Einrichtung zur elektrischen Aufladung von in einem Luftstrom suspendierter Materie mittels radioaktiver Präparate Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein 1 ielitung zur Aufladung von in einem Luft strom suspendierter Materie mittels eines radioaktiven Präparates zur Ionenerzeugung und eines elektrischen Feldes zur Schaffung optimaler Aufladungsverhältnisse.
Einrichtungen, die dieses Ziel mit den genannten Mitteln anstreben, sind bereits be kannt. Sie arbeiten jedoch alle unvollkommen, da sie auf die charakteristischen Eigenheiten cles Ionisierungsprozesses und des nachfolgen den Aufladungsvorganges keine Rücksicht nehmen.
Zur ersteren gehört beispielsweise die Berücksiehtigimg der Tatsache, da.ss die spe zifische Ionisierung durch Alphastrahlen kurz vor ihrer völligen Abbremsung am Ende der Reichweite ein sehr ausgeprägtes Maxi mum (Braggsche Kurve) durchläuft.. Ein Al= phastrahler, dessen Abmessungen klein gegen seine Reichweite sind, ist demnach von einer hohlkugelförmigen Zone maximaler spezi fischer Ionisierung der Braggsehen 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 Kugelkalotten- zone maximaler spezifischer Ionisierung be grenzt wird.
Bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung wird diesen Tatsachen bewusst Rechnung getragen, indem alle weiteren Mittel zur Erzielung einer optimalen Aufla- dung, wie Elektroden zur Einrichtung eleh triseher Felder und Begrenzungsflächen zur Führung des elektrisch aufzuladenden Luft stromes ausserhalb des durch Reichweiten- bereich und Braggsehe Zone begrenzten Raumeis verlegt sind.
Die Anwendung eines elektrischen Feldes ist ebenfalls bereits für die Zwecke der Ruf ladung von Schwebestoffen bzw. zur Vermei dung ihrer Entladung durch Beseitigung der leichter beweglichen Ladungsträger unter Vermeidung eines hohen Energieverlustes im nachfolgenden Abscheider vorgeschlagen worden. In ersterem Fall sollten durch dieses Mittel die in den Alphaschusskanälen nahe beisammen liegenden Ionen beiderlei Vorzei ehens voneinander separiert, an ihrer Re- kombination gehindert und zur Anlager2ing an die Schwebestoffe formiert werden.
Bei strömender Luft sind auch schon Me tallsiebe zur Errichtung eines elektrischen Längsfeldes in dem von Alphastrahlen durch setzten Raum angewandt worden mit dem Ziel, in diesem Raum bei Bleizeitiger Ein wirkung der Luftgeschwindigkeit und des elektrischen Feldes einen Überschuss von Ionen einer Polarität hervorzurufen und die Ionen des andern 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 Mög lichkeit der Anlagerung an die suspendierte Materie und der Verringerung der Ladung derselben geboten ist.
Wenn man hingegen die Elektroden, mit denen das Feld im Aufladungsraum errichtet wird, ausserhalb des Strahlungsbereiches bzw. bei einem Alphastrahler ausserhalb des durch Strahlungskegel und Braggschen Zone be grenzten Raumes anbringt, so ist das Feld teilweise.in Räumen errichtet, in denen we nigstens durch Beta- bzw. Alphastrahlen keine neuen Ionen gebildet. werden.
Das Feld ist aus diesem Grinde in letzteren besonders stark und die Ionen nicht erwünschten Vor zeichens können in diesen Gebieten besonders rasch entfernt werden, so dass Zonen ent stehen, die fast ausschliesslich Ionen des ge wünschten Vorzeichens zum Zwecke der Ruf ladung der suspendierten Materie enthalten. Vorteilhafterweise kann man zur Erreichung dieses Ziels auch noch die unterschiedliche Beweglichkeit der neugebildeten positiven und negativen Ionen benützen.
In der beiliegenden Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schema tisch dargestellt, wobei die Verwendung der bereits erwähnten Alphastrahlen emittie renden Schichten an der Oberfläche metalli scher Träger zugrunde gelegt ist.
Es zeigt Fig. 1 ein erstes Beispiel, Fig. 2 ein zweites Beispiel, Fig. 3 ein drittes Beispiel, Fig.4 ein viertes Beispiel, Fig. 5 eine Variante zu Fig. 3, Fig.5a im Querschnitt eine Variante zu Fig. 5, Fig. 6 eine Variante zu Fig.4, .
Fig. 7 eine Variante einer Einzelheit der Beispiele nach den Fig.1 bis 6 und Fig.8 ein fünftes Beispiel, wobei gleiche Elemente in allen Figuren mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind.
Die in Fig.1 gezeigte Einrichtung zum elektrischen Aufladen von in einem Luftstrom suspendierter Materie mittels Alphastrahlern besitzt. ein rohrförmiges Gehäuse 1 aus Isolier material, das im Betrieb in Richteng des Pfeils u , vom Luftstrom durchströmt wird. Im Gehäuse 1 ist. eine zv lindrisehe Metall elektrode 2 angeordnet, in deren Achse ein Alphastrahler 3 auf einer elektrisch leitenden Unterlage 4 vorgesehen ist.
Der innere Halb messer der Metallelektrode 2 ist etwa gleich gross wie der Halbmesser des senkrecht zur Zeichnungsebene liegenden Schnittkreises des Strahlungskegels 5 des Strahlers 3 mit der Braggschen Zone 6.
Der Alphastrahler 3 strahlt hierbei in der Richtung ic der Luftströmung und wird ge genüber der Zylinderelektrode 2 durch eine Batterie 7 auf Spannung gebracht. Die geome trische Konfiguration der verwendeten Elek troden und das dadurch bedingte elektrische Feld bewirken erfahrungsgemäss die Ent stehung eines überwiegenden Überschusses von Ionen des Vorzeichens der Elektrode 4, vor allem in jenen Räumen, die für die schliessliche Rufladung der suspendierten Materie ausschlaggebend sind.
Beim Beispiel gemäss Fig.2, das im übri gen gleich ausgebildet ist wie die Einrich tung nach Fig. 1, ist am stromabwärts liegen den Ende der Elektrode 2 ausserhalb der Braggschen Zone 4 ein mit der Elektrode \' verbundenes Metallsieb 8 angeordnet, das als zusätzliche Gegenelektrode dient. Mittels dieser Siebelektrode 8 erreicht man in der Braggsehen Zone 6 eine Homogenisierung des zwischen den Elektroden 2, 8 und der Strahlerunterlage 4 geschaffenen Feldes.
An Stelle des Alphastrahlers kann in den Einrichtungen gemäss Fig.l und 2 und den weiter unten zu beschreibenden Einrieb tungen gemäss Fig.3 bis 8 auch ein Beta strahler Verwendung finden, dessen Ionisie- rungsbereich anstatt durch eine Braggsche Zone durch eine Zone maximaler Reichweite der Betastrahlen abgegrenzt ist. Es eignen sich besonders radioaktive Stoffe (z. B. Tri- tium), die verhältnismässig sehr weiche, stark ionisierende Betastrahlen emittieren.
Da die sich in Richtung auf die Siebelek trode 8 bewegenden Ionen nicht nur den elek trischen Feldkräften, sondern auch den Strö mungskräften der bewegten Luft unterliegen, kann unter gegebenen Umständen ein Ionen durcligriff durch die Elektrode 8 in den leewärts von 8 gelegenen Raum erfolgen. Es ist. zum Zwecke der optimalen Beladung der suspendierten Materie manchmal wünschens- ,#E-ert, die durch die Elektrode 8 hindurchge tretenen Ionen abzubremsen und dicht hinter dieser ein Gebiet höherer Ionenkonzentration aufzubauen.
Wie im Beispiel gemäss Fig.3 gezeigt wird, kann dieses Ziel mit Hilfe einer weiteren Siebelektrode 9 erreicht. werden, die sieh auf einem Potential zwischen jenem der Elektrode 8 und der Elektrode 4 befin det. Im. Raume 10 findet bei passender Wahl der Potentialdifferenz zwischen den Elek troden 8 und 9 die erwünschte Bremsung und Konzentrationserhöhung der Ionen statt.
Bringt man ferner luvseitig vom. Alpha strahler eine weitere Siebelektrode 11 an, wie dies beim Beispiel. gemäss Fig. 4 gezeigt ist, so wirkt sich auch diese Elektrode, wenn sie auf das Potential der Elektroden 2 und 8 oder ein davon wenig verschiedenes gebracht wird, günstig auf die unipolare und optimale Aufladung der im Luftstrom suspendierten Sehwebstoffe aus. Die )firkung der Elektrode <B>11</B> beruht auf dem Einfluss des von ihr zusammen mit den übrigen Elektroden ge bildeten elektrischen Feldes auf die Gesamt verteilung der zur Ladung benützten Ionen im luftdurchströmten Querschnitt.
In allen Fällen, in denen der Querschnitt. des die suspendierte Materie enthaltenden Luftstromes grösser ist als der Sehnittkreis von Strahlungskegel und Zone maximaler Reichweite bzw. Braggscher Zone, sind zweck- itiä.13ig wie beim Beispiel gemäss Fig. 5 meh rere radioaktive Präparate 15 in einer zur Luftströmung senkrechten Fläche angeord net.
Ihre Verteilung in dieser Fläche und die Ausrichtung ihrer Strahlungskegel ist dabei derart vorgenommen, dass der ganze Quer schnitt des Luftstromes mit den Strahlungs- bereichen der einzelnen, radioaktiven Präpa rate bzw. von Braggschen Zonen 16 erfüllt wird und die Strahlungskegel 17 der ein zelnen Präparate 15 noch möglichst vollständig innerhalb des Luftstromes liegen. Bei der in Fig.5a im Querschnitt gezeigten Variante ist als radioaktives Material Tritium vor gesehen.
Die einzelnen Präparate 15a sind als Streifen ausgebildet, die in einer radialen Ebene des zylindrischen Gehäuses 1 parallel zueinander angeordnet sind.
Es ist leicht einzusehen, dass das mittels der Elektroden 4, 2, 8 und 11 errichtete elek trische Feld auf bereits aufgeladene Materie des Luftstromes eine gewisse abscheidende Wirkung ausübt, die zur Bildung von Nieder schlägen auf den Elektroden führt. Findet eine solche Abscheidung auf der Elektrode 4 statt, so kann sie durch Absorption zur Herabsetzung der Alphaemission von 3 und dadurch zur erheblichen Verminderung der Gesamtzahl der erzeugten Ionen führen. Be günstigt wird eine solche Abscheidung durch die hohen Feldstärken des in der Nahumge bung von 4 stark inhomogenen Feldes.
Setzt man jedoch, wie im Beispiel gemäss Fig.6 eine netzartige Elektrode 12 geringer räum licher Ausdehnung wenige Millimeter vor die Strahlen emittierende Fläche 3 und bringt die Elektrode 12 auf das Potential der Elek trode 4, so -wird die Niederschlagsbildung auf der Fläche 3 weitgehend vermieden. Die ionisierenden Strahlen werden durch eine vorgesetzte Netzelektrode passender Aus führung nur sehr wenig geschwächt und die elektrischen Feldverhältnisse der gesamten Anordnung ändern sich ebenfalls nur ge ringfügig.
Eine weitere Möglichkeit der Bildtrog von absorbierenden Niederschlägen auf der radio aktiven Schicht 3 liegt in der Ausbildung der bekannten Strömungswirbel an der Leeseite 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 Stromlinienkörpers 13 gemäss dem Bei- spiel in Fig. 7 zur teilweisen Verkleidung der metallischen Unterlage 4 und der strahlenden Schicht 3 verhindert auch bei hohen Strö mungsgeschwindigkeiten das Auftreten der Wirbel und die Bildung eines Niederschlages auf der aktiven Fläche.
In allen Fällen, in denen die elektrisch aufzuladende Luft in einen Querschnitt ein strömen soll, der kleiner ist als der Quer schnitt des Schnittkreises von Strahlungs kegel 5 und Zone maximaler Reichweite bzw. Braggscher Zone 6, wäre die ionisierende Wirkung des Strahlers 3 nicht voll ausge nützt, wenn man die Luft bereits im Aufla- dimgsraum auf diesen Querschnitt einengen würde. Zweckmässigerweise lässt man in die sen Fällen die Luft zunächst ziir elektrischen Aufladung in der oben beschriebenen Weise ein zylindrisches Rohr 2 durchströmen,
dessen Halbmesser etwa gleich dem Halbmesser des erwähnten Schnittkreises ist und erst hier nach 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 Aus- nützung der ionisierenden Wirkung des Strah lers, sondern auch den Vorteil, dass infolge der geringeren Luftgeschwindigkeit im ei gentlichen Aufladimgsraum die Verweilzeit der suspendierten Materie in der mit Ionen ausschliesslich eines Vorzeichens gefüllten Zone vergrössert ist.