Gerät zur Anzeige gefährlicher Radioaktivität der Luft
Die vorliegende Erfindung. betrifft ein Gerät zur Anzeige gefährlicher Radioaktivität der Luft.
StrahlungsschädY durch Uran und Plutonium entstehen hauptsächlich durch das Einatmen und sonstiges Einnehmen dieser Elemente in Form von Staubpartikeln der Luft.
Es ist bereits ein Uberwachungsgerät bekannt, bei dem Staub durch eine Vorrichtung in Form einer Probe periodisch aus der Luft entnommen und dann , die Probe einem Detektor ausgesetzt wird, der einen Zähler betätigt, um das Mass der vorliegenden Radioaktivität anzuzeigen. Übersteigt die Angabe des Zählers einen bestimmten oberen Wert, dann wird ein Alarm ausgelöst, der anzeigt, dass der Staub einen, gefährlichen Anteil radioaktiver Substanz enthält.
Bei dem @eben angegebenen Gerät besteht eine unvermeidliche Zeitverzögerung, bevor der Alarm ausgelöst wird und die zu schützenden Personen auf die Gefahr aufmerksam gemacht werden. Die Zeitverzögerung ist dabei bedingt durch die Zeit für die Probenahme und die Zeit für die Zählung oder das Wahrnehmbarmachen. Wenn nun eine vernünftig hohe Genauigkeit erreicht werden soll, muss die Messung auf einer Auszählung über eine ziemlich lange Zeit aufbauen, d. h. für niedrige Gefahrengrade der Radioaktivität, bei denen sich nur kleine Zahlwerte ergeben, müssen für die Probenahme ziemlich lange Zeiten gewählt werden eder der Alarm wird jedesmal ausgelöst, wenn die statistische schwankung den Zählwert vorübergehend über den untersten Gefahrengrad hebt.
Ein bekanntes Überwachungsgerät der genannten Art hat den offensichtlichen Nachteil, dass die Zeitverzögerung bis zum Alarmimmereinenunvermeid- lichen Mindestwert überschreiten muss, da die Zeit für die Probenahme immer aufgewandtwerden muss, bevor ein Alarm ausgelöst werden kann, gleichgültig, welchen Grad der Verunreinigung der Staub aufweist.
Wenn die Zeitverzögerung herabgesetzt wird, indem kürzere Zeiten für die Probenahme gewählt werden. ergeben nur hohe Verunreinigungen ein genügend hohes Zählergebnis, d'as zuverlässig ist und den Alarm auslöst, wobei aber-trot der naschen Aufdeckung hoher Verunreinigung - niedrige Verunreinigungen unentdeckt bleiben würden und beliebig lange bestehen könnten, ohne dass ein Alarm ausgelosb würde. Die additive Wirkung der kleinen Strahlungsschäden würde in solchen Fällen zu fatalen Auswirkungen führen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, ein Gerät zu schaffen, bei idem die Zeit für die Probenahme automatisch so eingestellt wird, dass sie sich der jeweilige gegebenen Verunreinigung anpasst. Es ist gekennzeichnet durch eine Auffangvorrichtung, die zeitweise in einer Testzone liegt und anschliessend vor einen Strahlungsdetektor gebracht wird, einen Impulszähler zum Zählen der vom Detektor ausge- henden Impulse, eine Rückstelleinrichtung zum Zurückstellen des Impulszählers nach einer bestimmten Zeitperiode, eine Alarmvorrichtung, die dann betätigt wird, wenn die Zahlung über eine bestimmte Zeit- dauer das Überschreiten einer oberen Gefahren- grenze ergibt, eine Verzqgerungseinrichtung,
die dann betätigt wird, wenn die Zählung eine untere Gefahrengrenze überschreitet und dadurch das Rückstellen des Zählers über mehrere Zeitperiodeni verzögert, wobei der Alarm erst ausgelöst wird, wenn die obere Gefahrengrenze während der verlängerten Zähldauer überschritten wird.
Jede Zähldauer oder Zählperiode beginnt zweck mässigerweise am Ende der zugehörigen Zeitdauer oder Zeitperiode für die Probenahme und läuft gleichzeitig mit der Zeit oder Periode der nachfolgenden Probenahme. So wird der erhaltene Zahlenwert für die aufeinanderfolgenden Perioden der Probe nahme vorzugsweise nach Ablauf einer Zählperiode registriert.
Vorzugsweise sind die Zeiten für die Probenahme von gleicher Dauer wie die Zeiten für die Zählung.
In einer bevorzugten Ausfiihrungsform der Erfindung bewirkt die Betätigung der Schaltvorrichtung bei Überschreiten des vorbestimmten Mindestwertes der. ausgezählten Zahl das Auslsetzen Ider Rücksteli- vorrichtung für eine ganze Zahl aufeinanderfolgender Perioden der Probeentnahme, die zumindest angenä- hert gleich dem Werte ist, der sich ergibt aus der Division des vorbestimmten Höchstwertes der Zahl der Zählung zu Idem vorbestimmten Mindestw. ert.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht und wirdd nachfolgend beschrieben. Es zei- gen :
Fig. 1 ein Blockschaltbild für ein Alarmgerät für die radioaktive Luftüberwachung, und
Fig. 2 eine Schaltungsausführung, die für das Alarmgerät nach Fig. 1 gawählt wenden kann.
Nach Fig. 1 umfasst die Vorrichtung für die Pro benahme ein Papierband l, das in dem zu überwa- chenden Bereich in aufeinanderfolgenden Zeitperioden von fünf Minuten P. robenahmen, des Staubes durchführt.
Der Einwirkung des freiliegenden Teils des Bandes wird nach der Probenahme ein Detektor 2 für α-Teilchen ausgesetzt, dessen Ausgangsimpulse über einen Impulshöhenanalysator 4 und ein Oder-Tor einem Zähler zugeführt werden. Die durch Plutoni- umpartikel in der Luft erzeugten Detektor-Impulse passieren direkt durch das Oder-Tor zum Zähler, während die von Uranpartikeln herrührenden Impulse zuerst der Teilereinheit 5 zugeführt, durch vierzig geteilt und dann erst durch das Oder-Tor zum Zähler gelangen, so dass die auf den Zähler übertra- gene Gesamtzahl die wirklich bestehende radioaktive Gefahr darstellt, gleich, ob diese von Uran oder Plutonium stammt, wobei berücksichtigt wird,
dass Plu tonium für den menschlichen Körper vierzigmal gefährlicher ist als Uran.
Der in gestrichelten Linien umrandete Zähler enthält einen Zähler 3 Sir die Einer in Serie zu einem Zähler 6 für die Zehner. Wenn die Zählerperiode gleich lang wie die Periode für die Probenahme. gewählt wird, zweckmässigenweise fünf Minuten lang, dann kann. die Probenahme für die nächste Zählung gleichzeitig mit der Zählung für die vorhergehende Probenahme erfolgen.
Die Ausgangsgrössen der Zähler 3 und 6 werden über ein Und-tor einer Alarmvorrichtung 7 zugeführt. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Verhältnisse so gewählt, dass bei einer Summe. der Ausgangsgrössen von siebenunddreissig oder mehr die Alarmvomichtung betätigt wird, um zu zeigen, dass die Radioaktivität zumindest viermal grösser ist als der hochstzulässigen Konzentration entspricht.
Die Zähler 3 und 6 werden. am Endle jeder Zählperiode durch eine Rückstellvorrichtung 8, die über ein Nicht-Und-Tor 9 cineni entsprechenden Impuls liefert, auf Null zurückgestellt.
Wenn das Zählerregisber für die abgelaufene Zeit der Probenahme weniger als ne-un anzeigt, dann liegt die Radioalktivität unterhalb des geringsten Gefah rengrades von einmal der maximal zulässigen Ekm- zentration und der Zähler wird auf Null zurückge sbellt und betginnt unmittelbar danach die nächste Probenahmezeit auszuzählen.
Wenn jedoch für eine Probenahmezeit von fünf Minuten der Zähler auf siebenfunddreissig kommt, wird. die Alarmvorrichtung 7 betätigt, und das Personal wird innerhalb von zehn Minuten auf die Gefahr hingewiesen, wobei diese zehn Minuten sich zusam mensetzen aus fünf Minuten für die Probenahme und die höchstens notwendige Zeit von fünf Minuten für das Auszählen.
Liegt das Zählergebnis für die Zeit der Probenahme zwischen neun und secbsunddreis'sig, so ge nugt dies nicht, um die Alannvorrichtung zu betäti- gen, obwohl in solchem Falle wahrscheinlich ein ge fährliches Mass von Radioaktivität zwischen einmal und viermal die maximal zulässige Konzentration in der Probe vorliegt.
Wenn demnach ein Zähler mehr als neun zählt, wird eine Schaltvorrichtung betätigt, diedieRücksteUvorrichtungdesZählersunwirksam macht, so d'ass der Zähler weiterzahlt bis zur Erfas- sung von vier aufeinanderfolgenden Perioden, bevor er auf Null zurückgestellt wird, Wenn aber der Zäh- ler bei einer Zählperiode mehr als neun erreicht, dann wird in der verlängerten Zählperiode zumindest eine Zahl von siebenunddceissig erreicht, so d'ass die Alarmvorrichtung betätigt wird.
Wenn aber die Zahl neun in dem Zähler nur infolge statistischer Schwin- gungen der Zählspanne erreicht wurde, wird wohl die Zahl siebenuniddroiss'ig m der verlängerten Zählpe- riode nicht erreicht, so dass die Alarmvorrichtung nicht betätigt wird.
Wenn die Probenahme-und Zählperiode in der angegebenen Weise verlängert wird, erfolgt die erste Zahlung gleichzeitig mit der zweiten Probenahme umd die zweite Zählung gleichzeitig mit der dritten Probe nahme usw., so dass die Gesanmtzahl fünf Minuten nach der letzten Probenahme erhalten wird.
Natürlich wird die Alarmvorrichtung betätigt, sobald der Zähler die Zahl siebenunddreissig erreicht, während-je nach Schaltungszustand-die Zählung bis zum Ende der fünf Minuten oder der zwanzig Minuten fortschreitet, so dass die genaue Radioaktivität nach Ablauf der Zeit abgelesen werden kan. n.
Damit wird bei einer Radioaktivität von einmal der maximal zulässigen Konzentration die Alarmvor- richtung am Ende der vierten Zählperiode betätigt, so dass das Personal innerhalb von fünfundzwanzig Minuten seit Auftreten dieser Radioaktivität, d. h. nach zwanzig Minuten ifur die Probenahmen und zwanzig Minuten far das Auszählen, das fünf Minuten später endet als die Probenahmen, gewarnt wird.
Warnungen für höhere Radioaktivität treten natürlich in entsprechend kürzerer Zeit auf.
Die Vorrichtung zum Verhindern der Rückstel- lung weist ein bistabiles Element 10 auf,, das von dem Einheitenzähler 3 ein erstes Signal erhält, wenn dieser Zähler eine neun ausweist, wobei dieses Signal bewirkt, das das Element t 10. das Nicht-Und-Tor 9 schliesst, durch das hindurch die Rückstellsignal. e üblicherweise zu den Zählern geleitet werden, und das Nicht-Und-Tor 11 öffnet, so dass die Rückführsignale nun über das Tor 11 einem Teiler 12 zugeführt werden, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel für vier aufgenommene Impulse einen Impuls abgibt.
Dadurch löst der Teiler 12 nach vier aufeinan- derfolgenden Zählperioden einen Ausgangsimpuls aus, der zu dem'Element 10 zurückgeführt wird, um dieses Element. in seinen Anfangszustand zurückzu- bringen. Das Element 10 stellt dann die Nicht-Und Tore 9 und 11 in ihre Ausgangsstellung zurück und nachfolgende e Rückstellimpulse werden wiederum über das Tor 9 dem Zähler 3 zugeführt.
Obwohl das oben beschriebene Überwachungsge- rät so ausgebildet war, dass es bei Pegeln von einmal und viermal der maximal zulässigen Konzentration arbeitet, ist das hier zu beschreibende Gerät nicht auf diese Werte beschränkt. Vielmehr kann das Gerät für die Verwendung mit andern Strahlungspegeln ab gändert und die Teilereinheit 12 durch andere Teilereinheiten ersetzt werden, so dass nötigenfalls eine beW friedigendeVeränderungoderAusweitungdefZähl- werte möglich ist.
Fig. 2 ist ein Beispiel für die Stromkreise, die für die Blockschaltun nach Fig. 1 verwendiet werden können, wobei nur diejenigen Teile der Schaltung gezeigt sind, die zum Verständnis wirklich notwendig sind.
Die Zähler für die Einer und Zehner sind als Kaltkathodenzählröhren gezeigt, d. h. Dekatronröhren Vl und V2. Der Stromkreis für die Alarmvor- richtung umfasst ein Paar kreuzweise gekoppelte Transistoren Q1 und Q2, die eine Triggerschaltung bilden.
Die Betriebsweise der Alarmjvomchtung ist folgende :
Wenn ein Alarm notwendig wird, d. h. wenn die Zählung den Wert Siobenunddreissig erreicht hat, führen die Kathoden der Zähler 3 bzw. 6 der Einer un, d Zehner Strom, und es erscheinen an diesen Kathoden positive Spannungen. Diese Koinzidenz wird von einem Und-Tor erfasst, das durch die Dioden D1, D2 und D3 gebildet ist, und bewirkt ein positives Ausgangssignal, das den Zustand der Alarm-Binäranordnung Ql, Q2 ändert und das Alarmrelais A entrogt. Die Kontakte des Relais A liegen in beliebiger, zweckentsprechender Weise in einem äusseren Alarmkreis (nicht gezeigt).
Die Funktionen der Blöcke 9 und 10 nach Fig. 1 werden eingeleitet durch die Relaiskontakte EW1 des Relais EW für Frühwarnung.
Im normalen Betrieb gelangt ein Rückstellimpuls, der beispielsweise durch kurzzeitiges Schliessen eines Mikroschalters Sl erzeugt werden kann, der durch einen Zeitgebermechanismus des Überwachungsgerätes betätigt wird, an die 0vKathoden der Zähler für die Einer und Zehner und sbellt am Ende eines jeden Zyklus die Zähler auf Null zurück.
Wenn eine Zahl für Frühwarnung ausgewiesen wird, beispielsweise eine Neun, dann wird dem bista- bilen Element O3, Q4 ein positives Signal zugeführt, so dass sein Zustand wechselt. Das Relais EW wird cntregt und die Kontakte EW1 schalten um. Nachfolgende Rückführimpulse werden der Treiberelektrode einer Teilerstufe V3 zugeführt, die ebenfalls als Kalt kathoden-Dekadenröhre dargestellt ist. Diese Röhre zeigt die Anzahl der Rückstellimpulse (und damit die Anzahl der Probenahmeperioden) seit dem Einstellen des Frühwarnzustandes. an,.
Da die Röhren V1 und V2 zurüclrgestellt werden, werden die Zahlen aus aufeinanderfolgenden Probenahmen durch diese Zähler hinzugefügt.
Wenn ein alarmierender Grad der Radioaktivität vor Erreichen, des Endes der n-ten Periode auftritt, wobei alarmierende Zahl n = = 4
Frühwarnungszahl für das vorliegende Beispiel ist, dann wird, wie bereits beschrieben, der Alarm ausgelöst. Wird die alar- mierende Zahl in vier Perioden nicht erreicht, dann wird die Frühwarnung als irrtümlich angesehen. Der Wiederherstellimpuls am Ende der vierten Periode schaltet die Teilerröhre V3 auf die Kathode 5 und das positive Signal an dieser Kathode stellt das bistabile Element Q3, Q4 wieder zurück und bewirkt, dass EW1 zur Normalstellung zurückkehrt und V1, V2 und V3 zurückstellt, wodurch das Instrument wieder in, den normalen Betriebszustand gelant.