DE19908589C1 - Verfahren zur Messung der Radioaktivität sowie dabei eingesetzte Meßzelle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Radioaktivität (alpha- und beta-Partikel) in Flüssigkeiten und eine bei diesem Verfahren eingesetzte Meßzelle. Das erfindungsgemäße Verfahren setzt eine Meßzelle ein, die anstelle des bis dahin üblichen (einen) Schlauchs ein Schlauchbündel aufweist. Dadurch kann vorteilhaft eine hohe Meßempfindlichkeit (hohe Zählrate) mit geringen Druckverlusten während der Messung verbunden werden. Des weiteren bewirkt die erfindungsgemäße Meßzelle bei geeigneter Wahl von Schlauchinnendurchmesser und/oder Szintillatorschichtdicke eine hinreichend große Selektivität für alpha-Partikel.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Mes­ sung der Radioaktivität in Flüssigkeiten und eine in diesem Verfahren eingesetzte Meßzelle.

Zur Messung der Radioaktivität (α- und β-Partikel) in Flüssigkeiten werden Meßzellen eingesetzt, bei denen die zu messende Flüssigkeit durch einen durchsichtigen Schlauch geleitet wird, der im Inneren mit einer Szin­ tillationsschicht belegt ist. Die radioaktiven Teile der Flüssigkeit bewirken in der Szintillationsschicht Lichtblitze, die von außen detektiert werden können und ein Maß für die Radioaktivität in der Flüssigkeit sind.

Aus DE 196 13 971 A1 ist ein Herstellungsverfahren für eine oben genannte Meßzelle beschrieben, bei der ein Schlauch mit einem Innendurchmesser ϕ_i < 3 mm verwendet wird. Dieser Schlauch wird mit geschmolzenem Szintilla­ tor gefüllt und anschließend durch Preßluft entfernt, so daß nur eine dünne Schicht an der Schlauchinnenwand haften bleibt.

Eine weitere Meßzelle zur Messung der Radioaktivität mit einem Schlauch, dessen Innendurchmesser ϕ_i weniger als 3 mm beträgt, ist in DE 197 43 862 C1 beschrieben.

Es hat sich herausgestellt, daß eine hinreichende Se­ lektivität für α-Partikel bei einem Schlauchinnendurch­ messer von ≦ 400 µm und einer Szintillationsschicht­ dicke von ~ 50 µm erreicht wird. Ein solcher Schlauch hat bei dem Einsatz in einer Meßzelle jedoch den Nach­ teil, daß einerseits im Falle eines kurzen Schlauchs die Zählausbeute sehr gering ist und andererseits bei einem längeren Schlauch enorme Druckverluste auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein empfindliches Verfah­ ren zur Messung der Radioaktivität (α- und β-Partikel) in Flüssigkeiten zu schaffen, welches eine hohe Zählausbeute für α-Partikel aufweist und Druckverluste bei hohen Durchflußraten der Flüssigkeit durch die Meß­ zelle verringert. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine für dieses Verfahren geeignete Vorrichtung bereit­ zustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach An­ spruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Nebenanspruch. Vor­ teilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den rückbe­ zogenen Ansprüchen.

Die anspruchsgemäße Meßzelle weist ein durchsichtiges Schlauchbündel, welches von innen mit Szintillator be­ schichtet ist, sowie einen Detektor auf. Durchsichtige Schläuche im Sinne der Erfindung sind solche Schläuche, bei denen die diejenigen Lichtblitze, die durch den Szintillator im Inneren eines Schlauches bei Kontakt mit radioaktiven Partikeln entstehen, von außen sichtbar sind. Dabei können auch leicht trübe oder durchscheinende Materialien geeignet sein. Bei­ spiele für durchscheinende Schläuche sind beispiels­ weise Teflon oder Teflon Copolymere. Das durchschei­ nende Material ermöglicht es, die im Schlauchinneren auftretenden Lichtblitze durch einen Detektor außerhalb des Schlauches zu detektieren.

Der anspruchsgemäße Schlauch wird beispielsweise gemäß dem Verfahren, wie es in DE 197 43 862 C1 beschrieben ist, mit Szintillator beschichtet. Um ein solches Be­ schichten mit flüssigem, geschmolzenem Szintillator zu ermöglichen, sind die Schläuche temperaturbeständig bis zu dem Bereich, in dem ein geeigneter Szintillator flüssig wird. Typische Temperaturbereiche sind dabei beispielsweise bis 150°C, insbesondere bis 70°C.

Ein Szintillator ist ein Leuchtstoff, in denen bewegte, energiereiche, geladene Teilchen, wie z. B. α- und β- Partikel, kurze Lichtblitze hervorrufen. Je nach Art der zu messenden ionisierenden Strahlung werden ver­ schiedene Szintillationsstoffe eingesetzt. Beispiele für Szintillatoren sind u. a. Anthracen, Stilben oder auch mit Ag- oder Cu-Spuren aktiviertes ZnS. Die Be­ schichtung der inneren Schlauchwand mit einem Szintil­ lator bewirkt, daß beim Durchströmen des Schlauches mit radioaktiver Flüssigkeit Lichtblitze auftreten, die ein Maß für die Menge bzw. die Konzentration an radioakti­ ven Partikeln in der Flüssigkeit darstellen.

Unter einem Schlauchbündel im Sinne der Erfindung ist eine Anordnung zu verstehen, bei der mehrere Schläuche nebeneinander, insbesondere parallel zueinander, ange­ ordnet sind. Vorteilhaft weisen sie einen gemeinsamen Ein- und Auslaß auf. Ein solcher geeigneter Ein- bzw. Auslaß ist beispielsweise ein sich aufweitendes Rohr, welches sich in die einzelnen Schläuche des Rohrbündels verzweigt. Ebenfalls geeignet als Ein- oder Auslaß ist ein Rohrstutzen, in den die einzelnen Schläuche des Schlauchbündels enden. Ein Rohrstutzen ist ein kleines Rohrstück.

Ein solcher Ein- oder Auslaß kann vorteilhaft aus einem Rohrstutzen wie folgt hergestellt werden. Die gebündel­ ten und beschichteten Schläuche werden durch einen Rohrstutzen geführt, so daß die Schlauchenden ca. 1 cm überstehen. Die Schläuche werden in dem Rohrstutzen mit einem handelsüblichen Mehrkomponentenkleber vergossen. Nach der Aushärtung werden die überstehenden Schlauch­ enden mit dem Rohrstutzen bündig abgeschnitten. Falls einzelne Schläuche beim Abschneiden verkleben, können diese durch einen Preßluftstoß freigeblasen werden.

Ein vorteilhafter gemeinsamer Ein- und Auslaß bewirkt, daß die gesamte zu messende Flüssigkeit durch das Schlauchbündel geleitet, ohne große Druckverluste opti­ mal vermessen und im Anschluß wieder vereinigt wird. Für eine hohe vorgegebene Durchflußrate müßten nach dem bisherigen Stand der Technik Schläuche mit großem In­ nendurchmesser verwendet werden, die nachteilig neben einer geringeren Meßempfindlichkeit auch eine geringere Selektivität für α-Partikel zur Folge haben. Durch die Aufteilung der gesamten Flüssigkeit in mehrere Paral­ lelströme können vorteilhaft solche Schläuche einge­ setzt werden, die den Anforderungen für eine hohe Meß­ empfindlichkeit und α-Partikel Selektivität genügen (u. a. geringer Innendurchmesser) und trotzdem kurz ge­ nug sind, um hohe Druckverluste während der Messung zu vermeiden.

Der Detektor der anspruchsgemäßen Vorrichtung ist in der Lage, die im Inneren der Schläuche auftretenden Lichtblitze zu detektieren. Die Energie und die Anzahl der auftretenden und detektierten Lichtblitze ist ein Maß für die Radioaktivität in der untersuchten Flüssig­ keit.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Meßzelle wer­ den identische Schläuche eingesetzt. Die Identität zweier Schläuche in Sinne der Erfindung liegt dann vor, wenn der Druckverlust bei vorgegebener Durchflußrate einer Flüssigkeit identisch ist. Die verwendeten Schläuche sollten insbesondere nach der Beschichtung mit dem Szintillator identisch sein, da es bei unter­ schiedlichen Schlauchlängen und/oder -durchmessern in­ nerhalb eines Schlauchbündels sonst zu unterschiedli­ chen Durchlaufzeiten kommt. Dies kann zur Erschwerung der Auswertung der Daten führen z. B. durch eine zusätz­ lich notwendige Ausgleichsrechnung. In Fällen, bei de­ nen sich bei der Überprüfung für einen Schlauch keine identischen Druckverluste zu den übrigen Schläuchen des Schlauchbündels ergibt, wird dieser Schlauch entweder verworfen oder nachbearbeitet, beispielsweise durch nochmaliges Ausblasen des Szintillators nach der Be­ schichtung bis sich identische Druckverluste ergeben.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Meß­ zelle weisen die beschichteten Schläuche Innendurchmes­ ser von weniger als 400 µm und eine Szintillator­ schichtdicke von 10 bis 100 µm auf. Diese Wahl des Schlauchinnendurchmessers und der Szintillations­ schichtdicke bewirkt während einer Messung sowohl eine hohe Meßempfindlichkeit für die radioaktiven Substanzen bzw. hohe Zählausbeuten für die dadurch auftretenden Lichtblitze, als auch eine hinreichend hohe Selektivi­ tät für α-Partikel. Es kann somit durch geeignete Wahl dieser Größen (Schlauchinnendurchmesser, Szintillator­ schichtdicke) eine Unterscheidbarkeit (Diskriminierung) zwischen α- und β-Partikel erreicht werden.

Das anspruchsgemäße Verfahren zur Messung von Radioak­ tivität in Flüssigkeiten verwendet eine Meßzelle nach Anspruch 1. Der Einsatz einer solchen Meßzelle bewirkt, daß die Radioaktivität einer Flüssigkeit auch bei einer hohen Durchflußrate empfindlich gemessen werden kann und zudem eine hinreichend hohe Selektivität für α-Par­ tikel erreicht wird.

Das folgende Ausführungsbeispiel soll die Herstellung eines anspruchsgemäßen Schlauchbündels naher erläutern. Dazu werden 12 identische Schläuche aus Tefzell^TM ver­ wendet. Die Identität der Schläuche wurde zuvor über den Druckverlust bei vorgegebenem Durchsatz für jeden einzelnen Schlauch ermittelt. Im Anschluß werden die Schläuche auf der Innenseite mit einer MELTEX^TM-Schicht entsprechend dem in Patent DE 197 43 862 C1 beschriebe­ nen Verfahren beschichtet.

Nach der Beschichtung werden die Schläuche nochmals auf Identität überprüft und gegebenenfalls nachbehandelt oder verworfen. Die beschichteten Schläuche werden ge­ bündelt und die gebündelten Schlauchenden durch ein Rohrstutzen geführt, so daß die Enden ca. 1 cm überste­ hen. Die Schläuche werden in dem Rohrstutzen mit einem handelsüblichen Mehrkomponentenkleber vergossen. Nach der Aushärtung werden die überstehenden Schlauchenden mit dem Rohrstutzen bündig abgeschnitten. Dabei können einzelne Schläuche verkleben. In diesem Fall werden die entsprechenden Schläuche mit kurzen Preßluftstößen freigeblasen. Anschließend wird das andere Ende des Schlauchbündels gleichermaßen behandelt. Das Schlauch­ bündel kann so über die Rohrstutzen mit Hilfe von Klemmringrohrverschraubungen an die Rohrleitungssysteme der zu überwachenden Prozeßapparaturen angeschlossen werden.

Claims (4)

1. Meßzelle zur Messung von Radioaktivität in Flüssig­ keiten mit einem von innen mit Szintillator be­ schichteten durchsichtigen Schlauch und einem Detek­ tor, der die durch den Szintillator auftretenden Lichtblitze detektiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle ein von innen mit Szintillator beschichtetes Schlauchbündel aufweist.

2. Meßzelle zur Messung von Radioaktivität nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schläuche des Schlauchbündels bei gleichem Flüssigkeitsdurchsatz gleiche Druckverluste aufweisen.

3. Meßzelle zur Messung von Radioaktivität nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der einzelnen Schläuche des Schlauchbündels kleiner als 400 µm ist und die Schichtdicke der Szintillationsschicht im Bereich von 10 bis 100 µm liegt.

4. Verfahren zur Messung von Radioaktivität in Flüssig­ keiten, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßzelle nach Anspruch 1 verwendet wird.