DE2325315C2

DE2325315C2 - Verfahren zum Bestimmen der Schwächung einer von einer Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung beim Durchgang durch eine Probe und Meßanordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens

Info

Publication number: DE2325315C2
Application number: DE2325315A
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Edeline; Justin Orsay Lavergne
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1972-05-19
Filing date: 1973-05-18
Publication date: 1986-02-20
Also published as: GB1429865A; FR2184533A1; US3842285A; DE2325315A1; FR2184533B1

Description

die der Strahlungsquelle^). 20 Die bekannte mechanische Modulationsvorrichtung

2. Meßanordnung zur Durchführung des Verfah- Findet Anwendung in mit ^-Strahlungsabsorption arbeirens nach Anspruch 1 mit tenden Analysiergeräten, die zum Messen der Konzen-

— mindestens einer Strahlungsquelle, tration an Schwermetallen in Lösungen bestimmt sind,

— einer Meßqelle zur Aufnahme der zu untersu- die Störquellen darstellende ^-Strahler enthalten, chenden Probe, die selbst Fremdstrahlung aus- 25 In diesen Analysiergeräten dient als /-Strahlungssendet oder sich in einer Fremdstrahlung füh- quelle im allgemeinen eine Quelle, die das Radioisotop renden Umgebung befindet, Am²⁴¹ enthält Das Vorhandensein von Kernspaltungs-

— einem in Strahlungsrichtung gesehen hinter der produkten mit ^-Strahlern verschiedener Energie in der Meßzelle angeordneten Strahlungsdetektor in der Meßzelle enthaltenden Lösung läßt jedoch Störsi- und 30 gnale entstehen, deren Stärke tausendfach größer sein

— einer Vorrichtung, mit der der Probe in alternie- kann als die des Nutzsignals I. Es ist daher unbedingt render Folge zu ihrer Bestrahlung und um eine erforderlich, dieses Störsignal vollkommen zu beseiti-Halbperiode dagegen versetzt im Meßstrahlen- gen; das wirksamste und gleichzeitig einfachste Verfahgang ein Körper gegenübergestellt wird, da- ren dafür besteht darin, die interessierende /-Strahlung durch gekennzeichnet, daß die Rückstreueigen- 35 mit bekannter Frequenz und Phase zu modulieren und schäften dieses Körpers (1) für die Fremdstrah- mit Hilfe eines Synchronverstärkers wieder zu demodulung dieselben sind, wie die der Strahlungsquel- lieren.

le(n) (3). Zum Erzeugen einer modulierten ^Strahlung wird im

allgemeinen (siehe z. B. FR-PS 20 29 181) zwischen die

40 Strahlungsquelle mit dem Isotop Am²⁴¹ und die Meßzelle ein Verschluß eingeschoben, der aus drehenden Flügeln besteht, die den ^-Strahl periodisch unterbrechen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach Diese Lösung für die Modulation ermöglicht jedoch keidem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Meßanord- ne vollkommene Unterdrückung der Fremdstrahlung, nung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, wie 45 da ein Teil dieser Fremdstrahlung durch die drehenden es aus der FR-PS 20 29 181 bekannt ist. Flügel periodisch rückgestreut wird und daher eine Mo-Wenn man eine physikalische Größe messen will, die dulation mit der gleichen Frequenz erfährt wie das in ein Untergrundrauschen eingebettet ist, ist es be- Nutzsignal. Dieser Anteil des Störsignals läßt sich dann kanntlich notwendig, das Nutzsignal mit einer festen nicht mehr mit Hilfe des Synchronverstärkers vom Periode und Phase zu modulieren, um es mit Hilfe eines so Nutzsignal trennen. Außerdem können die Leitungen Synchronverstärkers feststellen zu können. für die Zuführung der zu untersuchenden Lösung zur Wenn es sich bei der zu messenden physikalischen Meßzelle eine durch die drehenden Flügel vom Strah-Größe um einen Teilchenfluß oder um eine Strahlung lungsdetektor getrennte Quelle für ^-Strahlung bilden; handelt, fällt die Wahl für den Modulator häufig auf eine in diesem Falle kommt es zur Entstehung eines weiteren mechanische Vorrichtung der aus der FR-PS 20 29 181 55 modulierten Störflusses.

bekannten Art Ein solcher Modulator enthält gewöhn- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verlieh die Quelle für die Teilchen oder die Strahlung in fahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weieiner feststehenden Lage, einen Kollimator und schließ- terzubilden, daß Einflüsse der Rückstreuung einer lieh einen beweglichen Verschluß, der den Weg der Teil- Fremdstrahlung bzw. der Eigenstrahlung der Probe chen oder der Strahlung periodisch unterbricht, um ei- 60 kompensiert werden können.

nen modulierten Fluß zu erhalten. Bei der aus der FR- Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merk-PS 20 29 181 bekannten Vorrichtung besteht der Ver- malen des Anspruchs 1 gelöst.

Schluß aus einer mit Aussparungen versehenen rotie- Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird nun-

renden Scheibe. Derartige Geräte lassen sich beispiels- '/nehr auf die Zeichnung Bezug genommen,

weise zum Modulieren von Quellen für sichtbares, infra- 65 Die einzige Figur der Zeichnung zeigt dabei in sche-

rotes und ultraviolettes Licht, für γ- oder Röntgenstrahl- rr.atisch gehaltener Weise den gesamten Aufbau eines

len oder für Neutronen- oder sonstige Teilchenstrahlen Analysiergerätes in zwei Betriebsstellungen, wobei die

verwenden. Darstellung mit strichpunktierten Linien der Meßstel-

3 4

lung entspricht des von den Strahlungsquellen 3 ausgesandten Strah-

Das dargestellte Analysiergerät enthält in der Haupt- lungsflusses.

sache: Der Strahlungsdetektor 6 besteht aus einem sehr dünnen (Dicke zwischen 0,2 und 0,5 uim) Szintillator 7, der

I a) eine Meßzelle 4, in der eine Lösung strömt, in der 5 mit einer Photozelle 8 gekoppelt ist. Der Strahlungsde-

I die Konzentration an Schwerelementen bestimmt tektor 6 ist hinter der Meßzelle 4 angeordnet und emp-

I werden soll und die störende /-Strahler enthält, und fängt einen Fluß, dessen Intensität mit der Stellung der

έ; die in einer Platte 5 aus einem Schwermetal! wie Strahlungsquellen 3 periodisch variiert Die Amplitude

I Stahl oder Blei eingesetzt ist, dieses Flusses ist eine Funktion der Konzentration der

I b) eine vuUe Scheibe 1, die mit einer in ihrem Zentrum io Lösung in der Meßzelle 4 an schweren Elementen; die

I befestigten Antriebswelle 11 gekoppelt ist und Phasenlage des Flusses wird nach einem Wechselspan-

% Strahlungsquellen emittierende Quellen und Kör- nungssignal markiert, das von einem kleinen Dynamo 9

I per mit denen der Strahlungsquellen identischen abgegeben wird, der fest mit dem Antriebsmotor 2 ver-

I Rückstreueigenschaften für die Fremdstrahlung bundene Magnete aufweist, die bei der Drehung des

I trägt die unten noch im einzelnen geschildert wer- 15 Moiors im Sinne des Pfeiles F₃ mitdrehen. Dieses Wech-

\ den, selspannungssignal dient außerdem zur Steuerung einer

I c) einen Antriebsmotor 2 für die Drehung der An- elektronischen Schaltung für die Regelung der Drehzahl

I triebswelle 11 und des mit Gleichstrom gespeisten Antriebsmotors 2.

J d) einen Strahlungsdetektor 6. Die Platte 4 enthält eine Ausnehmung 10 für die Un-

I 20 terbringung eines Bezugskeiles; dieser Keil ermöglicht

i. Die Kombination aus der Scheibe 1 und dem Detek- nach Verschiebung der Kombination aus Quellen 3 und

I tor 6 kann eine Translationsbewegung in Richtung der Detektor 6 eine Überprüfung der zuverlässigen Funk-

§ Pfeile Fi und F₂ ausführen, in deren Verlauf sie von der tionsweise des Analysiergerätes.

f. in der Zeichnung mit ausgezogenen Linien dargestellten Wie die Zeichnung zeigt, wird der Strahlungsdetektor

I Bezugsstellung in die in der Zeichnung mit strichpunk- 25 6 in der in ausgezogenen Linien dargestellten Bezugs-

s tierten Linien wiedergegebene Meßstellung gelangt und stellung für die Funktionsüberprüfung zum großen Teil

I umgekehrt durch die Platte 5 gegen die von den Spaltprodukten in

I" Die an dieser Translationsbewegung teilnehmenden der Lösung in der Meßzelle und den Zu- und Ableitun-

£ Bauteile des Analysiergerätes sind in der Zeichnung in gen für diese Lösung ausgehenden ^Strahlung ge-

M der Meßstellung mit den gleichen Bezugszahlen wie in 30 schützt. Auf diese Weise wird die Einwirkung der Strah-

\] der Bezugsstellung bezeichnet, wobei jedoch jeweils ein lung auf den Strahlungsdetektor 6 und die zugehörige

Indexstrich beigefügt ist elektronische Schaltung und damit die Gefahr von de-

: Der /-Strahlungsfluß, der zur Messung der Konzen- ren Verschlechterung verringert.

tration der in der Meßzelle 4 umlaufenden Lösung mo- Die dargestellte Vorrichtung arbeitet in folgender

duliert werden soll, wird durch zwei Strahlungsquellen 3 35 Weise:

mit dem Oxyd des Am²⁴¹ erzeugt, die einander auf der Für die Vornahme einer Messung wird die Kombina-Scheibe 1 diametral gegenüberliegen. tion aus Strahlungsquellen 3' und Detektor 6' vor die Ausgehend von der Voraussetzung, daß die Anwesen- Meßzelle in die in strichpunktierten Linien dargestellte heit dieser Strahlungsquellen 3 während der Rotation Stellung gebracht und anschließend in die mit ausgezoder Scheibe 1 Inhomogenitäten in den physikalischen 40 genen Linien dargestellte Bezugsstellung vor der AusEigenschaften dieser Scheibe 1 erzeugt, die insoweit ei- nehmung 10 mit dem Bezugskeil überführt. Das vom ne störende Wirkung ausüben, als sie die von der Lö- Detektor 6' abgegebene Signal ist nach Synchronversung in der Meßzelle 4 ausgehende und an der Scheibe 1 Stärkung und Bestimmung dem Fluß / durch die Meßrückgestreute Störstrahlung mit der gleichen Frequenz zelle 4 proportional, und der Ausgangswert /₀ für diesen modulieren wie den von den Strahlungsquelien 3 ausge- 45 Fluß ist dem Signal proportional, das an der Kombinahenden /-Fluß, sind in die Scheibe 1 noch zwei weitere tion aus Strahlungsquellen 3 und Detektor 6 in der in ; nicht strahlende Körper 12 eingesetzt, die relativ zu den ausgezogenen Linien dargestellten Bezugsstellung auf-

Strahlungsquellen 3 um 90° versetzt sind. Diese Körper tritt

j 12 sind so gewählt daß sie in der Scheibe 1 Inhomogeni- Bei Kenntnis der Größen / und /_o kann man anhand

; täten entstehen lassen, die den auf die Strahlungsquellen 50 der Formel /= I₀ exp — kc auf die Konzentration c der

3 zurückgehenden Inhomogenitäten in der Größe Lösung in der Meßzelle 4 an schweren Elementen

gleich, aber um eine Halbperiode dagegen phasenver- schließen.

schoben sind. Dieser Modulator bietet den Vorteil, daß sich dank

Die Strahlungsquellen 3 sind radioaktive Strahler, die der passend ausgewählten Körper 12 eine Modulation

'■■ das Oxyd des Am²⁴¹ zusammen mit Graphit enthalten 55 der auf eine periodisch variierende Rückstreuung oder

j und in einer Hülle aus rostfreiem Stahl eingeschlossen Transmission zurückgehenden Fremdstrahlung erhalten

■ sind. läßt, die sich in ihrer Frequenz von der der Nutzstrah-

'■■ Die Körper 12 sind den Strahlungsquellen 3 bezüglich lung unterscheidet.

; ihrer Rückstreueigenschaften für die Freindstrahlung Außerdem liefert der Modulator bei Verwendung I weitgehend gleich, sie unterscheiden sich davon nur da- 60 gleich starker Strahlungsquellen einen modulierten durch, daß das Oxyd des Am²⁴¹ durch ein Oxyd ersetzt Fluß, dessen Intensität größer ist als die des mit Hilfe ist, das keine/-Strahlung emittiert. der bekannten, mit Verschiebung eines beweglichen Von Vorteil ist es, für die Körper 12 eine Mischung zu Absorbers arbeitenden Modulatoren erzielbaren Flusverwenden, die, wie beispielsweise eine Mischung aus ses, da bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Modu-Eisen und Aluminium, der für die Strahlungsquelien 3 65 lator die Strahlungsquellen sehr nahe an der Stelle ; verwendeten Mischung in Zusammensetzung und Dich- (Meßzelle 4) vorbeigeführt werden können, wo der mote sehr nahekommt. dulierte Fluß erzeugt werden soll; dieser Vorteil ist um- : Die feststehende Platte 5 absorbiert mindestens 95% so ausgeprägter, je durchdringender die zu erzielende

Strahlung ist.

Die Platte 5 vergrößert den Unterschied zwischen
den Maximai- und Minimalwerten für den von den
Strahlungsquellen 3 abgegebenen Fluß; sie spielt die
Rolle eines Absorbers zwischen der Stelle, wo der mo- 5 dulierte Fluß empfangen werden soll, und den den Fluß
emittierenden Quellen, wenn diese von der Meßstelle
entfernt sind (in ausgezogenen Linien dargestellte Stellung), sie bietet jedoch auch den Vorteil, daß sie kein
Hindernis dafür ist, die Strahlungsquellen 3 sehr nahe an io die Meßstelle heranzuführen (in strichpunktierten Linien bezeichnete Stellung).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 In manchen Fällen müssen die Messungen in Anwe- Patentansprüche: senheit einer gleichartigen physikalischen Größe, nämlich einer Fremdstrahlung vorgenommen werden, wo-

1. Verfahren zum Bestimmen der Schwächung ei- bei diese entweder von vornherein vorhanden ist und ner von einer Strahlungsquelle ausgehenden Strah- 5 sich nicht unterdrücken läßt, also eine Störerschemung lung beim Durchgang durch eine Probe, die selbst darstellt, oder in ihrem Einfluß auf die Meßergebnisse Fremdstrahlung aussendet und/oder sich in eine^ oder auf die Wirkung des modulierten Signals unter-Fremdstrahlung führenden Umgebung befindet, bei sucht werden solL Als Beispiele für solche Fälle können dem ein in Strahlungsrichtung gesehen hinter der genannt werden: die Untersuchung von Fluoreszenz Probe angeordneter Strahlungsdetektor periodisch 10 oder Phosphoreszenz eines Materials, die durch eine alternierend der Strahlung wenigstens einer Strah- modulierte Strahlung in Anwesenheit einer konstanten lungsquelle ausgesetzt bzw. dagegen abgeschirmt Fremdstrahlung gleicher Art ausgelöst werden, die wird und der Probe in alternierender Folge zu ihrer Röntgenfluoreszenzanalyse eines seinerseits Kernstrah-Bestrahlung durch die Strahlungsquelle^) und je- lung aussendenden Körpers, die Untersuchung des Anweils um eine Halbperiode dagegen versetzt ein 15 Sprechverhaltens eines Kernstrahlungsdetektors mit Körper gegenübergestellt wird, dadurch ge- moduliertem FIuB in Anwesenheit einer konstanten kennzeichnet, daß der Probe dieser Körper Fremdstrahlung und die Messung der Dichte einer gegenübergestellt wird, dessen Rückstreueigen- Kernspaltungsprodukte enthaltenden Mischung durch schäften für die Fremdstrahlung dieselben sind, wie Absorptionsmessungen.