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.
Device for the electrical charging of matter suspended in an air stream by means of radioactive preparations The invention relates to an input line for charging matter suspended in an air stream by means of a radioactive preparation to generate ions and an electric field to create optimal charging conditions.
Institutions that strive to achieve this goal with the means mentioned are already known. However, they all work imperfectly, as they do not take into account the characteristic features of the ionization process and the subsequent charging process.
The former includes, for example, the fact that the specific ionization by alpha rays passes through a very pronounced maximum (Bragg curve) shortly before its complete deceleration at the end of the range. An aluminum emitter, the dimensions of which are small compared to its range are, is therefore surrounded by a hollow spherical zone of maximum specific ionization of the Braggsee zone.
A coating that emits alpha rays, suitable, alloyed into the surface of a metallic carrier and small compared to the range, provides a radiation cone that is delimited at the base by a spherical cap zone of maximum specific ionization.
In the exemplary embodiments of the invention, these facts are consciously taken into account by delimiting all further means for achieving optimal charging, such as electrodes for setting up electrical fields and boundary surfaces for guiding the electrically charged air flow outside the range and Bragg's zone Space ice are laid.
The use of an electric field has also already been proposed for the purpose of charging suspended solids or to avoid their discharge by eliminating the more easily mobile charge carriers while avoiding high energy loss in the subsequent separator. In the first case, this means was used to separate the ions of both types, which are close together in the alpha shot channels, from one another, prevent them from recombining and form them for attachment to the suspended matter.
In flowing air, metal sieves have also been used to establish a longitudinal electric field in the space traversed by alpha rays, with the aim of producing an excess of ions of one polarity in this space when the air velocity and the electric field are exposed to lead times and the ions of the with a different sign accelerated.
However, this means cannot be completely successful if new ions of both signs are constantly being formed in the field along the alpha paths, with those ions that are to be discharged having the possibility of attaching to the suspended matter and reducing the charge thereof .
If, on the other hand, the electrodes with which the field is set up in the charge space are attached outside the radiation area or, in the case of an alpha emitter, outside the space delimited by the radiation cone and Bragg zone, the field is partly built in rooms in which at least through Beta or alpha rays do not form any new ions. will.
For this reason, the field is particularly strong in the latter and the ions with undesired signs can be removed particularly quickly in these areas, so that zones arise that almost exclusively contain ions of the desired sign for the purpose of charging the suspended matter. The different mobility of the newly formed positive and negative ions can advantageously also be used to achieve this goal.
In the accompanying drawings, some embodiments of the invention are shown schematically, the use of the aforementioned alpha-ray emittie-generating layers on the surface of metallic carriers is based.
1 shows a first example, FIG. 2 shows a second example, FIG. 3 shows a third example, FIG. 4 shows a fourth example, FIG. 5 shows a variant of FIG. 3, FIG. 5 a in cross section shows a variant of FIG. 5, FIG. 6 shows a variant of FIG.
7 shows a variant of a detail of the examples according to FIGS. 1 to 6 and FIG. 8 shows a fifth example, the same elements in all figures being provided with the same reference numbers.
The device shown in FIG. 1 for electrically charging matter suspended in an air stream by means of alpha emitters. a tubular housing 1 made of insulating material, which is traversed by the air flow in operation in Richteng the arrow u. In the housing 1 is. a zv Lindrisehe metal electrode 2 is arranged, in the axis of which an alpha emitter 3 is provided on an electrically conductive base 4.
The inner radius of the metal electrode 2 is approximately the same size as the radius of the intersection of the radiation cone 5 of the radiator 3 with the Bragg zone 6, which is perpendicular to the plane of the drawing.
The alpha emitter 3 radiates here in the direction ic of the air flow and is connected to the cylinder electrode 2 by a battery 7 on voltage. Experience has shown that the geometric configuration of the electrodes used and the resulting electric field cause the emergence of a predominant excess of ions with the sign of electrode 4, especially in those spaces that are decisive for the eventual charge of the suspended matter.
In the example according to FIG. 2, which is formed in the same way as the Einrich device according to FIG. 1, is located at the downstream end of the electrode 2 outside the Bragg zone 4, a metal screen 8 connected to the electrode \ 'is arranged as additional counter electrode is used. By means of this sieve electrode 8, a homogenization of the field created between the electrodes 2, 8 and the radiator support 4 is achieved in the Bragg zone 6.
Instead of the alpha emitter, a beta emitter can also be used in the devices according to FIGS. 1 and 2 and the drives according to FIGS. 3 to 8 to be described further below, the ionization area of which is through a zone of maximum range instead of a Bragg zone Beta rays is delineated. Radioactive substances (e.g. tritium), which emit relatively very soft, strongly ionizing beta rays, are particularly suitable.
Since the ions moving in the direction of the Siebelek electrode 8 are not only subject to the electric field forces, but also to the flow forces of the moving air, ions can be penetrated through the electrode 8 into the leeward space of 8 under certain circumstances. It is. For the purpose of optimal loading of the suspended matter, it is sometimes desirable to decelerate the ions that have passed through the electrode 8 and to build up an area of higher ion concentration close behind it.
As shown in the example according to FIG. 3, this goal can be achieved with the aid of a further sieve electrode 9. which see at a potential between that of the electrode 8 and the electrode 4 are located. In the. Space 10 with a suitable choice of the potential difference between the electrodes 8 and 9, the desired braking and increase in the concentration of the ions takes place.
If you also bring the windward side of the. Alpha emitters another sieve electrode 11, as in the example. 4, this electrode also has a favorable effect on the unipolar and optimal charging of the visual tissues suspended in the air flow when it is brought to the potential of electrodes 2 and 8 or something slightly different therefrom. The effect of the electrode 11 is based on the influence of the electric field formed by it together with the other electrodes on the overall distribution of the ions used for charging in the cross section through which the air flows.
In all cases where the cross section. of the air flow containing the suspended matter is greater than the intersection of the radiation cone and zone of maximum range or Bragg zone, as in the example according to FIG. 5, several radioactive preparations 15 are arranged in a surface perpendicular to the air flow.
Their distribution in this area and the alignment of their radiation cones is carried out in such a way that the entire cross-section of the air flow with the radiation areas of the individual radioactive preparations or Bragg zones 16 is fulfilled and the radiation cones 17 of the individual preparations 15 are still as completely as possible within the air flow. In the variant shown in cross section in Fig.5a, tritium is seen as the radioactive material.
The individual preparations 15a are designed as strips which are arranged parallel to one another in a radial plane of the cylindrical housing 1.
It is easy to see that the electric field established by means of electrodes 4, 2, 8 and 11 exerts a certain separating effect on already charged matter in the air flow, which leads to the formation of precipitates on the electrodes. If such a deposition takes place on the electrode 4, it can lead to a reduction in the alpha emission of 3 through absorption and thus to a considerable reduction in the total number of ions generated. Such a separation is favored by the high field strengths of the inhomogeneous field in the vicinity of 4.
If, however, as in the example according to FIG. 6, a net-like electrode 12 of small spatial extent is placed a few millimeters in front of the radiation-emitting surface 3 and the electrode 12 is brought to the potential of the electrode 4, the formation of precipitate on the surface 3 is largely avoided. The ionizing rays are only slightly weakened by a suitable mesh electrode placed in front of them, and the electrical field conditions of the entire arrangement also change only slightly.
Another possibility for the image trough of absorbing precipitates on the radioactive layer 3 is the formation of the known flow vortices on the lee side of the metallic base 4 of the radiator. The suspended matter is discharged from these eddies and deposited on the surface of 3. A device in the form of the streamlined body 13 according to the example in FIG. 7 for partially covering the metallic base 4 and the radiating layer 3 prevents the occurrence of eddies and the formation of a precipitate on the active surface even at high flow velocities.
In all cases in which the electrically charged air is to flow into a cross-section that is smaller than the cross-section of the intersection of the radiation cone 5 and zone of maximum range or Bragg zone 6, the ionizing effect of the radiator 3 would not be fully useful if the air in the charging space were already restricted to this cross-section. In these cases, it is expedient to first let the air flow through a cylindrical tube 2 for electrical charging in the manner described above,
the radius of which is approximately the same as the radius of the aforementioned cutting circle and only then open into the reduced cross-section through a narrowing insulating tube. A variant designed in this way is shown in FIG. This procedure not only has the advantage of better utilization of the ionizing effect of the radiator, but also the advantage that, as a result of the lower air speed in the actual charging space, the dwell time of the suspended matter in the zone filled with ions with only one sign is increased.