DE1764686C2 - Vorrichtung zum Nachweis der Alphastrahlung von α-emittierenden Gasen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis der Alphastrahlung von alphaemittierenden Gasen, insbesondere Radon, und deren alpha-aktiven Folgeprodukten in einer Atmosphäre, mit einem Registrierstreifen aus einem für Licht, Beta- und Gamma-Strahlung unempfindlichen Material, in dem hindurchgehende Alpha-Teilchen Spuren hinterlassen, die durch Ätzung zur Auszählung sichtbar gemacht werden können.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus »Anual Review of Nuclear Science« 15 (1965), Seiten 1 bis 28, sowie aus »Nucleonics« Juli 1965, Seher» 86 und 87, bekannt Der dort beschriebene »Autoradiograph« dient in erster Linie auf dem Gebiet der Kernphysik zur Aufzeichnung der von radioaktiver Substanz in einem Gegenstand ausgehenden Strahlung, wobei die Registrierschicht möglichst nahe an dem Gegenstand, vorzugsweise in Berührung mit diesem, angeordnet wird. Je größer der Abstand zwischen dem Gegenstand und der Registrierschicht ist, desto weniger genau arbeitet der Autoradiograph. Daneben ist in der zuerst genannten Druckschrift auch die Messung der Radon-Konzentration in der Luft und im Erdreich als Anwendungsgebiet genannt.

Die bekannten Vorrichtungen gestatten jedoch keine Unterscheidung zwischen derjenigen Alphastrahlung, die von Gasen und deren alpha-aktiven Folgeprodukten ausgeht, einerseits und einer von Feststoffen emittierten Alphastrahlung andererseits. so

Radon und seine alpha-aktiven Folgeprodukte Radium A und Radium C sind von besonderem Interesse, da sie für Bergleute und andere Personen, die in einer Atmosphäre mit übernormaler Radonkonzentration arbeiten, eine Gefährdung darstellen. Untersu- chungen haben gezeigt, daß die Alphastrahlung von eingeatmetem Radon und die Einlagerung von alphaaktiven Radon-Folgeprodukten in der Lunge eine besonders hohe Wahrscheinlichkeit für Lungenkrebs bedingen. Daher kommt es darauf an, an derartigen μ Arbeitsplätzen die Atmosphäre insbesondere auf ihre Konzentration an Radon und dessen alpha-aktiven Folgeprodukten zu überwachen.

Der Nachweis von Radon und seinen alpha-aktiven Folgeprodukten ist auch bei der Uransuche von Bedeutung. Radon entsteht in Uranerzen und kann, da es gasförmig ist, durch den Erdboden hindurch zur Oberfläche diffundieren. Bei nicht allzu tiefen Vorkommen (beispielsweise bis zu einer Tiefe von 30 m) und bei ausreichender Porosität des darüberliegenden Erdreichs ist die Halbwertszeit des nach oben diffundierenden Radons lang genug, um es an der Erdoberfläche nachzuweisen und daraus Schlüsse auf unterirdische Uranerzlager ziehen zu können. Auch in diesem Fall kommt es darauf an, nur diejenige Alphastrahlung zu erfassen, die von Radon und seinen atphn-aktiven Folgeprodukten ausgeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die ausschließlich von gasförmigen Alphastrahlern und deren alpha-aktiven Folgeprodukten ausgehende Alphastrahlung nachweist

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Registrierstreifen in einem gasdurchlässigen, für Feststoffteilchen undurchlässigen Gehäuse angeordnet ist, und daß der Abstand des Registrierstreifens von alpha-aktiven Feststoffteilchen größer ist als die Reichweite der Alpha-Teilchen in der Atmosphäre.

Aus der deutschen Auslegeschrift Nr. 10 77 799 ist zwar eine Vorrichtung zum Nachweis von Radon bekannt, bei der eine für Alpha-Strahlung empfindliche Schicht durch ein Gehäuse mit einem Filter gegen das Auftreffen von Feststoffen, also auch von alpha-aktiven Feststoffen, geschützt, während Gase, also auch Radon, das Filter passieren und auf die Schicht einwirken können. Feststoffe, die sich beispielsweise an der Außenseite des Filters anlagern, können sowohl im ausgefahrenen Betriebszustand als auch insbesondere im zusammengeklappten Ruhezustand der Vorrichtung mit ihrer Alpha-Strahlung die Schicht erreichen. Eine ausschließliche Erfassung der Alpha-Strahlung, die von Radon und seinen alpha-aktiven Folgeprodukten ausgeht, ist also auch bei diesem Stand der Technik nicht gewährleistet Im übrigen arbeitet die bekannte Vorrichtung mit einer unmittelbaren Auswertung der auf die Schicht auftreffenden Alpha-Teilchen mit Hilfe eines Szintillator und eines Fotomultipliers, was den ständigen Anschluß einer elektrischen Schaltung erforderlich macht

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 ist ein Schnitt durch einen Minenstollen, in dem zur Überwachung der Atmosphäre ein Radondetektor angeordnet ist;

F i g. 2 zeigt teilweise im Schnitt ein Gehäuse, in dem ein Spurenregistrierstreifen der Luft in einem Minenstollen ausgesetzt werden kann;

Fig.3 ist eine Aufsicht auf einen Halter für einen Streifen aus Spurenregistriermaterial;

F i g. 4 ist eine Aufsicht auf eine Glasplatte mit einem Überzug aus Spurenregistriermaterial und einer Eichprobe;

Fig.5 ist eine Seitenansicht der Glasplatte nach Fig.4;

Fig.6 zeigt schematisch ein vollständiges System zum kontinuierlichen Überwachen und Aufzeichnen von Radon in einer Mine;

F i g. 7 zeigt, wie die Erfindung bei der Uransuche angewendet werden kann,

In der Fi g. I ist eine Vorrichtung zum Nachweis und zur Überwachung von Radon dargestellt, die mit 10 bezeichnet und auf dem Boden eines Stollens 11 in einer Uranmine aufgestellt ist. Die Vorrichtung 10, die in den F i g. 2 und 3 näher dargestellt ist, weist ein zylindrisches Gehäuse aus einem Drahtnetz bzw. einen Käfig 12 auf, dessen Boden 13 als Drahtnetz ausgebildet ist und dessen oberes Ende offen ist. Die ganze Vorrichtung 10

steht siif einer Anzahl von Füßen 14, die am Gehäuseboden 13 befestigt sind.

Innerhalb des Käfigs 12 ist ein C-förmiger Träger 16 angeordnet, dessen unterer Schenkel 17 mittels einer Schraube und einer Mutter 18 am Käfigboden 13 befestigt ist. Der obere Schenkel 19 des Trägers 16 verläuft am oberen Ende des Käfigs in horizontaler Richtung. Ein Deckel 20 verschließt das obere Ende des Käfigs. Er ist am oberen Schenkel 19 des Trägers 16 mittels einer Schraube 21 und einer Mutter 22 angeschraubt

In der Mitte des C-förmigen Trägers 16 ist etwa zwischen seinen beiden Schenkeln 17 und 19 eine Klemmhalterung 24 mit einem Schlitz 25 angeordnet. Mit einer Klemmschraube 28 ist ein Halter 26 für einen Streifen 27 aus Registriermatetial in dem Schlitz 25 befestigt. Der Registrierstreifen ist mittels zweier Klammern 29 am Halter 26 angeklemmt Der Halter 26 weist in seiner Mitte eine Öffnung 30 auf, so daß die Luft aus dem Stollen, die durch den Drahtkäfig hindurch geht, beide Seiten des Registrierstreifens erreichen kann.

In den F i g. 4 und 5 ist eine andere Ausführungsform für einen Registrierstreifenhalter dargestellt Dieser Halter 33 weist eine Grundplatte 34 auf, die ein üblicher Objektträger aus Glas für ein Mikroskop sein kann. Die eine Seite der Platte 34 ist mit einer Schicht 35 aus Registriermaterial wie beispielsweise mit einer Schicht aus Zellulosenitrat überzogen. Man kann aber auch auf die eine Seite dieses Trägers eine getrennte Folie aus Registriermaterial aufkitten oder auf andere Weise befestigen. An dem einen Ende des Halters 33 ist mittels einer U-förmigen Federklemme 37 eine Eichprobe 36 befestigt. Hierzu kann man ein kleines Stück Uranglas verwenden. Der Halter 33 wird in die Vorrichtung 10 auf die gleiche Weise wie der Halter 26 eingesetzt.

Bei der Verwendung der Vorrichtung 10 wird diese an irgendeiner zweckmäßigen Stelle in einem Minenstollen aufgestellt, und die Luft im Stollen streicht durch den Drahtkäfig 12 hindurch. Wenn in der Stollenluft Radon vorhanden ist, werden im Registrierstreifen Spuren hervorgerufen, der innerhalb des Käfigs angeordnet ist. Wie oben bereits erläutert wurde, stammen diese Spuren von Alpha-Teilchen, die beim radioaktiven Zerfall von Radon oder seiner Folgeprodukte Radium-A und Radium-C emittiert werduti.

Nach einer angemessenen Expositionszeit, die beispielsweise einer 8stündigen Schicht entsprechen kann, wird der Registrierstreifen aus der Vorrichtung 10 entfernt und zur Sichtbarmachung der einzelnen Spuren mit einem Ätzmittel behandelt, das beispielsweise 6-normale Natronlauge sein kann. Man kann entweder den Registrierstreifen in das Ätzmittel eintauchen oder das Ätzmittel über den Registrierstreifen gießen. Beides kann bei Tageslicht ausgeführt werden, da der Registrierstreifen lichtunempfindlich ist. Die Ätzzeit hängt von der Temperatur des Ätzmittels ab. Sie beträgt bei 7O⁰C weniger als eine Minute, bei Zimmertemperatur dagegen möglicherweise mehrere Stunden.

Die geätzten Spuren werden dann unter einem Mikroskop gezählt, und die Dichte der Spuren auf dem Registrierstreifen ist dann ein Maß für iie Konzentration von Radon und seiner alpha-aktiven Folgeprodukte in der Stollenluft. Der Registrierstreifen dient als Dosimeter, da er die gesamte Alpha-Strahlung integiert, die im Laufe der Belichtungszeit auf ihn auffällt.

Der Registrierstreite.i kann während der Belichtungszeit leicht geeicht werden, wenn man auf einen Teil des Streifens ein Alpha-Präparat bekannter Stärke legt. Hierfür ist der Halter 33 vorgesehen. Dieser Halter ist in den F i g, 4 und 5 dargestellt Das Eichpräparat 36 ist vorzugsweise ein Uranglas mit einem bekannten Urangehalt von beispielsweise 0,03%. Wie viele Alpha-Teilchen während einer bestimmten Zeit von einem solchen Uranglas emittiert werden, ist bekannt, und daher ist auch bekannt, wie vielen Alpha-Teilchen derjenige Teil des Registrierstreifens ausgesetzt ist, der vom Eichpräparat bedeckt ist Die Spuren in dieser Eichzone werden gezählt und bilden einen Normwert, mit dem die Anzahl der Spuren im freiliegenden Registrierstreifen verglichen werden kann.

Die Reichweite der Alpha-Teilchen in einem Registriermaterial wie beispielsweise in Zellulosenitrat liegt im Bereich zwischen 30 und 60 Mikron. Eine Spur ist vor dem Ätzen unter normaler optischer Vergrößerung nicht sichtbar. Wenn eine solche Spur jedoch mit Natronlauge oder einem anderen passenden Ätzmittel vergrößert wird, kann man die Sp:·;· leicht unter dem Mikroskop wahrnehmen.

Auf einem bestimmten Gebiet des Registrierstreifens 35 ist daher eine Energiediskriminierung gegenüber Alpha-Teilchen niedrigerer Energie möglich, und die einfallenden Alpha-Teilchen des Radons, des Radiums A und des Radiums C werden auf dem freiliegenden Gebiet des Registrierstreifens registriert, das neben der Absorberfolie liegt Die Absorberfolie wird für die Belichtung des Registrierstreifens an dem Streifen angekittet oder an ihm aufgeklemmt und vor dem Ätzen wieder abgezogen. Diese Art des selektiven Nachweises ist häufig bei umgewälzter Luft sinnvoll, bei der sich das natürliche Gleichgewicht zwischen Radon und seinen Zerfallsprodukten noch nicht eingestellt hat.

In der Fig.6 ist nun schematisch ein automatisiertes System 40 für den Nachweis von Radon in einem Minenstollen dargestellt. Auf einer Vorratsspule 42 innerhalb eines Gehäuses 43 ist ein langes Band 41 aus einem Registriermaterial wie beispielsweise aus Zellulosenitrat aufgewickelt. Dieses Band ist an einer A<;fwickelspule 44 befestigt die durch einen Elektromotor oder einen Federmotor angetrieben wird (der Motor ist nicht dargestellt). Innerhalb des Gehäuses 43 sind zwei Trennwände 46 mit Schlitzen 47 in einem gewissen Abstand voneinander befestigt, und zwischen den beiden Trennwänden ist ein feines Drahtgitter 48 angebracht. Der Raum zwischen den Trennwänden und dem Drahtgitter ist die Bestrahlungszone, in der das Band 41, das bestrahlt werden soll, der Stollenluft ausgesetzt wird, wenn es auf seinem Weg von der Vorratsspule zur Aufwickelspule zwischen den Schlitzen 47 hindurchgezogen wird.

Wenn das Spurregistrierband aus der Bestrahlungszone austritt, läuft es über eine Anzahl von Führungsrollen 50 hinweg und wird dabei in eine Ätzlösunfe- wie beispielsweise in Natronlauge 51 eingetaucht, die sich im Tank 52 innerhalb des Gehäuses 43 befindet. Nach dem Ätzen wird das Band durch eine Nachweisstation hindurchgezoger, das aus einem Photometer und einer Lichtquelle 54 und einem Lichtdetektor 55 bestehen kann, die auf den beiden Seiten des Registrierbandes angeordnet sind.

Die Ausgangsgröße des Lichtdetektors 55 wird nun mit einem üblichen Schreiber 56 aufgezeichnet, so daß eine bleibende Aufzeichnung der Spurendichte auf dem geätzten Registrierband entsteht, die ein Maß für die Radonkonzentration in der Stollenatmosphäre ist. Es ist günstig, wenn der Schreiber 56 eine Alarmvorrichtung

aufweist, die zur Warnung der Bergleute automatisch eingeschaltet wird, wenn die Radonkonzentration einen bestimmten Pegel übersteigt. Das System ist auch nützlich, wenn man den Transportmechanismus und das Registrierband alleine benutzt, also ohne das Ätzbad und das Photometer, und das Ätzen anschließend durchführt. Dann kann man die langzeitigen Änderungen der Radonkonzentration in der Stollenluft überwachen.

Die Fig. 7 zeigt nun. wie die Erfindung für die Uransuche verwendet werden kann. Im Erdreich 71 sind an Stellen, die in horizontaler Richtung eine gewisse Entfernung voneinander haben, mehrere Kanister 70 vergraben worden. An jedem Kanister 70 ist eine Stange 72 befestigt, die über die Erdoberfläche herausragt und die Stelle des Kanisters markiert. Am oberen Ende einer jeden Stange 72 ist eine Fahne 73 hpfcsi'g·. damit man dip pin7plnen Stangen besser wiederfinden kann. Das Eingraben der Kanister kann teilweise automatisiert werden, wenn man beispielsweise Bagger benutzt, wie sie zum Ausheben von Löchern für Telegraphenmasten verwendet werden.

Jeder Kanister 70 weist eine einfache Klammer 75 auf, an der ein Spurenregistrierstreifen 76 angeklemmt ist. Auch den Halter 33, der bereits beschrieben wurde und der in den F i g. 4 und 5 dargestellt ist, kann man in den Kanistern verwenden und in der Klammer 75 festklemmen. Die Kanister 70 können perforiert oder mit einem Netz 77 versehen sein, so daß die Gase aus dem Erdreich frei in die Kanister hineindiffundieren und auf die Spurenregistrierstreifen einwirken können.

Das Radongas aus dem Erdreich ruft in den Spurenregistrierstreifen Spuren hervor, und auf diese Weise können die Anwesenheit und die Konzentration von Radon im Erdreich bestimmt werden. Ist die Konzentration von Radon im Erdreich höher als normal, so ist dieses eine Anzeige dafür, daß unter den Kanistern eine Uranerzlagerstätte vorhanden sein kann. Durch die Verwendung mehrerer Kanister kann man eine Karte der Radon-Konzentration des durchforsch ten Geländes aufstellen.

Die Kanister 70 können billig sein. Sie sind zweckmäßigerweise aus Blech oder aus Kunststoff hergestellt. Die Spurenregistrierstreifen werden so weit von den Netzen 77 der Kanister angeordnet, daß Alpha-Teilchen aus dem Erdreich um die Kanister herum, deren Reichweite üblicherweise weniger als etwa 7 cm beträgt, die Registrierstreifen nicht mehr erreichen können. Wenn dann in den Registrierstreifen Spuren hervorgerufen werden, können diese Spuren nur von gasförmigem Isotopen aus dem Erdreich stammen, die durch die Netze oder Gitter der Kanister hindurchgegangen sind. Auf diese Weise kann man eine unverfälschte Messung des Radongases im Erdreich erhalten.

Ein solcher Spurenregistrierstreifen ist ein sehr empfindlicher Detektor für Radon und seine alpha-aktiven Folgeprodukte. So darf beispielsweise nach den heutigen Vorstellungen die Luft in einem Stollen nicht mehr als etwa 300 Pico-Curie pro Liter an Radonfolge produkten enthalten. Eine solche Konzentration führt in einem Spurenregistrierstreifen auf etwa 15 000 Spuren pro Monat und qcm. Man kann aber auch wesentlich kürzere Bestrahlungszeiten als einen Monat verwenden, da man nach dem Ätzen die Spuren unter dem

Mikroskop auszählen kann.

Man kann statt Zellulosenitrat auch andere Stoffe wie Zelluloseazetat oder Zellulose-Azetat-Butyrat verwenden, in denen Alpha-Teilchen ätzbare Spuren hinterlassen. Zellulosenitrat wird heule bevorzugt, da es die größte Empfindlichkeit gegenüber Alpha-Teilchen zu haben scheint.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Nachweis der Alphastrahlung von alphaemittierenden Gasen, insbesondere Radon, und deren alpha-aktiven Folgeprodukten in einer Atmosphäre, mit einem Registrierstreifen aus einem für Licht, Beta- und Gammastrahlung unempfindlichen Material, in dem hindurchgehende Alpha-Teilchen Spuren hinterlassen, die durch Ätzung zur Auszählung sichtbar gemacht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß der Registrierstreifen in einem gasdurchlässigen, für Feststoffteilchen undurchlässigen Gehäuse (12; 46, 48; 70) angeordnet ist, und daß der Abstand des Registrierstreifens von alpha-aktiven Feststoffteilchen größer ist als die Reichweite der Alpha-Teilchen in der Atmosphäre.