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Einrichtung zum berührungsfreien Messen der radioaktiven Kontamination
von Flüssigkeiten und Gasen Zum Nachweis und zur Messung der radioaktiven Kontamination
von Flüssigkeiten und Gasen werden verschiedene Verfahren benutzt: Am einfachsten
ist die direkte Kontaminationsmessung, bei der das Nachweisorgan, beispielsweise
ein Zählrohr oder Szintillometer, allseitig oder zum großen Teil vom kontaminierten
Medium umgeben ist. Damit erreicht man eine Nachweisempfindlichkeit z. B. für Sr90,
die bei Flüssigkeitsmessungen in der Größenordnung von 10-6 mC/1, bei Gasmessungen
von 10-9 mC/1 liegt. Diese Empfindlichkeit reicht für alle Fälle aus, in denen mit
der nachträglichen Verdünnung der Konzentration gerechnet werden kann, also beispielsweise
zur Kontrolle von Abwässern oder Abgasen.
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Im allgemeinen arbeitet man bei der Direktmessung mit dünnwandigen
Großflächen-Zählrohren, weil man diesen bei gleichem Aufwand eine viel größere Oberfläche
geben kann als einem Szintillationskristall; durch die große Oberfläche ermöglichen
sie einen vergleichsweise empfindlicheren Nachweis von Betastrahlen, die - im Gegensatz
zu Gammastrahlen -fast mit jedem Atomzerfall verknüpft sind.
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Bei derartigen Messungen ist gelegentlich störend, daß die Außenwand
des Nachweisorgans im Lauf der Zeit selbst kontaminiert wird; dann treten größere
Anzeigen auf, als der tatsächlichen Kontamination des Wassers oder der Luft entspricht.
Um häufige Säuberungen der Oberfläche zu vermeiden, die bei dünnwandigen Zählrohren
oder dünnen Schutzschichten über Szintillationskristallen bedenklich sind, hat man
deshalb die Nachweisorgane mit auswechselbaren, dünnen Hüllen, vorzugsweise aus
kontaminationsunempfindlichen Kunststoffen, versehen. Für Flüssigkeitsmessungen
ist es außerdem bekannt, die Flüssigkeit in die Form eines gleichmäßig dicken, kontinuierlich
fließenden Zylinders zu bringen, in dessen Mitte berührungsfrei das Nachweisorgan
angeordnet ist, sei es durch Ausbilden eines frei im Raum bewegten kontinuierlich
fließenden Flüssigkeitsmantels oder durch tangentiales Einspritzen der Flüssigkeit
in einen feststehenden zylindrischen Behälter mit einer die Flüssigkeitsschicht
unten begrenzenden Abflußöffnung.
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Statt dessen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der senkrecht
angeordnete, nach oben offene und vorzugsweise konischen oder parabolischen Längsschnitt
aufweisende Behälter um seine Längsachse derart in Rotationsbewegung versetzbar
ist, daß die Flüssigkeit über die ganze Behälterfläche in annähernd gleichmäßiger
Schichtdicke verteilt ist. Auch ein rotierender Zylinder ist verwendbar, aber für
bestimmte Aufgaben wegen der Ausbildung ungleicher Schichtdicken weniger geeignet.
Durch die Zentrifugal-
kraft wird ein flüssigkeitsfreier Raum geschaffen, in dem
sich der Strahlenempfänger befindet.
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Diese Lösung hat gegenüber den bisher bekannten Flüssigkeitsmeßeinrichtungen
den Vorzug, daß man beispielsweise eine gegebene Flüssigkeitsmenge einfüllen und
bei passender Rotationsgeschwindigkeit in die Form einer dünnen, stehenden Schicht
rund um das Nachweisorgan bringen kann. Dabei kann man die Schicht bei einem parabolischen
Behälter auf eine über die Behälterhöhe gleiche, bei einem konischen Behälter näherungsweise
gleiche Schichtdicke bringen.
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Je weniger Flüssigkeit zur Verfügung steht, desto dünner ist die im
Mittel gebildete Schicht; der Nachteil, daß weniger aktive Substanz zur Verfügung
steht, wird dann durch die verringerte innere Absorption in der Schicht zum Teil
kompensiert. Dies gilt naturgemäß nur dann, wenn die Schichtdicke von vornherein
nicht größer ist als die endliche Reichweite der auftretenden Betastrahlen.
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Die Ausbildung einer Schicht etwa gleichmäßiger Dicke über die Höhe
des Behälters wird dadurch erleichtert, daß man in Weiterbildung der Erfindung am
oberen Behälterrand eine Ringblende anbringt, an der die aufsteigende Flüssigkeit
gestaut wird.
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Eine eventuelle Kontamination der Behälterwand wirkt bei dieser Anordnung
nicht unmittelbar auf den Empfänger, sondern nur geschwächt durch die Flüssigkeitsschicht;
ist die Flüssigkeitsschicht größer als die Betastrahlenreichweite, so macht sich
die Kontamination der Behälterwand überhaupt nicht mehr bemerkbar.
Trotzdem
wird man die Behälterwand auswechselbar und aus kontaminationsunempfindlichem Material
herstellen.
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An Stelle der Ausmessung eines begrenzten Flüssigkeitsvolumens kann
man die beschriebene Anordnung auch für kontinuierliche Durchlaufmessungen immer
neu zuströmender Flüssigkeitsmengen benutzen; dann wird die Flüssigkeit zweckmäßigerweise
von unten zugeleitet, wobei man in das mit dem Behälter rotierende Zuleitungsrohr
beispielsweise eine Wendel einbauen kann, die aus einem Reservoir die Flüssigkeit
in den Behälter heraufzieht.
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Bei dauerndem Nachströmen füllt sich der Behälter bis zu einer Flüssigkeitsschichtdicke,
die am oberen Ende gleich der Breite der Staublende ist. Nach Überschreiten der
Staublende verläßt die Flüssigkeit den rotierenden Behälter.
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Höhere Empfindlichkeit als mit der Direktanzeige erreicht man durch
Anreicherung radioaktiver Bestandteile, indem man beispielsweise die Flüssigkeit
durch ein Filter hindurchleitet, in dem sich nach Zugabe von adsorbierenden oder
Fällungsmitteln die Aktivität anreichert.
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Es gehört zu den Vorteilen der beschriebenen Anordnung, daß sie mit
geringfügigen Zusätzen auch für Filter-Anreicherungsmethoden geeignet ist. Durchlöchert
man nämlich die Wand des rotierenden Behälters und legt ein Filter entsprechender
Form ein, so tritt die Flüssigkeit durch das Filter hindurch.
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Dabei ergibt sich automatisch ein Ausgleich in der Verteilung aktiver
Partikelchen über die ganze Filterwand, weil die durchtretende Flüssigkeitsmenge
dem Gesetz des geringsten Widerstandes folgt. Ist also ein Filterabschnitt durch
Anlagern mit Partikelchen weniger durchlässig geworden als ein anderer Abschnitt,
so fließt nun durch den durchlässigeren Teil in der Zeiteinheit eine größere Flüssigkeitsmenge,
bis sich überall derselbe Durchflußwiderstand gebildet hat.
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Die Gleichmäßigkeit der Verteilung kann außerdem verbessert werden
durch ungleiche Verteilung der Ausflußbohrungen im rotierenden Behälter, wobei eine
Anpassung an die nach oben zunehmenden Zentrifugalkräfte anzustreben ist.
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Bei dieser Ausbildung der Einrichtung muß verständlicherweise die
obenerwähnte Staublende breiter sein als für Durchlaufdirektmessungen; denn die
gesamte zugeführte Flüssigkeit soll nun das Filter passieren; man kann schließlich
die Staublende durch einen Abschlußdeckel ersetzen und das Meßorgan erst nach erfolgter
Anreicherung einführen.
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Um ein Auswechseln des rotierenden Behälters beim Übergang von der
direkten auf die Anreicherungsmessung zu erübrigen, wird von vornherein der Behälter
durchlöchert, d. h. als Sieb gestaltet; dann kann man für die Direktmessung eine
undurchlässige auswechselbare Folie und für die Anreicherungsmessung ein durchlässiges
Filter einlegen.
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Gelegentlich kann von Interesse sein, die Flüssigkeit bei der Anreicherungsmethode
mehrfach durch das System hindurchlaufen zu lassen; dies wird durch die Ansaugwirkung
der Wendel und durch zwei Umstellhahnen erreicht.
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Endlich kann das Gerät auch für Anreicherung bei der Messung von
Luftkontaminationen benutzt werden.
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In diesem Fall wird dem rotierenden Behälter am unteren Ende ein
Flügelrad angesetzt, das im Abflußraum einen Unterdruck erzeugt und dadurch die
zuströmende Luft durch das Filter zieht.
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Dasselbe Flügelrad kann auch für die Flüssigkeitsmessung verbleiben,
um durch den geschaffenen Unter-
druck das Durchziehen der Flüssigkeit durch das
Filter zu beschleunigen.
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In der Figur ist die beschriebene Einrichtung schematisch dargestellt:
1 ist ein rotierender konischer Behälter, der über den Seilzug 2 von einem Motor
angetrieben wird. An der Innenwand des Behälters liegt eine wasserundurchlässige
Folie 3 für Direktmessungen oder ein Filterpapier für Anreicherungsmessungen. Im
ersten Fall steigt eine Flüssigkeit 4, die nach Eindrehen des Verschlußstopfens
5 in den Behälter eingefüllt wird, an den Seitenwänden hoch und wirkt, wenn sie
radioaktiv kontaminiert ist, auf das Nachweisorgan 6. Die Dicke der Flüssigkeitsschicht
wird am oberen Behälterende durch den Stauring 7 begrenzt, durch dessen Abflußöffnungen
die überschüssige Flüssigkeit in den Abfluß raum 8 gelangt und durch den Hahn 9
fortgeleitet wird.
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Will man durchströmende Flüssigkeitsmengen kontinuierlich messen,
so wird der Verschlußstopfen 5 herausgenommen und die Flüssigkeit durch den Hahn
10 in das Reservoir 11 geleitet, von wo sie durch die mit dem Behälter rotierende
Wendel 12 nach oben gezogen wird.
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Im Falle der Anreicherungsmessung wird die wasserundurchlässige Folie
3 durch ein Filter ersetzt und der Stauring so verbreitert, daß die zuströmende
Flüssigkeit nur durch das Filter in den Abflußkanal 8 eintritt. Bei beschränkten
Flüssigkeitsmengen kann durch Umstellen der Hahne 9 und 10 erreicht werden, daß
die Flüssigkeit wieder dem Reservoir zufließt, um beliebig oft das Filter zu passieren.
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Soll die Einrichtung für Luft-Anreicherungsmessungen benutzt werden,
so wird die Staublende 7 durch einen Abschlußdeckel ersetzt, der den Innenraum des
rotierenden Behälters abschließt. Die zu messende Luft kann nun durch den Hahn 10
und die Wendel 12 in den Behälterinnenraum einströmen und wird durch die Wirkung
eines Unterdrucks im Abfluß raum 8 abgeführt, der durch das Flügelrad 13 erzeugt
wird.