Verfahren zur Verkürzung der Totzeit bei kontinuierlicher Messung der Konzentration radioaktiver Aerosole in der Luft und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verkürzung der Totzeit bei kontinuierlicher Messung der Konzentration radioaktiver Aerosole in der Luft, bei dem auf einer Fangunterlage aufgefangene Partikeln der Aerosole an einer Fangstelle konzentriert und von der Fangstelle zu einer Messstelle bewegt werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Konzentrationen radioaktiver Aerosole werden in der Regel derart gemessen, dass radioaktiver Staub, der in der geprüften Luft enthalten ist, in ein Filter geführt und dort auf einer geeigneten Fangunterlage konzentriert wird, z. B. auf einem Filterpapier, auf einer Folie eines elektrostatischen Staubscheiders o.dgl. Die Fangunterlage ist in der Regel bandförmig ausgebildet und verschiebt sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit, so dass die aufgefangenen Teilchen des radioaktiven Aerosols nach einer bestimmten Zeit in den Bereich eines Strahlungsdetektors gelangen, worin ihre Aktivität gemessen wird.
Die Empfindlichkeit dieser bekannten Messvorrichtung wird durch die Geschwindigkeit der Fangunterlage beeinflusst. Je langsamer der Vorschub der Fangunterlage, desto länger verbleibt eine bestimmte Stelle der Fangunterlage unter dem Filter, so dass ein grösserer Niederschlag der aktiven Partikeln auf der Fangunterlage aufgefangen wird. Es werden daher auch durch kleinere Konzentrationen des Aerosols in der Luft Niederschläge mit messbaren Aktivitäten erzeugt. Andererseits wächst aber mit der Verlangsamung der Bewegung der Fangunterlage die Totzeit des Geräts, d. h. die Zeit, die im Falle einer plötzlichen Änderung der Konzentration des Aerosols in der Luft zwischen dem Augenblick der Ankunft der mit dem veränderten Gehalt an Aerosolen behafteten Luft in das Filter und dem Augenblick der Verzeichnung dieser Änderung durch den Strahlungsdetektor verstreichen muss.
Diese Zeit ist bei einer vorgegebenen Translationsgeschwindigkeit der Fangunterlage, d. h. bei vorgegebener Empfindlichkeit der Messvorrichtung, proportional der Entfernung des Strahlungsdetektors vom Filter. Da diese Entfernung in der Praxis nie auf Null herabgesetzt werden kann (sie beträgt in der Regel etwa 10 cm), kann die Totzeit des Geräts manchmal auch einige Stunden betragen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Mangel zu beseitigen. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Fangunterlage in eine Bewegung versetzt wird, die eine vektorielle Summe zweier Bewegungskomponenten darstellt, von denen die erste eine mit konstanter Geschwindigkeit stets in derselben Richtung von der Fangstelle zur Messstelle verlaufende Bewegung ist, während die zweite eine mit grösserer Geschwindigkeit periodisch verlaufende hin- und hergehende Bewegung ist, deren Richtung abwechselnd von der Fangstelle zur Messstelle und zurück wechselt und deren Hub wenigstens gleich der Entfernung der Fangstelle von der Messstelle ist.
Bei geeigneter Wahl des Hubs der Schwingbewegungen, z. B. falls der Hub gleich der Entfernung der Achse des Strahlungsdetektors von der Achse des Filters gewählt wird, hängt die Totzeit im wesentlichen nur von der Frequenz der Schwingbewegungen der Fangunterlage ab, wobei die Empfindlichkeitsschwelle auch weiterhin durch die Geschwindigkeit der einseitigen Vorschubbewegung der Fangunterlage bestimmt ist. Mit Rücksicht darauf, dass die Vorschubgeschwindigkeit von der Frequenz der Schwingbewegungen unabhängig gewählt werden kann, kann auch die Totzeit unabhängig von der Empfindlichkeit gewählt werden.
Auf beigefügten Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens dargestellt, die natürlich den vollen Umfang der Erfindung nicht erschöpfen. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform, bei der die Aufwickelspule und die Abwickelspule der Fangunterlage zusammen mit dem Filter und dem Strahlungsdetektor auf einer gemeinsamen Grundplatte angeordnet sind, und
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform, bei der auf der Grundplatte nur das Filter und der Strahlungsdetektor angeordnet sind.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfasst eine Abwickelspule 4 mit dem Vorrat frischen Filtriermaterials, das als Fangunterlage 3 dient, und eine Aufwickelspule 5 für die Fangunterlage, die zusammen mit einem Filter 1 und einem Strahlungsdetektor 2 auf einer gemeinsamen Grundplatte 6 angeordnet sind.
Zum Antrieb der bandförmigen Fangunterlage 3 sind Antriebsvorrichtungen 41 und 51 vorgesehen, die an sich bekannt und daher nur strichliert angedeutet sind. Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens sind die Antriebsvorrichtungen 41 und 51 der Spulen 4 und 5 an eine ebenfalls an sich bekannte Umschaltvorrichtung 7 angeschlossen, die die Drehrichtung der beiden Spulen periodisch umkehrt, und zwar in Zeitintervallen, die dem erwünschten Hub der Schwingbewegungen und der erwünschten Vorschubgeschwindigkeit der bandförmigen Fangunterlage 3 entsprechen.
Die Umschaltvorrichtung 7 wird derart eingestellt, dass die Zeit, während welcher sich die bandförmige Fangunterlage 3 in der Vorschubrichtung bewegt, länger ist als die Dauer der Rückwärtsbewe gung der Fangunterlage, und zwar um eine Zeit, die dem erwünschten Vorschub proportional ist. Das bedeutet, dass beim Aufwickeln der bandförmigen Fangunterlage 3 in der Richtung vom Filter 1 zum Strahlungsdetektor 2 das Umschalten der Drehrichtung der Spulen 4 und 5 durch die Umschaltvorrichtung 7 in dem Augenblick erfolgt, wenn die Stelle a auf der bandförmigen Fangunterlage 3 die Stelle b über dem Strahlungsdetektor erreicht, beim Rückwärtslauf der Fangunterlage jedoch schon dann, wenn die Stelle b auf die Stelle a' gelangt, wonach sie beim nächsten Vorschub der Fangunterlage auf die Stelle b' gebracht wird, usw.
Dadurch entsteht eine einseitige Vorschubbewegung der Fangunterlage 3 in Richtung des Pfeiles T. Der mit S bezeichnete Pfeil deutet die Schwingbewegungen der Fangunterlage an.
Im zweiten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 2 dargestellt ist, befindet sich auf der Grundplatte 6 nur das Filter 1 und der Strahlungsdetektor 2. Die Fangunterlage 3 mit den Spulen 4 und 5 und ihrer Antriebsvorrichtung ist auf einer gesonderten Tragplatte
8 angeordnet, die auf der Grundplatte 6 verschiebbar gelagert ist. Die Tragplatte 8 wird durch einen Antriebsmotor 14 und eine zweigängige (rechts- und linksgängige) Schraubenspindel 5 in hin- und hergehende Bewegungen versetzt.
Die Vorschubbewegung der bandförmigen Fangunterlage 3 erfolgt mit einer Zahnstange 9, die auf der Grundplatte 6 federnd befestigt ist, und einem Steigrad 10, das eine Vorschubvorrichtung 11 zum Umwickeln der Fangunterlage 3 von der Abwickelspule 4 auf die Aufwickelspule 5 betätigt. Bei Schwingbewegungen der Tragplatte 8 kommt das Steigrad 10 in Eingriff mit der federnd gelagerten Zahnstange 9. Bei der Bewegung der Tragplatte 8 in der einen Richtung rutschen die Zähne des Steigrades 10 über die Zähne der Zahnstange 9, bei der Bewegung der Tragplatte 8 in der entgegengesetzten Richtung wird dagegen das Steigrad 10 gedreht, wodurch es durch die Vorschubvorrichtung 11 die bandförmige Fangunterlage 3 von der einen Spule auf die andere umwickelt.
Durch Verstellung der Lage der Zahnstange 9 auf der Grundplatte kann das Ausmass der Drehung des Steigrades 10 bei einer Schwingbewegung der Tragplatte 8 wahlweise eingestellt werden, wodurch in breiten Grenzen die Vorschub geschwindigkeit der bandförmigen Fangunterlage 3 geändert werden kann.
Die Schwingbewegungen der Tragplatte 8 brauchen nicht ununterbrochen anzudauern. Der Motor 14 kann z. B. durch Endschalter 12 oder 13 ausgeschaltet werden, wonach er erst auf einen neuen Schaltbefehl erneut in Gang gesetzt wird. Bei dieser Anordnung verbleibt die Tragplatte 8 während einer verhältnismässig langen Zeit in ihren Endstellungen, wogegen ihr Übergang aus der einen Endstellung in die andere schnell erfolgt.
Die Geschwindigkeit der stets in derselben Richtung verlaufenden Bewegungskomponente der Fangunterlage kann im Vergleich mit der Geschwindigkeit der hin- und hergehenden Bewegungskomponente sehr klein, z. B. tausend- bis hunderttausendmal kleiner sein, so dass sie in solchen Fällen praktisch als gleich Null angesehen werden kann und jeder Punkt der Fangunterlage dann im wesentlichen nur eine Hin- und Herbewegung zwischen zwei konstanten Endlagen ausführt.