-
Strahlungsanzeiger, insbesondere für radio aktive Strahlung Die Erfindung
bezieht sich auf Strahlungsanzeiger, insbesondere für radioaktive Strahlung, und
zielt in erster Linie darauf ab, einen handlichen und robusten, tragbaren Strahlungsanzeiger
für Feldbenutzung (gegebenenfalls auch für Benutzung durch die Zivilbevölkerung)
zu schaffen, mit dem radioaktive Strahlung, insbesondere y-Strahlung, die nach Atomexplosionen
auftreten kann, so nachweisbar wird, daß der Grad ihrer Gefährlichkeit an verschiedenen
Beobachtungspunkten jeweils abzuschätzen ist und man sich unter dauernder Kontrolle
des Geräts aus einer sonst unspürbaren Gefahrenzone entfernen kann.
-
In gewissem Umfange sind solche Geräte bereits, im wesentlichen wissenschaftlichen
Verwendungs zwecken dienend, bekanntgeworden. Sie bestehen z.B. aus einer geschlossenen
Kapsel und einem darin angeordneten Elektrometer mit einer festen Elektrode und
einer als dünnes Blättchen ausgebildeten, etwa in ihrer Mitte von einem dünnen ausgespannten
leitenden Faden getragenen beweglichen Elektrode. Eine dieser Elektroden ist an
ein ladungaufuehmendes System angeschlossen, die andere wird mittels einer Gleichstromquelle
auf einem gewissen Potential relativ zu dem einen Pol einer elektrischen Spannungsquelle
gehalten, deren entgegengesetzter Pol mit dem anderen Pol des ladungaufuehmenden
Systems verbunden ist. Das Potential dieses Systems nähert sich dann bei eintreffender
Strahlung und darauffolgender Ladungswanderung im Felde dem Potential des entgegengesetzten
Feldpols, wodurch die bewegliche Elektrode unter Überwindung des elastischen Torsionswiderstandes
des Fadens sich der festen Elektrode nähert und jeweils bei Erreichung einer gewissen
Ladung mit der festen Elektrode in leitenden Kontakt kommt und zurückschwingt. Die
Schwingungsfrequenz des Blättchens, das seine Breitenausdehnung in der Längsrichtung
des Fadens besitzt, wird auf diese Weise ein Maß für die Intensität des auftretenden
Ladungsstromes und der eintreffenden Strahlung.
-
Die Erfindung basiert auf diesen Voraussetzungen und schafft ein
dem eingangs genannten Verwendungszweck entsprechendes Gerät, bei dem erfindungsgemäß
die beweglichen Elektrometerteile, insbesondere der Torsionsfaden, derart dünn bemessen
sind, daß die durch die Aufladungen hervorgerufenen Feldkräfte zur Herbeiführung
von Bewegungen des Blättchens mit einem für deutliche Beobachtung hinreichend großen
Ausschlag genügen, wobei diese Bewegungen des Blättchens unmittelbar oder mit Hilfe
optischer Mittel durch einen dazu geeigneten Teil der Kapselwand visuell zu beobachten
sind, und sich der Faden im Blickfeld quer erstreckt, so daß die Schwingungen des
Blättchens in sichtbarer Fläche erscheinen.
-
Die Anzeige wird also direkt durch visuelle Beobachtung eines sogenannten
schwingenden Elektrometers erzielt, indem man unmittelbar durch die Schwingungsfrequenz
des Blättchens eine Anzeige der Strahlungsstärke erhält. Hierdurch wird es möglich,
jeden Umwandlungs- und Zeigermechanismus zu entwehren. Da das Blättchen in seinem
Schwerpun,kt aufgehängt ist, wird die Anzeige auch davon unabhängig, in welcher
Lage das Gerät gehalten wird. Gleichzeitig kann das Anzeigegerät sehr robust ausgebildet
werden, nicht nur weil empfindliche Mechanismen im wesentlichen fortfallen, sondern
auch weil gegebenenfalls auftretende Trägheitskräfte als einzige äußere Kräfte,
denen das Elektrometer ausgesetzt sein kann, infolge des niedrigen Gewichts und
Trägheitsmomentes des Blättchens außerordentlich klein werden und deshalb trotz
der sehr kleinen Querschnittsabmessungen des Fadens ohne weiteres von dem Faden
selbst, eventuell in Verbindung mit einer federnden Halterung, aufgenommen werden
können.
-
Ebenfalls infolge der geringen Querschnittsabmessungen des Fadens
und des niedrigen Trägheitsmomentes des Blättchens kann das Gerät mit ungewöhnlich
großer Empfindlichkeit arbeiten.
-
Da das Blättchen mit seiner Breitendimension in der Längsrichtung
des Fadens angebracht ist, bietet seine stabile Befestigung an dem äußerst dünnen
Faden keine Schwierigkeiten. Weiter führt diese Anordnung im Zusammenhang mit dem
äußerst kleinen Trägheitsmoment des Blättchens dazu, daß der Luftwiderstand sich
bei hohen Frequenzen bzw. erhöhten
Geschwindigkeiten des Blättchens
derart geltend machen kann, daß die Bewegungen und damit der Anschlag des Blättchens
an die Gegenelektrode abgedämpft werden.
-
Es kann zweckmäßig sein, das Elektrometer selbst mit leitenden Wänden
zu umgeben, die an die Spannungsquelle mit entgegengesetzter Polarität zu derjenigen
der mit der Spannungsquelle verbundenen Elektrode angeschlossen sind. Dadurch wird
eine gute Steuerung der Feldverteilung im Elektrometer und um dasselbe herum erzielt.
Hinzu kommt, daß bei Ionisierung von Luft oder Gas in dem umgebenden Raum das Blättchen
mit seiner Aufhängevorrichtung selbst ladungaufuehmend wirken wird, was man insbesondere
für eine weniger empfindliche Anzeige ausnutzen kann, dadurch, daß man, wie weiter
unten erwähnt, das Elektrometer ohne Ladungsaufnahme aus einer besonderen Ionisationskammer
arbeiten läßt.
-
Um ein regelmäßiges, kontrolliertes und daher deutlich sichtbares
Schwingen des Blättchens zu erreichen, ist es zweckmäßig, die feste Gegenelektrode
mit feldsteuernden Flügeln zu versehen, die sich außerhalb der beiden Seitenkanten
des Blättchens befinden und die sich mit abnehmender Breite nach derwenigen Seite
erstrecken, an der sich das Blättchen befindet, wobei sie gleichzeitig schräg auseinanderlaufen,
das Ganze derart, daß die Lage des Blättchens zur stetigen Funktion von der nach
der letzten Entladung erreichten Wiederaufladung wird. Das Blättchen wird sich dann
je nach der Stärke der Strahlung schneller oder langsamer auf die Gegenelektrode
zu bewegen und, sobald es mit dieser in Berührung gekommen ist und seine Ladung
abgegeben hat, rasch in die Ausgangslage zurückschwingen.
-
Als Spannungsquelle kann beispielsweise eine im Gerät eingebaute
Voltasäule, eine Batterie oder ein aufladbarer Kondensator benutzt werden. Für Benutzung
an Stationen, wo gewöhnliche Netzwechselspannung vorhanden ist, kann selbstverständlich
auch eine Kombination von Transformator und Gleichrichter benutzt werden.
-
Um die Anzeige besonders deutlich zu machen, kann das Blättchen im
Lichtstrahl einer im Anzeigegerät angebrachten Lichtquelle angeordnet werden, so
daß es bei seiner schwingenden Bewegung das Licht wechselweise absperrt und durchläßt.
Als Lichtquelle kann eine kleine Glühlampe oder einfach ein finoreszierendes und/oder
phosphoreszierendes Organ benutzt werden.
-
Um die Möglichkeit einer Anzeige über das hinaus zu erweitern, was
man an einem einfachen Elektrometer mit bestimmter Charakteristik beobachten kann,
mag es zweckmäßig sein, zwei Elektrodenpaare zu be nutzen, von denen das eine, verglichen
mit dem anderen, bei gleicher Strahlungsintensität eine vielfache Anzahl von Aus
schlägen ausführt. Dies kann dadurch erzielt werden, daß man die von der Spannungsquelle
isolierte Elektrode des einen Elektrodenpaares mit damit leitend verbundenen Teilen
eines vielmal so großen Ionisationsvolumens zusammenwirken läßt als die isolierte
Elektrode des anderen Elektrodenpaares, so daß, auch wenn Elektrodenpaare von identischer
Ausführung benutzt werden, bei gleicher Strahlungsintensität das eine Elektrometer
eine vielmal so hohe Schwingungsfrequenz als das zweite erhält.
-
Eine andere Methode, den Meßbereich zu erweitern, kann darin bestehen,
die Charakteristik des Elektrometers (Anzahl von Ausschlägen pro Strahlungseinheit)
zu verändern. Dies kann man beispielsweise
dadurch erzielen, daß der Faden an dem
einen oder an beiden Enden verdreht und damit die Ausgangslage des Blättchens geändert
wird, so daß die elektrische Kraftwirkung und der von den elektrischen Kräften zu
überwindende Torsionswiderstand verändert werden; oder man kann das Volumen bzw.
die Kapazität der Ionisierungskammer verändern, was zweckmäßig dadurch erzielt werden
kann, daß die an das ladungaufnehmende Organ angeschlossene Elektrode von demselben
abschaltbar ist, so daß die Kammer, in der sich die Elektroden befinden, allein
als Ionisationskammer wirkt und die Empfindlichkeit des Anzeigers dadurch verkleinert
wird.
-
Noch eine Möglichkeit, die sich übrigens mit der eben erwähnten vereinigen
läßt, kann darin bestehen, die Charakteristik (Anzahl der Ausschläge pro Strahlungseinheit)
durch Änderung der mitgeteilten Spatlnullg abzuwandeln. Dies kann insbesondere dann
in Frage kommen, wenn man gemäß weiterer Aus gestaltung der Erfindung zur Erhöhung
der Empfindlichkeit ein Zählrohr als Ionisierungskammer benutzt.
-
Für die Erfindung ist es ohne prinzipielle Bedeutung, ob die mit
der Spannungsquelle verbundene Elektrode des Elektrodenpaares an den positiven oder
negativen Pol der Spannungsquelle aiigeschlossen ist und ob die feste oder die bewegliche
Elektrode an die Spannungsquelle bzw an das ladungaufuehmende Organ angeschlossen
ist. Bei Verwendung eines Zählrohres normaler Bauart ist es jedoch mit Rücksicht
auf seine Wirkungsweise erforderlich, den positiven Pol der Spannungsquelle mit
der einen Elektrode des Elektrodenpaares und das ladungaufnehmende Organ des Zählrohres
mit der anderen Elektrode zu verbinden.
-
Obwohl der Strahlungsanzeiger nach der Erfindung besonders zum Anzeigen
von y-Strahlung gedacht ist, kann die Erfindung auch zum Anzeigen von Strahlung
anderer Art benutzt werden. So läßt sich ein für y-Strahlung bestimmtes, mit Zählrohr
versehenes Gerät mit einem für jB-Strahlen durchlässigen Fenster in der Wand einer
Kammer ausrüsten, in der das Zählrohr angebracht ist, und die Kapsel des Anzeigegeräts
mit einer vor dem Fenster befindlichen, verschließbaren Öffnung versehen.
-
Weiter ist es denkbar, ein erfindungsgemäß ausgebildetes Gerät für
die Anzeige von nicht radioaktiver, beispielsweise also infraroter Strahlung dadurch
abzuändern, daß die Ionisationskammer durch ein für die betreffende Strahlung empfindliches
elektrisches Ventil, beispielsweise eine Photozelle, ersetzt wird, das ih Reihe
mit dem Elektrodenpaar an die Spannungsquelle angeschlossen ist.
-
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung
in Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor, die verschiedene Ausführungsformen zeigen.
-
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt, etwa in natürlichem Maßstab, von
einem für Feldbenutzung bestimmte Strahlungsanzeiger gemäß der Erfindung; Fig. 2
zeigt das gleiche Gerät im Grundriß und im größeren Maßstab und nach der Linie IÜII
in Fig. 1, teilweise geschnitten; Fig. 3 zeigt im gleichen Maßstab wie Fig. 2 einen
Querschnitt des Deckels des Geräts mit den daran angebrachten Teilen nach Linie
III-III in Fig. 1; Fig. 4 ist eine Vorderansicht, etwa in natürlichem Maßstab, einer
anderen Ausführungsforin des für Feldbenutzung bestimmten Anzeigers mit abgehobenes
Deckel;
Fig. 5 zeigt den gleichen Anzeiger im gleichen Maßstab und
im senkrechten Querschnitt nach Linie VV in Fig. 4; Fig. 6 zeigt einen waagerechten
Quersehnitt nach Linie VI-VI in Fig. 5; Fig. 7 zeigt ein Schaltschema für eine Ausführungs=
form mit Zählrohr und regelbarer Spannung und Fig. 8 den Längsschnitt eines Anzeigegeräts
dieser Ausführungsform etwa in natürlichem Maßstab, Fig. 9 zeigt diagrammatisch
mit linearer Abszisse und logarithmischer Ordinate die Verstärkungs charakteristik
eines in der Aúsführungsform nach Fig. 7 oder 8 verwendeten Zählrohrs, veranschaulicht
durch die Anzahl der Ausschläge des Elektrometers je Minute in Abhängigkeit von
der angelegten Spannung; Fig. 10 zeigt diagrammatisch mit logarithmischer Abszisse
und Ordinate für die verschiedenen Meßbereiche der Ausführungsform nach Fig. 7 den
Zusammenhang zwischen Anzahl Röntgen je Stunde und Anzahl der Ausschläge je Minute
unter Voraussetzung einer Charakteristik nach Fig. 9; Fig. 11 zeigt ein weiteres
Schaltschema für ein Anzeigegerät mit Zählrohr und regelbarer Spannung, das an ein
Wediselstromnetz anzuschließen ist; Fig. 12 ist ein Prinzip-Schaltschema für eine
Ausführungsform mit Photozelle, beispielsweise zur Anzeige von infraroter Strahlung.
-
In der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 besitzt das Anzeigegerät
eine wasserdichte Kapsel 1 beispielsweise aus Kunstharz, die oben mit einem z. B.
angeleimten Deckel aus durchsichtigem Kunstharz hermetisch abgeschlossen ist. Durch
eine Trennwand 3 ist das Innere der Kapsel 1 aufgeteilt in eine Kammer 4, die als
Ionisationskammer dient und daher einen leitenden Wandbelag 5, z. B. aus Graphitfarbe,
aufgedatnpftem Metall ad. dgl. besitzt, und eine kleinere Kammer 6, die einen zylindrischen
I(ondensator 7 enthält. Der eine Pol 8 des Kondensators steht in leitender Verbindung
mit dem Belag 5 und ist durch den Boden der Kapsel 1 an eine äußere Atisuehmung
9 in der Kapselwand hindurchgeführt, während der andere Pol des Kondensators durch
einen innen am Deckel 2 befestigten Federkontakt 10 mit dem Bolzen 11 verbunden
ist, der durch den Deckel hindurch an eine äußere Ausnehmung 12 im Deckel 2 geführt
ist.
-
In die Ausnehmung 12 ist eine elastische Membran 13 eingelegt, die
einen Durchgangskontakt 14 besitzt, der normalerweise vom Bolzen 11 abliegt, aber
durch den Pol einer geeigneten Spannungsquelle eingedrückt werden kann, um den Kondensator
im Kontakt mit dem Bolzen 11 auf eine geeignete Spannung, z. B.
-
400 Volt, aufzuladen.
-
Der Deckel 2 hat im Bereich der Ionisationskammer 4 ein Paar abwärts
gerichtete, innere Querwände 15 und 16, die einen Metalldrahtrahmen 17 tragen. Der
Rahmen 17 ist mit dem Bolzen 11 leitend verbunden und trägt etwa in der Mitte zwischen
den Wänden 15 und 16 die festen Elektroden von zwei Elektrometern. Die feste Elektrode
jedes Elektrometers ist in ein Flügelpaar 18 und 19 bzw. 20 und 21 aus diinnem NsIetallblech
aufgeteilt, die im wesentlichen radial symmetrisch zu einem dünnen leitenden Faden
22 bzw. 23 isoliert von ihm angebracht sind.
-
Diese Fäden sind zwischen den Befestigungsstellen 2e und 27 bzw. 28
und 29 in den Querwänden 15 und 16 gespannt. Die Fäden 22 und 23, die beispielsweise
aus Wolfram mit t/roo mm Durchmesser bestehen oder gegebenenfalls noch etwas dünnere,
mit Silberbelag versehene Quarzfäden sind und durch Kleben, Löten od. dgl. befestigt
sein können, tragen ungefähr in der
Mitte zwischen den festen Elektrodenteilell iS
und 19 bzw. 20 und 21 je ein leitendes Blättchen 24 bzw. 25, welches die bewegliche
Elektrode des Eleltronieters bildet und, wenn es entgegengesetzt zur festen Elektröge
aufgeladen wird, von dieser unter Überwindung des Torsionswiderstandes in den Tragfäden
22 und 23 angezogen wird. Jedes Blättchen kann z. B. aus einer etwa 0,01 mm starken
Glimmerplatte mit im Vakuum aufgedampften Gold- oder Silberbelag bestehen, mit einem
Gewicht voll etwa 2 2mg ausgeführt und ungefähr in seiner Schwerpunktachse am Faden
befestigt sein, so daß die auftretenden Trågheitskräfte minimal werden. In dieser
Größenordnung wird das Gewicht des Blättchens nur ein Tausendstel von der Querbelastung
ausmachen, welche ein Wolframfaden der genannten Stärlte aufnimmt. Anstatt einer
mit Metall belegten Glimmerfolie ist es auch möglich, eine in Querrichtung gewellte
Metallfolie (in Fig. 2 dargestellt) von gleichfalls mikroskopischer Stärke zu benutzen.
-
Um ein Kleben der Blättchen 24, 25 an die zugehörigen festen Elektroden
zu verhindern, können die letzteren mit einem ausgeprägten Kontaktpunkt 18' bzw.
20', gegebenenfalls mit einem geeigneten Belag, beispielsweise aus Aquadag, versehen
werden.
-
Die Ausgangslage der Blättchen kann zweckmäßig im voraus durch Fadenverdrehung
an einer Befestigungsstelle, z. B. bei 26 und 28 an der Querwand 15, eingestellt
werden.
-
Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, sind die festen Elektroden 18,
19 und 20, 21 mit feldsteuernden Flügeln ausgebildet, die sich beiderseits der zugehörigen
beweglichen Blättchen 24 bzw. 25 und mit abnellmender Breite auf diese zu erstrecken,
damit die Lage der Blättchen zu einer festen Funktion der Potentialdifferenz zwischen
der festen und der beweglichen Elektrode und damit des Ladungszustandes des Elektrometers
wird.
-
An dem Befestigungsglied 26 für den Trägerdraht 22 des einen Elektrometers
ist ein ladungaufnehmendes Organ 30 von der Form eines antennenähnlichen Drahtes
leitend befestigt, der ungefähr zentral in die Ioiiisationskaininer 4 hinabragt.
-
Die Wirkungsweise ist folgende: Wenn der Kondensator 7 mit einer
geeigneten Gleichspannung, z. B. mit negativem Pol unten und positivem Pol oben,
aufgeladen ist, nimmt der leitende Belag 5 ein entsprechendes negatives Potential
gegenüber den festen Elektroden 18, 19 bzw. 20, 21 der Elektrometer an.
-
Das Blättchen 24 mit den damit leitend verbundenen Teilen, nämlich
dem Faden 22, den Befestigungen 26, 27 und dem Antennendraht 30, wird dann ein Ztvischenpotential
annehmen, das durch das Verhältnis der Kapazitäten zwischen den festen Elektroden
und dem Wandbelag bestimmt ist. Dasselbe wird mit dem Blättchen 25, mit dem Faden
23 und octen Befestigungen 28, 29 der Fall sein.
-
Wegen des Potentialunterschiedes zwischen den Polen der Elektrometer
wird die bewegliche Elektrode an die feste Elektrode angezogen, wo sie Kontakt bildet
und auf das gleiche Potential wie die feste Elektrode aufgeladen wird. Dadurch wird
die hewegliche Elektrode wieder abgestoßen und nimmt ihre von der festen Elektrode
entfernte Ausgangslage an, beispielsweise wie in Fig. 3 dargestellt.
-
Solange keine ionisierende Strahlung auftritt, wird danach keine
sichtbare Bewegung der Blättchen 24, 25 stattfinden. Sobald y-Strahlen eintreffen,
wird dagegen in der Luft der Ionisationskammer eine Ionisation eintreten, und negative
Ionen werden nach den
Draht 30 wandern, so daß dieser mit dem Blättchen
24 ein niedrigeres Potential annehmen und die Anziehung zwischen dem Blättchen 24
und der Gegenelektrode 18, 19 zunehmen wird. Das Blättchen wird sich dann auf die
Elektrode 18, 19 zu drehen, wobei seine Lage beispielsweise durch die eingetroffene
Ladungsmenge, d. h. durch die ionisierende Strahlungsmenge, bestimmt ist, so daß
je nach der Intensität der Strahlung die Geschwindigkeit des Blättchens bei seiner
Lageänderung höher oder niedriger sein wird. Wenn das Blättchen schließlich auf
die feste Elektrode auftrifft, wird es seine negative Ladung abgeben und das Potential
der festen Elektrode annehmen abgestoßen werden und rasch in seine Ausgangslage
zurückschwingen. Danach wiederholt sich der Vorgang, und dieses Hin- und Herschwingen
des Blättchens ergibt eine Frequenz, die der Strahlungsintensität ungefähr proportional
ist. Eine normale Charakteristik für ein Elektrometer dieser Art ist durch die Kurve
K3 in Fig. 10 veranschaulicht, weiche die Strahlungsintensität in r je Stunde für
Ausschlagfrequenzen zwischen einem Ausschlag je Minute und etwa ganz Ausschlägen
je Sekunde zeigt. Bei Beobachtung der Blättchen durch den Deckel 2 hindurch kann
man sich somit von der Intensität der Strahlung und damit von deren Gefährlichkeitsgrad
ohne weiteres ein Bild machen, und wenn man auf diese Weise die Umgebung »abtastet»,
kann man ohne weiteres ermitteln, wo es in der Nähe die beste Deckungsmöglichkeit
gibt.
-
Kleinere Spannungsänderungen, die bei einer Aufladung des Kondensators
7 auf eine nicht genau bestimmte Spannung oder bei einer Benutzung von verhältnismäßig
langer Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Aufladungen eintreten können, werden
auf die Größe der elektrischen Feldkräfte relativ zu dem Torsionswiderstand des
Fadens bei einer gegebenen Ausgangslage einen gewissen Einfluß haben und dadurch
die Ausgangslage etwas beeinflussen.
-
Dieser Einfluß wird aber sehr klein sein, da die abstoßenden Feldkräfte
zwischen den Elektroden viel stärker sind als die anziehenden Feldkräfte zwischen
dem Blättchen und den umgebenden Kapselwänden, und vor allen Dingen werden solche
kleinere Spannungsänderungen praktisch ohne Einfluß auf die Anzeige der Größe derjenigen
Strahlungsmenge sein, die benötigt wird, um ein Schwingen des Blättchens von der
Ausgangslage bis zum Kontakt mit der Gegenelektrode 18, 19 herbeizuführen, und somit
die Charakteristik der Intensität bzw. Ausschlagfrequenz des Geräts praktisch nicht
beeinflussen.
-
Ist die Ausschlagfrequenz des Blättchens 24 so hoch, daß es schwer
ist, seinen Bewegungen zu folgen, kann man statt dessen das Blättchen 25 beobachten.
Auch dieses wird ähnlich dem Blättchen 24 eine schwingende Bewegung ausführen, aber
da das Blättchen 25 mit seiner Aufhängevorrichtung von einem viel kleineren Ionisationsvolumen
umgeben ist, wird die je Strahlungseinheit eintreffende Ladungsmenge um ein Vielfaches
kleiner sein, so daß das Blättchen 25 viel langsamer schwingen wird, beispielsweise
mit einer Charakteristik gemäß K4 in Fig. 10.
-
Mit den beiden Elektrometern wird man leicht insgesamt Intensitäten
von weniger als 1 bis etwa 1000 r je Stunde bestimmen können, indem das Blättchen
24 den Bereich bis etwa 100 r und das Blättchen 25 einen Bereich von etwa 10 bis
1000 r je Stunde erfassen soll.
-
In der dargestellten Ausführung is. das Anzeigegerät gemäß Fig. 1
bis 3 außerordentlich betriebs-
sicher, leicht unterz,ubringen und ebenso leicht
zu handhaben, weil es keine Bedienungsknöpfe oder Regelorgane aufweist. Weiter kann
das Gerät mit einem durchschnittlichen spezifischen Gewicht unter 1 ausgeführt werden,
so daß es sichtbar auf Wasser schwimmen kann. Das Gerät kann Kälte und mäßige Wärme
vertragen und wird bei Temperaturen von -30 bis +400 C normal arbeiten. Wegen seiner
einfachen Ausführung kann es billig und in Massen hergestellt werden und eignet
sich daher zu weitgehender Verbreitung im militärischen und zivilen Sektor.
-
Die Ausführung gemäß Fig. 4 bis 6 ist für ähnliche Zwecke wie die
erste Ausführung bestimmt, weist je doch in verschiedener Hinsicht Verbesserungen
auf.
-
Auch hier wird eine flache Kapsel 31 verwendet, die mit einem durchsichtigen
Deckel 32 wasserdicht verschlossen ist und einen leitenden inneren Belag 33 zur
Bildung einer Ionisationskammer besitzt. Als Spannungsquelle wird jedoch anstatt
eines Kondensators eine Voltasäule benutzt, die in einer zylindrischen inneren Kapsel
34 angebracht ist und mittels einer Schraubenfeder 35 unter Druck gehalten wird.
Da solche Voltasäulen mit sehr langer Lebensdauer am Markt sind, werden keine äußeren
Kontakte benötigt.
-
Ähnlich wie bei der Ausführung gemäß Fig. 1 bis 3 sind wieder an
der Innenseite des Deckels 32 ein Antennendraht 36 und zwei schwingende Elektrometer
montiert, die aus je einem Wolframfaden 37 bzw. 38, einem schwingenden Blättchen
39 bzw. 40 und den von einem festen Drahtrahmen 45 getragenen festen Elektroden41,
42 bzw. 43, 44 bestehen. Der Drahtrahmen ist an einem abwärts ragenden Sockel 46
festgemacht, welcher der Übersicht halber in Fig. 4 und 5 teilweise abgebrochen
ist.
-
Um eine flachere Ausbildung des Gerätes zu erzielen, sind die beiden
Elektrometer hier seitlich gegeneinander verschoben, und die Befestigungsglieder
47 und 48 bzw. 49 und 50 sind an je einem abwärts ragenden Sockel unter dem Deckel
angebracht. Damit die ganze Kapsel nicht zu breit wird, reicht die Anordnung der
Elektrometer hier über die innere Kapsel 34 hinweg. Die Befestigungsglieder 47 und
49 sind als kleine Blattfedern ausgebildet, um die Fäden 37 und 38 gespannt zu halten
und sie vor einer Überbeanspruchung durch die bei Stoßwirkungen auftretenden Trägheitskräfte
zu schützen, während als Befestigungsglieder 48 und 50 Schrauben verwendet werden,
mit denen die Ausgangslage der Blättchen eingestellt wird.
-
In einem rechteckigen Feld an jeder Flachseite der Kapsel 31, die
an sich aus durchsichtigem Kunstharz besteht, ist der Graphitbelag33 weggelassen,
so daß ein durchsichtiges Fenster 51 bzw. 52 entsteht. In dem Feld zwischen diesen
Fenstern ist unter jedem Blättchen ein flacher dreieckiger Klotz 53 bzw. 54 aus
einem geeigneten gelbfluoreszierenden Stoff angebracht, um die Bewegungen der Blättchen
auch bei schwacher Beleuchtung beobachten zu können. Auf der Oberkante jedes Klotzes
53, 54 ist außerdem eine phosphoreszierende Leiste 55 bzw. 56 (z. B. eine Leiste
aus Kunstharz, die mit selbstleuchtendem Farbanstrich versehen oder hohl und durchsichtig
ausgeführt ist und ein selbstleuchtendes Pulver enthält) angebracht, die hinreichend
Licht erzeugt, um eine Beobachtung der Bewegungen der Blättchen auch im Dunkeln
zu ermöglichen.
-
Das Fensterfeld bzw. die Felder 51 und 52 können, wenn erwünscht,
mit einem Gitter überspannt oder mit einem durchsichtigen, leitenden Belag versehen
sein,
um eine gleichmäßigere Feldverteilung in der Kapsel zu erzielen. Zweckmäßig können
die selbstleuchtenden Stoffe der Organe 53> 54 bzw. 55 und 56 derart gewählt
werden, daß sie unter den beiden Elektrometern mit verschiedener Farbe leuchten,
um ihre Unterscheidung zu erleichtern.
-
Der eine Pol der Voltasäule wird durch eine Leitung 57 mit dem Belag
33, ihr anderer Pol über eine Leitung 58 mit dem Drahtrahmen 45 verbunden; die Wirkungsweise
ist dieselbe wie die für die Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 beschriebene, abgesehen
davon, daß der phosphoreszierende Stoff eine verstärkte Hintergrundstrahlung ergeben
wird, die eine Schwingung des mit dem Draht 36 verbundenen Blättchens 39 im Laufe
von jeder 10. bis 20. Minute verursachen wird, wodurch es jederzeit möglich wird
festzustellen, ob das Gerät in Ordnung ist.
-
Um die Luft im Gerät trocken zu halten, ist an der Innenseite der
Kapselwand ein kleiner Kunstharzbehälter 59 befestigt, der mit durchlöcherten Wänden
versehen ist und mit einem Trockenstoff 59', z. B.
-
Silicagel, gefüllt ist.
-
Während die bisher beschriebenen Ausführungen auf besonders einfache
Geräte abzielen, die überhaupt nicht dafür bestimmt sind, nach dem Zusammenbau auseinandergenommen
zu werden, zeigen Fig. 7 und 8 ein größeres Gerät, das mehrere Umschaltmöglichkeiten
besitzt und ein Öffnen der Kapsel für Besichtigung und Auswechslung ermöglicht.
Die Kapsel 60 hat einen abnehmbaren Boden 61 und einen abnehmbaren Deckel 62, die
unter Zwischenlage von wasserdichten Packungen63 bzw. 64 mit Schrauben am Kapselkörper
befestigt sind. Ein einziges Elektrometer mit fester Elektrode 65, Wolframfaden
66, Blättchen 67 und Tragsockeln 68, 69 ist im oberen Teil des Gerätes in einer
Kammer 70 mit leitendem Wandbelag 71 angebracht. Die Kammer 70 geht nach unten in
eine Kammer 72 über, welche ein Geiger-Müller-Zählrohr 73 aufnimmt, das in diesem
Falle als Ionisierungskammer dient, dessen ladungaufnehmendes Organ durch die Leitung
74 und eine Kontaktstelle 75 an den Faden 66 angeschlossen ist.
-
Als Spannungsquelle dient eine in einem Kasten 76 untergebrachte
Batterie, die nach Entfernen des Bodens 61 herausgenommen werden kann und mit federnden
Anschlußkontakten 77 versehen ist. Als Lichtquelle dient eine Taschenlampenbirne
78, die über eine Linse 79 in einer Wand der Kammer 70 sowie einen schräg gestellten
Spiegel 80 das Licht aufwärts durch das Elektrometer und durch ein mattes, durchsichtiges
Feld 81 in dem mit Innenbelag versehenen Deckel 62 wirft. Die Lampe 78 ist mit der
zugehörigen Taschenlampenbatterie 82 zusammen in einer eigenen Kammer 83 untergebracht,
die durch einen mit Innenbelag versehenen Schraubdeckel 84 zugänglich ist. Die Batterie
82 wird von einer Kontaktfeder 85 gehalten, die eine Verbindung zwischen der Lampe
und ihrem einen Pol bildet und gleichzeitig den entgegengesetzten Pol der Batterie
in Kontaktberührung mit einem leitenden Innenbelag des Schraubdeckels 84 drückt,
der gegen eine Kontaktfeder 86 anliegt.
-
Schließlich besitzt das Gerät oben neben der Kammer 70 eine Kammer
87, die einen Regel schalter 88 aufnimmt. Die Welle 89 des letzteren ist sowohl
drehbar als axial verschiebbar in der Kapsel gelagert, ragt aufwärts durch eine
biegsame Membran 90 im Deckel 62 hindurch und ist außen mit einem abnehmbaren Knopf
91 versehen. In der gezeigten eingedrückten Lage schließt der Knopf 91 über die
Welle
89 durch eine Membran 92 den Kontakt zwischen der Feder 86 und der Lampe 78.
Weiter öffnet der Schalter 88 in einer bestimmten Drehlage durch Nockenwirkung den
Kontakt 75 mittels eines verschiebbaren Gliedes 93 und einer biegsamen Membran 94
in der Wand zwischen den Kammern 70 und 87.
-
In dem Lichtweg zwischen der Lampe 78 und dem durchsichtigen Feld
95 im Deckel 62 über der Kammer 87 ist eine ebenfalls durchsichtige Kontrollscheibe
96 angebracht, welche an der Welle 89 befestigt ist, um die Drehlagen des Schalters
in bestimmten Zahlenstellungen anzuzeigen.
-
Um die Luft im Gerät - insbesondere in den Kammern 70, 72 - trocken
zu halten, ist an der Innenseite der Kammer 78 ein kleiner Kunstharzbehälter 98
mit durchlöcherten Wänden angebracht, der mit einem Trocknungsstoff 99, z. B. Silikagel,
gefüllt ist.
-
Im Boden der Kammer 72 ist ein dünnes Fenster 100 angebracht, das
imstande ist, p-Strahlen zum Zählrohr durchzulassen, wenn ein besonderer Schraubdeckel
101 im Boden 61 unterhalb des Fensters 100 abgenommen wird.
-
Fig. 8 zeigt nicht in allen Einzelheiten die im großen und ganzen
normale Ausführung des Schalters 88 und auch nicht alle elektrischen Verbindungen,
die aber aus Fig. 7 hervorgehen.
-
In dem dargestellten Beispiel (Fig. 7) hat der Schalter 89 vier Drehlagen.
In drei Lagen Pl, P2 und P3 verbindet er die Wand der Zählrohrkammer durch einen
Widerstand 97 von etwa 22 MQ mit verschiedenen Spannungen, z. B. - 415, - 370 und
- 300 Volt an der Batterie 76, gerechnet gegenüber deren positiven Pol, der mit
der festen Elektrode 65 des Elektrometers verbunden ist. In seiner vierten Lage
P öffnet der Schalter ganz die Verbindung zwischen der Batterie und dem Zählrohr
und gleichfalls, am Kontakt 75, die Verbindung zwischen der Mittelelektrode des
Zählrohrs und dem Elektrometerblättchen 67. Der negative Pol der Batterie steht
in ständiger Verbindung mit dem Wandbelag der Kammer 70 (durch Erdanschluß in Fig.
7 angedeutet).
-
Die Wirkungsweise unter gleichzeitiger Bezugnahme auf Fig. 9 und
10 ist folgende: Wenn das Gerät durch Einsetzen der Batterie unter Spannung gesetzt
wird, wird sich das Elektrometer, wie früher beschrieben, in eine Ausgangslage einstellen.
-
Steht der Schalter in Lage, besitzen die Elektroden 65 eine Spannung
von + 415 Volt gegenüber der Kathode (Kammerwand) des Zählrohrs, und da das Blättchen
und damit die Mittelelektrode des Zählrohrs auf die gleiche Spannung aufgeladen
sind, erhält das Zählrohr eine Spannung, welche einer Arbeitsspannung von 415 Volt
entspricht.
-
Wenn das Gerät einer radioaktiven Strahlung ausgesetzt wird, erhält
man für jeden Impuls durch das Zählrohr einen Elektronenstrom an die Mittelelektrode.
Dieser Elektronenstrom neutralisiert die positive Ladung in der Mittelelektrode
und dem Blättchen. Dadurch wird das Blättchen negativ in bezug auf die feste Elektrode,
schwingt ein und bildet Kontakt, so daß es wieder aufgeladen und in die Ausgangslage
zurückgeschoben wird. Man erhält also für jeden Impuls durch das Zählrohr eine Schwingung
des Blättchens.
-
Wegen des Ladungsvervielfachungsvermögens des Zählrohrs bei der Arbeitsspannung
wird das Gerät in dieser Schalterlage sehr empfindlich. Die Charakteristik ist durch
die Kurve Kl in Fig. 10 veranschaulicht,
und bereits eine gewöhnliche
Hintergrundstrahlung kann 20 bis 30, bisweilen sogar 50 Ausschläge je Minute ergeben
(Bereich unterhalb der Linie b in Fig. 10).
-
Wird eine niedrigere maximale Empfindlichkeit gewünscht, so läßt
sie sich durch geeignete Dimensionierung des Zählrohrs gegenüber dem Elektrometer
ermöglichen, d. h. durch eine derartige Anpassung der Größe der Impulse vom Zählrohr
gegenüber der Ladungs -Lagen- Charakteristik des Elektrometers, daß mehr als ein
Impuls benötigt wird, um ein vollständiges Einschwingen des Blättchens herbeizuführen.
-
In Fig. 9 ist dargestellt, wie sich die Zahl der Ausschläge bei einem
Gerät dieser Art mit der Spanr nung am Zählrohr verändert, wobei eine konstante
Strahlungsintensität von 1 Milliröntgen y-Eitrahlung je Stunde vorausgesetzt ist
(die der Linie a in Fig. 10 entspricht), und diejenigen Punkte, welche den hier
gewählten Spannungen von 415, 370 bzw. 300 Volt entsprechen, mit öl, 0, 2 bzw. O3
angemerkt sind.
-
Man wird sehen, daß der Punkt öi in dem sogenannten »Plateau» des
Zählrohrs liegt, wo seine vervielfachende Wirkung praktisch von Spannungsanderungen
unabhängig wird.
-
In SchalterlageP2, in der die Ktahode des Zählrohrs an - 370 Volt
in bezug auf die feste Elektrode des Elektrometers angeschlossen ist, wirkt das
Gerät prinzipiell in der gleichen Weise wie in Lage Pl, jedoch mit viel kleinerer
Stoßionisation im Zählrohr und damit mit viel kleinerer Empfindlichkeit, indem der
Punkt °2 für 370Volt in Fig. 9 in der unteren Krümmung der Spannungscharakteristik,
d. h. im sogenannten Proportionalitätsbereich liegt; man erhält dann eine Intensitätscharakteristik
gemäß K2 in Fig. 10.
-
In SchalterlageP3, in der die Kathode des Zählrohrs an etwa - 300
Volt liegt, ist man unterhalb des Stoßionisationsbereiches angelangt, wie in Fig.
9 durch den Punkt 03 angedeutet, und das Zählrohr wirkt jetzt mit der Kammer 70
zusammen als gewöhnliche Ionisationskammer. Die Intensitätscharakteristik wird so
verlaufen, wie es bei K3 in Fig. 10 dargestellt ist.
-
In Schalterlage P4, in der das Zählrohr ganz abgeschaltet ist, wirkt
die Ionisationskammer 70 allein, und das Blättchen 67 steht nunmehr lediglich mit
seiner Aufhängevorrichtung in Verbindung, genau wie die langsam schwingenden Elektrometerblättchen
der beiden ersten Ausführungsformen. In diesem Bereich bedarf es also einer ziemlich
starken radioaktiven Strahlung, um das Blättchen in Schwingungen zu versetzen, indem
die Intensitätscharakteristik so verlaufen wird, wie es bei K4 in Fig. 10 dargestellt
ist.
-
Mit einem Gerät dieser Art kann man somit einen außerordentlich großen
Meßbereich erfassen und mit Hilfe der Innenbeleuchtung die Schwingungen unabhängig
von äußeren Beleuchtungsverllältmssen beobachten. Durch Wahl anderer Spannungsstufen
ist es selbstverständlich möglich, weitere Meßbereiche zu erfassen, z. B. um den
Sprung zwischen den Charakteristiken K1 und K2 in Fig. 10 besser zu überbrücken.
-
Ebenso ist es selbstverständlich möglich, durch Wahl geeigneter Zählrohrbauarten
mit einer anderen, beispielsweise gleichmäßiger ansteigenden Charakteristik als
der in Fig. 9 vorausgesetzten andere erwünschte Ausschlagfrequenz-Strahlungs-Charakteristiken
zu erzielen als diejenige, die in Fig. 10 veranschaulicht ist.
-
Fig. 11 zeigt ein von Fig. 7 abweichendes Schema für den Fall, daß
das Gerät an ein vorhandenes Wechselstromnetz angeschlossen werden soll. Anstatt
einer Batterie wird hier ein Transformator 102 verwendet, dessen Primärklemmen 103
an das Netz angeschlossen werden und an dessen Sekundärseite ein Trockengleichrichter
103' in Reihe mit einem Widerstand 104 angeschlossen ist. Über einen Regelschalter
105 wird der Widerstand 104 ganz oder teilweise von einem Kondensator 106 überbrückt.
Es wird somit durch den Gleichrichter 103' ein geeigneter Gleichstrom fließen, dessen
Pulsationen im großen und ganzen den Weg über die Kapazität des IE:ondensators 106
nehmen werden, so daß durch den Widerstand 104 ein praktisch konstanter Gleichstrom
fließt und in jeder Lage des Schalters 105 eine gleichmäßige Gleichspannung am Kondensator
liegen wird.
-
Diese Gleichspannung ist an die Reihenschaltung eines Zählrohrs 107
mit einem Elektrometer 108, 109 angeschlossen, und zwar mit einer Polarität, welche
der Batteriespannung in Fig. 7 entspricht; das Übersetzungsverhältnis des Transformators
und die an den Schalter 105 geführten Ableitungen des Widerstands 104 sind derart
abgestimmt, daß z. B. entsprechende Spannungen erhalten werden wie in den SchalterlagenPl,
P2 und P3 in Fig. 7. Die Wirkungsweise wird damit dieselbe sein, wie sie für Fig.
7 und 8 beschrieben wurde, indem auch in diesem Falle selbstverständlich, wenn erwünscht,
eine vierte Schalterlage hinzugefügt werden kann, in der das Zählrohr abgeschaltet
ist. Die Lampe 110 ist hier über einen Widerstand 111 an die konstante Wechselspannung
auf der Sekundärseite des Transformators angeschlossen.
-
Fig. 12 zeigt im Prinzip ein Beispiel einer Anwendung der Erfindung
zum Anzeigen einer Strahlung, die keine Ionisation in einer Ionisationskammer hervorruft,
jedoch imstande ist, ein geeignetes elektrisches Ventil stromleitend zu machen,
beispielsweise also einer infraroten Strahlung, die imstande ist, eine Photozelle
zu erregen.
-
Es wird wieder ein Elektrometer mit beweglichem Blättchen 112 und
mit fester Elektrode 113 verwendet, die an den positiven Pol einer Gleichspannungsquelle
114 angeschlossen ist. Der negative Pol der Spannungsquelle ist über einen Widerstand
115 an eine Gegenelektrode 116, z. B. die Wand der Elektrometerkammer, angelegt,
so daß in diesem Falle ein elektrisches Feld entsteht, in dem sich das Blättchen
112 in eine Ausgangslage einstellen wird. Die Gegenelektrode 116 ist mit der Elektronen
aussendenden Elektrode 117 einer Photozellell8 verbunden, deren Gegenelektrode 119
mit dem Elektrometerblättchen 112 verbunden ist.
-
Wenn die Elektrode 117 der Photozelle dadurch einen Lichtstrahl 120
von einer Wellenlänge getroffen wird, für welche die Zelle empfindlich ist, dann
wird der Elektronenstrom durch die Zelle verursachen, daß das Blättchen 112 allmählich
ein Potential annimmt, das sich demjenigen der Gegenelektrode 116 nähert; das Blättchen
wird infolgedessen von der festen Elektron meterelektrode 113 angezogen werden,
und es wiederholen sich prinzipiell die gleichen Vorgänge, wie sie vorher für radioaktive
Strahlung beschrieben wurden.
-
Es sei bemerkt, daß der Erfindungsgegenstand sich nicht für die Ausführung
sehr genauer Messungen innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeiträume eignet, da er
auf dem Zählen sichtbarer Schwingungen beruht. Jedoch wird seine Genauigkeit für
Feldbenutzung und ähnliche Zwecke, für die das Gerät
nach der Erfindung
in erster Linie gedacht ist, im allgemeinen weitaus genügen.