Verfahren und Anordnung zum kontinuierlichen Nachweis von kleinen Tritiumkonzentrationen in der Luft Die Erfindung bezieht sich auf ein lonisations- kammer-Differenzverfahren, durch welches sehr kleine Tritiumkonzentrationen in der Luft selektiv festgestellt werden können.
Es ist bereits ein Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen geringer Tritiumspuren in Luft und ande ren Gasen bekannt. Gemäss diesem Verfahren wird tritiumhaltiger Wasserdampf durch thermische Zer setzung über erhitztem Wolfram oder Magnesium in Wasserstoff umgewandelt, welcher durch Diffusion mittels eines Nickel- oder Palladiumrohres von den übrigen Gasbestandteilen getrennt und danach seine Strahlungsintensität mit einer Zählrohreinrichtung gemessen wird.
Nachteilig ist hierbei aber, dass die Wasserdampfzersetzung nur in einer sauerstofffreien Atmosphäre möglich ist, weshalb der Wasserdampf von der Luft durch eine nur für Wasserdampf durch lässige Hydratzellulosefolie abgetrennt werden muss. Die Wasserdampfzersetzung geschieht hier mit einer Wirksamkeit, welche kleiner als 100 lo ist und die man nicht beliebig steigern kann.
Ausserdem ist die Diffu sion von Wasserstoffisotopen Hl, H2 und H3 verschie den schnell, so dass sich der effektive Tritiumgehalt nur annähernd bestimmen lässt. Dazu kommt noch, dass die in dem Nickel- oder Palladiumrohr auftreten den Akkumulationseffekte die Genauigkeit der Mes sung bereits beeinträchtigen.
Gemäss einem anderen bekannten Verfahren zum Nachweis der Tritiumaktivitäten fester und flüssiger Stoffe, der sogenannten liquid scintiflator -Methode, werden die zu untersuchenden Stoffe in einer flüssigen Scintillatorsubstanz aufgelöst bzw. suspendiert. Die einzelnen Tritium-ss-Partikel werden aufgrund ihrer Wechselwirkung mit dem Scintillator von einem Photoelektronenvervielfacher gezählt und registriert.
Diese Methode ist jedoch auf die Untersuchung von einzelnen Präparaten oder nur Stichproben grösserer Stoffmengen beschränkt und kann daher nicht in den bereits bekannten Formen zur Dauermessung ver wendet werden.
Weiter ist ein Verfahren, das als Ionisationskam- merverfahren bezeichnet wird, bekannt, bei dem die zu überwachende Luft dem Inneren einer Ionisations- kammer zugeführt wird. Als Mass für den Tritiumanteil in der zu überwachenden Luft dient hierbei die Inten sität des Ionisationskammerstromes, welche Intensität sich von Fall zu Fall je nach Massgabe des in der zu überwachenden Luft vorhandenen Tritiumanteils ent sprechend ändert.
Von dem Ionisationskammerverfahren sind bereits zwei Varianten bekannt. Die erste Variante benutzt nur eine einzige Messionisationskammer, wobei der von der angeschlossenen elektrischen Messeinrichtung angezeigte Ionisationskammerstrom von einem in der zu untersuchenden Luft enthaltenen Untergrund- und einem Tritiumanteil bestimmt wird. Den Tritiumanteil bekommt man, wenn man von dem Messwert den mut masslichen Untergrundanteil abzieht, welcher bei einer oder mehreren Messungen in tritiumfreier Luft be stimmt worden ist.
Bei diesem Verfahren werden alle Untergrund änderungen als hypothetisches Tritium mitgemes- sen, so dass die angezeigten Werte nur als Näherungs werte angenommen werden können. Es kann hierbei auch nicht zwischen einer Tritiumverseuchung und einer Verseuchung durch andere radioaktive gasförmige Aktivitäten unterschieden werden. Die Differenzbil dung aus zwei wenig unterschiedlichen Werten führt ausserdem zu grossen relativen Messfehlern.
Die zweite Variante weist zwei Ionisationskammern auf, und zwar eine Messionisationskammer und eine Kompensationsionisationskammer, wobei sich in der letzteren Luft mit nur natürlicher Aktivität, als soge nannte Standardluft, befindet. Beide lonisationskam- mern sind in ihrem Aufbau einander völlig gleich und haben auch gleiches Volumen. Die vorzugsweise gleich grosse an den Kammern angelegte Spannung hat eine unterschiedliche Polarität, so dass der in jeder Ionisa- tionskammer fliessende Strom jeweils dem anderen entgegengerichtet ist.
Ist die Aktivität der Luft in den beiden Ionisationskammern gleich, so misst man nur die statistischen Schwankungen des Untergrundes als einen Nullstrom. Sobald der Messkammer Luft zuge führt wird, die Tritium enthält, ändert sich die Inten sität des die Messionisationskammer durchfliessenden Stromes, wogegen der Strom in der Kompensations- ionisationskammer konstant bleibt.
Die Differenz der beiden zu vergleichenden Ströme wird durch eine emp findliche elektrische Messeinrichtung angezeigt und dient somit der Bestimmung des jeweiligen Tritium- gehaltes der zu untersuchenden Luft. Nachteilig bei dieser Anordnung ist es aber, dass die natürliche Akti vität der in der Kompensationskammer vorhandenen Standardluft, welche nur einmal in die Kompensa tionskammer eingebracht wird, vielen Luftunter suchungen auf Tritiumgehalt als Bezugsaktivität zu grunde liegt. Schwankt die natürliche Aktivität der zu messenden Luft oder ändert sich z. B. durch den all mählichen Zerfall des Radons die Aktivität der Stan dardluft, so wird das Untersuchungsergebnis verfälscht.
So ist es demnach auch bei diesem Verfahren nicht möglich, die eigentliche Tritiumaktivität von der Akti vität anderer radioaktiver Gase völlig selektiv zu unterscheiden.
Durch das erfindungsgemässe Ionisationskammer- Differenzverfahren werden die Nachteile der bekann ten Verfahrensarten dadurch beseitigt, dass die Stan dardluft, während des Prüfvorganges aus einem Teil der zu untersuchenden Luft selbst gewonnen und konti nuierlich in die Kompensationsionisationskammer ein geführt wird, wobei einerseits die zu untersuchende Luft unmittelbar der Messionisationskammer und anderseits über eine Einrichtung zum selektiven Ent fernen des Tritiums der Kompensationsionisations- kammer zugeführt wird.
Die Anordnung zur Durchführung des Ionisations- kammer-Differenzverfahrens weist eine Einrichtung zum selektiven Entfernen des Tritiums auf, die aus einer Wasserstoffverbrennungsvorrichtung und einem Trockner besteht, welche Einrichtung jeweils in der in die Kompensationsionisationskammer einmündenden Leitung angeordnet ist.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung durch zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Anordnung, bei der zwei Ionisations- kammern parallel an ein Luftförderleitungssystem an geschlossen sind und Fig. 2 eine Anordnung, bei der die beiden Ionisa- tionskammern hintereinander in einem Luftförderlei- tungssystem angeordnet sind.
In der Fig. 1 ist 1 eine Messionisationskammer und 2 eine Kompensationsionisationskammer, welche in weiterer Folge der Einfachheit halber kurz mit Mess-IK bzw. Kompensations-IK bezeichnet werden.
Die bei den Ionisationskammern sind mit einem Ansaugfilter 3 über Leitungen 4, 5 und 6 des Luftförderleitungssystems verbunden, wobei die Leitung 4 die für beide Ionisa- tionskammern gemeinsame Ansaugleitung ist, welche durch einen Verteiler 7 in die zwei Leitungen 5 und 6 geteilt wird, von denen die Leitung 5 in die Mess-IK 1 und die Leitung 6 in die Kompensations-IK 2 ein mündet. In der Leitung 4 sind eine Wasserstoffver- brennungsvorrichtung 8 sowie eine Entionisierungs- vorrichtung 9 angeordnet.
In der Leitung 6 ist ein Trockner 10 vorgesehen. Der Ausgang der Mess-IK 1 wird durch eine Ausgangsleitung<B>11</B> und der Ausgang der Kompensations-IK 2 durch eine Ausgangsleitung 12 gebildet, in welchen beiden Ausgangsleitungen 11 und 12 je eine Pumpe 13 bzw. 14 sowie je ein Durch flussmesser 15 bzw. 16 angeordnet sind.
Die Funktion dieser Anordnung ist folgende: Die auf Tritium zu untersuchende Luft wird mit den beiden Pumpen 13 und 14 durch das Luftfilter 3 in die Anordnung eingesaugt, wobei im Verteiler 7 der angesaugte Luftstrom auf die Mess-IK 1 und Kompen- sations-IK 2 aufgeteilt wird.
Mit Hilfe der Durchfluss- messer 15, 16 wird Vorsorge getroffen, dass die ange saugte Luft in den beiden Ionisationskammern, Mess- IK 1 und Kompensations-IK 2, die gleiche Umwälz- geschwindigkeit hat. Durch das Filter 3 wird die An ordnung beim Ansaugen der Luft vor Eindringen des Staubes geschützt.
Die Wasserstoffverbrennungsvor- richtung 8 und der Trockner 10 bilden zusammen eine Einrichtung zum selektiven Entfernen des in der zu untersuchenden Luft enthaltenen Tritiums, wodurch die für die Kompensations-IK 2 benötigte Standardluft unmittelbar vor Überprüfung der Luft aus dieser ge wonnen wird.
In der Wasserstoffverbrennungsvorrich- tung 8 wird mittels einer elektrischen Entladungs strecke das eventuell vorhandene gasförmige Tritium HT bzw. T2 mit dem Sauerstoff der Luft verbrannt und dadurch in Wasserdampf überführt. Enthält die Luft bereits Wasserdampf, so beschleunigt die Entla dungsstrecke die Austauschreaktion von H20+HT in HTO+H2 bzw. die Äquivalenzreaktion von TZ ausser ordentlich.
Der durch die Leitung 6 strömenden Luft wird im Trockner 10 der Wasserdampf entzogen, so dass die in die Kompensations-IK 2 einströmende Luft zwar tritiumfrei wird, jedoch alle übrigen radioaktiven gasförmigen Bestandteile, wie sie auch die gleichzeitig durch die Leitung 5 in die Mess-IK 1 eintretende und zu untersuchende Luft enthält, noch nach wie vor auf weist.
Durch eine hier nicht gezeichnete elektrische Messeinrichtung wird die Stromdifferenz angezeigt, die sich durch die unterschiedliche Aktivität der Luft in der Mess-IK 1 gegenüber der in der Kompensations-IK 2. bei den diese beiden lonisationskammern durchflie ssenden Strömen ergibt. Die Aktivität, welche durch diese Stromdifferenz bestimmt wird, ist durch das selektive Ausscheiden des Tritiums aus einem Teil der zu überprüfenden Luft nunmehr allein auf den Tritium- gehalt der Luft in der Mess-IK 1 zurückzuführen.
Durch die Entionisierungsvorrichtung 9 wird die in die An ordnung eingesaugte Luft vor dem Eintritt in die bei den Ionisationskammern von allen Ionen befreit, so dass eine Verfälschung der Stromintensität in den bei den Ionisationskammern ausgeschlossen ist.
Da die Luftumwälzgeschwindigkeit in beiden Ionisations- kammern, Mess-IK 1 und Kompensations-IK 2, gleich gross ist, und langsame Schwankungen des natürlichen Radonuntergrundes oder das Auftreten anderer gas förmiger Luftverseuchungen stets gleichzeitig in beiden Ionisationskammern wirksam werden, bleiben diese Erscheinungen ohne Einfluss auf das Messresultat.
In der Fig. 2, in der für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind wie in der Fig. 1, sind die beiden Ionisationskammern, Mess- IK 1 und Kompensations-IK 2, im Luftförderleitungs- system, das aus Leitungen 4, 17 und 18 besteht, hinter einander angeordnet.
Die über die Leitung 4 durch das Ansaugfilter 3 angesaugte Luft wird über die Entioni- sierungsvorrichtung 9 unmittelbar der Mess-IK 1 zu geführt, durchströmt diese und wird anschliessend über die Leitung 17 durch den Trockner 10 hindurch in die Kompensations-IK 2 geleitet. Am Ausgang der Kom- pensations-IK 2 ist eine Leitung 18 angeschlossen, in welcher eine Pumpe 19 vorgesehen ist. Die Einrichtung zum selektiven Entfernen des Tritiums aus der zu überprüfenden Luft besteht bei dieser Anordnung nur aus dem Trockner 10.
Da, wie schon vorstehend er wähnt, Tritium in der Luft fast ausschliesslich nur als Wasserdampf vorkommt und in anderen Erscheinungs formen für den Menschen nicht gefährlich ist, genügt zum selektiven Entfernen des Tritiums aus der Luft ein Trockner allein. Selbstverständlich ist es möglich, auch bei der Anordnung gemäss der Fig. 1 nur einen Trockner ohne Wasserstoffverbrennungsvorrichtung 8 zu verwenden, so wie es auch möglich ist, bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel, ausser dem Trock ner 10 in der Leitung 4, noch zusätzlich eine Wasser- stoffverbrennungsvorrichtung vorzusehen.
Durch das Hintereinanderschalten der Mess-IK 1 und der Kom- pensations-IK 2 wird der Eintritt der Standardluft in die Kompensations-IK 2 um die Luftumwälzungszeit in der Mess-IK 1 verzögert. Da die möglichen Radon gehaltschwankungen im allgemeinen langsamer sind als die Luftumwälzung in der Mess-IK 1, wirkt sich diese Verzögerung auf das Untersuchungsergebnis nicht nachteilig aus.
Bei dieser Anordnung sind die Luftumwälzgeschwindigkeiten, bedingt durch die Hin tereinanderschaltung der beiden Ionisationskammern, auch ohne besondere Regelung stets gleich gross, so dass sich ein Durchflussmesser erübrigt. Ausserdem wird auch nur eine Pumpe 19 benötigt. Der eigentliche Messvorgang ist der gleiche, wie er schon bei der An ordnung gemäss der Fig. 1 beschrieben wurde. Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass der Trockner 10 aus einem oder mehreren Trockenmitteln bestehen kann, die den partialen Dampfdruck des Wassers unter eine gewünschte Grenze reduzieren können.
Man kann sich auch mit Vorteil einer Reduktion des Wasserdampfdruckes durch eine radikale Abkühlung der Luft in einer Kühlfalle bedienen, wobei vorzugs weise eine elektrische Abkühlung, z. B. auf dem Peltier- effekt beruhend, angewendet werden kann. Die Ionisa- tionskammern werden vorzugsweise kugelförmig aus gebildet, wobei ihre Innenfläche poliert und mit einem Edelmetall überzogen ist. Die aktiven Volumina der beiden Ionisationskammern sind hierbei gleich gross.
Ein besonderer Vorteil des beschriebenen Verfah rens ist, dass nunmehr das Tritiumvorkommen in der Luft mit einfachen Mitteln einwandfrei selektiv nach gewiesen werden kann und nicht, wie bisher, durch die Schwankungen des gasförmigen radioaktiven Unter grundes beeinträchtigt bzw. verfälscht wird.