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Vorrichtung zur Messung der Radioaktivität von Aerosolen Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Radioaktivität von Aerosolen, bei der
das Aerosol durch eine Entstaubungsvorrichtung auf einem zwischen zwei Magazinen
bewegbaren Trägerband niederschlagbar und das Band an mindestens einem Detektor
für die Strahlungsmessung vorbeiführbar ist. In einem radioaktiven Aerosol können
die in der Luft schwebenden kleinen Partikeln ganz oder teilweise aus radioaktiven
Stoffen in fester oder flüssiger Form bestehen.
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Zur Zeit werden mehrere verschiedene Methoden zur Messung radioaktiver
Aerosole verwendet, welche den verschiedenen Meßaufgaben angepaßt sind. Zur tSberwachung
des Gehaltes der Luft an Stoffen mit verhältnismäßig langer Halbwertszeit wurde
beispielsweise die folgende Methode mit Vorteil angewandt (siehe z. B. »Nucleonics«;
1952, Nr. 6, S. 36, und 1955, Nr. 1, S. 51, und Nr. 6, S. 98). Der Staub wird mittels
eines Filters auf ein Band ausgeschieden, welches sich langsam am Filter und daraufhin
an Detektoren zwecks Messung der radioaktiven Strahlung vorbeibewegt. Diese Detektoren
sind in gewisser Entfernung vom Filter angebracht, so daß eine gewünschte Verzögerung
zwischen dem Aufsammeln und der Aktivitätsmessung erzielt wird. Die Größe der Verzögerung
wird meistens mit Rücksicht auf den Gehalt der Luft an natürlicher Aktivität, welche
eine verhältnismäßig kurze Halbwertszeit hat, gewählt.
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Die Konzentration von Stoffen mit langer Halbwertszeit ist von besonderem
Interesse bei radiologischen Messungen, da die Integrale der aufgesammelten Aktivität
über eine gewisse Zeitspanne (entsprechend der eingeatmeten Aktivität) ein Maß für
die Größe der Strahlungsdosis ist. Der Gehalt der Luft an natürlicher Aktivität
ist oft tausendfach größer als an künstlicher Aktivität mit langer Halbwertszeit,
welche man zu messen wünscht. Im Meßaugenblick ist diese natürliche Aktivität je
nach Verzögerung ganz oder teilweise abgeklungen. Diese Methode ergibt jedoch nicht
den richtigen Beitrag zur Größe der Strahlungsdosis von Stoffen mit einer im Verhältnis
zur Verzögerung kurzen Halbwertszeit. Dies trifft auch für die natürliche Radioaktivität
zu. Um die Einwirkung der natürlichen Aktivität zu beseitigen, kann man ein sogenanntes
balanciertes System anwenden. Dies ist oft wünschenswert, um eine plötzliche Steigerung
der Aktivität mit langer Halbwertszeit und geringer Konzentration in z. B. einem
Laboratorium oder einem anderen Raum mit kürzest möglicher Verzögerung zwischen
Aufsammeln und Aktivitätsmessung messen zu können. In einem balancierten System
sind zwei getrennte Meßkanäle vorhanden, der eine für die zu kontrollierende Luft
und der andere für eine Vergleichsluft, z. B. atmosphärische Luft. In dem einen
Kanal
wird somit in der Regel die Aktivität der in den Raum hineinströmenden Ventilationsluft
und in dem anderen die Luftaktivität im Raum gemessen. Wenn beide Kanäle die gleiche
Empfindlichkeit haben, ist ein Unterschied zwischen den gemessenen Aktivitäten in
den beiden Kanälen ein Maß für die Steigerung des Gehaltes im Raum an radioaktiven
Stoffen im Aerosol. Eine Schwierigkeit bei balancierten Systemen ist, daß die Detektoren
nicht ohne NachteiI im Filterraum angebracht werden können, um eine genügend kurze
Verzögerung zu erzielen.
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Die Erfindung bezweckte eine Verbesserung der vorbekannten Vorrichtungen
und kann für alle oben angegebenen Meßaufgaben verwendet werden und kann außerdem,
wie unten erklärt werden wird, weitere Ergebnisse über die Eigenschaften der aufgesammelten
Aktivität liefern. Vor allem kann man damit ein richtigeres Maß für den Beitrag
zur Strahlungsdosis auch von Stoffen mit kurzer Halbwertszeit erhalten. Die Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerband auf die Mantelfläche einer auch die
beiden Magazine tragenden umlaufenden, zylindrischen Trommel gelegt ist, der einerseits
die Einrichtung zum Niederschlagen des Aerosols und andererseits mindestens ein
Detektor für die Strahlungsmessung gegenübergestellt sind. Eine bevorzugte Ausführungsform
ist so ausgestaltet, daß die Mantelfläche der Trommel mit einem achsenparallelen
Spalt versehen ist, im Innern der Trommel ein das Trägerband abgebendes und ein
das Trägerband aufnehmendes Magazin angebracht sind und das Trägerband mittels einer
Bewegungsvorrichtung von dem ersten Magazin durch den Spalt über die Mantelfläche
der
Trommel wiederum durch den Spalt zum zweiten Magazin bewegbar
ist. Das Band ist vorzugsweise so breit, daß es zwei Aerosolspuren aufnehmen kann.
Dabei kann ferner die Verschiebung des Bandes über die Mantelfläche der Trommel
entweder in derselben Richtung wie die Trommel erfolgen, oder umgekehrt.
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Die Erfindung wird nachstehend mit Hinweis auf die in der schematischen
Zeichnung gezeigte Ausführungsform näher beschrieben.
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Der Niederschlag des Staubes geschieht auf einem Band 1, vorzugsweise
mit Hilfe eines elektrostatischen Filters 2. Das Band bewegt sich auf der äußeren
Mantelfläche der Trommel 3, welche um ihre Achse mit vorzugsweise konstanter, aber
am besten einstellbarer Geschwindigkeit ? rotieren kann, und geht durch einen Spalt
4 in der Wand der Trommel von einem Magazin 6 zu einem anderen, 5, hindurch. Das
Filter, welches dem Band auf der Trommel zugewandt ist, kann einen großen Teil des
Umkreises der Trommel einnehmen. Die Detektoren 7, von denen nur einer in der Abbildung
gezeigt ist, sind in demjenigen Sektor angebracht, welcher nicht vom Filter eingenommen
wird. Diese Vorrichtung kann für verschiedene Zwecke benutzt werden und beispielsweise
folgendermaßen arbeiten.
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Läßt man die Trommel beispielsweise sehr schnell umlaufen, so daß
ihre Umlaufzeit kurz im Vergleich zu den Zeitkonstanten an der Ausgangsseite der
Detektoren ist, so werden durch die Detektoren die Integrale der bestehenden Strahlungsaktivität
über einen beliebig gewählten Zeitabschnitt unmittelbar registriert. Um dies verständlicher
zu machen, soll beispielshalber ein Strahlungsdetektor mit Ionisationskammer genannt
werden. Eine solche Ionisationskammer besteht im wesentlichen aus einem elektrischen
Kondensator. Seinen Belegungen ist ein statischer Spannungsmesser parallel geschaltet.
Da beide Teile mit sehr hohem Isolationswiderstand ausgeführt werden können, ist
die Zeitkonstante an der Ausgangsseite eines solchen Detektors sehr groß, d. h.,
wenn keine Radioaktivität gemessen wird, entlädt sich der Kondensator nur sehr langsam,
beispielsweise in einigen Tagen oder sogar in einigen Wochen. Auf Grund der schnellen
Umlaufzeit der Trommel läuft dann das Band oftmals sowohl an der Niederschlagstelle
für das Aerosol als auch an dem Detektor, also beispielsweise der Ionisationskammer
vorbei, so daß der Detektor immer die während der Versuchszeit aufgesammelte, noch
bestehende (also nicht abgeklungene) Aktivität mißt.
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Dies ist mit den bekannten Vorrichtungen nicht möglich, weil das
Band an diesen nur einmal an der Niederschlagstelle für die Aerosol und auch nur
einmal an den Detektoren vorbeigeht und dabei überdies sehr langsam laufen muß.
Wenn der Niederschlag auf dem Band an den Detektor gelangt, ist bereits sämtliche
Aktivität mit sehr kurzer und der größte Teil der Aktivität mit verhältnismäßig
kurzer Halbwertszeit schon abgeklungen und wird somit nicht in das MeBergebnis mit
hereingenommen. Dagegen wird bei der vorliegenden Vorrichtung auf Grund des wiederholten
Vorbeilaufens die Aktivität mit verhältnismäßig kurzer und sogar mit sehr kurzer
Halbsvertszeit mit aufgenommen und erscheint im Meßergebnis.
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Die vorliegende Vorrichtung kann auch zur Überwachung der Atmosphäre
im Hinblick auf plötzlich auftretende große bzw. gefährliche Aktivität benutzt werden,
weil es eine derartige starke Aktivität wegen der hohen Drehgeschwindigkeit der
Trommel praktisch sofort bei ihrem Auftreten registriert.
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Besonders zweckmäßig ist in manchen Fällen die Ausführungsform der
Erfindung, wo nicht nur die Trommel sich dreht, sondern auch das Band gleichzeitig
über die Mantelfläche der Trommel abläuft.
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Durch diese doppelte Bewegung des Bandes ergibt sich eine dritte Messungsmöglichkeit,
deren Sinn darin besteht, festzustellen, zu welchen Bruchteilen die integrale Strahlungsmenge
in einem vorherbestimmten Zeitabschnitt auf die Radioaktivität verschiedener Halbwertszeiten
zurückzuführen ist. Durch entsprechende Abstimmung der Umlaufgeschwindigkeit der
Trommel und der Bandlaufgeschwindigkeit zueinander ergibt sich die Möglichkeit,
den Anfangspunkt für dlie integrierende Messung der Strahlungsaktivität vom Beginn
des Niederschlages des Aerosols auf einen beliebigen späteren Zeitpunkt zu verschieben,
um die Komponenten mit kürzeren Halbwertszeiten mehr oder weniger auszuschließen.
Diese Versuchsanordnung läßt sich am besten im Anschluß an die Zeichnung erklären.
Bei integrierenden Strahlungsmessern, beispielsweise Ionisationskammern, ist die
Ausgangszeitkonstante des Detektors größer als die gesamte Meßzeit. Im Beispiel
der integrierenden Messung unter Ausschließung der kurzlebigen Komponenten kann
beispielsweise die Trommel 3 mit etwa derselben Geschwindigkeit wie eine gewöhnliche
Grammophonplatte umlaufen, während das Band auf der Trommel von der Offnung4 an
dem Trommelumfang entlang wieder bis zur Öffnung 4 in beispielsweise der Dauer von
1 Tag, 1 Stunde oder jeder gewünschten Versuchszeit läuft. Wenn das Band gerade
einen Umlauf auf der Trommel vollzogen hat, weist es eine Verteilung von angesammelten
Aktivitätsniederschlägen auf, die aus unterschiedlichen Ansammelzeiten stammen,
wobei sich am gerade aus der Ciffnung aus tretenden Teil des Bandes die Aktivität
der kürzesten Sammeldauer befindet und am gerade in die Öffnung wieder einwandernden
Teil Aktivitäten sich vom Beginn an angesammelt haben. Die dazwischen befindlichen
Teile geben verschiedene Sammelzeiten zwischen der des austretenden und der des
einwandernden Teiles wieder.
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Wenn das Band in beschriebener Weise gerade einen Umlauf vollendet
hat, kann der Detektor die Integrale, d. h. die Summe der noch bestehenden Aktivitäten,
von Beginn zum Ende des Meßverfahrens registrieren.
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Wenn das Band z. B. einen halben Umlauf vollendet hat, kann selbstverständlich
nur die entsprechend angesammelte Aktivität gemessen werden. Die erste Hälfte des
Bandes, (d. h. die linke Hälfte in der Fig. 2) ist von niedergeschlagenem Aerosol
gleichmäßig bedeckt, wogegen die letzte Hälfte (di. h. die rechte Hälfte in der
Fig. 2) einen von der Mitte des Bandes bis zum Austritt aus der Offnung4 gleichmäßig
abnehmenden Niederschlag trägt.
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Wenn man den Detektor so arbeiten läßt, daß er nur dann in Wirkung
tritt, wenn ein bestimmter Abschnitt an ihm vorbeiläuft, dann registriert er, was
sich von dem Zeitpunkt an, wo dieser Teil aus der Öffnung tritt bis zum Augenblick,
wo die Messung vor sich geht, niedergeschlagen hat. Durch derartige Messungen an
verschiedenen Stellen des Bandes läßt sich dann in sehr einfacher Weise eine zeitliche
Analyse und auch eine Analyse bezüglich der Halbwertszeitzusammensetzung des niedergeschlagenen
Aerosols ausführen.
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Bei Differenzmessungen zwischen zwei Kanälen (balanciertes System)
wird das Band so breit gestaltet, daß es zwei Kanäle aufnimmt. Wenn das System mit
fester Verzögerung arbeiten soll, steht die Trommel still, und verschiedene Verzögerungszeiten
erhält
man dadurch, daß die Trommel sich im Verhältnis zum Filter
und den Detektoren dreht.
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PATENTANsPROcHE: 1. Vorrichtung zur Messung der Radioaktivität von
Aerosolen, bei der das Aerosol durch eine Entstaubungsvorrichtung auf einem zwischen
zwei Magazinen bewegbaren Trägerband niederschlagbar und das Band an mindestens
einem Detektor für die Strahlungsmessung vorbeiführbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägerband auf die Mantelfläche einer auch die beiden Magazine tragenden,
umlaufenden, zylindrischen Trommel gelegt ist, der einerseits die Einrichtung zum
Niederschlagen des Aerosols und andererseits mindestens ein Detektor für die Strahlungsmessung
gegenübergestellt sind.