DE1221366B - Verfahren zur Unterscheidung radioaktiver Isotope und Anordnung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur Unterscheidung radioaktiver Isotope und Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens Bei der Überwachung von Oberflächenwasser, Meerwasser, Milch, Luft und anderen Medien auf radioaktive Verunreinigung ist die diesen Medien eigentümliche natürliche Radioaktivität sehr störend, weil sie die meist schwächere künstliche Radioaktivität, welche festgestellt werden soll, überdeckt.
• Umständliche chemische und physikalische Abtrennungsverfahren, welche die natürlichen radioaktiven Isotope von den künstlichen Isotopen trennen, sind deshalb heute allgemein üblich.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterscheidung radioaktiver Isotope mit Hilfe zweier von der zu untersuchenden Strahlung durchsetzter, durch eine Absorptionsfolie getrennter und in Koinzidenz geschalteter Zähler, sowie Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens. Damit ist es möglich, das Auftreten künstlicher Isotope ohne chemisch-physikalische Abtrennungsverfahren sofort messend zu erkennen, weil die Art der natürlichen Radioaktivitäten in den meisten Fällen bekannt ist oder ermittelt werden kann.
• Als Detektoren werden dazu Zähler, bei welchen die Meßstrahlung durch Ionisierung elektrische Impulse erzeugt, benutzt.
• In bekannter Weise wird zwischen zwei Zählern bzw. Zählsystemen, welche von der Strahlung des Isotopengemischs geradlinig durchsetzt werden, eine Absorptionsfolie angebracht. Ihr optimales Flächengewicht wird nach der mittleren Energie der Strahlung bestimmt. Die von beiden Zählern abgegebenen Impulsraten (Zahl der Impulse pro Zeiteinheit) stehen dann in einem bestimmten Verhältnis, welches von der mittleren Energie eines Isotopengemischs, von der Größe der Absorption und der Geometrie der Zählsysteme abhängt. insert sich die mittlere Energie, d. h. tritt im Isotopengemisch ein neuer Strahler anderer Energie zusätzlich auf, so ändert sich das Verhältnis der von den Zählsystemen abgegebenen Impulsraten. Die Erfindung besteht darin, daß die Impulse des einen Zählers in ihrer Amplitude oder Zeitdauer so eingestellt werden, daß für das einer vorgegebenen mittleren Strahlungsenergie entsprechende Verhältnis der Zählraten in den beiden Zählern der zeitliche Mittelwert der Impulse in den beiden Zählkanälen gleich wird und daß mit Hilfe einer an sich bekannten integrierenden Differenzschaltung die Differenz der Mittelwerte gebildet wird, so daß das Auftreten eines von Null verschiedenen Differenzwertes das Vorhandensein eines Isotopes mit einer von der vorgegebenen mittleren Strahlungsenergie abweichenden Energie anzeigt, während die Anzeige bei einem Isotop mit der vorgegebenen mitt- leren Strahlungsenergie unabhängig von dessen absolutem Aktivitätspegel stets Null ist.
• Die genaue Verhältnismessung der beiden Impulsraten setzt voraus, daß der sogenannte Nulleffekt in den Zählsystemen bzw. Zählern möglichst klein ist.
• Außer der bekannten Abschirmung der Zähler mit Blei oder Stahl gegen die Umgebungsstrahlung, wird deshalb bei einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung eine Koinzidenz schaltung zur Verringerung des Nulleffekts vorgesehen, welche bewirkt, daß nur die von dem hinter der Absorptionsfolie liegenden Zähler abgegebenen Impulse, welche gleichzeitig auch im anderen Zähler auftreten, zur Differenzmessung benutzt werden.
• Auch die Höhenstrahlung verursacht jedoch in beiden Zählern gleichzeitig auftretende, durchAbschirmung nicht zu beseitigende Impulse. Sie werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß ein Antikoinzidenzzähler über den beiden Zählern angeordnet wird, welcher mittels einer Antikoinzidenzschaltung die von der Höhenstrahlung in den beiden Zählern ausgelösten Impulse unwirksam macht.
• Zur Bildung bzw. Messung eines Differenzwertes tragen damit nur die allein vom Isotopengemisch in beiden Zählern hervorgerufenen Impulse bei. Wird die Absorptionsfolie weggelassen, so ist deshalb mittels des Zählers, welcher hinter der Absorptionsfolie liegt, eine praktisch nulleffektfreie Messung der Brutto aktivität des Isotopengemischs möglich.
• Um höchste spezifische Empfindlichkeiten bei der Verhältnismessung zu erreichen, werden gemäß eines weiteren Erfindungsgedankens die Zähler als großflächige Proportionalzähler, wie sie in jüngster Zeit bekanntgeworden sind, ausgeführt.
• Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Erfindung. In der Meßschale 1 befindet sich das zu untersuchende Isotopengemisch. Seine Strahlung durchsetzt geradlinig die beiden großflächigen Zähler 2 und 3. Zwischen den beiden Zählern ist eine Absorptionsfolie 4 angebracht. Sie ist so bemessen, daß bei bekannter mittlerer Energie des Isotopengemischs seine Strahlung durch Absorption etwa auf die Hälfte verringert wird. Die von den beiden Zählern 2 und 3 abgegebenen Impulsraten stehen damit in einem bestimmten, für das Isotopengemisch bzw. für seine mittlere Energie charakteristischen Zahlenverhältnis.
• Um die von den Zählern 2 und 3- herrührenden Impulse weitgehend vom Nulleffekt zu befreien, ist über den beiden Zählern ein allseits geschlossener Schirmzähler 5 angebracht; alle drei Zählsysteme sind mit einem abschirmenden Blei- bzw. Stahlmantel 6 umgeben, welcher die Umgebungsstrahlung abschirmt.
• Die von den drei Zählsystemen 2 3 und 5 abgegebenen Impulse werden von den Verstärkern 7, 8 und 9 verstärkt. Zur Befreiung von störenden Impulsen durchlaufen die vom Zähler 3 herrührenden Impulse eine Koinzidenzschaltung 10, derart, daß nur die in 2 und 3 gleichzeitig auftretenden, also die vom Isotopengemisch herrührenden Impulse zur Differenzmessung gelangen. Da auch die Höhenstrahlung, welche die Abschirmung 6 durchdringt, in 2 und 3 gleichzeitig auftretende Impulse verursacht, werden diese mittels der Antikoinzidenzschaltungen 11 und 12 unwirksam gemacht, d. h., jeder im Schirmzähler 5 von der Höhenstrahlung verursachte Impuls mit dem gleichzeitig auch in den Zählern 2 und 3 Impulse erzeugt werden, unterdrückt diese in den Schaltungen 11 und 12 in bebekannter Weise.
• Die die Antikoinzidenzschaltungen 11 und 12 verlassenden und zur Differenzmessung gelangenden Impulse sind weitgehend von jeder Störstrahlung befreit; damit ist eine genaue Differenzmessung möglich. Da praktisch kein Nulleffekt vorhanden ist, können so Messungen mit höchster Empfindlichkeit ausgeführt werden.
• Zur Differenzmessung werden die 11 und 12 verlassenden und zum Teil gleichzeitig auftretenden Impulse mittels der Verzögerungsleitung 13 zeitlich gegeneinander verschoben, so daß am Eingang der Impulsformer 14 und 15 gleichzeitig Impulse praktisch nicht mehr vorhanden sind. Es läßt sich zeigen, daß dies für die richtige Wirkungsweise der aus den Röhren 16 und 17 gebildeten Differenzschaltung erforderlich ist. An den Klemmen a und b können bei Vorliegen sehr kleiner Impulsraten digitale Zähler angeschlossen werden.
• Die vom Zähler 2 herrührenden Impulse gelangen über eine Schaltung 23 an das Gitter der Differenzröhre 16, die des Zählers 3 an das Gitter der Differenzröhre 17. In bekannter Wirkungsweise geben die beiden Röhren positive bzw. negative Ladungsstöße auf den Kondensator 18. Seine Spannung ist Null, wenn das Verhältnis der positiven Ladungsmenge pro Impuls aus -dem einen Kanal zur negativen La-. dungsmenge pro Impuls aus dem anderen umgekehrt gleich dem Verhältnis der Impulsraten aus beiden Kanälen ist Diese Einstellung erfolgt in der Schaltung 23, welche die zeitliche Dauer oder die Amplitude der einzelnen Impulse zu verändern gestattet.
• Bei Abweichung von einem eingestellten fest vorgegebenen Verhältnis der Impulsraten überwiegt entweder die dem Kondensator 18 zugeführte positive oder negative Ladungsmenge, und die Spannung am Kondensator wird positiv oder negativ und mittels eines Gleichstromverstärkers 20 verstärkt mit dem Instrument 21 oder dem Schreiber 22 zur Anzeige gebracht. Die Abweichung von Null in der Anzeige kann bei jedem eingestellten Verhältnis als in Impulsen geeichte Differenz gegen Null zur Anzeige gebracht werden. Wie gezeigt werden kann, erleichtert dies in bestimmten Fällen die Identifizierung künstlicher Strahler gegenüber natürlichen Strahlern. Die -Polar-ität-der--A-bweichung gegen Null gibt an, ob der unbekannte Strahler eine größere oder kleinere mittlere Energie hat, als die, für welche die Differenzmessung auf Anzeige Null gestellt wurde.
• Zum besseren Verständnis sei an einem Beispiel eine Anwendung des Erfindungsgedankens beschrieben. Bekanntlich bereitet die Messung von Milch auf Verseuchung durch künstliche radioaktive Isotope (Sr90, Sr89, Cs137, J131 USW.) aus dem sogenannten fall-out große Schwierigkeiten und bedarf umfangreicher und zeitraubender Arbeiten (Dauer bis zu 14 Tagen). Sie sind erforderlich, weil das in der Milch enthaltene Kalium40 meist eine stärkere natürliche Radioaktivität darstellt und eine direkte Messung unmöglich måcht. Wird durch Anwendung einer Absorptionsfolie die Strahlung des Kaliums etwa zur Hälfte absorbiert und dann gemäß der Erfindung für das der Kaliumstrahlung entsprechende Zählratenverhältnis die Differenzanzeige auf Null eingestellt, so kann sofort bei Auftreten von künstlicher Radioaktivität aus dem fall-out eine Aussage über die Stärke desselben gemacht werden, da die Absorptionsfolie wegen der verschiedenen mittleren Energien (K40 bei 1,46 meV und fall-out bei 0,7 meV) eine klare Unterscheidung ermöglicht. Bei einer eventuell noch folgenden Strontiumabtrennung kann wiederum ohne Wartezeit sofort der Strontium90-Anteil gemessen werden, da Sr90 und Sr89 sich wesentlich in ihrer mittleren Energie unterscheiden.
• Die vorliegende Erfindung bedeutet für die Überwachung auf Radioaktivität einen wesentlichen Fortschritt. Die bekannten natürlichen, der bisherigen Meßtechnik hinderlichen Strahler können meßtechnisch eliminiert werden, die zeitraubenden und aufwendigen Aufbereitungsverfahren entfallen in vielen und wichtigen Fällen. Die kontinuierliche Messung von Flüssigkeiten ist mit höchster Empfindlichkeit auf bestimmte mittlere Energien bzw. Isotopen hin möglich.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Unterscheidung radioaktiver Isotope mit Hilfe zweier von der zu untersuchenden Strahlung durchsetzter, durch eine Absorptionsfolie getrennter und in Koinzidenz geschalteter Zähler, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse des einen Zählers in ihrer Amplitude oder Zeitdauer so eingestellt werden, daß für das einer vorgegebenen mittleren Strahlungsenergie entsprechende Verhältnis der Zählraten in den beiden Zählern der zeitliche Mittelwert der Impulse in den beiden Zählkanälen gleich wird und daß mit Hilfe einer an sich bekannten integrierenden Differenzschaltung die Differenz, der Mittelwerte gebildet wird, so daß das Auftreten eines von Null verschiedenen Differenzwertes das Vorhandensein eines Isotops mit einer von der vorgegebenen mittleren Strahlungsenergie abweichenden Energie anzeigt, während die Anzeige bei einem Isotop mit der vorgegebenen mittleren Strahlungsenergie unabhängig von dessen absolutem Aktivitätspegel stets Null ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Radioaktivität von Flüssigkeiten die Zähler unmittelbar über der Oberfläche derselben angeordnet werden, so daß eine kontinuierliche direkte tSberwachung der Flüssigkeit auf Radioaktivität mit einer von einer vorgegebenen mittleren Energie abweichenden Strahlungsenergie erfolgt.
3. 3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung des Nulleffekts eine Koinzidenzschaltung so mit den beiden Zählern verbunden ist, daß sie nur diejenigen Impulse des hinter der Absorptionsfolie liegenden Zählers, die gleichzeitig mit Impulsen des anderen Zählers auftreten, zu der Differenzschaltung durchläßt.
4. 4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen beide Zähler abschirmenden Antikoinzidenzzähler und eine Antikoinzidenzschaltung, die die von der Höhenstrahlung in den beiden Zählern ausgelösten Impulse unwirksam macht.
5. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähler großflächige Proportionalzähler sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1094379.