DD257373A3

DD257373A3 - DETECTOR FOR ACTIVITY MEASUREMENT OF RADIOACTIVE GASES

Info

Publication number: DD257373A3
Application number: DD28241085A
Authority: DD
Inventors: Heinz Schmidt; Juergen Roecker
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1985-11-04
Filing date: 1985-11-04
Publication date: 1988-06-15

Abstract

Der Detektor eignet sich fuer die Aktivitaetsmessung radioaktiver Gase, insbesondere von Tritiumgas im Konzentrationsbereich 3 MBq/ml; er arbeitet bis zu einem Fuelldruck von 100 kPa unabhaengig vom Fuelldruck. Der Detektor besteht aus einer Detektorkammer und einem Sekundaerelektronenvervielfacher und ist dadurch gekennzeichnet, dass als Detektorkammer ein Glasroehrchen dient, in das ein mit Szintillationssubstanz beschichteter Glasstab so eingeschmolzen ist, dass der Abstand zwischen dieser Schicht und der Innenwand des Glasroehrchens minimal ist. Der Detektor zeichnet sich durch geringe Selbstabsorptionsverluste und minimalen Memory-Effekt aus.The detector is suitable for the activity measurement of radioactive gases, in particular of tritium gas in the concentration range 3 MBq / ml; It works up to a filling pressure of 100 kPa, independent of the filling pressure. The detector consists of a detector chamber and a secondary electron multiplier and is characterized in that the detector chamber is a glass tube in which a glass rod coated with scintillant substance is sealed in such a way that the distance between this layer and the inner wall of the glass tube is minimal. The detector is characterized by low self-absorption losses and minimal memory effect.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Detektor zur Aktivitätsmessung radioaktiver Gase, insbesondere von Tritiumgas im Konzentrationsbereich größer als 3 MBq · ml"¹ H-3.The invention relates to a detector for measuring the activity of radioactive gases, in particular of tritium gas in the concentration range greater than 3 MBq.ml " ¹ H-3.

Characteristic of the known technical solutions

Tritiumgas hoher Aktivitätskonzentration wird entweder mit Ionisationskammern, in die das zu messende Gas gefüllt und eventuell mit inaktivem Gas auf einen bestimmten Fülldruck gebracht wird, oder durch Abfüllen des zu messenden radioaktiven Gases in eine geeignete Ampulle und Bestimmung der im Gas erzeugten Bremsstrahlung in einem fensterlosen Proportionalringzählrohr gemessen.Tritium gas high activity concentration is either with ionization chambers, in which the gas to be measured is filled and brought to a certain filling pressure with inactive gas, or by filling the radioactive gas to be measured in a suitable ampoule and determining the brake radiation generated in the gas in a windowless Proportionalringzählrohr measured.

Beide Verfahren, die mit großvolumigen Anordnungen durchgeführt werden, eignen sich nicht für eine fülldruckunabhängige Aktivitätsmessung reinen Tritiumgases hoher Aktivität. Gasgefüllte Ionisationskammern könnten zwar für diesen Zweck eingesetzt werden (auch die Herstellung von Ionisationskammern mit entsprechenden Füllvolumina ist möglich), aber die lonisationskammercharakteristik würde sich für jeden Fülldruck ändern. Es müßten deshalb für jeden Fülldruck die Betriebsparameter der Ionisationskammer geändert werden, um immer im Sättigungsstrombereich zu arbeiten. Dies wiederum macht die Aufnahme einer großen Anzahl von Aktivitäts-Strom-Eichkurven erforderlich. Ein weiterer Mangel bei der Messung radioaktiver Gase hoher Aktivität besteht darin, daß durch die Herabsetzung des Isolationswiderstandes der Sammelelektrode einer Ionisationskammer ein aktivitätsabhängiger Meßfehler entsteht. Schließlich besitzen die bekannten Detektoren einen hohen Memory-Effekt, der ein häufiges Auswechseln des Detektors erforderlich macht. Bei Betrieb eines Proportional-Ringzählrohres mit Argon-Methan als Zählgas und Aktivitätsmessung über die erzeugte Bremsstrahlung lassen sich zwar Photonen mit Energien < 14keV nachweisen sowie bei Verwendung des gleichen Glasgefäßes reproduzierbare Ergebnisse erzielen, aber die Anzahl der ³H-Teilchen, die in der Glaswand Bremsstrahlung erzeugen, hängt natürlich auch vom Gasdruck ab. So bietet sich dieser Detektor ebenfalls nur an für die Messungen von ³H-Gasen unter jeweils gleichem Fülldruck. Außerdem ist der Betrieb eines solchen Detektors aufwendig und teuer (Zählgas!).Both methods, which are carried out with large-volume arrangements, are not suitable for a filling-pressure-independent activity measurement of pure tritium gas of high activity. Although gas-filled ionization chambers could be used for this purpose (the production of ionization chambers with corresponding filling volumes is also possible), the ionization chamber characteristic would change for each filling pressure. It would therefore be necessary to change the operating parameters of the ionization chamber for each filling pressure in order to always work in the saturation current range. This, in turn, requires the uptake of a large number of activity-current calibration curves. Another shortcoming in the measurement of high activity radioactive gases is that the reduction of the insulation resistance of the collecting electrode of an ionization chamber results in an activity-dependent measurement error. Finally, the known detectors have a high memory effect, which makes frequent replacement of the detector required. When operating a proportional ring counter with argon methane as a counting gas and activity measurement on the generated Bremsstrahlung photons can be detected with energies <14keV and achieve reproducible results using the same glass vessel, but the number of ³ H particles in the glass wall Of course, braking energy also depends on the gas pressure. Thus, this detector is also only available for the measurements of ³ H-gases under the same filling pressure. In addition, the operation of such a detector is complicated and expensive (counting gas!).

Andere Detektoren wurden mit der Zielstellung entwickelt, Strahlenschutzmessungen durchzuführen, d. h. die Konzentration eines radioaktiven Gases (oder mehrerer radioaktiver Gase) in Luft zu bestimmen. Dazu gehören eine Plattenionisationskammer, mit der die Zusammensetzung radioaktiver Gase über acht Größenordnungen ermittelt werden kann (DE 3242376), und eine mehrschichtige Szintillationskammer zur simultanen Messung der Konzentration radioaktiver Gase (DE 3212666).Other detectors have been developed with the objective of performing radiation protection measurements, i. H. to determine the concentration of a radioactive gas (or radioactive gases) in air. These include a plate ionization chamber, with which the composition of radioactive gases can be determined over eight orders of magnitude (DE 3242376), and a multilayer scintillation chamber for the simultaneous measurement of the concentration of radioactive gases (DE 3212666).

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist die direkte Messung der Aktivität radioaktiver Gase hoher Aktivitätskonzentration ohne zusätzliche Messung des Gasdrucks.The object of the invention is the direct measurement of the activity of radioactive gases of high activity concentration without additional measurement of the gas pressure.

-2- 4.XU ύ/ύ -2- 4.XU ύ / ύ

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Detektor zur Radioaktivitätsmessung radioaktiver Gase, insbesondere für Tritium, aufzubauen,The invention has for its object to build a detector for radioactivity measurement of radioactive gases, especially for tritium,

— der ein wesentliches kleineres Meßvolumen als bisher bekannte Detektoren hat,Which has a substantially smaller measuring volume than hitherto known detectors,

— der bis zu einem Fülldruck von 10OkPa (760 Torr) unabhängig vom Fülldruck arbeitet,- which works up to a filling pressure of 10OkPa (760 Torr) independent of the filling pressure,

— bei dem zusätzlich aktivitätsabhängige Isolationsströme entfallen und- omitted in the additional activity-dependent isolation currents and

— dessen Memory-Effekt vernachlässigbar klein ist.- whose memory effect is negligible.

Der erfindungsgemäße Detektor besteht aus einer Detektorkammer und einem Sekundärelektronenvervielfacher und ist dadurch gekennzeichnet, daß als Detektorkammer ein Glasröhrchen dient, in das ein mit szintillatorsubstanz beschichteter Glasstab oberThe detector according to the invention consists of a detector chamber and a secondary electron multiplier and is characterized in that a glass tube serves as a detector chamber into which a scintillator substance coated glass rod above

— zur Erreichung einer größeren Empfindlichkeit — mehrere mit Szintillatorsubstanz beschichtete und in geringem Abstand miteinander verbundene (z. B. verkittete) Glasstreifen (z.B. Objektträgerstreifen) so eingeschmolzen sind, daß der Abstand zwischen der Szintillatorschicht und der Innenwand des Glasröhrchens minimal ist, z. B. in der Größenordnung von 0,05 mm liegt, aber nicht größer als 2mm sein darf. Der Detektor kann sowohl für den diskontinuierlichen Betrieb als auch für Durchflußmessungen ausgelegt werden: im ersten Falle ist das Giasröhrchen an einem Ende'abgeschmolzen, während das andere Ende für den Anschluß an die Füllaparatur vorgesehen ist, also z.B. als Schliff ausgeführt ist; im zweiten Falle sind beide Enden des Glasröhrchehs offen (der Glasstab mit der Szintillatorschicht ist beispielsweise zentrisch punktförmig eingekittet). Als Szintallatorsubstanz wird zweckmäßigerweise eine Substanz hoher physikalischer Szintillatoreffektivität verwendet, die wegen der geforderten Absorptionseigenschaften des Detektors in die Glasoberfläche eingesintert wird. Eine Schicht von ca.To achieve greater sensitivity, a plurality of scintillator substance coated and closely spaced (e.g., cemented) glass strips (e.g., slide strips) are sealed so that the distance between the scintillator layer and the inner wall of the glass tube is minimal, e.g. B. is on the order of 0.05 mm, but may not be greater than 2mm. The detector may be designed for both batch and flow measurements: in the first case the slide tube is fused at one end while the other end is for connection to the filling apparatus, e.g. is designed as a cut; in the second case, both ends of the glass tube are open (the glass rod with the scintillator layer, for example, is centered in a point-like manner). As a scintillator substance, a substance of high physical scintillator effectiveness is expediently used, which is sintered into the glass surface because of the required absorption properties of the detector. A layer of approx.

1 mg/cm² Zinksilikat entspricht z. B. den Anforderungen. Ihre physikalische Effektivität beträgt etwa 30eV/Photon.1 mg / cm ² zinc silicate corresponds to z. B. the requirements. Their physical effectiveness is about 30eV / photon.

Die Detektorkammer kann außerdem in ein lichtdichtes, reflektierendes Gehäuse, z. B. aus Aluminium, eingesetzt werden. Das Szintillationslicht, welches nach Einfallen eines radioaktiven Gases in der Detektorkammer entsteht, wird mit Hilfe eines Sekundärelektronenvervielfachers und mit bekannten Meßgeräten registriert.The detector chamber may also be in a light-tight, reflective housing, for. B. aluminum, are used. The scintillation light, which arises after the collapse of a radioactive gas in the detector chamber, is registered by means of a photomultiplier tube and known measuring devices.

Mit Hilfe geeichter radioaktiver Gase kann eine Meßwert-Aktivitäts-Korrelation bei verschiedenen Fülldrucken gemessen werden.With the aid of calibrated radioactive gases, a measurement-activity correlation can be measured at different filling pressures.

Der erfindungsgemäße Detektor gestattet auch die Messung von Gasen geringerer Aktivitätskonzentration, wenn das Detektorvolumen vergrößert wird, z. B. durch Veränderung des Durchmessers des Glasröhrchens.The detector of the invention also permits the measurement of gases of lower activity concentration as the detector volume is increased, e.g. B. by changing the diameter of the glass tube.

Der erfindungsgemäße Detektor gestattet eine direkte Messung der Radioaktivität radioaktiver Gase hoher Aktivitätskonzentration unabhängig vom Fülldruck des Gases und folglich ohne zusätzliche Messung des Gasdrucks. Auch für die energiearme Betastrahlung des Tritiums beträgt der selbstabsorptionsbedingte Verlust bei Füllung mit NormaldruckThe detector according to the invention permits a direct measurement of the radioactivity of radioactive gases of high concentration of activity independently of the filling pressure of the gas and consequently without additional measurement of the gas pressure. Even for the low-energy beta radiation of tritium is the self-absorption loss due to filling with atmospheric pressure

Das geringe freie Volumen des Detektors mach die Aktivitätsmeßfehler und die Gasverluste beim Abfüllen gasförmiger radioaktiver Stoffe vernachlässigbar klein.The small free volume of the detector makes the activity measurement errors and the gas losses when filling gaseous radioactive substances negligibly small.

Auch bei Aktivitätsmessungen im lOOGBq-Bereich zeigt der Detektor nach kurzer Evakuierung vor der nächsten Füllung keine Memory-Effekte.Even with activity measurements in the 10 GHz range, the detector shows no memory effects after a short evacuation before the next filling.

embodiment

Die Figur zeigt das Schema eines erfindungsgemäßen Detektors.The figure shows the scheme of a detector according to the invention.

Der Detektor besteht aus der Detektorkammer und einem Fotovervielfacher 1. Als Detektorkammer dient ein Glasrohr 2, in das ein Glasstab 3 an einer Seite derart eingeschmolzen ist, daß der Abstand der Oberfläche des Glasstabes 3 von der Innenwand des Glasrohres 2 0,05 mm beträgt. Die Oberfläche des Glasstabes 3 ist mit einer szintillierenden Schicht 4 bedeckt. Diese Schicht 4 wird durch Einsintern von Zinksilikat erzeugt. Die szintilierende Schicht 4 bedeckt den Glasstab 3 über eine Länge, über die der Fotovervielfacher 1 das entstehende Licht erfassen kann. Die andere Seite des Glasrohres 2 besitzt eine elastische Dichtung 5, so daß es über einen Metallrohrstutzen 6 mit der Füllanlage verbunden werden kann. Über eine lichtdichte Zuführung wird das Detektorröhrchen in ein Gehäuse 7 eingeführt, das den Fotovervielfacher 1 zur analogen Registrierung des Szintillationslichtes enthält.The detector consists of the detector chamber and a photomultiplier 1. As a detector chamber is a glass tube 2, in which a glass rod 3 is melted on one side so that the distance of the surface of the glass rod 3 from the inner wall of the glass tube 2 is 0.05 mm. The surface of the glass rod 3 is covered with a scintillating layer 4. This layer 4 is produced by sintering in zinc silicate. The scintillating layer 4 covers the glass rod 3 over a length over which the photomultiplier 1 can detect the resulting light. The other side of the glass tube 2 has an elastic seal 5, so that it can be connected via a metal pipe socket 6 with the filling system. Via a light-tight feed, the detector tube is inserted into a housing 7 which contains the photomultiplier 1 for analog recording of the scintillation light.

Beim Messen von Tritium mit einem Fülldruck, der dem Normaldruck entspricht, beträgt der selbstabsorptionsbedingte Fehler des Meßwertes nur 0,5%.When measuring tritium with a filling pressure which corresponds to the normal pressure, the self-absorption-related error of the measured value is only 0.5%.

Die Empfindlichkeit des Detektors kann durch die angelegte Fotovervielfacherspannung variiert werden. Sie beträgt z. B. bei 200 V Arbeitsspannung 2,3 · 10~¹²A/mCi/ml und bei 400V Arbeitsspannung 4,4 · 10~¹¹ A/mCi/ml. Der Tritiummeßbereich des beschriebenen Detektors reicht im genannten Arbeitsspannungsbereich von 0,2mCi/ml bis4 10⁴mCi/ml.The sensitivity of the detector can be varied by the applied photomultiplier voltage. It is z. B. at 200 V working voltage 2.3 · 10 ~ ¹² A / mCi / ml and at 400V working voltage 4.4 · 10 ~ ¹¹ A / mCi / ml. The tritium measuring range of the described detector ranges from 0.2 mCi / ml to ⁴ 10 ⁴ mCi / ml in the said working voltage range.

Die Empfindlichkeit kann noch erhöht werden, wenn anstelle des beschichteten Glasstabes mehrere Szintillatorbeschichtete Glasplatten, deren Abstände zueinander und zur Glasrohrinnenwand obigem Beispiel entsprechen, in ein einseitig verschlossenes Glasrohr eingeführt werden. Das Detektorvolumen ist in diesem Fall größer als im ersten Ausführungsbeispiel.The sensitivity can be further increased if, instead of the coated glass rod, a plurality of scintillator-coated glass plates whose distances from one another and to the glass tube inner wall correspond to the above example are introduced into a glass tube sealed on one side. The detector volume is larger in this case than in the first embodiment.

Claims

-1-invention claim:

A detector for measuring the activity of radioactive gases, comprising a detector chamber and a photomultiplier, characterized in that the detector chamber is a glass tube (2) into which a scintillating substance coated glass rod (3) is so melted that the distance between the scintillation layer (4 ) and the inner wall of the glass tube (2) is smaller than 2 mm.

2. Detector according to item 1, characterized in that one end of the glass tube (2) sealed off, the other end is provided for connection to the filling device.

3. Detector according to item 1, characterized in that the glass tube (2) is provided for gas flow.

4. Detector according to item 1, characterized in that instead of the glass rod (3) a plurality of scintillant substance coated and at a small distance interconnected glass strips are used.

5. Detector according to item 1, characterized in that the detector chamber is housed in a light-tight, reflective housing (7).

6. Detector according to item 1, characterized in that as a scintillation layer (4) sintered zinc silicate is used in the glass surface.

7. Detector according to item 1 and 6, characterized in that the basis weight of the scintillation layer (4) is about 1 mg / cm ² .