DE2232871A1

DE2232871A1 - Alpha-teilchen-dosimeter

Info

Publication number: DE2232871A1
Application number: DE2232871A
Authority: DE
Inventors: Henry Ward Alter; Daniel Bruce Lovett
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-07-16
Filing date: 1972-07-05
Publication date: 1973-02-08
Also published as: AU462815B2; AU4395672A; ZA724190B; FR2146278B1; US3783292A; FR2146278A1

Description

Alpha-Teilchen-Dosimeter

Es ist viel Aufmerksamkeit auf die Lösung der Probleme der Messung und Minimalisierung des Bestrahlungsrisikos für solches Personal gerichtet worden, das in Umgebungen arbeitet, in denen die Atmosphäre beträchtliche Mengen radioaktiver Materialien enthalten kann, wie in Uranbergwerken,

Eines der potentiellen Risiken beim Uranbergbau ist die mögliche Anwesenheit von Radon und dessen Zerfallsprodukten in der Atmosphäre, Rädon-222 ist ein radioaktives Gas, das aus Uranerz ausströmt. Es ist ein Bestandteil der radioaktiven Zerfallsreihe,

209886/0779

aie mit Uran beginnt und mit stabilem Blei-206 endet, Radon-220 oder Thoriumemanation ist eine andere Form des Radons, die aus Thorium-232 hervorgeht, Fadon-222 hat eine Halbwertszeit von 3,82 Tagen und Radon-220 hat eine Halbwertszeit von 56 Sekunden, Beide Radonisotope emittieren in ihren entsprechenden radioaktiven Zerfallsreihen alpha-Teilchen beim Zerfall in die Folgeprodukte. Radon-222 (nachfolgend als Radon bezeichnet) zerfällt über eine Kette von Folgeprodukten, die Bestandteile der Uran-Zerfallsreihe sind. Die radioaktiven Folgeprodukte von unmittelbarem Interesse sind Radium-Α (Polonium-218, Halbwertszeit 3,05 Minuten), Radium-B (Blei-21M, Halbwertszeit 26,8 Minuten), Radium-C (Wismut-214, Halbwertszeit 19,7 Minuten) und Radium-C' (Polonium-214, Halbwertszeit 164 Mikrosekunden). Radon, Radium-A und Radium-C emittieren beim Zerfallen alpha-Teilchen und Radium-B und Radium-C emittieren beta- und gamma-Strahlung, wenn sie zerfallen. Radon und seine alpha-emittierenden Folgeprodukte Radium-Α und Radium-C sind von besonderem Interesse als mögliche Gesundheitsrisiken gegenüber Bergwerksarbeitern und anderem Personal, die in Atmosphären arbeiten, die Radonkonzentrationen enthalten, die über die normale Konzentration hinausgehen.

Das Problem der Bestrahlungsaussetzung kommt vom Atmen einer radonhaltigen Atmosphäre und ist intensiv in einem Büchlein diskutiert, welches den Titel hat" Berechnungen des Einfluß von Radon und dessen Zerfallsprodukten in Uranbergwerken auf biologische Effekte" (Control of Radon and Daughters in Uranium Mines Calculations on Biological Effects), das 1957 vom US-Department für Gesundheit, Erziehung und Wohlfahrt publiziert worden ist (Public Health Service Pulbecation Nr. W) ·Kürzliche, dieses Büchlein ergänzende Untersuchungen lassen vermuten, daß unter Uranerzbergarbeitern ein über das normale Maß hinausgehende Auftreten von Lungenkrebs zu verzeichnen ist, möglicherweise aufgrund der alpha-Strahlung aus inhaliertem Radon und dem Zurück-

209886/0779

halten von alpha-emittierenden Radon-Zerfallsprodukten in der Lunge und anderen Geweben. Es ist daher von Bedeutung, die Atmosphäre und die Arbeitsräume, wie Uranbergwerke, zu überwachen, die aufgrund der Anwesenheit größerer Mengen von Uranmaterialien eine übernormale Konzentration an Radon und Radon-Zerfallsprodukten (und demgemäß, an alpha-Strahlung)aufweisen.

In der Vergangenheit sind verschiedene elektronische Instrumente zum Anzeigen von Radon verwendet worden. Eine solche Ausrüstung ist .jedoch teuer, voluminös und erfordert üblicherweise eingeübtes Bedienungspersonal und es kann darüber hinaus spezielle Probensammelverfahren erfordern. Da diese Geräte groß und teuer sind, wurden sie nur an weit auseinanderliegenden Orten in einem Uranbergwerk verwendet. Die Konzentration des Radongases kann jedoch in Abhängigkeit von Änderungen in der Konzentration des Uranerzes merklich von Punkt zu Punkt im Bergwerk variieren. Die weit auseinanderliegenden Detektoren geben daher kein genaues Bild des von dem einzelnen Bergmann an verschiedenen Orten im Bergwerk inhalierten Radongases.

Es sind Versuche gemacht worden, ein kleineres, weniger teures Anzeigegerät unter Verwendung eines fotografischen Filmes zu schaffen. Ein fotografischer Film ist brauchbar, da die lichtempfindliche Emulsion des Film die Spuren der alpha-Teilchen aufzeichnet, die durch Radon und einige der Zerfallprodukte ausgesandt werden. Solch ein Film muß jedoch in lichtdichten Behältern verpackt werden und er muß in einer Dunkelkammer entwickelt werden. Vielter zeigt der fotografische Film ein latentes Verschwinden des Bildes der Spuren, was die verwendbare Belichtungszeit je nach der Feuchtigkeit und der Temperatur der Umgebung, in welcher der Film verwendet wird,auf einige Monate begrenzt. Ein fotografischer Film ist daher unbequem und auch relativ teuer zu verwenden.

209886/(1779

Ein anderes Problem im Zusammenhang mit der Verwendung fotografischer Filme zum Anzeigen von Strahlen ist bei einigen Anwendungen dies, daß der Film nicht selektiv empfindlich ist für irgendeines der vielen verschiedenen Arten energiereicher Partikel und der elektromagnetischen Strahlung. Die meisten Filme si:."d direkt empfindlich für alpha- und beta-Teilchen und sie •werden auch beeinflußt durch Neutronen, Röntgenstrahlen und ganü-ua-Strahlung und ähnliche, wie Fotoelektronen und Rückstoßprotor'^n, die Spurbilder verursachen können und die in der empfindlicher: Fuulsion des Filmes durch diese Art des Beschlusses gebildet werdenc

King technologische Snt'-'-xikiung, die selektiv ge^enü^er alpha-Strahlung empfindlich ist,, ist ein "Spurregistrie""-Film und die Aufzeichnung der Zerstcrüngsspuren, die in diesem Film durch einfallende alpha-Strahlung gebildet werden, wird durch einen bekannten chemischen StsproEeß entwickelt. Der Spurregistrier-Film ist ein homogenes- f-sstko^psrartiges Detektormaterial, welches eine nicht-krista'-line Substanz sein kann, wie ein anorganisches Glas ode>· ein polymere? Kunststoff, Das Detektormaterial wird der Bestrahlung durch geladene Taliehen, wie alpha-Strahlen, ausgesetzt, und in dem Material werden durch örtliche Änderung der Materialstruktur entlang ies Teilchenbahn-Verlaufes Zerstörungsspuren gebildet. Die Serstörungsspuren werden dann vergrößert und sichtbar gemacht durch Anwendung eines Reagens in einem chemischen Ätzverfahren, welches vorzugsweise das geänderte Ma-"srial entlang der Zerstörungsspur mit einer größeren Geschwindigkeit angreift., als aas unssrstörte Material um die Spur herum. Ff-.-» die Verwendung aer spnraufzeichnenden Materialien, die gegenüber alpha-Strahlen empfindlich sind, wie Cellulose-Kunststoffe, '■nüssen verschiedene Parameter eingebalten werden, um eine genaue .lUfzeichnung der alpha-Strahlung su haben, die davon herrührt, :lafi|man das Material Reden und den Radon-Zerfallsprodukten aussetst.

Es besteht daher weiterhin der Bedarf an einem einfachen und billigen Gerät, welches die Mess^ung von Radon in der Luft, das durch einzelne Bergleute inhaliert wird, mit größerer Genauigkeit gestattet.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Radon-Dosimeter zu schaffen, welches die obengenannten Nachteile nicht aufweist.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches, leichtes Radon-Dosimeter verbesserter Zuverlässigkeit zu schaffen.

Schließlich liegt der Erfindung.auch die Aufgabe zugrunde, ein Radon-Dosimeter zu schaffen, das Spurregistrier-Materialien verwendet, welches diese Materialien abschirmt von Strahlung von Radon-Zerfallsprodukten, die auf den Oberflächen des Dosimeters abgelagert sind und welches diese Materialien vor einer nichtstrahlungsbedingten Verunreinigung schützt.

Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Radon-Dosimeter zu schaffen, in welchem das aufzeichnende Material bequemer herausgenommen und ersetzt werden kann.

Die obigen Aufgaben und weitere werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Radon-Dosimeter gelöst, welches ein Gehäuse und einen Einsatz umfaßt, der in das Gehäuse zum Halten der Spurregistrier-Materialien eingepaßt"ist. Das Dosimeter ist so ausgebildet, daß es an einem Hut oder einer anderen Kopfbedeckung in einer Position angebracht werden kann, in der die Luft nahe der vom Träger inhalierten kontinuierlich überwacht wird. Das Gehäuse ist so ausgebildet, daß es an dem harten Hut oder einer anderen Kopfbedeckung befestigt werden kann und der herausnehmbare Einsatz kann in dem Gehäuse verriegelt werden. Es wird eine

209886/0779

leicht bedienbare Befestigungseinrichtung geschaffen., um den Einsatz sicher in dem Gehäuse zu halten und gleichzeitig eine leichte Herausnahme zu gestatten. Das zusammengebaute Gehäuse mit dem Einsatz schirmt das Spurregistrier-fiaterial von der Bestrahlung durch Radon-Zerfallsprodukte ab, die auf der Oberfläche des Gehäuses oder des Einsatzes abgelagert sind. Außerdem ist das Spurregistrier-Material gegen Verunreinigung geschützt, wie sie verursacht sein kann bei der Handhabung durch die das Dosimeter verwendende Person oder durch Absetzen von Festkörpermaterialien, die in der Umgebung vorhanden sind, in der das Dosimeter verwendet wird.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Dosimeter unter Bezugnahme auf die Zeichnung und eine bevorzugte Ausführungsform näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radon-Dosimeters, das an einem typischen Helm befestigt ist,

Fig. 2 eine isometrische, auseinandergezogene Ansicht des Dosimeters mit dem Gehäuse, dem Einöatz und dem Sburregistrier-FiIm, welche zusammen das erfindungsgemäße Radon-Dosimeter darstellen,

Fig. 3 eine Bodenansicht des Gehäuses des Dosimeters,

Fig. 4 einen Vorderriß des*Gehäuses des Dosimeters,

Fig. 5 eine Draufsicht des Einsatzes des Dosimeters,

Fig. 6 einen Vorderriß des im Dosimeter verwendeten Einsatzes,

Fig. 7 einen Längsschnitt des zusammengebauten Dosimeters etwa in der Mitte des Dosimeters und die

209888/077 9

Fig. 8 bis 13 zeigen eine andere Ausführungsform des Dosimeters der vorliegenden Erfindung, wobei die Figuren 8, 9 und 10 einen Grundriß, eine Vorderansicht und einen Querschnitt des Gehäuses wiedergeben und die Figuren 11, 12 und 13 einen Grundriß, eine Vorderansicht und eine Endansicht des Einsatzes.

In den Figuren 1 und 2 ist ein allgemein mit 10 bezeichnetes Radon-Dosimeter gezeigt, welches ein Stück eines Spurregistrier-Materials 15 aufweist, sowie ein Gehäuse 11 und einen Einsatz 12, wie noch näher beschrieben wird. Das Radon-Dosimeter 10 ist an der unteren Seite des Schirmes 13 eines typischen Schutzhelmes 14 befestigt, wie sie von Bergleuten getragen werden. Das Radon-Dosimeter ist dicht am, jedoch im Abstand vom vorderen Kopfteil der den Helm 1*1 tragenden Person angeordnet. Das Gehäuse 11 kann dauernd an dem Helm 14 befestigt sein, wobei vorzugsweise die Spitze des Gehäuses 11 eben mit der Kante des Helms l*f abschließt. Die Befestigung kann mittels Klebstoffen erfolgen, wie Leim oder Epoxyharzen, wie In Fig. 1 dargestellt, oder mittels Klemm- oder magnetischer Vorrichtung. Es können, wie In Fig. i gezeigt, wo zwei Dosimeter an dem Helm IU befestigt sind, mehrere Dosimeter 10 an dem Helm 1H befestigt werden. Das Dosimeter ist vorzugsweise so angeordnet, daß der Einsatz 12 vom Helm 14 weg zeigt und das Gehäuse 11 näher zu der den Helm ΪΗ tragenden Person montiert ist als der Einsatz 12. Auf diese Weise ist das Spurregistrier-Material 15 in einer Position gehalten, daß es von einer einfallenden alpha-Strahlung in der gleichen Welse berührt wird, wie die den Helm tragende Person. Das Dosimeter ist auch vorzugsweise innerhalb von etwa 15 bis 30 cm (6 bis 12 Zoll) vom Gesicht der den Helm tragenden Person entfernt montiert, so daß das Dosimeter der Luft atisgesetzt ist, welche die Person atmet. Wie in Fig, I dargestellt, ist das Dosimeter so montiert, daß es nicht das Gesichtsfeld der den Helm tragenden Person beeinträchtigt. Das Dosimeter 10 am Helm 14 ist im allgemeinen auch geschützt gegen Kontakt mit Schlamm, Wasser j Staub und Teilchen, um die mechanische Zerstö-

209886/0779

rung zu vermeiden und das Absetzen alpha-emittierender Materialien auf dem Spurregistrier-Film 15 auf ein Minimum zu verringern.

Das Dosimeter ist auch so angeordnet und eingerichtet, daß die alpha-Strahlung von auf festen Oberflächen angeordneten Radon-Zerfallsprodukten auf dem Spurregistrier-Film nicht aufgezeichnet wird. Um dies zu ermöglichen, ist der Spurregistrier-Film von den benachbarten Oberflächen in einem größeren Abstand angeordnet, als die Reichweite von alpha-Strahlen in Luft beträgt, die allgemein etwa 7 bis 10 cm ausmacht. Weiter sollte das Dosimeter leicht abwaschbar sein, um alpha-Strahlen aussendenden Staub zu beseitigen, nachdem eine Periode des Aussetzens einer alpha-Strahlungsumgebung beendet ist. Das Dosimeter ist leicht so zu konstruieren, daß es, wie in Fig. 1 gezeigt, an einem Helm montiert werden kann, welcher ein universeller Artikel für alles in Uranbergwerke einfahrendes Personal ist.

Der Spurregistrier-Film registriert nicht die Spuren von alpha-Teilchen, wenn die alpha-Teilchen-Energie beim Auftreten der Teilchen auf den Film einen bestimmten Wert übersteigt. Die ursprüngliche Energie von durch Uran, Radium, Radon, Radon-Zerfallsprodukte und die Thorium-Zerfallsreihe ausgesandten alpha-Teilchen ist größer als der Ansprechwert der Registrierungsenergie der Spurregistrier-Filme. Auf diese Weise werden alpha-Teilchen, die sehr dicht zur Filmoberfläche ausgesandt werden, in den Spurregistrier-Film mit Energien eintreten, die zu groß sind, um ätzbare Spuren zu erzeugen.

Figur ? zeigt eine auseinandergezogene Ansicht des nicht an einem Helm befestigten Dosimeters und die Figuren 3 bis 7 zeigen andere Ansichten der Bestandteile des Dosimeters und ihre Zuordnung im zusammengebauten Zustand. Die Zunge 16 des Einsatzes 12 ist so ausgebildet, daß sie in den Halteschlitz 17 des Gehäuses 11 eingeführt werden kann und mit dem Befestigungselement 18 (das- hier die Form einer Schraube aufweist, das jedoch auch ein Stift, eine Feder, ein Clip, ein Draht usw. sein kann), das in

?0988fi/fl77S*

die Öffnung 20 des Gehäuses 11 eingepaßt ist, innerhalb des Halte-•schlitzes 17 des Gehäuses 11 zu befestigen lsi. Das Gehäuse 11 hat eine vorspringende Lippe 19, deren Spitze vorzugsweise abschließend mit der Kante des Schirmes 13 an einem Helm 14 montiert werden kann.

Der Einsatz 12 hat einen überhängenden Teil 21, der dazu dient, den Spurregistrier-Pilm 15 zu schützen und weist ferner eine Nut 22 mit Lippen 23 auf, welche den Film 15 in der gewünschten Position halten. Es ist auch eine Aufnahmeeinrichtung in Form einer öffnung 24 vorgesehen, welche die Schraube 18 aufnimmt und den Einsatz 12 im Gehäuse 11 verriegelt. Die Nut 22 kann mit einer öffnung 25 versehen sein, so daß der Film 15 aus der Nut 22 herausgestoßen werden kann. Die Bestandteile des Dosimeters sind so geformt, daß die alpha-Strahlung von auf den festen 0t^r^f^^ψ± _lm niedergeschlagenen Radon-Zerfallsprodukten keine Spuren/hinter-* lassen kann. Die festen Oberflächen benachbart dem Film 15 sind dicht genug, so daß die alpha-Strahlen-Energie von den Zerfallsprodukten die Ansprechenergie, die für die Bildung von Zerstörungsspuren auf dem Film erforderlich ist, übersteigt. Andere Oberflächen, wie der Helm, die Ohren, die Kleidung usw., können nicht näher sein, als die maximale Reichweite des Radium-C' bei der Höhe, auf der das Bergwerk liegt. Der Einsatz/Kann eine, identifizierende Aufschrift tragen, wie einen Namen oder eine Seriennummer, die zum Zwecke der Identifizierung auf die Oberfläche geschrieben oder in sie eingeprägt ist.

Eine andere Ausführungsform des Dosimeters der vorliegenden Erfindung ist In den Fig. B bis 13 dargestellt, in denen das Gehäuse allgemein mit 30 bezeichnet ist und dieses Gehäuse eine vorspringende Lippe 31> ein Dachteil 32 und einen Halteschlitz aufweist. Eine Federverriegelung (Draht) 35 ist in einer öffnung 36 in dem Blockteil 34 angeordnet, so.daß die Federverriegelung 35 normalerweise in der in Fig. 9 gezeigten Stellung am Ende der öffnung 36 liegt, wenn sie nicht manuell gegen das gegenüber-

209886/0779

- ίο -

liegende Ende des Schlitzes 36 gehoben ist. In dieser Position
ist ein Teil der Federverriegelung 35 in Schlitz 33 sichtbar.
Der Einsatz, der allgemein mit 40 bezeichnet ist_? weist eine
Basisplatte 41 mit einer Zunge 42 auf, wobei die letztere einen abgeschrägten Teil 43 und einen Schlitz 44 hat, welcher die
Pederverriegelung (Draht) 35 in einer engen Verbindung aufnimmt wenn die Zunge 42 des Einsatzes 40 in den Schlitz oder die öffnung 33 des Gehäuses 30 eingeführt ist. Die Nut 45 mit den Lippen 46 hält ein Stück des Spurregistrier-Pilmes 49. Die Keilnuten 47 erstrecken sich von der Nut 45 bis zur Spitze der Easisplatte 41 und halten die Halterung (Draht) 48, welche als Greif vorrichtung dient und bei der Herausnahme des Einsatzes 40 aus
dem Gehäuse 30 mithilft, wenn die Federverriegelung 35 manuell
aus der/Fig. 9 gezeigten Position der Federverriegelung 35 zu
dem anderen Ende des Schlitzes 36 gehoben ist.

Die Ausbildung des Halters erfolgt durch Formen aus Kunststoffmaterialien, die Polycarbonate, wie LEXAN, (Warenzeichen der
General Electric Company) umfassen. Das Dosimeter ist klein,
leicht und schützt den Spurregistrier-Film und schafft eine
maximale Geometrie für die Radon-Anzeige mit einem Minimum an
Ablagerungsproblemen. Das Spurregistrier-Material ist vorzugsweise ein Cellulosenitrat-Film mit einer Dicke von etwa 1 mm (0,04 inch). Die Gesamtgröße des Dosimeters kann sehr gering sein, wobei eine repräsentative Breite im Bereich von etwa 12 bis etwa 50 mm
(1/2 bis 2 inch), eine repräsentative Länge im Bereich von etwa 25 bis etwa 50 mm (1 bis 2 inch) und eine repräsentative Höhe in Bereich von etwa 13 bis etwa 25 mm (1/2 bis 1 inch) liegt.

Zu geeigneten Zeitabschnitten kann der Einsatz 12 aus dem Gehäuse 11 herausgenommen und der Film 15 aus dem Einsatz 12 entfernt werden und man kann ihn durch einen frischen Film 15 ersetzen. Der gebrauchte Film wird dann durch itzen, wie nach dem in der US-Patentschrift 3 415 993 beschriebenen Verfahren entwickelt, um die Menge der aufgezeichneten alpha-Strahlung zu offenbaren,

?0 9886/0779

Claims

- ii -

Patentanspruch^

ilj/Alpha-Teilchen-Dosimeter für die Aufzeichnung von alpha-Strahlung, gekennzeichnet durch:

(a) ein Gehäuse (11, 30) mit

(i) einem Halteschlitz (17» 33)» der eine eingeführte

Zunge (16, 42) aufnehmen kann, (ii) ein Befestigungselement (18, 35) zum Verriegeln der

eingeführten Zunge in dem Gehäuse und

(iii) eine vorspringende Lippe (19·. 31) auf dem Gehäuse und

(b) einen Einsatz (12, 40) mit

(i) einer Zunge (16, 42), die in den Halteschlitz des Gehäuses eingeführt werden kann und eine Aufnahmeeinrichtung (2¹J-, 44) aufweist, für die Aufnahme des Befestigungselementes (18, 35) des Gehäuses in einer engen Verbindung und

(ii) eine Nut (22, 45), die ein Stück Spurregistrier-Film (15· 49) aufnehmen und halten kann.
2. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stück Spurregistrier-Film (15, 49) in die Nut (22, 45) eingeführt ist. '
3. Dosimeter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spurregiftrier-Film (15, 49) aus Cellulosenitrat besteht.
4. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse an einem Schirm (13) eines Helms (14) befestigt ist.
5. Dosimeter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, , _v

daß das Gehäuse (11, 30) und der Einsatz (12,'40) aus Kunststoff bestehen .

209886/0779

O- C
6. Dosimeter nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Polycarbonat ist.
7. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (22) eine öffnung (25) aufweist, um die Herausnahme eines eingelegten Filmes (15) zu ermöglichen.
8. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Einsatz (12, 40) eine identifizierende Aufschrift trägt.
9. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., daß das Befestigungselement ein Bolzen (18) ist, der in das Gehäuse (11) eingeschraubt ist und daß die Aufnahmeeinrichtung in der Zunge (16) eine öffnung. (24) ist.

10, Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement eine Federverriegelung (35) in dem Gehäuse (30) ist und daß die Aufnahmeeinrichtung in der Zunge (42) ein Schlitz (44) ist.

11, Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spurregistrier-Film (15) in der Nut (22) so angeordnet ist, daß die alpha-Strahlung von radioaktiven Teilchen, die auf der Oberfläche der Bestandteile des Dosimeters (10) niedergeschlagen sind, auf dem Spurregistrier-Film nicht aufgezeichnet werden.

8-6 / 0 7 7 S