DE2150491A1

DE2150491A1 - Strahlungsueberwachungssystem

Info

Publication number: DE2150491A1
Application number: DE19712150491
Authority: DE
Inventors: Lewis Battist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-10-14
Filing date: 1971-10-09
Publication date: 1972-04-20
Also published as: FR2110413A1; GB1368312A; US3767915A

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT

PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

LEWIS BATTISI 205/25

Strahlungs-iTberwachungssystetn

■ Die Erfindung "betrifft ein Strahlungs-ÜberwachungssysteiD zur Erfassung der in der umgebenden Atmosphäre vorhandenen Strahlung und zur Erzeugung von Signalen zur Anzeige der festgestellten Strahlung, die in einer Aufzeichnungseinrichtung speicherbar sind.

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Die maximal zulässige Konzentration radioaktiver Stoffe, die in der Umgebung von Kernenergie-Einrichtungen, . wie zum Beispiel Kernenergie-Kraftwerken, Forschungsanstalten, Wiederaufberei'tungs- und Her ste.Xlungsan lagen für Kernbrennstoffe, medizinischen Anstalten, und dergleichen, auftreten dürfen, ist im allgemeinen gesetzlich geregelt. Zu solchen unerwünschten radioaktiven Stoffen gehören radioaktive Atom-

W arten mit Alpha- und Beta-Zerfall. Da beispielsweise Radionuklide, bei deren Zerfall Alpba-Korpuskularstrahlung auftritt, biologisch besonders gefährlich sind, weil Alpha-Strahlen so-, genannte "Knochen jäger" sind, unterliegt die Konzentration derartiger Isotope im Bereich von Kernenergie-Einrichtungen besonders strengen gesetzlichen Beschränkungen. Zur Ermittlungdes Gehaltes radioaktiver Verunreinigungen der Atmosphäre in· . der Mhe einer Kernenergie-Einrichtung werden vorgegebene Mengen von Luft in der Nähe solcher Anlagen gefiltert, um die Konzentration radioaktiver Stoffe der in der Luft enthaltenen Teilchen in jeder vorgegebenen Luftmenge zu bestimmen. Nachteile dieses Verfahrens bestehen jedoch darin, daß dabei

) gasförmige radioaktive Komponenten nicht feststellbar sind und daß außerdem keine kontinuierliche und unmittelbare Messung des Gehaltes an Radioaktivität möglich ist.

Bei einer anderen bekannten Messmethode, die in Kernenergie-Kraftwerken angewendet wird, wird die Menge der in einem Teil des ausfließenden Gases enthaltenen radioaktiven Stoffe gemessen, bevor das Gas in die umgebende Atmosphäre strömt. Bei der Untersuchung dieser Luftmengen wird in Betracht gezogen, daß diese beim Ausströmen in die Außenatmosphäre mit einer bestimmten Luftmenge der in der untaittel-

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"baren Nähe des Kernkraftwerkes vorhandenen Umgebungsluft verdünnt werden. Es handelt sich hierbei also um ein Stichprobenverfahren, dessen Nachteile darin zu sehen sind, daß nicht sichergestellt ist, ob die gemessenen Stichproben des Gases und der darin enthaltenen Verunreinigungen auch für die gesamte Menge des ausströmenden Gases repräsentativ sind, und daß außerdem eine vollständige oder ausreichende Verdünnung der Verunreinigungen beim Ausströmen in die Atmosphäre angenommen wird, obwohl eine solche Verdünnung in der Praxis nicht immer auftritt.

Weitere Nachteile deT bekannten Strahlungs-Meßtechniken bestehen darin, daß die damit durchgeführten Messungen durch das Vorhandensein der natürlich auftretenden radioaktiven Stoffe und Schwankungen dieser natürlichen Radioaktivität beeinflußt, und möglicherweise sogar verfälscht werden·.

Es ist daher wünschenswert, zwischen natürlichen radioaktiven Stoffen und künstlich erzeugten .radioaktiven Stoffen, die von Kernenergie-Einrichtungen ausströmen, unterscheiden zu können, weil es durchaus möglich ist, daß ein Ansteigen des Gehaltes an Radioaktivität nicht durch ein Anwachsen der Konzentration der künstlich erzeugten radioaktiven Stoffe sondern durch ein Anwachsen der Konzentration der natürlichen Radioaktivität verursacht wird.

Natürlich auftretende radioaktive Komponenten in der Troposphäre werden gewöhnlich durch radioaktive_:Zerfallsreihen der Edelgase Radon und Ühoron beherrscht, die !Produkte

eines natürlichen radioaktiven Zerfalls im Erdinnern sind, und die aus der Erde heraus diffundieren und Teil der Atmosphäre ,werden. Diese Zerfallsreihen enthalten sowohl Alpha- als auch Beta-Strahler. Die metereologischen Bedingungen wirken sich "besonders stark aus und verursachen Konzentrationsänderungen dieser natürlichen Radionuklide in der Atmosphäre. Die result tierende Aktivität sinkt nach einem Regen oder wenn der herrschende Wind beispielsweise vom Ozean oder von einem schneebedeckten 'Landstrich kommt.

Der Erfindung lag nunmehr die Aufgabe zugrunde, unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Umstände und unter Vermeidung der liaohteile der bekannten Meßsysteme ein Strahlungs-Überwachungssystem zu schaffen, welches unmittelbar und kontinuierlich die Konzentration gas- und partikelförmiger radioaktiver Stoffe in der umgebenden Atmosphäre mißt, und zwar unter Berücksichtigung von Fluktuationen der natürlichen Radioaktivität, die durch Änderungen der Wetterbedingungen verursacht sind. Das System soll auch ohne Bedienungspersonal für möglichst lange Zeiträume betriebssicher arbeiten und daher eine möglichst geringe Anzahl beweglicher Teile haben, um den erforderlichen Wartungsaufwand möglichst gering zu halten.

Ausgehend von einem Strahlungs-Überwachungssystem der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Alpha-Strahlungs-Detektor zur Erzeugung von Signalen zur Anzeige einer vorhandenen Alpha-Strahlung und ein Beta-Strahlungs-Detektor zur Erzeugung von Signalen zur Anzeige einer vorhandenen Beta-Strahlung vorgesehen sind, und daß eine

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auf die von diesen Detektoren abgegebenen Alpha- und Beta-Signale ansprechende Vergleichsschaltung zur Erzeugung eines zu der Aufzeichnungseinrichtung übertragbaren Signales zur Anzeige des Verhältnisses der Alpha- und 'Beta-Strahlung vorgesehen ist.

Das erfindungsgemäße Überwachungssystem besitzt neben einem vorteilhaft einfachen Schaltungsaufbau auch eine gegenüber bekannten System erheblich verbesserte Meßgenauigkeit, die dadurch erreicht wird, daß die mit den Ausgängen des Alpha- bzw. Beta-Strahlungs-Detektors verbundene Vergleichsschaltung das Verhältnis der erfaßten Alpha-Strahlung zur erfaßten Beta-Strahlung als Ausgangssignal liefert. Bios bedeutet nämlich, daß dann, wenn keine Änderung des Gehaltes an künstlich erzeugten radioaktiven Stoffen in der umgebenden Atmosphäre auftritt, Fluktuationen der natürlichen Radioaktivität das für diesen Pail konstant bleibende Ausgangssignal der Vergleichsschaltung nicht beeinflussen, weil das Verhältnis der natürlichen Alpha-Strahlung zur natürlichen Beta-Strahlung immer konstant bleibt. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß jede Änderung des Ausgangssignales der Vergleichsschaltung eine Änderung des Gehaltes der künstlichen Radioaktivität in der umgebenden Atmosphäre anzeigt. Durch Verwendung einer Vergleichsschaltung wird auch die Empfindlichkeit bei einem geringen Gehalt an Radioaktivität gegenüber einer Schaltungsanordnung merklich verbessert, bei der die Zahl der Alpha- und Beta-Partikel direkt gemessen und aufgezeichnet wird. IJm ein Ansprechen des Beta-Strahlungsrdetektors auf kosmische Strahlung oder auf Gamraa-Strahlung hoher Energie, die in der Atmosphäre auftreten können, zu verhindern ist "bei .

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einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung eine Reihe von Strahlungs-Detektoren oberhalb des Beta-Strahlungs-Detektor-Systems und zum Teil um dieses herum angeordnet· Das vom Detektor für- kosmische Strahlung erhaltene Signal wird in Antikoinzidenz mit dem Signal des Beta-Detektors verwendet, d.h. es ist eine logische Koinzidenzschaltung vorgesehen, deren Ausgang mit der Vergleichsschaltung verbunden ist, und die auf den Ausgang des Beta-Detektors und auf das Fehlen eines Ausgangssignais von einem in einer abgeschirmten Kammer angeordneten Detektors für kosmische Strahlung anspricht, so daß die Koinzidenz- . schaltung verhindert, daß die Vergleichsschaltung auf eine möglicherweise vom Beta-Strahlungs-Detektor erfaßte kosmische Strahlung anspricht.

Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in der Unteransprüche beschrieben.

Zusammenfassend kann bemerkt werden, daß das erfindungsgemäße Strahlungs-Überwachungssystem, zur kontinuierlichen Erfassung und Messung auch eines geringen Gehaltes an Strahlung und radioaktiven Stoffen in der Atmosphäre bei einer bevorzugten Ausführungsform einen großvolumigen Mehrfach-Scintillations-Detektor für Beta-Strahlung und einen Scintillations-Detektor für A]pna-Korpuskularstrahlung enthält, wobei durch Verwendung einer antikoinzidenten kosmischen Strahlung und einer Abschirmung gegen Protonen hoher Energie eine Verringerung des Einflusses der G-rundstrahlung erreicht

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werden kann. Die Verwendung von Koinzidenz- und Antikoinzidenz-ImpulStechnikeη in Verbindung mit passiven logischen Schaltungen verringern sowohl den Einfluß der Grundstrahlung als auch elektronische Störungen. Wie oben bereits erwähnt wurde, erzeugt ein Detektor für kosmische Strahlung außerdem ein Sperrsignal zur Blockierung des Ausgangs des Beta-Detektors, um dessen Ansprechen auf natürliche kosmische Strahlung zu verhindern.

Weitere Besonderheiten und Torteile der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, in der eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlungs-Überwachungssystemsals Blockschaltbild dargestellt ist. ■

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Das dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strahlungs-Überwachungssystems enthält einen Alpha-Strahlungsdetektor 12, einen Beta-Strahlungsdetektor 14 sowie eine Vergleichsschaltung 16,

die auf den Alpha-Detektor 12 und den Beta- ■ Detektor 14 anspricht und ein Signal zur Anzeige des Verhältnisses der erfaßten Alpha-Strahlung zu der erfaßten Beta-Strahlung erzeugt. Das Überwachungssystem enthält ferner einen Detektor 18 für kosmische Strahlung, der in einer abgedichteten Kammer 20 angeordnet ist, um zu verhindern, daß der Detektor 18 auf außenseitige Beta-Strahlung ansprioirb. Der Detektor 18' blockiert den Ausgang des Beta-Strahlungsdetektors 14 durch Sperren einer elektronischen Koinzidenzschaltung oder einer logischen UND-Schaltung 22, die zwischen dem Beta-Strahlungsdetektor 14 und der Vergleichsschaltung 16 angeordnet ist. Eine Speicherund Aufzeichnungs-Einrichtung 24 empfängt zum Zwecke der. Speicherung und Aufzeichnung Informationen vom Alpha-Detektor 12, vom Beta-Detektor 14, vom Detektor für kosmische Strahlung und von der Vergleichsschaltung 16.

Im Betrieb fangen der Alpha-Strahlungsdetektor 12 und der Beta-Strahlungsdetektor 14 Strahlung auf und erzeugen elektrische Signale, die von der Speicherund Aufzeichnungs-Einheit 24 aufgzeichnet werden. Die Vergleichsschaltung 16 erzeugt dabei ein elektrisches

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Ausgangssignal, welches das Verhältnis der aufgefangenen Alpha-Strahlung zur aufgefangenen Beta-Strahlung angibt, die in der Einheit 24 gespeichert und aufgezeichnet werden. Dieses Verhältnis "bleibt bei Schwankungen der natürlichen Strahlung konstant. Wenn aber das durch die Vergleichsschaltung erzeugte Verhältnissignal anzeigt, daß sich das Verhältnis geändert hat, muß diese Änderung des Verhältnisses durch künstlich hergestellte und in die umgebende Atmosphäre abgegebene radioaktive Stoffe hervorrufen sein.

Die Vergleichsschaltung 16 erzeugt ein Verhältnissignal entweder in. Form eines digital codierten Signales oder eines Analog-Signales, welches eine Anzeiges des Verhältnisses der Anzahl der vom Alpha-Detek-r tor 12 zu der vom Beta-Detektor 14 empfangenen Signale innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls darstellt. Um zu verhindern, daß der Beta-Detektor irrtümlich auf eine kosmische Strahlung anstatt auf Beta-Strahlung anspricht, reagiert die UND-Schaltung 22 auf ein Ausgangssignal des Beta-Detektors 14 und die Abwesenheit eines Ausgangssignals vom Detektor 18 für kosmische Strahlung. Wenn also der Detektor 18 kosmische Strahlen auffängt, ist die UND-Schaltung 22 gesperrt und verhindert somit, daß vom Beta-Detektor 14 ein Ausgangssignal aufgrund der kosmischen Strahlung weitergegeben wird.

Im einzelnen enthält der Alpha-Detektor 12 einen Ausfäll-ScintüLator 25» der Lichtpulse erzeugt,

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wenn Partikel, die Material enthalten, das bei Alpha-Strahlungsemission zerfällt, vom Ausfäll-ScintilLator angezogen werden und auf diesen auftreffen. Der Alpha-Detektor enthält außerdem eine Fotoelektronen-Vervielfaeher-Röhre 26, welche die Lichtpulse auffängt und in elektrische Ausgangspulse umwandelt, sowie eine Be-™ triebsspannungquelle 28 für die Fotoelektronen-Vervielfacher -Röhre 26. Der Ausgang der Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhre 26 ist über eine Leitung 31 mit einem der Eingänge der Vergleichsschaltung 16 und über eine Leitung 33 isit der Speicher- und Aufzeichnungs-Einheit'24 verbunden.

•Der Ausfall-Scintillator 25 ist eine Lucit- Halbkugel, deren Unterseite mit einer dünnen Schicht aus aktiviertem Zinksulfid überzogen ist. Um die Schicht elektrisch leitent zu machen, ist ein nicht dargestellter Leiter in Form eines·leitenden anorganischen Reagens» wie z.B. Magnesium-Perchlorat , oder in Form eines dünnen Kupferdrahtgef!echtes in das Zinksulfid eingebettet, so daß der Leiter, wenn er auf etwa -2 Kilovolt erregt ist, die Partikel zum Zinksulfid anzieht. Lichtpulse werden emittiert, wenn die Alpha-SträäLung mit dem Zinksulfid des Ausfall-Scintillators 25 in Berührung kommt. Für die Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhre 26 kann jede geeignete Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhre verwendet werden, jedoch ist eine bei einem Potential von 1500 Volt betriebene Röhre vom Typ Amperex XP-1000 der Firma Amperex Electronic Corporation of Hicksville, New York, besonders geeigente

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Zur Unterscheidung Qines durch eine auf den Zinksulfid -Schirm auftreffende Alpha-Strahlung erzeugten Lichtpulses von einem durch die'Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhre aufgrund einer elektronischen Störung oder Beta-Strahlungs-Aktivität oder einer kosmischen Strahlung erzeugten Impuls kann die Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhre 26 vorgespannt werden, daß sie nur die größeren aufgrund einer Alpha-Strahlung erzeugten Signale auffängt und die anderen Signale mit niedrigerem Signalpegel abweist. Alternativ kann auch eine nicht dargestellte Begrenzerschaltung verwendet werden, um die unerwünschten Impulse mit bekannten Techniken auszublenden. Die Quelle der unerwünschte!] Impulse ist beispielsweise eine elektronische Störung. Diese elektronische Störung wird .im allgemeinen verursacht durch Dunkelströme in der Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhre, durch aufgrund einer nicht stabilen Betriebsspannung hervorgerufenen Störimpulse oder durch rauschende Schaltungselemente. Es sei vermerkt, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung anstelle des Ausfall-Scintillators auch andere Typen von Alpha-Detektoren, wie z.B. bewegliche Filter-Band-Systeme, verwendet werden.können.

Der Beta-Detektor 14 enthält eine Anordnung von in der schematischen Darstellung mit 35 und 37 bezeichneten Scintillator-Stäben und zwei Spannungsquellen und 40. Die Scintillator-Stabanordnungen 35 und 37 sind identisch aufgebaut,- und es sei vermerkt, daß es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich ist, nur eine

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einzige oder auch drei oder mehr Scintillator-Stabanordnungen zu verwenden. Die Scintillator-Stabanordnung 35 enthält einen Kunststoff-Scint.il.lator-Stab 42 und, zwei an dessen gegenüberliegenden Enden angeordnete Fotoelektronen-Vervielfacher-Ilöhren 44 und 46 zum Auffangen von Lichtpulsen, die durch den Scintillator-Stab 42 erzeugt werden, wenn Strahlung auf ihn einwirkt.

Der Scintillator 42 ist ein fester Stab aus Kunststoffmaterial, wie z.B. p-£erphenyl + 1-1 , 4-4 beta

Phenylbutadien in Polyvinyltoluol oder Polystyrol als Lösungsmittel. Solch ein fester Kunststoff-Scintillator-Stab kann unter der Bezeichnung "SPP fluorescent elastic scintillator" ebenfalls von der Firma Amperex Electronic Corporation of Hicksville, New York, bezogen werden. Stäbe mit einem Durchmesser von 12,7 bis 58, 1 mm in einer Länge von etwa 203 mm wurden bereits mit Erfolg benutzt, jedoch ist es selbstverständlich möglich, auch andere Größen und Formen z"u verwenden. Auch die Anzahl " der Stäbe kann abhängig von der Ansprech-Empfindlichkeit und dem Volumen der zu überwachenden Luft variiert werden. Es sei auch vermerkt, daß im Kahmen der vorliegenden Erfindung anstelle eines festen Kunststoff-Stab-Scintillators auch andere Arten von Scintillator-Material verwendet werden können, wie z.B. ein Kunststoff-Scintillator-Rohr mit einem optisch gekuppelten polymerisierten klaren oder durchsichtigen Methyl-Methacrylat-Kern, ein flüssiges Scintillator-Material, oder ein fester Stab aus !halliumaktiviertem Natriumiodid.

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Die Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhren 44 und 46 fangen Liclitpulse auf, die durch, den Kunststoff-Stab 42 erzeugt werden, wenn radioaktive Strahlung auf den Stab 42 einwirkt. Die Ausgänge 48 und 50 der Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhren 44 und 46 sind den entsprechenden Ausgängen 51 und 53 der Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhren 55 und 57 der Scintillator-StabanOrdnung 37 parallel geschaltet, und die Ausgänge 48 und 51 sind über eine Leitung 59 mit einem der Eingänge der UND-Schaltung 22 verbunden, während die Ausgänge 50 und 53 über eine Leitung 60 mit einem anderen Eingang der UND-Schaltung 22 verbunden sind. Bei Verwendung zusätzlicher Scintillator-Stabanordnungen würden deren Ausgänge in gleicher Weise mit den Ausgängen der Sciritillator-Stabordnungen 35 und 37 parallel geschaltet. Die Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhren sind vorgespannt, · um Störimpulse, wie z.B. durch. Dunkelströme verursachte Impulse, abzuweisen. Ebenso können auch konventionelle Begrenzerschaltungen verwendet werden, um die unerwünschten Impulse fernzuhalten. Wenn bei Betrieb ein Paar der Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhren, beispielsweise die Röhren 44 und 46, einen Lichtpuls im zugehörigen Scintillator-Stab erfassen, ist die UND-Schaltung 22 bei Fehlen eines Ausgangssignals vom Detektor 18 für kosmische Strahlung erregt und gibt über eine Leitung 62 ein Signal an die Speicher- und Aufzeich.nungs-Einh.eit 24 und über eine Leitung 64 ein Signal an die Vergleichsschaltung 16. Durch paarweise Verwendung der Fotoelektronen· Vervielfacher-Röhren und durch Signalerzeugung in Abhängigkeit von der Koinzidenz der Erregung des Röhrenpaares wird

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erreicht, daß elektronische Störungen, wie z.B. Dunkelströme in einer der Röhren» nicht aufgezeichnet werden. Die natürliche Grundstrahlung wird jedoch erfaßt, weil eine Aufzeichnung dieser Information erwünscht ist. Dies "bedeutet im Ergebnis, daß die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung in der Lage ist, elektronische Stö-" rungen von einer radioaktiven Grundstrahlung zu' unterscheiden. Außerdem wird durch die Verwendung eines Paares von Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhren für jeden Seintillator-Stab und. durch Verwendung einer Koinzidenzschaltung' auch eine Verringerung der Störung erreicht« Weil die Zeitkonstante der Fluorescent des Scintillatorstabes und die Zerfallskonstante in der Größenordnung von Nanosekunden liegen und für den durch den Stab erzeugten Eichtpuls klein sind, kann eine logische Schnellzeit-Koinzidenzschaltung mit einer in Nanosekunden gemessenen Schaltzeit verwendet werden, indem zwei an den entgegengesetzten Enden des Stabes angeordnete Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhren vorgesehen werden. Bei Verwendung einer getrennten Spannungsquelle, wie z.B. der Spannungsquelle 39, für jede einzelne der Foto-Vervielfacher-Röhren, wie z.B. der Röhre 44, wird für eine Scintillator-Stabanordnung keine durch die Spannungsquelle erzeugte elektronische Störung aufgezeichnet, weil die UND-Schaltung 22 nur bei Koinzidenz eines von einem Röhrenpaar empfangenen Signalpaares anspricht.

Der Detektor 18 für die kosmische Strahlung enthält eine Mehrfachanordnung von Scintillator-Blockeinheiten, wie sie in der Zeichnung mit 66 und 68 bezeichnet sind, sowie ein Paar von Spannungsquellen 71 und 73. Die Scintilla-

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tor-Blockanordnung 66 ist identisch, mit der Anordnung 68 und enthält einen Scintillatorblock 75» ^an dessen gegenüberliegenden Enden jeweils eine.von zwei Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhren 77 und 79 angeordnet ist , um Lichtpulse aufzufangen, die durch, den Scintillator-Block 75 in Abhängigkeit von kosmischer Strahlung erzeugt werden. Die Scintillator-Blöcke wie z.B. der Scintillator-Block 75, bestehen aus Scintillator-Kunststoffmaterial, und zwar z.B. aus dem gleichen Material wie es bsi den Scintillator-Stäben der Scintillator-Stabanordnungen 35 und 37 verwendet ist.

Ein Ausgang 80 der Fotoelektronen-Vervielfacher■ Röhre 79 der Scintillator-Blockanordnung 66 und ein Ausgang 82 der Röhre 84 der Blockanordnung 68 sind parallel geschaltet und mit einem der Eingänge eines UND-Tores 86 über eine Leitung 88 verbunden. In gleicher Weise ist ein Ausgang 90 der Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhre 77 mit einem Ausgang 92 der Röhre 94 parallel geschaltet und die beiden Ausgänge sind über eine Leitung 96 mit dem anderen Eingang des UND-Iores 86 verbunden. Der Ausgang der UND-Schaltung 86 ist über eine Leitung 98 mit der Speicherund Aufzeichnungs-Einheit 24 verbunden, um Messungen kosmischer Strahlung aufzuzeichnen. Der Ausgang der UND-Schaltung 86 ist außerdem über eine Leitung 101 mit dem Eingang eines logischen Inverter-Tores oder einer Neinschaltung 99 verbunden, deren Ausgang mit einem der Eingängp der UND-Schaltung 22 verbunden ist.

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Dies führt Im Ergebnis dazu, daß die Neinschaltung 99 erregt ist und die UND-Schaltung 22' sperrt, wenn der Detektor 18 das Auftreten einer kosmischen Strahlung feststellt. Somit ist sichergestellt, daß auch dann, wenn der Beta-Detektor 14 irrtümlich auf die. kosmische Strahlung anspricht, dieser Fall durch die Speicher- und Aufzeichnungs-Einheit 24 nicht irrtümlich als Beta-Strahlung aufgezeichnet wird. Der Detektor 18 für kosmische Strahlung dient somit als Abschirmung für den Beta-Detektor 14 anstelle einer schweren, viel Platz beanspruchenden. Bleiabschirmung. Eine solche Bleiabschirmung müßte zur Dämpfung einer Proton-Elektron-Kaskade, die sich bei einem Schauer natürlich auftretender Strahlung aus der umgebenden Atmosphäre ergibt, zwangsläufig eine Dicke von 20,32 cm haben.

Bei einer typischen und zweckmäßigen Detektoreinrichtung des erfindungsgemäßen Strahlungs-Überwachungssystems sind der Alpha-Strahlungsdetektor und der Beta-Strahlungsdetektor vorzugsweise in einer Luftkammer eines geeigneten Gehäuses angeordnet, welches einen Einlaß und einen Auslaß besitzt, so daß eine Einrichtung zur Luftbewegung, wie z.B. ein Ventilator , eine bestimmte, bekannte Luftmenge kontinuierlich vom Einlaß zum Auslaß an beiden Detektoren vorbeibewegen kann, wobei die Detektoren kontinuierlich die Strahlung in der Luft der umgebenden Atmosphäre messen können. Anstelle einer Luftumwälz-Einrichtung kann auch natürliche Zirkulation verwendet werden.

Der Detektor für kosmische Strahlung ist in einer abgedichteten Kammer untergebracht, die über der Luftkammer mit den Alpha- und Beta-Detektoren angeordnet ist, so daß sie die Luftkammer gegen einen Luftschauer kosmischer Strahlung von oben her abschirmt. Alternativ kann bei Verwendung einer größeren Anzahlung von Scintillator -Bl ockan Ordnungen die abgedichtete Kammer, in der der Detektor für kosmische Strahlung untergebracht ist, die Luftkammer ganz oder zumindest teilweise umschließen. In diesem Zusammenhang sei vermerkt, daß bei Verwendung einer größeren Anzahl von Scintillator-Blockanordnungen für den Detektor für kosmische Strahlung diese in einer Parallelschaltung mit den in der Zeichnung dargestellten Anordnungen 66 und 68 geschaltet würden.

Die Potoelektronen-Vervielfacher-Röhren jeder Scintillator-Blockanordnung werden jeweils durch eine getrennte Spannungsquelle erregt, so daß sichergestellt ist, daß Störsignale von der Spannungsquelle nicht irrtümlich von der Speicher- und Aufzeichnungs-Einheit 24 aufgezeichnet werden, weil die UND-Schaltung 86 nur bei Koinzidenz eines durch die beiden Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhren erzeugten Signal-Paares erregt wird.

Zwar werden getrennte Paare von Spannungsqueller: für den Alpha-Detektor 12 _f den Beta-Detektor 14 und den Detektor 18 für kosmische Strahlung verwendet, jedoch ist es auch möglich, ein gemeinsames Paar von Spannungsteiler für alle drei Detektoren zu verwenden, solange für jedes mit einer einziges Scintillator-Anordnung verbünde Paar von Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhren zwei verschiedene Spannungsquellen verwendet werden.

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Zwölf Scintillator-Stäbe in einer rech.tecki.tien Anordnung wurden bereits erfolgreich, eingesetzt zur Überwachung von Luft mit Konzentrationen von 1O~ Kikrocurie ^!: pro Kubikzentimeter beta-emittierenden radioaktiven Materials. Die Entfernung der im Rechteck angeordneten Stäbe hängt ab vom Detektor-Wirkungsgrad für Spaltprodukte beta-emit-cierea&er Radionuklide. Ein Abstand von 0,305 Meter zwischen den Xittelachsen von Stäben in einer quadratischen Anordnung ergibt ein enthaltenes Luftvolumen, daß bei einer tatsächlich gebauten Ausführungsform der Erfindung 0,266 m beträgt.

Zusammenfassend wird nun im folgenden noch die Funktion des gesamten Systems beschrieben;

• Ein Teil der umgebenden Atmosphäre wird über ein geeignetes Einlaßrohr dem Alpha-Ausfäll-Scintillator zugeführt, in dem Makroteilchen elektrostatisch abgelegt und die Aljba-Aktivität bestimmt wird. Die Luft und darin enthaltene radioaktive und andere Gase werden dann in die .Rainer mit dem Beta-Scintillation-Detektor geleitet. Vorzugsweise wird eine konventionelle Diffusor-Platte mit Öffnungen benutzt, die mit Führungsflügeln versehen sind, um einen gleiota.-.förmigen Luftstrom durch die Kammer sicherzustellen. Anschließend tritt die Luft durch eine andere Liffusor-Platte in einen Luftspeicherraum, aus dem sie durch ein geeignetes Auslaßrohr wieder in die AußenatmoSphäre abgesaugt wird.

Die Beta-Detektor-Anordnung spricht auf gasförmige Komponenten an, die bei Emission eines Beta-Partikels oder eines Protons niedriger Energie einem radioaktiven Zerf&II

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unterworfen' sind. Die Wirkung der Abschirmung 20 "für kosmische Strahlung, des Beta-Detektors 14- und 'des Alpha-AusfÜll-Scibtillator-Detektors' 12 und deren '!Beziehungen untereinander ia ein-" zelnen wurden weiter oben "bereits hes'chrielien. Somit wird deut? lieh, daß die Information von jeden] Detektor und von der IPo-' ■'■ schirmung gegen kosTDische Strahlung Eingangssignale für die
Speicher- und Aufzeichntings-Einheit iDilden, von der Si^^de
unter Verwendung einer konventionellen Schaltungsanordnung zu
einer fernbedien"ba,ren Ausgabe- oder Iieseeinrichtung übertragen werden können.

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Claims

Patentansprüche :

1. /Strahlungs-Überwachungssystem zur Erfassung der in der uxzgebenden Atmosphäre Torhandenen Strahlung und zur Erzeugung von Signalen zur Anzeige der festgestellten Strahlung, die in einer Aufzeichnungseinrichtung speicherbar sind, dacu.rch gekennzeichnet, daß ein Alpha-Strahlungs-Detektor zur Erzeugung von Signalen zur Anzeige einer vorhandenen Alpha-Strahlung und ein Beta-Strahlungs-Detektor zur Erzeugung von Signalen zur Anzeige einer vorhandenen Beta-Strahlung vorgesehen sind, und daß eine auf die von diesen Detektoren abgegebenen Alpha- und Beta -Signale ansprechende Vergleichsschaltung zur Erzeugung eines zu der Aufzeichnungseinrichtung übertragbaren Signales zur Anzeige des VeriiLLMisses der Alpha- zur Beta-Strahlung vorgesehen ist.

Strahlungs-Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß· in dem System zusätzlich ein zur Erzeugung von Signalen zur Anzeige des Vorhandenj kosmischer Strahlung sowie eine auf diese Anzeige-Signc kosmischer Strahlung und die Beta-Strahlungs-Anzeige-S: ansprechende Sperreinrichtung derart vorgesehen si.:; , -aß die Sperreinrichtung bei Koinzidenz eines kosraische.- Jtrahlungssignales und eines Beta-Strahlungssignales gesperrt ist

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und somit ein Ansprechen der Vergleichsschaltung auf gegebenenfalls vom Beta-Detektor erfaßte kosmische Strahlung verhindert.

3. Strahlungs-ÜberwachungssystenTnac.h Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß der Beta-Detektor einen Scintillations-Detektor zur Erfassung einer Beta-Strahlung und ein Paar an diesem Scintillations-Detektor angeschlossene und auf von diesem erzeugte lichtpulse ansprechende Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhren enthält, daß ferner zwei jeweils einzeln an die Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhren angeschlossene Erregerspannungsquellen vorgesehen £ind, und daß die Sperreinrichtung eine bei Koinzidenz der von den Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhren erzeugten Beta-Anzeige-Signale ansprechende Koinzidenzschaltung enthält«

4. Strahlungs-Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Alpha-Detektor einen Ausfäll-Scintillator einschließt, der durch einen Schirm aus aktiviertem Zinksulfid und einer darin eingebetteten elektrisch erregbaren Leiteranordnung gebildet ist, daß eine auf Lichtpulse ansprechende 3?otoelektronen~Vervielfacher-Röhre zur Erzeugung der Alfa-Anzeige-Signale vorgesehen ist, wobei Lichtpulse unter Einwirkung einer Alfa-Strahlung durch den Zinksulfid-Schirm erzeugt werden.

5. Strahlungs-Überwachungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Beta-Detektor eine zusätzliche Anzahl von Scintillator-Anor,dnungen: mit jeweils paarweise vorgesehenen Ausgängen enthält, und.daß korrespon-

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dierende Ausgänge dieser Ausgangs-Paare parallel zusaiamengeschaltet und mit jeweils einem von zwei Bingäsger. cö-j Sperreinrichtung verbunden sind, wobei jede Scintil- ϊογ-Anordnung einen Scintillator^-Detektor zur Erzeugung von lichtpulsen sowie zwei an jeweils einen Scintillator-Detektor angeschlossene und auf die von diesem abgegebenen Lichtpulse ansprechende Fotoelektronen-Vervielfacher-Röhren enthält.

6. .Strahlungs-Überwachungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung neben einer Koinzidenzschaltung eine auf Anzeigesignale für kos::ische Strahlung ansprechende logische Nein-Schaltung zur Sperrung der Koinzidenz-Schaltung enthält.

7« Strahlungs-Überwachungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor für kosmische Strahlung in einer abgedichteten bzw. abgeschirmten Kammer angeordnet ist, daß der Alpha- und der Beta-Detektor außerhalb dieser Kammer angeordnet sind, daß der Detektor für kosmische Strahlung eine Anzahl auf kosmische Strahlung ansprechender Scintillator-Anordnungen mit jeweils einem Ausgangs-P&.-.v enthält, daß korrespondierende Ausgänge dieser Ausgag=·- i.are parallel zusammengesohaltet und mit jeweils einem vor. ai Eingängen einer weiteren, dem Detektor für kosmische Strahlung zugeordnete Koinzidenz-Schaltung verbunden sind.

8. Strahlungs-Überwachungssystem nach Anspruch 7, dadurch · gekennzeichnet, daß jede Scintillator-Anordnung für kosmische Strahlung einen Scintillator-Detektor und jeweils ^;

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zwei an diesen Scintillator-Detek'tor angeschlossene Po toelektronen-Vervielfacher-Röhren enthält, die zur Erzeugung . von Anzeigesignalen für kosmische Strahlung auf τοη den
Scintillations-Detektoren erzeugte Iiichtimpulse ansprechen«

9. Strahlungs-Überwachungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Scintillations-Detektoren für kosmische Strahlung aus langgestreckten, festen Kunststoffbauteilen bestehen.

Ku/bö/br

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