e E^QO l a r g e a n d r ^ / r 2 a n d r ^ / r s m a l l . I n t h e p r e s e n t i n s t r u m e n t t h e n u l l i n d i c a t o r i s a v a c u u m t u b e a m p l i f i e r w i t h a v e r y h i g h i n p u t 23 r e s i s t a n c e a n d h e n c e r a p p r o a c h e s i n f i n i t y . H o w e v e r , t h e v a l u e s o f r j , r 2 a n d ^-.00 w n i c i l m a v b e u s e d a r e l i m i t e d b y o t h e r c o n s i d e r a t i o n s . F o r s m a l l c a v i t y i o n i z a t i o n c h a m b e r s t h e o u t p u t v o l t a g e \ ^ i t h t h e m e a s u r e p r o b e a t t h e 100$ p o i n t , i . e . , EQ_OO» I S u s u a l l y o f t h e o r d e r o f 1 t o 5 v o l t s . A l s o , E 2 ( a n d , t h e r e f o r e , e 2 ) . s h o u l d be l i m i t e d t o a b o u t 10 v o l t s t o a v o i d d i s t o r t i o n . * T h i s m e a n s t h a t r 2 / r - L 0 Q h a s a p o s s i b l e r a n g e o f f r o m 2 t o 10. N o w , r 2 s h o u l d b e a t l e a s t 1 megohm t o a v o i d e x c e s s i v e s h u n t i n g o f t h e l o a d r e s i s t a n c e M]_ o r M 2. T h e r e f o r e , f o r t h i s v a l u e o f r 2 , r ^ Q O s h o u l d be n o g r e a t e r t h a n 5°0,000 o h m s . I n t h e p r e s e n t i n s t r u m e n t r ^ i s a b o u t ^70,000 ohms a n d r 2 i s e i t h e r 1 megohm o r h,7 megohms a s s e l e c t e d b y s w i t c h S g o f F i g u r e 3 . I n t h e f o l l o w i n g e x a m p l e , t h e c h o s e n c i r c u i t v a l u e s p r e s e n t t h e w o r s t c a s e f r o m t h e s t a n d p o i n t o f s e n s i t i v i t y l i k e l y t o be e n c o u n t e r e d i n p r a c t i c e w i t h t h e p r e s e n t i n s t r u m e n t . r 100 " ^70,000 ohms r 2 a 1 megohm r A E]_oo = 1 v o l t K I t i s d e s i r a b l e t o k e e p t h e v o l u m e o f t h e m e a s u r e c h a m b e r c a v i t y t o 0.1 c u b i c c e n t i m e t r e s o r l e s s s i n c e t h e o b -j e c t i v e i s t o m e a s u r e t h e d o s e a t a p o i n t . On t h e o t h e r h a n d i t i s p e r m i s s i b l e t o u s e a m o n i t o r i o n i z a t i o n c h a m b e r h a v i n g a c a v i t y o f 5 c u b i c c e n t i m e t r e s o r g r e a t e r , s i n c e t h i s c h a m b e r i s u s e d o n l y t o o b t a i n a c o m p a r i s o n v o l t a g e w h i c h d e p e n d s o n x - r a y i n t e n s i t y i n t h e same w a y a s d o e s t h e m e a s u r e v o l t a g e . I f t h e m o n i t o r c h a m b e r h a s a v o l u m e o f s a y 50 t i m e s t h e m e a s u r e c h a m b e r i t i s p o s s i b l e t o o b t a i n s u f f i c i e n t c o m p a r i s o n v o l t a g e b y p l a c i n g t h e m o n i t o r c h a m b e r i n a r e g i o n o f l o w d o s a g e . T h i s p e r m i t s i t t o be p l a c e d o n t h e e d g e o f t h e f i e l d w h e r e i t w i l l n o t i n t e r f e r e w i t h m o v e m e n t o f t h e m e a s u r e p r o b e . 2\ F o r t h e s e v a l u e s , we d e t e r m i n e f r o m e q u a t i o n (.Ik-) t h a t I n t h i s i n s t r u m e n t t h e o b j e c t h a s b e e n t o o b t a i n a s e n s i t i v i t y o f 0.1$. H e n c e , f o r t h e 100$ s e t t i n g we r e q u i r e V m i n . ^ 0.7 m i l l i v o l t s . T h i s means t h a t t h e n u l l i n d i c a t o r m u s t h a v e a s e n s i t i v i t y s u f f i c i e n t t o d e t e c t 0.7 m i l l i v o l t s i n p u t a n d a n i n p u t r e s i s t a n c e a p p r o a c h i n g i n f i n i t y . T h e d e s i g n o f t h e d e -t e c t o r t o m e e t t h e s e r e q u i r e m e n t s i s d i s c u s s e d i n t h e n e x t s e c t i o n . I t h a s b e e n p o i n t e d o u t a b o v e t h a t t h e 100$ v a l u e o f r j w a s c h o s e n a s V70,000 ohms ( n o m i n a l v a l u e ) . A s s h o w n i n F i g u r e 3> r ^ c o n s i s t s o f t h r e e b a n k s o f r e s i s t o r s . E a c h r e -s i s t o r o f t h e f i r s t b a n k i s . n o m i n a l l y *+7,000 ohms a n d h e n c e r e p r e s e n t s a 10$ s t e p , e a c h r e s i s t o r o f t h e s e c o n d b a n k i s a n o m i n a l ht700 ohms o r a 1$ s t e p a n d e a c h r e s i s t o r o f t h e t h i r d b a n k n o m i n a l l y V70 ohms o r a 0.1$ s t e p . W i t h a n u l l d e t e c t o r h a v i n g t h e s e n s i t i v i t y s p e c i f i e d i n t h e p r e c e d i n g p a r a g r a p h , i . e . , 0.7 m i l l i v o l t s d e t e c t a b l e , i t i s t h e r e f o r e p o s s i b l e t o s e t a n d r e a d t h e d i a l s o f r± t o 0.1$. I n o t h e r w o r d s , t h e s e n s i t i v i t y i s s u f f i c i e n t t o d e t e r m i n e t h e r a d i a t i o n d o s e r e -c e i v e d b y t h e m e a s u r e p r o b e i n a n y g i v e n p o s i t i o n t o 0.1$ o f t h e d o s e a t t h e 100$ r e f e r e n c e p o i n t . S i n c e t h e r e a r e 15" r e s i s t o r s i n t h e 10$ b a n k t h e t o t a l r a n g e o f t h e r a t i o c i r c u i t i s g r e a t e r t h a n 160$ ( T h e u s e o f 11 i n s t e a d o f 9 r e s i s t o r s i n e a c h o f t h e t w o s m a l l e r ' b a n k s , w i t h consequent overlapping of the banks, i s simply a means of a-v o i d i n g the switching which might be inv o l v e d i n f i n d i n g a balance p o i n t at e i t h e r end of a decade bank.) To j u s t i f y the s e n s i t i v i t y of 0.1% i t i s necessary th a t the r e s i s t o r s be accurate to 0.1% of the r e s i s t a n c e f o r the 100$ s e t t i n g . The 100$ r e s i s t a n c e i s nominally 1*70,000 ohms but i t s exact value ( l e t i t be denoted by X) i s immaterial s i n c e we are i n t e r e s t e d only i n the r a t i o of r e s i s t a n c e s . For any combination of s e t t i n g s of the three d i a l s , however, i t i s necessary that the t o t a l r e s i s t a n c e i n the three banks s a t i s f y the f o l l o w i n g equation: J a c t u a l r e s i s t a n c e — "f X | "\ ooo\ X where f i s the nominal r a t i o of the t o t a l r e s i s t a n c e to X. In other words, the d i f f e r e n c e between the a c t u a l r e s i s t a n c e and fX f o r any combination of d i a l s e t t i n g s must not exceed about h70 ohms. I t was found p o s s i b l e to meet t h i s c o n d i t i o n by c a r e f u l s e l e c t i o n and arrangement of or d i n a r y r a d i o r e s i s t o r s . The s e l e c t i o n of r e s i s t o r s was very much s i m p l i f i e d by the f a c t that i n each bank the r e s i s t o r s are introduced i n t o the c i r c u i t i n a d e f i n i t e sequence. Hence, they were arranged i n an order such that the e r r o r s a l t e r n a t e d and the t o t a l r e s i s t a n c e remained as close as p o s s i b l e to i t s r e q u i r e d value. The s e l e c t i o n of r e s i s t o r s f o r the 10% bank was most c r i t i c a l since we are i n t e r e s t e d i n absolute e r r o r and f o r these r e s i s t a n c e s the absolute e r r o r s are l a r g e s t . The procedure was 26 t o s e l e c t a g r o u p o f 15 r e s i s t o r s , o f n o m i n a l v a l u e V7,000 o h m s , s u c h t h a t t h e m e a s u r e d r e s i s t a n c e s l a y w i t h i n a b o u t a 500 ohm r a n g e . B y a r r a n g i n g t h e s e r e s i s t o r s i n o r d e r w i t h l a r g e a n d s m a l l r e s i s t o r s a l t e r n a t i n g i t w a s p o s s i b l e t o o b t a i n a s e r i e s s u c h t h a t , e v e n a f t e r a d e q u a t e a l l o w a n c e f o r p o s s i b l e e r r o r s o f m e a s u r e m e n t w a s m a d e , t h e a c t u a l r e s i s t a n c e o f t h e f i r s t n r e s i s t o r s ( f o r a n y v a l u e o f n ) c e r t a i n l y d i f f e r e d f r o m n/10 o f t h e t o t a l r e s i s t a n c e o f t h e f i r s t 10 r e s i s t o r s b y l e s s t h a n 0.00075X. i . e . , ^ RA — ~/V ^ *C- 0 0 0 0 1 5 " X (about 3 5 " 0 ohvnS^ 10 w h e r e X = £ p b y d e f i n i t i o n . T h i s l e f t a n a l l o w a n c e o f a b o u t 120 ohms t o t a k e c a r e o f a b s o l u t e e r r o r s i n t h e t w o s m a l l e r b a n k s , F o r t h e 1% b a n k o f r e s i s t o r s 11 r e s i s t o r s w e r e s e l e c t e d s u c h t h a t t h e m e a s u r e d v a l u e s s a t i s f i e d t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n R i -1 0 0 < ^ I o o ofrms T h e s e w e r e t h e n a r r a n g e d i n o r d e r w i t h a l t e r n a t i n g e r r o r s s u c h t h a t , e v e n w i t h a l l o w a n c e f o r p o s s i b l e e r r o r o f m e a s u r e m e n t , t h e f o l l o w i n g r e l a t i o n w a s s a t i s f i e d ? 2- — Too X <C 0-ooozoX (atout I O O olmts^ i}^) A s i m i l a r p r o c e d u r e w a s f o l l o w e d f o r t h e 0.1% b a n k t h e r e s i s t o r s b e i n g s e l e c t e d a n d a r r a n g e d s o t h a t t h e y s a t i s f i e d , w i t h 27 c e r t a i n t y , t h e r e l a t i o n s h i p . R*. M57O ^ <C 0-oooo5"X (about 20 obn\s\ I t i s e v i d e n t t h a t t h e r e q u i r e d a c c u r a c y h a s b e e n o b t a i n e d i f e q u a t i o n s (15), (16) a n d (17) a r e s a t i s f i e d w i t h d u e a l l o w a n c e f o r p o s s i b l e e r r o r o f m e a s u r e m e n t , i . e . , f o r a n y p o s s i b l e s e t t i n g s o f t h e t h r e e d i a l s t h e t o t a l e r r o r c a n n o t e x c e e d 0.001X i f t h e c o n d i t i o n s o f e q u a t i o n s (15), (16) a n d (17) a r e m e t . I n f a c t , i t was f o u n d p o s s i b l e w i t h c o m m e r c i a l r a d i o r e s i s t o r s i n t h e p r e s e n t i n s t r u m e n t t o m e e t t h e s e r e q u i r e m e n t s f o r a l l d i a l r e a d i n g s u p t o 100$ b u t f o r r e a d i n g s a p p r o a c h i n g 150$ t h e e r r o r i s a s g r e a t a s 0.002X f o r some s e t t i n g s . 28 N U L L I N D I C A T O R T o m e e t t h e r e q u i r e m e n t s o f a n u l l i n d i c a t o r a s a l r e a d y p o i n t e d o u t , i . e . , s u f f i c i e n t s e n s i t i v i t y t o d e t e c t 0 . 7 m i l l i v o l t s i n p u t a n d a v e r y h i g h i n p u t r e s i s t a n c e , a v a c u u m t u b e a m p l i f i e r w a s u s e d . 6 i t h a s b e e n r e d u c e d t o t h e e s s e n t i a l c i r c u i t . The o u t p u t f r o m a c o n v e n t i o n a l f i r s t s t a g e i s f e d i n t o a c a t h o d e f o l l o w e r s t a g e w h i c h u s e s a g a l v a n o m e t e r h a v i n g a s e n s i t i v i t y o f 1 . 6 m i c r o -a m p e r e s p e r m i l l i m e t r e t o d e t e c t t h e p o i n t o f z e r o v o l t a g e i n p u t . A v o l t a g e f r o m a p o t e n t i o m e t e r a c r o s s t h e f i l a m e n t b a t t e r y o f t h e s e c o n d s t a g e i s u s e d t o " b u c k o u t " t h e s t e a d y p l a t e c u r r e n t t h r o u g h t h e g a l v a n o m e t e r , i . e . , t o r e d u c e t h e g a l v a n o m e t e r r e a d i n g t o z e r o f o r z e r o s i g n a l i n p u t . Two s h u n t s a r e p r o v i d e d t o r e d u c e t h e s e n s i t i v i t y o f t h e g a l v a n o m e t e r f o r i n i t i a l a d j u s t m e n t s . T h r o u g h t h e u s e o f c a t h o d e r e s i s t o r s , some n e g a t i v e f e e d b a c k i s o b t a i n e d i n e a c h s t a g e t o i m p r o v e z e r o s t a b i l i t y b u t s i n c e l o n g t i m e z e r o d r i f t i s n o t a p r o b l e m i n a n u l l d e t e c t o r t h e n e g a t i v e f e e d b a c k u s e d i s n o t v e r y l a r g e . " e a s i l y be s h o w n t h a t t h e v o l t a g e g a i n A i o f t h e f i r s t s t a g e i s g i v e n b y T h e d e t a i l e d c i r c u i t i s s h o w n i n F i g u r e 3 . I n F i g u r e F r o m t h e e s s e n t i a l c i r c u i t s h o w n i n F i g u r e 6 i t c a n ( 1 8 ) a n d t h e g a i n A 2 o f t h e s e c o n d s t a g e a c r o s s R i s t o fo l low po^e 28 F I G U R E b E S S E N T I A L C I R C U I T OF M U L L I N D I C A T O R 29 w h e r e R i s t h e t o t a l r e s i s t a n c e b e t w e e n p o i n t s A a n d B , i . a , i t i s t h e e q u i v a l e n t r e s i s t a n c e o f t h e m e t e r r e s i s t a n c e i n p a r a l l e l w i t h p , q- a n d r . f^i, ^2 a n d r l » r 2 a r e t h e a m p l i f i c a t i o n f a c t o r s a n d p l a t e r e s i s t a n c e s r e s p e c t i v e l y o f t u b e s V]_ , V2 a n d t h e o t h e r s y m b o l s a r e d e f i n e d i n F i g u r e 6 . T h e t o t a l g a i n o f t h e c i r c u i t i s , o f c o u r s e , t h e p r o d u c t A]_ A 2 , a n d t h e r e f o r e . _ A, /U v. A. A T V9 w h e r e V g i s t h e i n p u t v o l t a g e i n t o t h e f i r s t s t a g e a n d * 2 i s t h e v a r i a t i o n a l p l a t e c u r r e n t i n t h e s e c o n d s t a g e , p a r t o f w h i c h a c t u a t e s t h e m e t e r m . A s i n t h e c a s e o f t h e d . c . a m p l i f i e r a l r e a d y d e s c r i b e d , we d e t e r m i n e t h e f e e d b a c k f a c t o r b y f i r s t c a l c u l a t i n g t h e a m p l i f i c a t i o n f a c t o r w i t h o u t f e e d b a c k . T o d o t h i s we r e t u r n t h e i n p u t g r i d d i r e c t l y t o t h e c a t h o d e o f t h e f i r s t t u b e a n d r e t u r n t h e s e c o n d g r i d t h r o u g h t h e r e s i s t o r T d i r e c t l y t o t h e c a t h o d e o f t h e s e c o n d t u b e . T h e n t h e g a i n A'{ o f t h e f i r s t s t a g e i s 4' A T t a n d t h e g a i n A2 o f t h e s e c o n d s t a g e a c r o s s R i s A' = A * K n * nx + R + ? H e n c e , t h e o v e r a l l g a i n A * w i t h o u t f e e d b a c k i s A< = A>i> _ hJhJ^L _ m) fl ft< fli (n, + -T + S) R + P ) 30 F r o m e q u a t i o n s (18) a n d (19) t h e o v e r a l l g a i n A w i t h f e e d b a c k i s g i v e n b y h + T + (A + ') S] [/k + (/*t i) (R +?)] H e n c e , t h e f e e d b a c k f a c t o r F i s g i v e n b y F A.' [ A , + T + fc-f)S] [ ^ + ( A + i > ( R +T)] " A - h + T t 5 ) ( M R t f ) { 2 2 ) I n s e r t i n g a p p r o x i m a t e c i r c u i t c o n s t a n t s ( a s g i v e n i n t h e n e x t p a r a g r a p h ) i n t o e q u a t i o n (22) y i e l d s a f e e d b a c k f a c t o r o f a b o u t 7. T h i s h a s b e e n f o u n d s u f f i c i e n t t o p r e v e n t a n y t r o u b l e s o m e z e r o d r i f t d u r i n g t h e r e l a t i v e l y s h o r t p e r i o d r e q u i r e d t o d e -t e r m i n e t h e n u l l b a l a n c e p o i n t o f t h e r a t i o c i r c u i t . I n o r d e r t o c o m p a r e t h e a c t u a l p e r f o r m a n c e w i t h t h e t h e o r e t i c a l p e r f o r m a n c e t h e t u b e c o e f f i c i e n t s w e r e m e a s u r e d u n d e r a c t u a l o p e r a t i n g c o n d i t i o n s a n d t h e s i g n a l c u r r e n t i n t h e s e c o n d s t a g e p e r v o l t i n p u t i n t o t h e f i r s t s t a g e w a s m e a s u r e d . T h e m e a s u r e d t u b e c o e f f i c i e n t s w e r e a s f o l l o w s /(., = 305" y K . , . = -8 I S A , = 2--13 x 10 oh-ms — 24^0.X lO^obmS The o t h e r c i r c u i t c o n s t a n t s a s m e a s u r e d w e r e a s f o l l o w s S ~ 3 1 7 X <o3 ohms R 2.30 otais T == I 1 jc | o 6 ohms ? ^ 2g 1 x 103 ohms S u b s t i t u t i n g t h e s e v a l u e s i n t o e q u a t i o n (20) we o b t a i n ±2 s 2.16 m i c r o a m p e r e s p e r m i l l i v o l t F o r c o m p a r i s o n t h e v a l u e b y d i r e c t m e a s u r e m e n t was i 2 = 2 . 1 9 m i c r o a m p e r e s p e r m i l l i v o l t 31 S i n c e t h e m e t e r u s e d t o r e a d t h e v a r i a t i o n a l c u r r e n t h a s a s e n s i t i v i t y o f 1.6 m i c r o a m p e r e s p e r m i l l i m e t r e , t h e c u r r e n t s e n s i t i v i t y s h o r n a b o v e f o r t h e n u l l i n d i c a t o r i s a d e q u a t e t o d e t e c t a n i n p u t o f 0.7 m i l l i v o l t s , i . e . , m e e t s t h e r e q u i r e m e n t s o f t h e p r e v i o u s s e c t i o n . T h e v a r i a t i o n a l p l a t e c u r r e n t i 2 h a s b e e n c a l c u l a t e d i n e q u a t i o n (2-0) b u t s i n c e t h e m e t e r i s s h u n t e d b y p a n d q , a n d s o m e t i m e s b y r , p a r t o n l y o f t h e p l a t e c u r r e n t f l o w s t h r o u g h t h e m e t e r . I t i s t o be n o t e d t h a t t h e p l a t e c u r r e n t , b o t h s t e a d y a n d v a r i a t i o n a l , i s p r a c t i c a l l y u n a f f e c t e d b y c h a n g i n g t h e m e t e r s h u n t s i n c e t h e t o t a l r e s i s t a n c e R b e t w e e n p o i n t s A a n d B o f F i g u r e 6 i s a l w a y s l e s s t h a n 1% o f t h e t o t a l r e s i s t a n c e i n t h e p l a t e c i r c u i t ( P = 2 7 , 0 0 0 ohms a n d R i s a l w a y s l e s s t h a n t h e m e t e r r e s i s t a n c e o f 250 o h m s ) H e n c e , t h e m e t e r c u r r e n t w i t h o r w i t h o u t s h u n t c a n b e c a l c u l a t e d f r o m s i m p l e c i r c u i t t h e o r y i n w h i c h we t r e a t t h e p l a t e c u r r e n t a s i n d e p e n d e n t o f t h e s h u n t . L e t t h e z e r o - s i g n a l p l a t e c u r r e n t b e I 2 a n d t h e t o t a l p l a t e c u r r e n t ^ 2 a *2+ i2* L i k e w i s e , l e t t h e t o t a l m e t e r c u r r e n t be ^ - Im + i m * U s i n g t h e o t h e r s y m b o l s d e f i n e d i n F i g u r e 6 ( w h e r e m = m e t e r r e s i s t a n c e ) we o b t a i n w i t h o u t t h e s h u n t 32 a n d w i t h t h e s h u n t ' It p<V - Ep + 4. pi/ m ^ 1,1 Vm + n. I t i s t o be n o t e d i n t h e s e e q u a t i o n s t h a t i f q = E/I2 t h e n I m m u s t b e z e r o , s i n c e b y d e f i n i t i o n i r a a 0 w h e n e v e r i 2 s 0. I n u s e t h e p o t e n t i o m e t e r a c r o s s E i s a d j u s t e d u n t i l t h e a b o v e c o n -d i t i o n i s s a t i s f i e d , f o r z e r o - s i g n a l p l a t e c u r r e n t , i . e . , u n t i l t h e m e t e r s h o w s z e r o c u r r e n t f l o w t h r o u g h i t . ( I n t h e a c t u a l c i r c u i t E — 1.35 v o l t s , I 2 =F 0.H- m i l l i a m p e r e s s o q i s a b o u t 3,*+00 o h m s . ) W i t h t h i s z e r o a d j u s t m e n t t h e e q u a t i o n s become w i t h o u t s h u n t * ~ ^ m(p - to , ) + n ( 2 3 ) a n d w i t h s h u n t A \ ( Pi/ I n t h e a c t u a l c i r c u i t t h e r e s i s t a n c e o f q i n p a r a l l e l w i t h p i s a b o u t 10 t i m e s t h e m e t e r r e s i s t a n c e , i . e . , m=-i- P q 10 p + q H e n c e , t h e s e r e s i s t o r s d o n o t s h u n t t h e m e t e r a p p r e c i a b l y a n d a s w i l l b e s e e n f r o m e q u a t i o n (23) p r a c t i c a l l y t h e f u l l v a r i a t i o n a l p l a t e c u r r e n t f l o w s t h r o u g h t h e m e t e r , i . e . , i m ^ *2 F u r t h e r , a s h u n t r p l a c e d a c r o s s t h e m e t e r t o r e d u c e i t s s e n s i -t i v i t y h a s , a l m o s t i t s f u l l e f f e c t , i » e . , im = m +- r "*"2 ( f r o m e q u a t i o n (2*4-)) 33 THE COMPLETE INSTRUMENT — OPERATION, PERFORMANCE. MODIFICATION FOR AUTOMATIC OPERATION 1 . Operation For operation, the ganged switch S-^  (see Figure 3) i s turned to p o s i t i o n 2 a l l o w i n g a l l the fi l a m e n t s to heat f o r a few seconds. At p o s i t i o n 3 a l l electrode voltages are a p p l i e d . I t i s now necessary to adjust a l l c i r c u i t s to zero. The n u l l i n d i c a t o r i s adjusted f i r s t by switching the galvano-meter i n t o the c i r c u i t ( i . e . , by p l a c i n g meter switch S 2 i n p o s i t i o n 3) and a d j u s t i n g the f i n e zero c o n t r o l R 2^ and i f necessary the coarse c o n t r o l R 2 l « The most c r i t i c a l zero adjustment i s t h a t of the measure a m p l i f i e r . The accuracy of the percentage s c a l e of the r a t i o d i a l s depends on e s t a b l i s h i n g two points on the scale c o r r e c t l y and the zero i s s e l e c t e d as one of these p o i n t s . (The 1 0 0 $ p o i n t i s u s u a l l y the other f i x e d p o i n t ; i t s s e t t i n g i s described l a t e r . ) The zero of the measure a m p l i f i e r can be ad-jus t e d most a c c u r a t e l y by using the comparator c i r c u i t to e s t a b l i s h the adjustment. To do t h i s the percentage d i a l s are set a t zero and a comparison voltage i s obtained across the monitor output by tu r n i n g the monitor zero c o n t r o l s f u l l up and by t u r n i n g the monitor output poteniometer R^s s o that the f u l l output voltage E 2 i s ap p l i e d across the r a t i o c i r c u i t ( i . e . , m2 s M 2 and e 2 s E 2 i n Figure 5) The zero c o n t r o l s of the 3 ^ m e a s u r e a m p l i f i e r a r e now a d j u s t e d f o r a n u l l b a l a n c e i n t h e r a t i o c i r c u i t . S i n c e t h e r a t i o d i a l s a r e s e t f o r z e r o p e r -c e n t , t h e n u l l b a l a n c e c a n o n l y be o b t a i n e d w i t h t h e m e a s u r e o u t p u t v o l t a g e E]_ - 0 . The z e r o a d j u s t m e n t o f t h e m o n i t o r a m p l i f i e r i s m u c h l e s s c r i t i c a l s i n c e t h e m o n i t o r p r o b e i s f i x e d i n p o s i t i o n a n d a l w a y s p l a c e d t o g i v e a r a t h e r l a r g e o u t p u t v o l t a g e . I n c o r r e c t z e r o a d j u s t m e n t i n t r o d u c e s a n e r r o r o n l y b e c a u s e i t p l a c e s a s m a l l c o n s t a n t s p u r i o u s v o l t a g e i n s e r i e s w i t h t h e i n t e n s i t y -d e p e n d e n t o u t p u t v o l t a g e d u e t o t h e i o n i z a t i o n c u r r e n t i n t h e m o n i t o r i o n i z a t i o n c h a m b e r . H e n c e , w i t h f a l s e z e r o t h e t o t a l v o l t a g e a p p e a r i n g a c r o s s t h e o u t p u t p o t e n t i o m e t e r o f t h e m o n i t o r a m p l i f i e r i s n o t d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o t h e m o n i t o r i o n i z a t i o n c u r r e n t b u t a t w o r s t t h e e r r o r i s q u i t e s m a l l . S i n c e t h e a d j u s t m e n t i s n o t c r i t i c a l i t c a n be made w i t h s u f -f i c i e n t a c c u r a c y b y s w i t c h i n g t h e g a l v a n o m e t e r i n t o t h e m o n i t o r c i r c u i t ( i * e . , m e t e r s w i t c h S 2 i n p o s i t i o n 2) a n d a d j u s t i n g t h e z e r o c o n t r o l s R i 6 a n d R17 f o r z e r o g a l v a n o m e t e r c u r r e n t . T o f i x t h e 100$ p o i n t o n t h e p e r c e n t a g e s c a l e , t h e m e a s u r e p r o b e i s p l a c e d a t t h e r e f e r e n c e p o i n t i n t h e x - r a y f i e l d , t h e m o r e s u i t a b l e v a l u e o f t h e f i x e d r a t i o a r m (R12I or R-122 i n F i g u r e 3 ) i s s e l e c t e d ^ b y means o f t h e s w i t c h S^ a n d t h e * A s p o i n t e d o u t i n a n e a r l i e r s e c t i o n , i t i s d e s i r a b l e t o l i m i t t h e m o n i t o r o u t p u t v o l t a g e t o a b o u t 10 v o l t s t o a v o i d d i s t o r t i o n . T h i s means t h a t i f t h e 100$ m e a s u r e v o l t -a g e i s o v e r 1 v o l t t h e 1 megohm f i x e d r a t i o a r m m u s t be u s e d . I f t h e 100$ m e a s u r e o u t p u t v o l t a g e i s u n d e r 1 v o l t e i t h e r f i x e d r a t i o arm c a n be u s e d b u t t h e h.7 megohm v a l u e s h o u l d be c h o s e n f o r t h e s a k e o f maximum s e n s i t i v i t y , ( s e e e q u a t i o n ( l 1 * ) ) . monitor probe i s placed i n a fixed position i n the f i e l d such that the monitor output voltage i s , for a fixed r a t i o arm of 1 megohm, greater than twice the 100$ measure output voltage or, for a fixed r a t i o arm of k-,7 megohms, greater than 10 times the 100$ measure output voltage. With the r a t i o d i a l s set to 100$ the monitor output potentiometer R^8 i s adjusted for n u l l balance across the r a t i o c i r c u i t ( i . e . , e 2 i s selected to s a t i s f y equation (12)). The second point on the percentage scale of the r a t i o d i a l s has now been fixed. To measure the percentage dose at any point i n the x-ray f i e l d i t i s only necessary to move the measure probe to the point and to restore the n u l l balance by adjustment of the percentage d i a l s (but R^8 l e f t unchanged). The percentage dose i s then read d i r e c t l y from the d i a l s . 2. Performance The performance of the complete c i r c u i t , excluding the i o n i z a t i o n chambers, was tested by introducing known battery voltages into the grid leads of the electrometer tubes (CK5889). The input into the grid of the monitor c i r c u i t was a fixed voltage of the order of 10 v o l t s . The input to the measure c i r c u i t was obtained from an accurate potentiometer which could be varied i n small steps. The percentage d i a l s were set at 100$ and by varying potentiometer B.^Q the r a t i o c i r c u i t was balanced for an a r b i t r a r i l y chosen value of measure input voltage. Other input voltages to the measure c i r c u i t were then determined as a percentage of thi s a r b i t r a r y voltage 3 6 b y r e b a l a n c i n g t h e c i r c u i t b y m e a n s o f t h e p e r c e n t a g e d i a l s ( b u t R^s l e f t u n c h a n g e d ) . One s e t o f r e s u l t s i s s h o w n i n T a b l e 1 . I n t h i s t e s t t h e v a l u e o f c h o s e n f o r t h e 1 0 0 $ r e a d i n g was 0 . 5 ^ 2 0 v o l t s . W i t h r e f e r e n c e t o T a b l e 1 i t s h o u l d be r e a l i z e d t h a t t h e a g r e e m e n t b e t w e e n t h e l a s t t w o c o l u m n s , i . e . , t h e c a l c u l a t -e d p e r c e n t a n d t h e m e a s u r e d p e r c e n t , d e p e n d s o n f o u r f a c t o r s . The a c c u r a c y o f t h e c a l c u l a t e d p e r c e n t d e p e n d s o n t h e a c c u r a c y o f t h e p o t e n t i o m e t e r f r o m w h i c h t h e i n p u t v o l t a g e s w e r e o b t a i n e d w h i l e t h e a c c u r a c y o f t h e m e a s u r e d p e r c e n t d e p e n d s o n t h e a c c u r a c y o f t h e t h r e e b a n k s o f r e s i s t o r s m a k i n g u p t h e v a r i a b l e a r m o f t h e r a t i o c i r c u i t , o n t h e s e n s i t i v i t y w i t h w h i c h t h e n u l l b a l a n c e c o u l d be d e t e r m i n e d a n d o n t h e l i n e a r i t y o f t h e m e a s u r e a m p l i f i e r . W h i l e t h e f o u r f a c t o r s c a n n o t b e s e p a r a t e d i n T a b l e 1 i t a p p e a r s f r o m t h i s e x a m p l e t h a t t h e o v e r a l l a c c u r a c y a n d . s e n s i t i v i t y o f t h e c i r c u i t m e e t t h e s t a n d a r d s s e t , i . e . , 0 . 1 $ a c c u r a c y a n d 0 . 1 $ s e n s i t i v i t y . I n t h e e x a m p l e g i v e n i t s h o u l d be n o t e d t h a t , w i t h t h e l o w v o l t a g e i n p u t t o t h e m e a s u r e c i r c u i t a n d w i t h t h e 1 megohm r e s i s t o r c h o s e n f o r t h e f i x e d a r m o f t h e r a t i o c i r c u i t , t h e s e n s i t i v i t y w i t h w h i c h t h e b a l a n c e p o i n t c o u l d b e d e t e c t e d was lower t h a n w o u l d n o r m a l l y be e n c o u n t e r e d i n t h e u s e o f t h e i n s t r u m e n t . F o r a l l t e s t s w i t h b a t t e r y v o l t a g e s i n t r o d u c e d i n t o t h e g r i d l e a d s t h e c i r c u i t s a p p e a r e d t o be c o m p l e t e l y s t a b l e . W h e n , h o w e v e r , s i g n a l v o l t a g e s w e r e o b t a i n e d b y e x p o s i n g t h e i o n i z a t i o n c h a m b e r s t o r a d i a t i o n i t w a s i m p o s s i b l e t o o b t a i n T A B L E 1 PERFORMANCE OF C O M P L E T E C I R C U I T ( E x c l u d i n g t h e i o n i z a t i o n c h a m b e r s ) V o l t a g e i n p u t t o m o n i t o r a m p l i f i e r » 1 0 . 1 2 v o l t s F i x e d r a t i o - a r m r e s i s t a n c e = r 2 n 1 megohm. V o l t a g e i n p u t t o C a l c u l a t e d % M e a s u r e d % M e a s u r e a m p l i f i e r 0 . 5 ^ 2 0 v o l t s 1 0 0 . 0 1 0 0 . 0 0 .05**2 " 1 0 . 0 1 0 . 1 0.108>+ » 2 0 . 0 2 0 . 0 5 0 . 1 6 2 6 « 3 0 . 0 3 0 . 1 0 . 2 1 6 8 » 1+0.0 1+0.1 0 . 2 7 1 0 " 5 0 . 0 5 0 . 1 0 . 3 2 5 2 " 6 0 . 0 6 0 . 0 5 0.379*+ " 7 0 . 0 7 0 . 0 5 0.^-336 M 8 0 . 0 8 0 . 0 O.h-878 • M 9 0 . 0 9 0 . 0 0 . 5 ^ 2 0 l l ! 1 0 0 . 0 • 1 0 0 . 0 0 . 5 9 6 2 » 1 1 0 . 0 1 1 0 . 0 0.650h " 1 2 0 . 0 1 2 0 . 0 0 . 7 0 ^ 6 " 1 3 0 . 0 1 2 9 . 9 0 . 7 5 8 8 » m-o .o 1 3 9 . 9 O . 8 1 3 0 » 1 5 0 . 0 1 ^ 9 . 9 0 . 8 6 7 2 " 1 6 0 . 0 1 5 9 . 8 T o f o l l o w p a g e 3 6 37 a s t a b l e n u l l b a l a n c e d u e t o r a p i d f l u c t u a t i o n s * i n t h e o u t p u t v o l t a g e o f e a c h a m p l i f i e r . T h e s e f l u c t u a t i o n s i n o u t p u t v o l t a g e a r e a l s o o b s e r v e d w i t h a s i n g l e p r o b e a n d a m p l i f i e r u s e d a s a d o s e r a t e m e t e r b u t become m o r e t r o u b l e s o m e w h e n t w o d o s e r a t e m e t e r s a r e c o m b i n e d i n a c o m p a r a t o r c i r c u i t . D e s p i t e t h e s e f l u c t u a t i o n s i t was f o u n d p o s s i b l e t o d e t e r m i n e p e r c e n t a g e d o s e s w i t h a r e p r o d u c i b i l i t y o f a b o u t A s a t e s t o f o v e r a l l p e r f o r m a n c e , c e n t r a l a x i s p e r -c e n t a g e d e p t h d o s e s i n w a t e r w e r e m e a s u r e d f o r o n e s e t o f i r r a d i a t i o n c o n d i t i o n s . The m e a s u r e m e n t s w e r e made f o r a C o b a l t 60 beam t h e r a p y u n i t s i n c e w i t h t h i s u n i t t h e o u t p u t i s c o n s t a n t o v e r a n y s h o r t p e r i o d a n d t h e r e f o r e c e n t r a l a x i s p e r c e n t a g e d e p t h d o s e s f o r c o m p a r i s o n w i t h t h e r e s u l t s o b t a i n e d w i t h t h e d o s e c o m p a r a t o r c o u l d b e d e t e r m i n e d w i t h a n y a c c u r a t e d o s e r a t e m e t e r . T h e c o n d i t i o n s o f i r r a d i a t i o n a r e s h o w n o n t h e g r a p h o f F i g u r e 7. I t w i l l be n o t e d t h a t t h e r e s u l t s o b t a i n e d w i t h t h e c o m p a r a t o r d i f f e r b y l e s s t h a n f r o m t h o s e o b t a i n e d w i t h a s i n g l e d o s e r a t e m e t e r . T h i s a g r e e m e n t i s c o n s i s t e n t w i t h t h e a c c u r a c y o f t h e d o s e r a t e m e t e r ( a b o u t a n d t h e o b s e r v e d r e p r o d u c i b i l i t y o f t h e c o m p a r a t o r (T$ ) w h e n * T h e s e f l u c t u a t i o n s c a n be s h o w n t o be d u e t o t h e e f f e c t o f r a d i a t i o n o n t h e i n s u l a t i o n o f t h e i o n i z a t i o n c h a m b e r . T h e y d o n o t o c c u r w h e n t h e i o n i z a t i o n c h a m b e r i s c o n n e c t e d b u t u n e x p o s e d t o r a d i a t i o n , i . e . , t h e z e r o w i t h i o n i z a t i o n c h a m b e r c o n n e c t e d i s p e r f e c t l y s t e a d y . F u r t h e r , t h e y a r e n o t d u e t o a n o i s e v o l t a g e i n t h e i n p u t r e s i s t o r o r i n a n y o t h e r p a r t o f t h e c o m p a r a t o r c i r c u i t s i n c e n o f l u c t u a t i o n s o c c u r w h e n t h e i o n i z a t i o n c h a m b e r i s r e p l a c e d b y a f i x e d r e s i s t o r o f s u c h s i z e t h a t a c u r r e n t o f t h e same o r d e r o f m a g n i t u d e a s t h e i o n i z a t i o n c u r r e n t f l o w s t h r o u g h t h e i n p u t r e s i s t o r . FIG-URE 7 COMPARISON OF PERCENTA&E DEPTH DOSES MEASURED T H F COMPARATOR AND B^ f AM ACCURATE DOSE RATE METER COBALT bO BEAM THERAPX UNIT, ELDORADO MODEL A SOURCE TO SK.IN DISTANCE = BOCM. FIELD SIZE = 10 X 10 CM. „ PR 1 NCITAL PLANE i ! j ! ; ! i i i | j O M E A SURED WITH COMPARATOR SL j • MEA + FrlK S U R E D WITH EN FROM TOH DOSE RATE NS et a l . (|C| METER j i 0 4 8 iz lh 20 24 DEPTH IN WATER (CM) 38 i t i s u s e d w i t h i o n i z a t i o n c h a m b e r s t o c o m p a r e x - r a y d o s e s . I t w i l l be f u r t h e r n o t e d t h a t b o t h s e t s o f r e s u l t s a r e i n g o o d a g r e e m e n t w i t h r e s u l t s p u b l i s h e d b y J o h n s , F e d o r u k , K o r n e l s e n , E p p a n d D a r b y ( 1 9 5 3 ) . T o d e m o n s t r a t e t h a t f l u c t u a t i o n s i n x - r a y i n t e n s i t y d o n o t c h a n g e t h e b a l a n c e o b t a i n e d f o r a n y g i v e n p o s i t i o n o f t h e m e a s u r e p r o b e , t h e t w o i o n i z a t i o n c h a m b e r s w e r e e x p o s e d t o a n x - r a y b e a m , t h e r a t i o c i r c u i t w a s b a l a n c e d a n d t h e x - r a y i n t e n s i t y was d e l i b e r a t e l y v a r i e d . F o r c h a n g e s i n i n t e n s i t y u p t o 3 5 $ t h e r e w a s n o d e t e c t a b l e c h a n g e i n t h e b a l a n c e p o i n t , i . e . , i t c h a n g e d b y n o t m o r e t h a n \%. H e n c e , i t a p p e a r s t h a t x - r a y p e r c e n t a g e d e p t h d o s e s c a n be d e t e r m i n e d w i t h t h e c o m -p a r a t o r t o a n a c c u r a c y o f a b o u t \% — c e r t a i n l y b e t t e r t h a n |-$ — e v e n f o r a f l u c t u a t i n g s o u r c e . 3 . M o d i f i c a t i o n f o r A u t o m a t i c O p e r a t i o n B e f o r e d i s c u s s i n g m o d i f i c a t i o n o f t h e d o s e c o m p a r a t o r f o r a u t o m a t i c o p e r a t i o n i t i s n e c e s s a r y t o d e s c r i b e a n a l t e r n a -t i v e m e t h o d o f m a n u a l o p e r a t i o n . I n t h e m e t h o d d i s c u s s e d t o t h i s p o i n t t h e c o m p a r a t o r h a s b e e n u s e d t o d e t e r m i n e t h e p e r c e n t a g e d o s e a t a s p e c i f i e d p o i n t . T h e a l t e r n a t i v e m e t h o d i s t o u s e t h e c o m p a r a t o r t o f i n d t h e p o s i t i o n o f a s p e c i f i e d p e r c e n t a g e d o s e . I n t h i s m e t h o d t h e r a t i o d i a l s a r e s e t t o t h e s p e c i f i e d d o s e a n d t h e m e a s u r e p r o b e i s m o v e d ( b y r e m o t e c o n t r o l ) u n t i l t h e n u l l d e t e c t o r i n d i c a t e s a b a l a n c e . The m o d i f i c a t i o n o f t h e s e c o n d m e t h o d f o r a u t o m a t i c 39 o p e r a t i o n i s o b v i o u s . The p e r c e n t a g e d i a l s a r e s e t t o t h e r e q u i r e d p e r c e n t a g e a n d t h e u n b a l a n c e s i g n a l f r o m t h e r a t i o c i r c u i t i s u s e d t o a c t u a t e a s e r v o m o t o r w h i c h m o v e s t h e m e a s u r e p r o b e u n t i l b a l a n c e i s r e s t o r e d , i . e . , u n t i l t h e p o s i t i o n f o r t h i s s p e c i f i e d p e r c e n t a g e d o s e i s f o u n d . T h e m o s t c o m p l e t e r e p r e s e n t a t i o n o f p e r c e n t a g e d e p t h d o s a g e i n a n x - r a y f i e l d i s g i v e n b y m e a n s o f a s e t o f s o -c a l l e d i s o d o s e c u r v e s . A s i s o b v i o u s f r o m t h e name a n i s o d o s e c u r v e i s s i m p l y t h e l o c u s o f p o i n t s o f e q u a l p e r c e n t a g e d e p t h d o s e . The c u r v e s a r e u s u a l l y p l o t t e d a t 1 0 $ i n t e r v a l s . I t i s e v i d e n t t h a t t o d e t e r m i n e a c o m p l e t e s e t o f i s o d o s e c u r v e s f o r a n x - r a y f i e l d p e r c e n t a g e d o s e m e a s u r e m e n t s m u s t be made a t a l a r g e n u m b e r o f p o i n t s i n t h e f i e l d a n d i t i s h e r e t h a t a u t o m a t i c o p e r a t i o n h a s i t s g r e a t e s t v a l u e . A s s u m i n g a r e c t a n g u l a r c o -o r d i n a t e s y s t e m i s u s e d , f o r f u l l y a u t o m a t i c o p e r a t i o n t h e m e a s u r e p r o b e i s d r i v e n a t a c o n s t a n t r a t e a l o n g o n e a x i s a n d t h e s e r v o m o t o r i s u s e d t o h u n t a l o n g t h e o t h e r a x i s f o r t h e p o s i t i o n o f t h e p e r c e n t a g e d o s e f o r w h i c h t h e p e r c e n t a g e d i a l s a r e s e t . A f u r t h e r s e r v o s y s t e m c a n t h e n be u s e d t o move a p e n s o t h a t i t t r a c e s o u t t h e same p a t h a s t h a t f o l l o w e d b y t h e m e a s u r e p r o b e . W h e n one i s o d o s e c u r v e i s c o m p l e t e d , t h e p e r c e n t a g e d i a l s m u s t be r e s e t m a n u a l l y t o t h e p e r c e n t a g e d e s i r e d f o r t h e n e x t c u r v e . B y t h i s m e t h o d a c o m p l e t e s e t o f i s o d o s e c u r v e s c a n be d e t e r m i n e d r a p i d l y . One a u t o m a t i c d o s e p l o t t e r h a s b e e n d e s c r i b e d b y 1+0 Kemp (19l+6b). T h i s s y s t e m i s f u l l y a u t o m a t i c a n d u s e s a r e c t a n g u l a r c o - o r d i n a t e s y s t e m a s d e s c r i b e d a b o v e b u t u s e s t h e c o m p a r a t o r t o w h i c h t h e r e f e r e n c e s h a v e a l r e a d y b e e n g i v e n (Kemp 19*+5) 19*+6a) i n w h i c h t h e d o s e s r e c e i v e d b y t w o i n t e g r a t -i n g d o s e m e t e r s a r e c o m p a r e d . M a u c h e l a n d J o h n s (195^) h a v e d e s c r i b e d a p a r t i a l l y a u t o m a t i c i n s t r u m e n t e m p l o y i n g a c o m -p a r a t o r s i m i l a r t o t h e one d e s c r i b e d h e r e b u t u s i n g a p o l a r c o - o r d i n a t e s y s t e m . I n t h e i r i n s t r u m e n t t h e a n g u l a r d i s p l a c e -m e n t i s m a n u a l l y c o n t r o l l e d a n d t h e s e r v o m o t o r moves t h e m e a s u r e p r o b e r a d i a l l y . A p e n t r a c e s t h e c u r v e a u t o m a t i c a l l y . 0 hi B I B L I O G R A P H Y F e d o r u k , S . O . , J o h n s , H . E . , a n d W a t s o n , T . A . , " A n i m p r o v e d c l i n i c a l d o s i m e t e r f o r t h e m e a s u r e m e n t o f r a d i a t i o n " , R a d i o l o g y , 6 2 , 1 7 7 - 1 8 2 (195*0 J o h n s . , H . E . , F e d o r u k , S . O . , K o r n e l s e n , R . O . , E p p , E . R . , a n d D a r b y , E . K . , " D e p t h d o s e d a t a 1 5 0 k V p — 22 M e V " . B r i t . J . R a d i o l . , Zl, 5 ^ 2 - 5 ^ 9 ' ( .1952) J o h n s , H . E . , E p p , E . R . , a n d F e d o r u k , S . O . , " A d i r e c t c u r r e n t a m p l i f i e r r e c o r d i n g s y s t e m f o r p r e c i s e m e a s u r e m e n t o f d e p t h d o s e " . A m . J . R o e n t g e n o l . & R a d . T h e r a p y , 68, 788-796 ( 1 9 5 2 ) J o h n s , H . E . , F e d o r u k , S . O . , K o r n e l s e n , R . O . , E p p , E . R . , a n d D a r b y , E . K . , " C e n t r a l a x i s d e p t h d o s e d a t a f o r C o b a l t 6 0 r a d i a t i o n " ' . B r i t . J . R a d i o l . , S u p p l e m e n t 5» 35-36 (19530 K e m p , L . A . W . , »<New c i r c u i t w i t h s p e c i a l a p p l i c a t i o n s i n g a m m a - r a y a n d x - r a y d o s i m e t r y " . B r i t . J . R a d i o l . , 18, 1 0 7 - 1 1 2 (19^5) K e m p , L . A . W . , " D i r e c t - r e a d i n g x - r a y i n t e n s i t y c o m p a r a t o r ; ; r a d i o l o g i c a l a n d p h y s i c a l a p p l i c a t i o n s " . B r i t . J . R a d i o l . , 12, 233-2*+2 ; ( 1 9 ^ ) K e m p , L . A . W . , " T h e e x p l o r a t i o n o f x - r a y d o s e d i s t r i b u t i o n : a n a u t o m a t i c m e t h o d " . B r i t . J . R a d i o l . , 12, ^ 88-501 (19^6b) M a u c h e l , G . A . , a n d J o h n s , H . E . , " A u t o m a t i c i s o d o s e p l o t t e r " . N u c l e o n i c s , 1 2 , N o . 1 2 , 50-51 (195*0 M a u c h e l , G . A . , E p p , E . R , . , a n d J o h n s , H . E . , " A s e l f - b a l a n c i n g d e v i c e f o r t h e m e a s u r e m e n t o f i o n i z a t i o n c u r r e n t r a t i o s " . B r i t . J . R a d i o l . , 2 8 , 50-53 ( 1 9 5 5 ) T r o u t , E . D . , K e l l y , J . P . , L u c a s , A . C . , a n d F u r n o , E . J . , "A" c o m p a r a t o r c h a m b e r f r o m c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e c o m p o n e n t s " . A m . J . R o e n t g e n o l . R a d . T h e r a p y , a n d N u c l e a r M e d . , 21, 573 - 580 ( 1 9 5 6 ) 

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