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Verfahren und Anordnung zum kontinuierlichen Nachweis von kleinen
Tritiumkonzentrationen in der Luft Die Erfindung bezieht sich auf ein Ionisationskammer-Differenzverfahren,
durch welches sehr kleine Tritiumkonzentrationen in der Luft selektiv festgestellt
werden können.
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Es ist bereits ein Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen geringer
Tritiumspuren in Luft und anderen Gasen bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird tritiumhaltiger
Wasserdampf durch thermische Zersetzung 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 durchlässige Hydratzellulosefolie
abgetrennt werden muß.
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Die Wasserdampfzersetzung geschieht hier mit einer Wirksamkeit, welche
kleiner als 1000/o ist und die man nicht beliebig steigern kann. Außerdem ist die
Diffusion von Wasserstoffisotopen Ht, H2 und H3 verschieden schnell, so daß sich
der effektive Tritiumgehalt nur annähernd bestimmen läßt. Dazu kommt noch, daß die
in dem Nickel- oder Palladiumrohr auftretenden Akkumulationseffekte die Genauigkeit
der Messung bereits beeinträchtigen.
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Gemäß einem anderen bekannten Verfahren zum Nachweis der Tritiumaktivitäten
fester und flüssiger Stoffe, der sogenannten »liquid scintillator« -Methode, werden
die zu untersuchenden Stoffe in einer flüssigen Scintillatorsubstanz aufgelöst bzw.
suspendiert. Die einzelnen Tritium-,B-Partikel werden auf Grund ihrer Wechselwirkung
mit dem Scintillator von einem Fotoelektronenvervielfacher gezählt und registriert.
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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 verwendet werden.
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Weiter ist ein Verfahren, das als Ionisationskammerverfahren bezeichnet
wird, bekannt, bei dem die zu überwachende Luft dem Inneren einer Ionisationskammer
zugeführt wird. Als Maß für den Tritiumanteil in der zu überwachenden Luft dient
hierbei die Intensität des Ionisationskammerstromes, welche Intensität sich von
Fall zu Fall je nach Maßgabe des in der zu überwachenden Luft vorhandenen Tritiumanteils
entsprechend ändert.
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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 mutmaßlichen
Untergrundanteil abzieht, welcher bei einer oder mehreren Messungen in tritiumfreier
Luft bestimmt worden ist.
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Bei diesem Verfahren werden alle Untergrundänderungen als hypothetisches
»Tritium« mitgemessen, so daß die angezeigten Werte nur als Näherungswerte angenommen
werden können. Es kann hierbei auch nicht zwischen einer Tritiumverseuchung und
einer Verseuchung durch andere radioaktive gasförmige Aktivitäten unterschieden
werden. Die Differenzbildung aus zwei wenig unterschiedlichen Werten führt außerdem
zu großen relativen Meßfehlern.
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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 sogenannte Standardluft, befindet.
Beide Ionisationskammern 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 Ionisationskammer 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
zugeführt wird, die Tritium enthält, ändert sich die Intensität des die Meßionisationskammer
durchfließenden Stromes, wogegen der Strom in der Kompensationsionisationskammer
konstant bleibt.
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Die Differenz der beiden zu vergleichenden Ströme wird durch eine
empfindliche elektrische Meßeinrichtung angezeigt und dient somit der Bestimmung
des jeweiligen Tritiumgehaltes der zu untersuchenden Luft. Nachteilig bei dieser
Anordnung ist es aber, daß die natürliche Aktivität der in der Kompensationskammer
vorhandenen Standardluft, welche nur einmal in die Kompensationskammer eingebracht
wird, vielen Luftuntersuchungen auf Tritiumgehalt als Bezugsaktivität zugrunde liegt.
Schwankt die natürliche Aktivität der zu messenden Luft oder ändert sich z. B. durch
den allmählichen Zerfall des Radons die Aktivität der Standardluft, so wird das
Untersuchungsergebnis verfälscht. So ist es demnach auch bei diesem Verfahren nicht
möglich, die eigentliche Tritiumaktivität von der Aktivität anderer radioaktiver
Gase völlig selektiv zu unterscheiden.
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Die Erfindung betrifft ein Ionisationskammer-Differenzverfahren zum
Nachweis von kleinen Tritiumkonzentrationen in der Luft, bei welchem Meßfehler,
die bei Vorhandensein eines radioaktiven Untergrundes entstehen, weitgehendst ausgeschaltet
werden, und bei dem die elektrischen Ionisationsströme einer Meßkammer mit der zu
untersuchenden Luft und einer Kompensationskammer mit der Standardluft verglichen
werden, wobei die elektrische Meßgröße eine Vergleichsgröße für den Tritiumgehalt
darstellt. Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Standardluft
während des Prüfvorgangs aus einem Teil der zu untersuchenden Luft über eine Einrichtung
zum selektiven Entfernen des Tritiums fortlaufend neu gewonnen wird.
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Die Anordnung zur Durchführung des lonisationskammer-Differenzverfahrens
weist neben den an sich schon bekannten Bauteilen 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.
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Die weiteren Merkmale der Erfindung sind an Hand der Zeichnung durch
zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Anordnung, bei der
zwei lonisationskammern parallel an ein Luftförderleitungssystem angeschlossen sind,
und Fig. 2 eine Anordnung, bei der die beiden lonisationskammern hintereinander
in einem Luftförderleitungssystem angeordnet sind.
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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.
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Die beiden Ionisationskammern sind mit einem Ansaugfilter 3 über Leitungen
4, 5 und 6 des Luftförderleitungssystems verbunden, wobei die Leitung 4 die für
beide Ionisationskammern 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 einmündet. In der Leitung 4 sind eine
Wasserstoffverbrennungsvorrichtung 8 sowie eine Entionisierungsvorrichtung 9 angeordnet.
In
der Leitung 6 ist ein Trockner 10 für Wasserdampf vorgesehen. Der Ausgang der
Meß-GK 1 wird durch eine Ausgangsleitung 11 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 Durchflußmesser 15 bzw. 16 angeordnet
sind.
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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 Kompensations-IK
2 aufgeteilt wird. Mit Hilfe der Durchflußmesserl5, 16 wird Vorsorge getroffen,
daß die angesaugte Luft in den beiden Ionisationskammern, Meß-IK 1 und Kompensations-IK
2, die gleiche Umwälzgeschwindigkeit hat. Durch das Filter 3 wird die Anordnung
beim Ansaugen der Luft vor Eindringen des Staubes geschützt. Die Wasserstoffverbrennungsvorrichtung
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 gewonnen
wird. In der Wasserstoffverbrennungsvorrichtung 8 wird mittels einer elektrischen
Entladungsstrecke das eventuell vorhandene gasförmige Tritium HT bzw. T2 mit dem
Sauerstoff der Luft verbrannt und dadurch in Wasserdampf übergeführt. Enthält die
Luft bereits Wasserdampf, so besehleunigt die Entladungsstrecke die Austauschreaktion
von H,O+HT in HTO +H2 bzw. die Äquivalenzreaktion von T2 außerordentlich. 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 aufweist.
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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
Ionisationskammern durchfließenden 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 Tritiumgehalt der Luft
in der Meß-IK 1 zurückzuführen. Durch die Entionisierungsvorrichtung 9 wird die
in die Anordnung eingesaugte Luft vor dem Eintritt in die beiden Ionisationskammern
von allen Ionen befreit, so daß eine Verfälschung der Stromintensität in den beiden
Ionisationskammern ausgeschlossen ist. Da die Luftumwälzgeschwindigkeit in beiden
Ionisationskammern, Meß-IK 1 und Kompensations-IK 2, gleich groß ist, und langsame
Schwankungen des natürlichen Radonuntergrundes oder das Auftreten anderer gasförmiger
Luftverseuchungen stets gleichzeitig in beiden Ionisationskammern wirksam werden,
bleiben diese Erscheinungen ohne Einfluß auf das Meßresultat.
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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 Luftförderleitungssystem, das aus Leitungen 4, 17 und
18 besteht,
hintereinander angeordnet. Die iiber die Leitung 4 durch
das Ansaugfilter 3 angesaugte Luft wird über die Entionisierungsvorrichtung 9 unmittelbar
der Meß-IK 1 zugeführt, durchströmt diese und wird anschließend über die Leitung
17 durch den Trockner 10 hindurch in die Kompensations-IK 2 geleitet. Am Ausgang
der Kompensations-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 erwähnt, Tritium in der Luft fast ausschließlich nur als Wasserdampf
vorkommt und in anderen Erscheinungsformen 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 Trockner 10 in der Leitung
4, noch zusätzlich eine Wasserstoffverbrennungsvorrichtung vorzusehen. Durch das
Hintereinanderschalten der Meß-IK 1 und der Kompensations-1K 2 wird der Eintritt
der Standardluft in die Kompensations-IK2 um die Luftumwälzungszeit in der Meß-IK
1 verzögert. Da die möglichen Radongehaltschwankungen im allgemeinen langsamer sind
als die Luftumwälzung in der Meß-IK 1, wirkt sich diese Verzögerung auf das Untersuchungsergebuis
nicht nachteilig aus. Bei dieser Anordnung sind die Luftumwälzgeschwindigkeiten,
bedingt durch die Hintereinanderschaltung 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 Anordnung gemäß der Fig. 1 beschrieben wurde.
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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 vorzugsweise eine elektrische Abkühlung, z. B. auf dem
Peltiereffekt beruhend, angewendet werden kann. Die Ionisationskammern werden vorzugsweise
kugelförmig ausgebildet, wobei ihre Innenfläche poliert und mit einem Edelmetall
überzogen ist. Die aktiven Volumina der beiden Ionisationskammern sind hierbei gleich
groß.
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Ein besonderer Vorteil des beschriebenen Verfahrens ist, daß nunmehr
das Tritiumvorkommen in der Luft mit einfachen Mitteln einwandfrei selektiv nachgewiesen
werden kann und nicht, wie bisher, durch die Schwankungen des gasförmigen radioaktiven
Untergrundes beeinträchtigt bzw. verfälscht wird.