DE2265559B1 - Einrichtung zur Messung der Konzentration von radioaktiv markierten Verschleissteilchen in OEl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der Konzentration von radioaktiv markierten Verschleißteilchen in öl mit einer einen Strahlungsdetektor umgebenden und selbst von einer allseitigen Abschirmung eingeschlossenen, in vertikaler Richtung durchströmbaren Durchflußkammer.

Bei Verschleißmessungen mit Radioisotopen wird, sofern ein Schmiermittelkreislauf vorhanden ist, im allgemeinen der Verschleiß über die Aktivität des Schmiermittels gemessen. Wird von einer Änderung des internen Schmiermittelkreislaufes abgesehen, so stellt das Durchflußmeßverfahren hierfür die mit Abstand empfindlichste Methode dar (Kaspar-Sickermann, W., Stegmann, D., Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschine, e.V., Frankfurt/Main, Heft 18, 1961, Forschungsbericht 2-213/3, S. 10—16). Das Prinzip des Durchflußmeßverfahrens sieht vor, daß der Abrieb der in dem Motor eingebauten radioaktiven Teile zunächst in den Schmierölkreislauf gelangt. An der tiefsten Stelle der ölwanne wird das öl durch eine vom Motor getrennt arbeitende Pumpe abgesaugt und durch eine den Strahlungsdetektor umgebende Meßkammer in den Motor zurückgepumpt. Als Detektor wird im allgemeinen ein NaJ(Tl)-Szintillationskristall verwendet, der bei einem auch für die 3-Komponentenmessungen ausreichenden Energieauflösungsvermögen eine gute Ansprechwahrscheinlichkeit besitzt. Die im Szintillationskristall nachgewiesene Gammastrahlung erlaubt eine Aussage über die Art und die Menge des im ölkreislauf vorhandenen Verschleißes. Die Energie der Gammaquanten charakterisiert die Verschleißkomponente, ermöglicht also bei Mehrkomponentenmessungen die Trennung der verschiedenen Verschleißanteile. Die Intensität der Strahlung, d. h. die registrierte Zählrate, ist ein Maß für die Menge des Verschleißes.

Die Eichung der Meßkammer muß für jedes Isotop mit unterschiedlichen Gammaenergien getrennt durchgeführt werden, indem Materialproben in die Lösung gebracht und im Meßkopf ausgemessen werden. Grund dafür ist die Abhängigkeit der gemessenen Impulszahl von der Lage und der Umgebung des jeweiligen Eichstrahlers sowie dessen Gammaenergien.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Einrichtung der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, daß mittels einer einmaligen Eichung geeichte Messungen mit verschiedenen Materialien durchzuführen sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 beschrieben.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann in die Bohrung ein stabförmiger Probenhalter einführbar sein, an dessen Spitze ein Aufnahmeraum für

ίο die Eichprobe angeordnet ist, wobei der Aufnahmeraum mittels eines Schraubdeckels verschließbar ist.

Die erfindungsgemäße Eicheinrichtung bietet wesentliche Vorteile, da eine einmalige Ureichung nach der Herstellung des Meßkopfes mit einem beliebigen aktiven Isotop genügt, um später geeichte Messungen mit verschiedenen Materialien durchführen zu können. Dies bedeutet eine wesentliche Vereinfachung des Eichaufwandes und eine vereinfachte Meßauswertung. Der Probenhalter als Meßplatz für die spezifische Aktivität, die bei jedem Versuch gemessen werden muß, erspart außerdem eine weitere Meßeinrichtung neben dem Verschleißmeßkreislauf.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mittels der F i g. 1 und 2 näher erläutert.

F i g. 1 zeigt die Meßanlage. Im Hohlraum 1 einer Bleiabschirmung 2, die aus den einzelnen übereinandergeschichteten Ringen 3 bis 6 aus Blei besteht ist ein NaJ-Kristall als Strahlungsdetektor 8 zentral angeordnet. Er ist an einen Multiplier 9 angeschlossen, welcher selbst oder von einem Kühlmantel getrennt durch eine Bohrung 10 einer Deckplatte 11 in der Abschirmung 2 hindurchragt. Der Strahlungsdetektor 8 hat eine zylindrische Form und wird von einem Kühlwassermantel geschützt.

Der Kühlwassermantel befindet sich in einem doppelwandigen Gefäß 12, welches gleichzeitig den Strahlungsdetektor 8 und den Multiplier 9 umgibt. Das Gefäß 12 ist ein Teil eines Deckels 13 (bzw. über eine weitere Dichtung 35 und einen Flansch 36 und die Schraubverbindungen 37 mit diesen fest verbunden) für die Meßkammer 14, ist auf einen Flansch 15 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 16 auf diese aufgesetzt und mit den Schraubverbindungen 40 mit dieser fest verbindbar. Das Gefäß 12 ragt dabei in den Innenraum 17 der Meßkammer 14 hinein. Die beiden Wände 18 und 19 bilden einen Zwischenraum 21, in dem Kühlwasser strömt, welches über die beiden Anschlüsse 22 und 23 am Deckel 13 zu- und abgeführt wird.

so Zwischen der einen Wand 19 und dem Strahlungsdetektor 8 kann eine Isolierung 38 aus z. B. Kork angeordnet sein, die ein hohes Temperaturgefälle verhindert.

Zum Flansch 15 der Meßkammer 14 führt eine ölzuleitung 24, durch die das öl tangential zum Strahlungsdetektor 8 und in einer Querschnittsebene (nicht näher dargestellt) des Strahlungsdetektors 8 liegend in den Innenraum 17 der Meßkammer 14 eingeführt wird. Die ölzuführung erfolgt mit geringem Überdruck. Dadurch wird die gesamte Flüssigkeitssäule im Zwischenraum 17 um das Gefäß 12 herum in Drehung versetzt. In der Meßkammer 14 befindliche Luft wird durch eine Entlüftungsleitung 25 an der höchsten Stelle in eine drucklose Durchlaufleitung abgeführt. Alle Leitungen 22 bis 25 sind durch eine Ausnehmung 45 im Ring 4 der Abschirmung 2 hindurchgeführt.

Der Boden 26 der Meßkammer 24 ist trichterförmig ausgebildet und endet an seiner tiefsten Stelle mit einer

ORIGINAL INSPECTED

Ölabführungsleitung 27, welche wiederum durch eine Ausnehmung 28 im Ring 6 der Abschirmung 2 hindurchgeführt ist. Durch diese trichterförmige Ausbildung des Bodens 26 der Meßkammer 14 und durch die tangentiale Einführung des Öls für die Drehbewegung des Öls um den Strahlungsdetektor 8 herum wird eine Ablagerung von Verschleißteilchen innerhalb der Meßkammer 14 verhindert. Der Boden 26 ist entweder auf dem Ring 6 direkt aufgesetzt oder gleichzeitig mit der Meßkammer 14 gegenüber der Abschirmung 2 über die Isolierung 39 z. B. aus Kork isoliert, damit das Blei der Abschirmung 2 nicht vom öl der Meßkammer 14 aufgeheizt wird.

Die Bleiabschirmung 2, zusammengesetzt aus den tragbaren Ringen 3 bis 6, schirmt die Untergrundstrahlung vom Strahlungsdetektor 8 weitgehend ab. In diese Bleiabschirmung 2 und insbesondere in den Ring 4 ist in einer Ausnehmung 29, radial auf den Strahlungsdetektor 8 gerichtet, ein Probenhalter 30 eingesetzt, der aus einem runden Stab aus z. B. Plexiglas bestehen kann. Die Ausnehmung 29 bzw. die Bohrung ist zum Hohlraum 1 in der Abschirmung 2 hin offen. Der Probenhalter 30 weist auf der dem Strahlungsdetektor 8 zugewandten Seite einen flachen Aufnahmeraum 31 auf, der durch einen Schraubendeckel 32 verschließbar ist. Im Aufnahmeraum 31 ist eine radioaktive Probe 33 zur Eichung eingeschlossen. Durch axiale Verschiebung des Probenhalters 30 in der Bohrung 29 kann experimentell die günstigste Position der Probe 33 gegenüber dem Strahlungsdetektor 8 bzw. der Abschirmung 2 ermittelt werden. In dieser Endstellung kann der Probenhalter 30 durch einen Anschlag 34 am Probenhalter 30 fixiert werden, so daß bei den weiteren Messungen die richtige Festeinstellung gewährleistet ist.

Durch eine Wahl eines ganz bestimmten Haltermaterials, durch eine gezielte Gestaltung des Probenhalters 30 und eine richtige Auslegung des Abstandes der Probe 33 vom Strahlungsdetektor 8 kann trotz der komplizierten Wechselwirkungsverhältnisse mit der Umgebung (Rückstreuung, Comtoneffekte, Fotoeffekte) erreicht werden, daß die Gammaspektren der festen Probe und einer aufgelösten Probe im öl im Innenraum 17 des Meßkopfes 14 durch einen über den ganzen Energiebereich gleichen Ähnlichkeitsfaktor verbunden sind. Das bedeutet, daß das Verhältnis der gemessenen Impulsraten für die feste Eichprobe 33 und für in der Meßkammerflüssigkeit gelöstes aktives Material (Verschleißteilchen) gleicher Zusammensetzung im gesamten interessierenden Meßbereich (etwa 150 bis 2000 keV) konstant ist. Der Probenhalter 30 mit der festen Position zum Detektor 8 wird als Meßplatz für die spezifische Aktivität der Proben 33 verwendet.

ίο Mit der in Fig. 1 beschriebenen Detektor- bzw. Meßanlage lassen sich Gammaspektren in Verbindung mit einem nicht näher dargestellten Mehrkanal-Impulshöhenanalysator aufnehmen. Die Impulshöhenverteilung des in F i g. 2 dargestellten Spektrums ergibt sich

ι ■> vor allem daraus, daß die Fotoemission im Kristall bzw. Strahlungsdetektor S, der fotoelektrische Prozeß in der Fotokathode und die Sekundäremission von Elektroden an den Dynoden des Multipliers 9 statistische Prozesse sind. Werden Gammaspektren verschiedener Radioisotope gleichzeitig aufgenommen, so ergibt sich die in F i g. 2 gezeigte Darstellung. Es ist das Gammaenergiespektrum Ey, über die Impulse / pro Energie aufgetragen, und zwar gleichzeitig für ein ⁵¹Cr-, ⁵⁶Co-, »Fe-Spektrum als Kurven 41, 42, 43 und das

2ϊ Summenspektrum als Kurve 44. Das Gammaenergiespektrum der Eichprobe 33, die nicht in F i g. 2 dargestellt ist, hat einen Verlauf, der dem Summenspektrum bis auf einen Ähnlichkeitsfaktor entspricht, wenn die gleichen Radioisotope im Verschleiß enthalten sind.

jo Die radioaktive Markierung der auf ihren Verschleiß zu untersuchenden Teile erfolgt über eine Aktivierung mit thermischen Neutronen oder über die Aktivierung mit geladenen Teilchen aus einem Beschleuniger z. B. Zyklotron. Bei den Aktivierungen können aus dem selben Grundmaterial über verschiedene Prozesse verschiedene Radioisotope mit Gammastrahlung entstehen. Bei der Aktivierung von Eisen mit thermischen Neutronen entstehen so z. B. neben ⁵⁹Fe vor allem noch "Mn aus einer (n, p)- und ⁵¹Cr aus einer (n, «)-Reaktion

als Gammastrahlen bei der Aktivierung von Eisen an einem Zyklotron z. B. ⁵⁶Co, ⁵⁷Co, »Co, ⁵²Mn je nach Wahl der Teilchen, p, d, λ und deren Anfangsenergie.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung der Konzentration von radioaktiv markierten Verschleißteilchen in öl mit einer einen Strahlungsdetektor umgebenden und selbst von einer allseitigen Abschirmung eingeschlossenen, in vertikaler Richtung durchströmbaren Durchflußkammer, gekennzeichnet durch eine Eichprobe (33) in Form eines radioaktiven Präparates, die in einer radial zum Strahlungsdetektor (8), bis zu dem die Durchflußkammer (14) aufnehmenden Hohlraum (1) verlaufenden Bohrung (29) in der Abschirmung (2) untergebracht ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bohrung (29) ein stabförmiger Probenhalter (30) einführbar ist, an desen Spitze ein Aufnahmeraum (31) für die Eichprobe (33) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeraum (31) mittels eines Schraubdeckels (32) verschließbar ist.