DE2114560A1 - Überwachungseinrichtung - Google Patents

Description

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Patentanwälte Dlpj.-j_nri. R. R.;nT2 sen. DS;-!-'.ν. ι·', f .-\iy» ,HCHT ^D;'· ^:< ν- ·'■-■*. Z Jr.

410-16.81OP 25. 5. 1971

Commissariat a l'finergie Atomique, Paris (Prankreich)

Überwachungseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen der Langzeitdrift von Ionisationskammern, insbesondere von Gleichstromionisationskammern·

Die ausgedehnte Verwendung, die solche Ionisationskammern auf den verschiedensten Gebieten wie der Medizin, dem Strahlenschutz, der industriellen Meßtechnik, der Feinmeßtechnik usw. gefunden haben, geht auf ihre Robustheit, ihre einfache Handhabbarkeit, ihren ausgedehnten Meßbereich und ihre niedrigen Gestehungskosten zurück. Leider unterliegen aber diese Ionisationskammern und die mit ihnen verbundenen Elektrometeranordnungen wie alle Meßsysteme zeitlichen Änderungen, die jegliche Reproduzierbarkeit der mit ihnen vorgenommenen Messungen illusorisch machen.

Bei den bisher bekannten Meßeinrichtungen dieser Art

41O-(B 4O38.3)~r>f-r (7)

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besteht die übliche Überwachungsmethode für die Langzeitdrift der gesamten Anordnung darin, daß die Aktivität einer Bezugsstrahlungsquelle geraessen wird. Diese Bezugsstrahlungsquelle, deren Eigenschaften gut bekannt sind, wird außerhalb der zu überwachenden Ionisationskammer angeordnet und ionisiert das in der Kammer enthaltene Gas. Zwei auf hinreichend unterschiedlichem Potential gehalteene Elektroden sammeln dann die auf diese Weise entstehenden Ionen. Xn der angeschlossenen Elektrometeranordnung entspricht dann dem geringen von der Ionisationskammer Ik abgegebenen Strom eine der von der Bezugsstrahlungsquelle abgegebenen ionisierenden Strahlung proportionale Potentialdifferenz. Nach einer solchen Kontrollmessung braucht lediglich die zu messende Strahlungsquelle genau an die Stelle der Bezugsstrahlungsquelle gebracht zu werden.

An dieser Übewachungsraethod® fällt zunächst auf, daß die Bezugsstrahlungsqualle außerhalb der zu überwachenden Ionisationskammer* angesreMet wird, was ihren Wirkungsgrad

verminderte Zum q$.Tc.@t& e-sgS itMmlieh die ionisierende Strahlung durch di© Wand der zu überwachenden Ionisationskammer @n₉ und zum anderen vermindert sich der Fest-

köz*p©rion,isationswinkel» In den meisten Fällen bedient man

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sich, einer radioaktiven Strahlungsquelle Ra als Bezugssirahlisngsqiaelle wegen ihrer Gammas trahlungs energie von 700 keV und ihrer großen Halbwertszeit von 1020 Jahren»

Eine solche Überwacüäungeeinrichtunghat jedoch zwei

haraptsäelillclae. KFaefoteile» Am wichtigsten ist dabei der mit dem biologischen Schuts des Bedienungspersonals zusammenhängende Machtailβ Wegen des wie oben erläutert relativ

Wirkungsgrades Eöß nan näEilich radioaktive Strain=

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lungsquellen mit einer Strahlung in der Größenordnung von 1 bis 10 mCurie einsetzen, um einen hinreichenden Pegel für das Ansprechen der Ionisationskammer zu erhalten. Der andere Nachteil hängt mit der Meßgeometrie zusammen, die per Definition hinsichtlich der Überwachung der Langzeitdrift nicht konstant ist, da man ja die Bezugsstrahlungsquelle entfernt, um die zu messende Strahlungsquelle anbringen zu können. Nun gibt es jedoch relativ wenige Einrichtungen, mit deren Hilfe sich für die Anordnung der Strahlungsquellen eine genaue geometrische Reproduzierbarkeit erreichen läßt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung zu schaffen, die eine genaue Erfassung der Langzeitdrift der Ionisationskammern gestattet und damit eine Ausschaltung des Einflusses dieser Langzeitdrift auf die Meßergebnisse ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von einer Überwachungseinrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einer Meßionisationskammer eine Bezugsionisationskammer mit einer fest eingebauten Strahlungsquelle für eine Strahlung mit großer Halbwertzelt und geringem Durchdringungsvermögen parallelgeordnet und eine Umschaltvorrichtung vorgesehen ist, die eine wahlweise einzelne oder parallele Verbindung oder Trennung von Meßionisationskammer und Bezugsionisationskammer mit bzw. von einer Elektrometeranordnung gestattet.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhandeiniger bevorzugter Ausführungsbeispiele veranschaulicht; dabei zeigen:

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Fig. 1, 2 und 3 drei Ausführungsvarianten für eine

erfindungsgemäß ausgebildete Überwachungseinrichtung;

Fig. h eine AusführungsVariante für die Anschaltung der Bezugsionisationskammer an die Elektrometeranordnung;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Bezugsionisationskammer mit einer Strahlungsquelle mit C;

Fig. 6 eine Aueführungsvariante für ein Teilstück der Vorrichtung von Fig. 5 und

Fig. 7 einen Schnitt durch eine Bezugsionisationskam-

241 ■ mer mit einer Strahlungsquelle mit Am.

Die Anwendung der erfindungsgemäß ausgebildeten Überwachungseinrichtung verlangt den zur Meßionisationskammer parallelen Einsatz einer Bezugsionisationskammer, die im folgenden der Kürze der Ausdrucksweise halber als "Monitor¹¹ bezeichnet werden soll. Dieser Monitor muß eine Überwachungsfunktion haben, deren Reproduzierbarkeit konstant bleibt. " Zu diesem Zweck enthält er zum einen eine unveränderliche radioaktive Strahlungsquelle mit hoher Halbwertzeit und geringem Durchdringungsvermögen und zum anderen ein Ionisationsgas mit konstanter Dichte, das daher von Änderungen in Druck und Temperatur unabhängig ist. Außerdem muß der abgeschlossene Behälter, der den Monitor enthält, hinreichend dicht verschlossen sein, um einen Austritt von Strahlung von der in seinem Inneren enthaltenen radioaktiven

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Strahlungsquelle in den Außenraum zu verhindern.

Im folgenden sollen nun einige Ausführungsmöglichkeiten für einen solchen Monitor beschrieben werden, wobei gleiche Bauteile in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind..

Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsvariante mit autonomer Gasatmosphäre für einen Monitor 1· Der außerhalb einer Meßionisationskammer 2 angeordnete Monitor 1 ist über eine Umschalteinrichtung 4, die aus einem einfachen hochisolierenden (1O Ohm) Umschalter besteht, mit einer Elektrometeranordnung 3 verbunden. Venn der Monitor 1 nicht in Betrieb ist, fließen die in ihm entstehenden elektrischen Ladungen über die Umschalteinrichtung k zur Masse 5 ab. Der von der Meßionisationskammer 2 und dem ggf. dazu parallel angeschalteten Monitor 1 abgegebene schwache Strom wird in der Elektrometeranordnung 3 gemessen, die an den Klemmen eines Widerstandes R eine Potentialdifferenz V abgibt, die als Funktion der Zeit in einem Registriergerät 6 festgehalten wird. Dabei gestattet es die Parallelschaltung des Monitors 1 mit der Meßionisationskammer 2 bei Abwesenheit jeglicher radioaktiver Strahlungsquelle innerhalb deren Einflußbereich, gleichzeitig das Isoliervermögen der Sammelelektroden 7 der Meßionisationskammer 2 und für die Elektrometeranordnung 3 zu überprüfen.

Der an die Meßionisationskammer 2 angeschlossene Monitor 1 erfaßt die Langzeitdrift auf rein elektronischem Wege. Die Überwachungseinrichtung von Fig. 1 eignet sich daher für die Überwachung von Ionisationskammern, die wie

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Dosimeter mit Bragg-Gray-Kammern oder Freiluft-Ionisationskammern für Messungen mit freier Gasatmosphäre bestimmt sind.

Fig. 2 veranschaulicht eine Ausführungsvariante, bei der die Gasatmosphäre in der Meßionisationskammer 2 und die im Monitor 1 miteinander in Verbindung stehen. Der Monitor 1 ist im Inneren eines dicht abgeschlossenen Behälters angeordnet, der über ein Röhrchen 8 mit der Gasatmosphäre in der Meßionisationskammer 2 verbunden ist.

Eine solche Anordnung gestattet eine Überwachung der Langzeitdrift durch den Monitor 1 zum einen auf elektronischem Wege und zum anderen über eine Verfolgung des Gasdruckes für das Füllgas in der Meßionisationskammer 2» Diese Art von Überwachungseinrichtung eignet sich daher für die Überwachung von Ionisationskammern mit dicht abgeschlossener Gasatmosphäre wie beispielsweise den Schachtkammern. Ebenso eignet sie sicls für die Überwachung von .Meßionisationskammoräi -?it geregeltem Innendruck.

Figs 3 ves'asisciiaulicht eine Ausführungsvariante mit gemeinsamer G-asatsiosphäre Tür Meßionisationskammer 2 und Monitor 1. Der Monitor 1 ist im Inneren der Meßionisationskaiamer 2 Hintergebracht. Die radioaktive Strahlungsquelle im Inneren des Monitors 1 ist so angeordnet, daß die von ihr ausgehende Strahlung nicht über die Hochspannungselektrode 9 des Monitors hinausreicht, so daß sie nicht zu einem Grundrauschen in der Meßionisationskammer 2 führen kann_e

Di© Überwachungseinrichtung nach Flg. 3 ist für die

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gleichen Einsatzfälle gedacht wie die Überwachungseinrichtung nach Fig. 2, ihr wesentlicher Vorteil liegt in der größeren Kompaktheit ihres Gesamtaufbaue.

Fig. h veranschaulicht eine Ausführungsvariante für die Umsehalteinrichtung, die eine getrennte Messung der von der Meßionisationskammer 2 und vom Monitor 1 ausgehenden Ströme gestattet, während die Umschalteinrichtungen k der Überwachungseinrichtungen von Fig. 1, 2 und 3 nur eine überlagerte Erfassung dieser beiden Ströme ermöglichen. Die Umschalteinrichtung bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. k besteht aus einem doppelten hochisolierenden Umschalter. 10.

Als nächstes sollen zwei Arten geringfügig unterschiedlicher Monitore betrachtet werden, die als Ausführungsbeispiele anzusehen sind, wobei die eine Art von Monitor durch von C ausgehender ,--Strahlung, die andere dagegen durch von Am ausgehender oC -Strahlung erregt wird.

Für die von C ausgehende /5-Strahlung liegt die Halbwertzeit bei 5730 Jahren, und die Strahlungsenergie beträgt 156 keV. Für ²^¹Am liegt die Halbwertzeit bei 458 Jahren, und die ausgesandte /-Strahlung hat eine Energie von 5,^9 MeV.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen Monitor 1, dessen Hochspannungselektrode 11 mit einer radioaktiven Strah-

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lungsquelle 12 aus C mit einer Dicke von etwa 1 mm überzogen ist. Ein Kontaktring 13 verbindet die Hochspannungselektrode 11 mit ihrem Ausgangsanschluß Ik, Die von der Strahlungsquelle 12 abgegebenen ^-Teilchen werden von einer Sammelelektrode 15 aufgefangen. Die Sammelelektrode 15

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ist mit Hilfe eines isolierenden Trägers 16 an einem Dekkel 17 angebracht, der die Basis des Monitors 1 bildet. Der Deckel 17 ist im übrigen durch einen isolierenden Träger 18 gegen die Hochspannungselektrode 11 isoliert» Außerdem ist am Deckel 17 ein Körper 19 von Glockenform befestigt» Der dichte Abschluß des Monitors 1 gegen den Außenraum wird durch mehrere Dichtungen 20 gewährleistet. Eine Schikane 21 für die Druckentnahme ermöglicht für den Fall der Überwachungseinrichtungen nach Fig. 2 und 3 die Verhinderung eines Austritts von /^-Strahlung aus dem Monitor 1, die zu Störeffekten in der Meßionisationskammer führen könnte. Ein Hochspannungsgitter 22 aus rostfreiem Stahl und mit einer Durchlässigkeit von mindeebens 75 $> steht mit der Strahlungsquelle 12 über einen elastischen Ring 23 in Verbindung, der als Klammer wirkt.

Bei einem Abstand b zwischen den Elektroden von 20 mm, einem Durchmesser D für die auf der Hochspannungselektrode 11 aufgebrachte Strahlungsquelle von 70 mm und der Verwendung von einerseits einer Gasfüllung aus Luft von Atmosphärendruck und andererseits einer Strahlungsquelle 12 mit einer Strahlungsemission in der Größenordnung von 1 bis 1,5 · 10 P-Teilchen pro Minute und cm erhält man einen Meßstrom von etwa 10~ Ampere. Die Gesamtoberfläche der

Strahlungsquelle 12 liegt dabei zwischen 30 und 40 cm . Zur Vergrößerung der Intensität des erzeugten Stromes kann man den Druck für das Füllgas vergrößern, das gewählte Füllgas ändern oder den Abstand d und den Durchmesser D vergrößern.

In Fig. 6 ist eine andere Ausführungsform für die Befestigung des Deckels 17 dargestellt. Im Falle einer

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Ausführungsform entsprechend Fig. 3 ist es nämlich schwierig, den Monitor 1 mit Hilfe von Gewindebohrungen in der Meßionisationskammer 2 zu befestigen. Diese Schwierigkeit wird durch den Einsatz einer Befestigung mittels eines Flansches Zh und einer Schraube 25 entsprechend Fig. 6 behoben.

Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch einen Monitor 1 mit

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einer Strahlungsquelle aus Am. Die hier verwendete Strahlungsquelle 26 besteht aus einem elektrolytischen

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Niedersxchlag von Am auf einem Träger aus rostfreiem Stahl. Der durch die von der Strahlungsquelle 26 ausgehende Strahlung erzielbare Strom liegt wieder in der Grö-

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ßenordnung von 10 Ampere. Der technologische Aufbau des Monitors 1 entsprechend Fig. 7 ist bis auf den Ersatz der Strahlungsquelle aus C durch die Strahlungsquelle aus Am der gleiche wie in Fig. 5» und gleiche Bezugszahlen bezeichnen wieder gleiche Bauelemente.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Überwachungseinrichtung bietet außer der Möglichkeit zu einem vollkommenen biologischen Schutz für das Bedienungspersonal und der Unterdrückung der Schwierigkeiten für die Zentrierung, die bereits oben erwähnt sind, noch folgende Vorteile: die Möglichkeit zur Erzielung größerer Ionisationsströme als bei den bisher üblichen und außerhalb angeordneten Bezugsstrahlungsquellen, eine Verminderung der Handhabungsvorgänge, da ein einfacher elektrischer Kontakt für die Inbetriebnahme des Monitors genügt, und die Möglichkeit zur getrennten oder gleichzeitigen Überprüfung der Meßionisationskammer und der damit verbundenen Elektrometeranordnung.

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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf Abwandlungen davon, wobei insbesondere Vorkehrungen zur automatischen Kompensation der festgestellten Langzeitdrift der Meßionisationskammer getroffen sein kennen.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   (i j Überwachungseinrichtung zum Überwachen der Langzeitdrift von Ionisationskammern, insbesondere von Gleichstromionisationskammern» dadurch gekennzei c h n e t, daß einer Meßionisationskammer (2) eine Bezugsionisationskammer (1) mit efcier fest eingebauten Strahlungsquelle für eine Strahlung mit großer Halbwertzeit und geringem Durchdringungsvermögen parallelgeordnet und eine Umschaltvorrichtung (4) vorgesehen ist, die eine wahlweise einzelne oder parallele Verbindung oder Trennung von Meßionisationskammer (2) und Bezugsionisationskammer (i) mit bzw. von einer Elektrometeranordnung (3) gestattet.

   2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsionisationskammer (1) eine eigene Gasatmosphäre enthält (Fig. 1).

   3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsionisationskammer (1) eine mit der Gasatmosphäre in der Meßionisationskammer (2) verbundene Gasatmosphäre enthält (Fig. 2).

   k. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bezugsionisationskammer (1) und Meßionisationskammer (2) eine gemeinsame Gasatmosphäre enthalten (Fig. 3).

   5. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche bis k_$ dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung (k) ein einfacher hochisolierender Umschalter ist.

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   6t Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsehaltvorrichtung (k) ein doppelter hochisolierender Umschalter ist„

   7. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche

   1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsionisations-

   kammer (1) als Strahlungsquelle eine solche mit C enthält (Fig. 5, 6).

   8. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche

   1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsionisations-

   p/l 1

   kammer (i) als Strahlungsquelle eine solche mit Am enthält (Fig. 7).

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