DE1021963B - Einrichtung zur elektrischen Beladung von in einem Luftstrom suspendierter Materie mittels radioaktiver Praeparate - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die Beladung von in Luft befindlichen Schwebestoffen, mit Ionen eines Vorzeichens unter Verwendung eines oder mehrerer radioaktiver Präparate zur Ionenerzeugung und eines elektrischen Feldes zur Schaffung optimaler BeIadungsverhältnisse.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur elektrischen Beladung von in einem Luftstrom suspendierter Materie mittels mindestens eines auf elektrisch leitfähiger Unterlage angeordneten radioaktiven Präparates, dessen Strahlen emittierende Schicht dem Luftstrom abgewandt ist. Die bekannten Einrichtungen dieser Art arbeiten jedoch alle unvollkommen, da sie auf die charakteristischen Eigenheiten des Ionisierungsprozesses und des nachfolgenden Beladungsvorganges keine Rücksicht nehmen. Zu ersteren gehört beispielsweise die Berücksichtigung der Tatsache, daß die spezifische Ionisierung der Alphastrahlen kurz vor ihrer völligen Abbremsung am Ende der Reichweite ein sehr ausgeprägtes Maximum (Braggsche Kurve) durchläuft. Ein Alphastrahler, dessen Abmessungen klein gegen seine Reichweite sind, ist demnach von einer hohlkugelförmigen Zone maximaler spezifischer Ionisierung, der Braggschen. Zone, umgeben. Ein Alphastrahlen emittierender Belag, geeignet einlegiert in die Oberfläche eines metallischen Trägers und klein gegen die Reichweite, liefert einen Strahlungskegel, der an der Basis von einer Kugelkalottenzone maximaler spezifischer Ionisierung begrenzt wird. Bei den Einrichtungen nach der Erfindung wird diesen Tatsachen bewußt Rechnung getragen, indem alle weiteren Mittel zur Erzielung einer optimalen Beladung, wie Elektroden zur Einrichtung elektrischer Felder und Begrenzungsflächen zur Führung des elektrisch zu beladenden Luftstromes, außerhalb des durch Reichweitenbereich und Braggsche Zone begrenzten Raumes verlegt sind.

Die Anwendung eines elektrischen Feldes ist ebenfalls bereits für die Zwecke der Beladung von Schwebestoffen bzw. zur Vermeidung ihrer Entladung durch Beseitigung der leichter beweglichen Ladungsträger unter Vermeidung eines hohen Energieverlustes im nachfolgenden Abscheider bekannt. In ersterem Fall sollten durch dieses Mittel die in den Alphaschußkanälen nahe beisammen liegenden Ionen beiderlei Vorzeichens voneinander separiert, an ihrer Rekombination gehindert und zur Anlagerung an die Schwebestoffe formiert werden.

Bei strömender Luft sind auch schon Metallsiebe zur Errichtung eines elektrischen Längsfeldes in dem von Alphastrahlen durchsetzten Raum angewandt worden mit dem Ziel, in diesem Raum bei gleichzeitiger Einwirkung der Luftgeschwindigkeit und des Einrichtung zur elektrischen Beladung
von in einem Luftstrom suspendierter
Materie mittels radioaktiver Präparate

Anmelder:
G. A. Messen-Jaschin, Samen (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. Dr. jur. F. Lehmann, Patentanwalt, München 5, Papa-Schmid-Str. 1

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 1, April 1965

Robert Leupi, Samen (Schweiz),

und Dr.-Ing. Johann Schedling, Wien,

sind als Erfinder genannt worden

elektrischen Feldes einen Überschuß von Ionen einer Polarität hervorzurufen und die Ionen des anderen Vorzeichens beschleunigt abzuführen. Dieses Mittel kann jedoch nicht zum vollen Erfolg führen, wenn in dem Feld längs der Alphabahnen ständig neue Ionen beider Vorzeichen gebildet werden, wobei jenen Ionen, die abzuführen sind, die Möglichkeit der Anlagerung an die suspendierte Materie und der Verringerung der Ladung derselben geboten ist.

Erfindungsgemäß wird bei der Einrichtung mindestens eine außerhalb der Reichweite der ionisierenden Strahlen und des wirksamen Strahlenkegels angebrachte Gegenelektrode vorgesehen, wobei zwischen der leitfälligen Unterlage des Präparates und der Gegenelektrode mittels einer Gleichstromquelle eine Potentialdifferenz hergestellt wird.

Damit ist das Feld teilweise in Räumen errichtet, in denen wenigstens durch Beta- bzw. Alphastrahlen keine neuen Ionen gebildet werden. Das Feld ist aus diesem Grunde in letzteren besonders stark, und die Ionen nicht erwünschten Vorzeichens können in diesen Gebieten besonders rasch entfernt werden, so daß Zonen entstehen, die fast ausschließlich Ionen des gewünschten Vorzeichens zum Zwecke der Aufladung der suspendierten Materie enthalten. Vorteilhafterweise kann man zur Erreichung dieses Zieles auch noch die unterschiedliche Beweglichkeit der neugebildeten positiven und negativen Ionen benutzen,.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann das radioaktive Präparat in der Symmetrieebene eines

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zylindrischen, von dem Luftstrom durchflossenen und Homogenisierung des zwischen den Elektroden 2, 8

als Gegenelektrode dienenden Rohres angeordnet und der Strahlerunterlage 4 geschaffenen Feldes, sein, welches mindestens auf seiner Innenwandung leit- An Stelle des Alphastrahlers kann in den Einrich-

fähig ist. Es werden mehrere Strahler vorgesehen, tungen gemäß Fig. 1 und 2 und den weiter unten zu die in einer zur Luftströmung normal liegenden 5 beschreibenden Einrichtungen gemäß Fig. 3 bis 8

Fläche derart verteilt und gerichtet sind, daß die auch ein Betastrahler Verwendung rinden, dessen

Strahlungsbereiche der einzelnen radioaktiven Prä- Ionisierungsbereich anstatt durch eine Braggsche

parate zum größten Teil in den Strömungsquerschnitt Zone durch eine Zone maximaler Reichweite der

fallen und den ganzen Querschnitt des Luftstromes Betastrahlen abgegrenzt ist. Es eignen sich besonders erfüllen. Vorzugsweise wird im Sinne der Luft- io radioaktive Stoffe (z. B. Tritium), die verhältnis-

strömung hinter der Zone maximaler Strahlenbreite mäßig sehr weiche, stark ionisierende Betastrahlen

mindestens eine den Strömungsquerschnitt ganz er- emittieren.

füllende, durchbrochene Gegenelektrode angeordnet. Da die sich in Richtung auf die Siebelektrode 8 Es können auch zwei derartige Elektroden hinterein- bewegenden Ionen nicht nur den elektrischen Feldander angebracht sein, die sich auf verschiedenen 15 kräften, sondern auch den Strömungskräften der bePotentialen befinden. Schließlich kann im Sinne der wegten Luft unterliegen, kann unter gegebenen UmLuftströmung vor dem radioaktiven Präparat eine ständen ein Ionendurchgriff durch die Elektrode 8 den Strömungsquerschnitt ganz erfüllende, durch- in den stromabwärts von 8 gelegenen Raum erfolgen. brochene Gegenelektrode angeordnet sein. Nach dem Es ist zum Zwecke der optimalen Beladung der susradioaktiven Präparat und dicht vor seiner Ober- 20 pendierten Materie manchmal wünschenswert, die fläche ist eine netzförmige Elektrode zum Schutz der durch die Elektrode 8 hindurchgetretenen Ionen abzuemittierenden Schicht vor Verschmutzung angeordnet. bremsen und dicht unter dieser ein Gebiet höherer In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele Ionenkonzentration aufzubauen. Wie im Beispiel geder erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch dar- maß Fig. 3 gezeigt wird, kann dieses Ziel mit Hilfe gestellt, wobei die Verwendung der bereits er- 25 einer weiteren Siebelektrode 9 erreicht werden, die wähnten Alphastrahlen emittierenden Schichten an sich auf einem Potential zwischen jenem der Elekder Oberfläche metallischer Träger zugrunde gelegt trode 8 und der Elektrode 4 befindet. Im Raum 10 ist. Es zeigt findet bei passender Wahl der Potentialdifferenz Fig. 1 ein erstes Beispiel, zwischen den Elektroden 8 und 9 die erwünschte Fig. 2 ein zweites Beispiel, 30 Bremsung und Konzentrationserhöhung der Ionen Fig. 3 ein drittes Beispiel, statt.

Fig. 4 ein viertes Beispiel, Bringt man ferner stromaufwärts vom Alpha-Fig. 5 eine Variante zu Fig. 3, strahler eine weitere Siebelektrode 11 an, wie dies Fig. 5 a im Querschnitt eine Variante zu Fig. 5, beim Beispiel gemäß Fig. 4 gezeigt ist, so wirkt sich Fig. 6 eine Variante zu Fig. 4, 35 auch diese Elektrode, wenn sie auf das Potential der Fig. 7 eine Variante einer Einzelheit der Beispiele Elektroden 2 und 8 oder ein davon wenig verschienach den Fig. 1 bis 6 und denes gebracht wird, günstig auf die unipolare und Fig. 8 ein fünftes Beispiel, wobei gleiche Elemente optimale Aufladung der im Luftstrom suspendierten in allen Figuren mit den gleichen Bezugszahlen ver- Schwebstoffe aus. Die Wirkung der Elektrode 11 besehen sind. 40 ruht auf dem Einfluß des von ihr zusammen mit den Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung zum elektrischen übrigen Elektroden gebildeten elektrischen Feldes Beladen von in einem Luftstrom suspendierter Ma- auf die Gesamtverteilung der zur Ladung benutzten terie mittels Alphastrahlern besitzt ein rohrförmiges Ionen im luftdurchströmten Querschnitt. Gehäuse 1 aus Isoliermaterial, das im Betrieb in In allen Fällen, in denen der Querschnitt des die Richtung des Pfeiles w vom Luftstrom durchströmt 45 suspendierte Materie enthaltenden Luftstromes größer wird. Im Gehäuse 1 ist eine zylindrische Metallelek- ist als der Schnittkreis von Strahlungskegel und trode 2 angeordnet, in deren Achse ein Alphastrahler 3 Zone maximaler Reichweite bzw. Braggscher Zone, auf einer elektrisch leitenden Unterlage 4 vorgesehen sind zweckmäßig w'k beim Beispiel gemäß Fig. 5 ist. Der innere Halbmesser der Metallelektrode 2 ist mehrere radioaktive Präparate 15 in einer zur Luftetwa gleich groß wie der Halbmesser des senkrecht 50 strömung senkrechten Fläche angeordnet. Ihre Verzur Zeichnungsebene liegenden Schnittkreises des teilung in dieser Fläche und die Ausrichtung ihrer Strahlungskegels 5 des Strahlers 3 mit der Bragg- Strahlungskegel ist dabei derart vorgenommen, daß sehen Zone 6. der ganze Querschnitt des Luftstromes mit den Der Alphastrahler 3 strahlt hierbei in der Rieh- Strahlungsbereichen der einzelnen radioaktiven Prätung w der Luftströmung und wird gegenüber der 55 parate bzw. von Braggschen Zonen 16 erfüllt wird Zylinderelektrode 2 durch eine Batterie 7 auf Span- und die Strahlungskegel 17 der einzelnen Präparate nung gebracht. Die geometrische Konfiguration der 15 noch möglichst vollständig innerhalb des Luftverwendeten Elektroden und das dadurch bedingte stromes liegen. Bei der in Fig. 5 a im Querschnitt geelektrieche Feld bewirken, erfahrungsgemäß die Ent- zeigten Variante ist als radioaktives Material Tristehung eines überwiegenden Überschusses von Ionen 60 tium vorgesehen. Die einzelnen Präparate 15 a sind des Vorzeichens der Elektrode 4, vor allem in jenen als Streifen ausgebildet, die in einer radialen Ebene Räumen, die für die schließliche Beladung der suspen- des zylindrischen Gehäuses 1 parallel zueinander andierten Materie ausschlaggebend sind. geordnet sind.

Beim Beispiel gemäß Fig. 2, das im übrigen gleich Es ist leicht einzusehen, daß das mittels der Elekausgebildet ist wie die Einrichtung nach Fig. 1, ist am 65 troden 4, 2, 8 und 11 errichtete elektrische Feld auf stromabwärts liegenden Ende der Elektrode 2 außer- bereits beladene Materie des Luftstromes eine gehalb der Braggschen Zone 4 ein mit der Elektrode 2 wisse abscheidende Wirkung ausübt, die zur Bildung verbundenes Metallsieb 8 angeordnet, das als zusatz- von Niederschlagen auf den Elektroden führt. Findet liehe Gegenelektrode dient. Mittels dieser Siebelek- eine solche Abscheidung auf der Elektrode 4 statt, trode 8 erreicht man in der Braggschen Zone 6 eine 70 so kann sie durch Absorption zur Herabsetzung der

Alphaemission von 3 und dadurch zur erheblichen Verminderung der Gesamtzahl der erzeugten Ionen fähren. Begünstigt wird eine solche Abscheidung durch die hohen Feldstärken des in der Nahumgebung von 4 stark inhomogenen Feldes. Setzt man jedoch wie im Beispiel gemäß Fig. 6 eine netzartige Elektrode 12 geringer räumlicher Ausdehnung wenige Millimeter vor die Strahlen emittierende Fläche 3 und bringt die Elektrode 12 auf das Potential der Elektrode 4, so¹ wird die Niederschlagsbildung auf der Fläche 3 weitgehend vermieden. Die ionisierenden Strahlen werden durch eine vorgesetzte Netzelektrode passender Ausführung nur sehr wenig geschwächt, und die elektrischen Feldverhältnisse der gesamten Anordnung ändern sich ebenfalls nur geringfügig.

Eine weitere Möglichkeit der Bildung von absorbierenden Niederschlagen auf der radioaktiven Schicht 3 liegt in der Ausbildung der bekannten Strömungswirbel stromabwärts der metallischen Unterlage 4 des Strahlers. Aus diesen Wirbeln wird die suspendierte Materie ausgetragen und auf der Oberfläche von 3 abgelagert. Eine Einrichtung in Form des Stromliiiienkörpers 13 gemäß dem Beispiel in Fig. 7 zur teilweisen Verkleidung der metallischen Unterlage 4 und der strahlenden Schicht 3 verhindert auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten das Auftreten der Wirbel und die Bildung eines Niederschlages auf der aktiven Fläche.

In allen Fällen, in denen die elektrisch zu beladende Luft in einen Querschnitt einströmen soll, der kleiner ist als der Querschnitt des Schnittkreises von Strahlungskegel 5 und Zone maximaler Reichweite bzw. Braggscher Zone 6, wäre die ionisierende Wirkung des Strahlers 3 nicht voll ausgenutzt, wenn man die Luft bereits im Beladungsraum auf diesen Querschnitt einengen würde. Zweckmäßigerweise läßt man in diesen Fällen die Luft zunächst zur elektrischen Beladung in der oben, beschriebenen Weise ein zylindrisches Rohr 2 durchströmen, dessen Halbmesser etwa gleich dem Halbmesser des erwähnten Schnittkreises ist, und erst hiernach durch ein sich verengendes Isolierrohr in den verkleinerten Querschnitt einmünden. Eine derart ausgebildete Variante ist in Fig. 8 dargestellt. Dieses Vorgehen bringt nicht nur den Vorteil einer besseren Ausnutzung der ionisierenden Wirkung des Strahlers, sondern auch den Vorteil, daß infolge der geringeren Luftgeschwindigkeit im eigentlichen Beladungsraum die Verweilzeit der suspendierten Materie in der mit Ionen ausschließlich eines Vorzeichens gefüllten Zone vergrößert ist.

Claims (13)

PATENTANSPRÜCHE: 55

1. Einrichtung zur elektrischen Beladung von in einem Luftstrom suspendierter Materie mittels mindestens eines auf elektrisch leitfähiger Unterlage angeordneten radioaktiven Präparates, dessen Strahlen emittierende Schicht dem Luftstrom ab- 6u gewandt ist, gekennzeichnet durch mindestens eine außerhalb der Reichweite (6) der ionisierenden Strahlen und des wirksamen Strahlenkegels (5) angebrachte Gegenelektrode (2 bzw. 8), wobei zwischen der leitfähigen. Unterlage (4) des Präparates (3 bzw. 15) und der Gegenelektrode mittels einer Gleichstromquelle (7) eine Potentialdifferenz hergestellt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das radioaktive Präparat (3) in der Symmetrieachse eines zylindrischen, von. dem Luftstrom durchflossenen und als Gegenelektrode dienenden Rohres (2) angeordnet ist, das mindestens auf seiner Innenwandumg leitfähig ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Strahler (15 bzw. 15 a), die in einer zur Luftströmung normal liegenden Fläche derart verteilt und gerichtet sind, daß die Strahlungsbereiche der einzelnen radioaktiven Präparate zum größten Teil in den Strömungsquerschnitt fallen und den ganzen Querschnitt des Luftstromes erfüllen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sinne der Luftströmung hinter der Zone maximaler Strahlenreichweite (6) mindestens eine den Strömungsquerschnitt ganz erfüllende, durchbrochene Gegenelektrode angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sinne der Luftströmung hinter der Zone maximaler Strahlenreichweite (6) zwei den Strömungsquerschnitt ganz erfüllende, durchbrochene Gegenelektroden (8 und 9) hintereinander angebracht sind;, die sich auf verschiedenen Potentialen befinden.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sinne der Luftströmung vor dem radioaktiven Präparat (3) eine den Strömungsquerschnitt ganz erfüllende, durchbrochene Gegenelektrode (11) angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sinne der Luftströmung nach dem radioaktiven Präparat (3) und dicht vor seiner Oberfläche eine netzförmige Elektrode (12) zum Schutz der emittierenden Schicht vor Verschmutzung angeordnet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das radioaktive Präparat (3) in einer einseitig offenen, stromlinienförmigen Verkleidung (13) angeordnet ist.

9. Einrichtung. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt hinter der Zone maximaler Strahlenreichweite (6) durch eine verendende Luftführung (1) aus Isolationsmaterial verkleinert ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Zone maximaler Strahlenreichweite (6) ein Absaugrohrstutzen angeordnet ist, dessen Querschnitt höchstens gleich dem vom Strahlungsbereich erfüllten Querschnitt ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Absaugrohrstutzen allmählich auf einen gewünschten Querschnitt verengt ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale elektrische Beladung der im Luftstrom suspendierten Materie bei Variation des Luftstromes durch Variation der Potentialdifferenz zwischen leitfähiger Unterlage des radioaktiven. Präparates und. der Gegenelektrode erzielt wird.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenzen von einem gemeinsamen Spannungsteiler abgenommen werden, dessen Strom nach Maßgabe der Luftströmungsgeschwindigkeit einstellbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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