DE2500510C3 - Verfahren zur Selektierung der Kernstrahlung bestimmter gasförmiger, in einem Trägergas in ein Zählrohr gebrachter Radionuklide, unter Diskriminierung nach der Impulsform sowie Anwendung dieses Verfahrens und Verwendung «ines DurchfluBzählrohres hierzu - Google Patents
Verfahren zur Selektierung der Kernstrahlung bestimmter gasförmiger, in einem Trägergas in ein Zählrohr gebrachter Radionuklide, unter Diskriminierung nach der Impulsform sowie Anwendung dieses Verfahrens und Verwendung «ines DurchfluBzählrohres hierzuInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem tu Oberbegriff des Anspruchs 1.
Als Radionuklide kommen dabei insbesondere niederenergetische Elektronenstrahler in Frage. Unter
Elektronenstrahlern werden nicht nur Beta-Strahler verstanden, sondern auch solche Nuklide, die sekun- r>
dar zu einer Elektronenemission im Zählrohr führen. z.B. durch Photo-, Compton- oder durch Auger-Effckl.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (»Nuclear Instruments and Methods«. Bd. 112. 1973. Nr. ;u
3, S. 394-404) erfolgt die Messung diskontinuierlich,
indem in einem Wasserstoff-Trägergas eines Partialdrucks von ca. f>7() bis 2000 Pa enthaltenes Tritium
mittels einer Töplcr-Pumpe in ein Füllziihlrohr unigepumpt
und Methan als Zählgas auf Atmosphären- v, druck nachgefüllt wird. Die Diskriminierung erfolgt
als Kombination einer Energiediskriminierung mit einer zur Abscliwächung des Untergrundes dienenden
lmpulsanstiegs/eitdiskriminierung.
Die beiden im Zählrohr befindlichen Gase H, und m>
CH^ sind dabei beide elektropositive Oase, an denen
sich die im Zählrohr entwickelten Elektronen nicht vor Erreichen des Zähldrahtes anlagern, Durch Vermeidung
elektroncgativer Gase, wie Sauerstoff von Luftiintciicni wird somit sichergestellt, daß die hatipt- 6-5
sächlich vorgesehene Energiediskriminierung nicht beeinträchtigt wird.
Es ist auch eine Diskriminierung von Ausgangsimpulsen
von Proportional-Zählrohren nach der Impulsform mit einer elektrupositiven 90% Argon/10%
Methan-Zählgasfüllung und einer äußeren Quelle von niederenergetisclien Röntgenstrahlen bekannt, um in
einem Energiespektrum die charakteristische Röntgenlinie aus dem Untergrund besser hervorzuheben
(»Nuclear Instruments and Methods«, Bd. 96, 1971, Nr. 3, S. 397-403).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren der eingangs genannten Art zu einem
kontinuierlichen Verfahren wejterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Maßnahme gelöst.
Als kontinuierliches Verfahren zur Selektierung insbesondere des besonders bedeutungsvollen Beta-Strahlers
Tritium ist es derzeit Standardpraxis, nach der Reichweite der Beta-Strahlung des Tritiums in
dem Trägergas zu diskriminieren, welches das Zählrohr
erfüllt. Dieses Träg;rgas setzt sich in der Regel aus einem Luftanteil und einem Zählgaszusatz zusammen
Bei der Diskriminierung nach der Impulsform wird die zeitliche Verlaufsfunktion der Amplitude
analysiert, und zwar unabhängig vom Absolutwert der Amplitude bzw. bezogen auf einen normierten Absolutwert
der Amplitude. Die Impulsformdiskriminierung ist daher unterschiedlich von der zur Energiediskriminierung
wohihekannten Impulshöhendiskriminierung.
Bei diesem Selektierungsprin/ip finden als Detektoren
entweder zylinderförmige, konzentrische Zweifachzählrohre oder Dreifach-Sandwich-Großflächenzählrohre
(DE-AS Ir>3990i2) Verwendung, die von
einem Gemisch aus z. B. M)'/, Meßluft und 70r/r Zählgas
durchströmt werden. Der mittlere Zählraum dient als Meß/ähler, der oder die äußeren Zählräume als
Schirmzähler. Die Zählräume sind nur durch Kathodengitter voneinander getrennt. Als Maß für die Tritium-Konzentration
der Meßluft wird die Rate derjenigen Impulse des Meßzählers £-:nommen. welche
nicht gleichzeitig mit einem Impuls im Schirmzählcr auftreten. Zur automatischen Unterdrückung der koinzidcnten
Impulse dient eine Antikoinzidenzschaltung. Da die Beta-Teilchen von Tritium mittlere
Reichweiten von nur I bis 2 mm haben, kann nur ein sehr kleiner Bruchteil derselben im Meß- und Schirmzähler
gleichzeitig Impulse auslösen. Dagegen werden höherenergetische Beta-Teilchen von Kohlenstoff-14
oder von radioaktiven Edelgasen, durch Gumniiislrahler
aus der Umgebung erzeugte Sckundär-Elcktroncn.
sowie ionisierende Teilchen aus der Höhenstrahlung in der Mehrzahl der Fälle mehrere
Zählräume durchdringen und können daher durch die Antikoinzidenz-Schaltung eliminiert werden. Den
letzten Entwicklungsstand derartiger Durchflußproportionalzählrohre
zur I iiftuherwachung stellen Zählrohre mit doppeltem Kathodengitter /wischen
MeU- und Sehirmzähler dar.
Solche nach dem Prinzip der Reichwcitendiskiiminicrung
aufgebauten Zählrohrsystcme /ur Unterscheidung von Elektronen-Strahlern verschiedener
Energie ergeben jedoch folgende Probleme: Erstens ist der mechanische Aufbau der Zählrohre komplizidrti
da sie aus Mcßzählcr und Schirmzählcr bestehen, wobei zumindest der Sehirmzähler selbst wie-derum
eiii Vieldrahtzähler ist, Zwischen Meß- und Sehirmzähler ist ein Vicldraht-KathodcngUter erforderlich.
Zweitens befinden sich nur etwa 25% der Probe im Mcßzähler, während der Rest aus konstruk-
tiven Gründen notwendig im Schirmzähler und im Totvolumen verteilt ist. Drittens ist der hohe Zählgasverbrauch
von üblicherweise 60 Liter Methan pro Stunde aufwendig, da Meß- und Schirmzähler stets
gemeinsam durchströmt werden müssen und die ϊ Zählrohre darüber hinaus aufgrund ihrer Konstruktion
Toträume aufweisen, die vom Gemisch Zählgas/ Luft nur schlecht ausgespült werden.
Es ist auch bekannt (»The Review of Scientific Instruments«,
Bd. 27, 1956, Nr. 5, S. 300-303), im kon- to tinuierlichen Verfahren zur Luftüberwachung auf Tritium
ein Methanzählgas mit bis zu 30% Luftanteil im
Durchflußbetrieb durch eine Einfachzählrohranordnung zu verwenden. Hierbei handelt es sich jedoch
um eine integrale Messung von Tritiumstrahlung, π
nicht jedoch um eine Diskriminierung nach bestimmten Nukliden. Auch ist die Empfindlichkeit selbst bei
optimalen Zählgasen um ein bis zwei Größenordnungen geringer als bei Schirmgitteranordnungen mit
Reichweitendiskriminierung unter Antikoinzidenzschaltung. Einfachzähirohre haben nämlich einen zu
hohen Nulleffekt, um niederenergetische El.ktronenstrahler mit breitem Energiespektrum, wie Tritium,
oder auch monochromatische Strahler, wie i:V. mit
ausreichender Empfindlichkeit nachweisen zu kön- .')
nen.
Die Erfindungentwickelt gemäß der Aufgabenstellung das gattuiiigsgemäße Verfahren zu einem kontinuierlichen
Verfahren weiter und eröffnet damit einen neuen Weg unter den vergleichbaren kontinuierlichen so
Verfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dabei durch besondere Einfachheit aus, indem
insbesondere elcktronegative Gase, insbesondere Sauerstoff aus Luftanteilen oder Wasserdampf, nicht
mehr ferngehalten werden müssen. Die Empfindlich- η keit ist dabei der bei der Reichweitendiskriminierung
mittels Schirmgitteranordnungen vergleichbar. Auch ist das erfindungsgemäße Verfahren mit der Reichweitendiskriminierung
hinsichtlich seiner relativen Uncmpfindi.chkcit gegenüber Zählgasvcrunreinigungen
konkurrenzfähig.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einerseits die Selektierung verschiedener Radionuklide,
andererseits aber auch die Unterscheidung eines bestimmten Radionuklidsvonder Umgebungsstrahlung, -r.
um einen besonders niedrigen Nulkffekt zu erzielen
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich ebenso wie das Verfahren der Reichweitendiskriminkrung
vorteilhaft auf die kontinuierliche I.uftuberwachung. insbesondere auf Tritium, anwenden. Hs hat jedoch in
auch noch eine ganze Reihe anderer charakteristischer AnwenidungsmoglichkeitLn. z. B. die Diskriminierung
und gegebenenfalls quantitative Messung von 1V. Die
Anwcnidungsmöglichkcit auf andere niederenergetische Elektronenstrahler, beispielsweise auf Auger- v,
Elektronenemission und Emission nach innerem und äußerem Photoeffekt, wurde bereits oben angesprochen.
Die Erfindung ermöglicht es. ein iJurchflußzählrohr
mit nur einem Zählraum, also konventionelle wi Einfach-Durchfiußzählrohrc im Verfahren gemäß der
Erfindung zu Verwenden, deren Volumen dann im wesentlichen vollständig als Zählraum genutzt werden
käriri. Es wird in diesem Falle auch nur so viel Zählgaszusatz
benötigt, wie das Zählvolumcn des Zählrohrs erfordcrl. Der spezifische Zählvolumengewinn
entspricht etwa dem Füktor 5 gegenüber den bekannten
Mchrfach-Zählrohren für die Reichwcitendiskrl· minierung. Hierbei laßt sich bereits eine vergleichbare
Güte der Selektierung erreichen.
Wegen des Ansprechens der Selektierung beim eifindungsgemäßen
Verfahren auf einen von der Reichweite unabhängigen Parameter lassen sich gegebenenfalls
die Reichweitendiskriminierung und die Impulsformdiskriminierung parallel miteinander
kombinieren, um die Selektierungsgüte noch weiter zu erhöhen. Dies gilt sogar auch in Kombination mit
einer Impulshöhendiskriminierung. Eine Kombination mit einer Impulshöhendiskriminierung ist sogar
besonders vorteilhaft, um übergroße Impulse und damit eine Übersteuerung der Anlage sicher ausschalten
zu können. Eine solche Kombination von zwei oder mehr Verfahren kann auch zur einfachen Selektierung
von Interesse sein.
Vorzugsweise werden jedoch die Ausgangsimpulse in neuartiger Weise ausschließlich nach der Impulsform
diskriminiert, was eine besonders einfache Auslegung
der Anordnung bei befriedigend hoher Empfindlichkeit ergibt
Es wird schon bei dem gattungsgemaben bekannten Verfahren die Diskriminierung nach der Impulsform
konkret nach der Impulsanstiegszeit vorgenommen. Als Impulsanstiegszeit wird in der Elektronik häufig
die Zeit definiert, die zwischen Erreichen von 10 und
1J(Ci der maximalen Amplitudenhöhe vergeht. Man
kann jedoch auch eine andere typische Zeitspanne zugrundelegen, wie beispielsweise den Zeitraum zwisehen
K) und 50rr.
Es ist dabei bekannt, Impulsanstiegszeiten nach einem Nulldurchgangsverfahren zu bestimmen. Es ist
dabei auch bekannt, aus den Ausgangsimpulsen ein Nulldurchgangssignal nach dem gebräuchlichen Prinzip
der Doppel-Delay-Line-Impulsformungzu bilden.
In diesem Fall ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
vorzugsweise vorgesehen, daß die Zeitdifferenz zwischen Reflexionszeilpunkt und Nulldurchgang erfaßt
wird. Der Reflexionszeitpunkt, d.h. der Ansatzpunkt des Übergangs des geformten Impulses in die
umgekehrte Polarität, wird dabei zur Erhöhung der
Auflosung als Zeitbezugspunkt zugrundegelegt.
Für die Reichvvcitendiskriminierung ist eine die diskriminierten Werte gruppenweise zusammenfassende
Kanalbildung nach den verschiedenen Zühlräumen.
nämlich Meß- und Schirmzähler, typisch. Bei der
llmpulshohendiskriminierung kann man entsprechend
die gemessenen Impulsformer kanalweise zusammenfassen. Dabei kann man die besonders kritischen
niederenergetischen Eilektronenstrahler. beispielsweise
Tritium, in einem durch besonders kurze Anstiegszeiten charakterisierten Kanal erfassen.
Dabei kann man ebenso wie hei der Reiehweitendisknmmicrung
auch bei der Diskriminierung nach der Impulsform dir kanalvvcisc selektierten Impulse
auch quantitativ zur Bestimmung der Konzentration der spezifischen Radionuklide messen. Entsprechendes
gilt fur die Messung nach zwei verschiedenen Diskriminierungsver'ihren
gewonnener Impulse parallel zueinander, die dann automatisch verknüpft werden
können.
Bei der Reichweitcndiskriminicrung ist es bereits
bekannt, solche Fehlimpulse höherenergetischer Teilchen, deren Kernstrahlung allein im Meßzähler, beispielsweise
annähernd parallel mit den Schirmgittern verläuft, dadurch auszuschalten, daß ein bestimmter
Anteil der in Koinzidenz zwischen Meß- und Schirmzähler
gemessenen Impulse mit einem Faktor verse-
i)
lien und vom unkorrigicrtcn, durch Antikoinzidenz
zsvischen Mcßzählcr und Scliirmzählcrn gewonnenen
Meßergebnis subtrahiert wird. Wenn man nun, wie auch bei dem bekannten gattungsgemäßen Verfahren
vorgesehen ist, die Ausgangsimpulse nach ihren Anstiegszeiten kanalweise zusammenfaßt, wird entsprechend
vorzugsweise die Differenz der Impulsratc eines Kanals und der mit einem konstanten Faktor multiplizierten
Impulsrate eines anderen Kanals gebildet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schcmatischcr
Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel, mit einigen erörterten Varianten, noch mehr im einzelnen
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Prinzipmcßanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung mit teilweise
iängsgeschnittenem Durchflußzählrohr und
Fig. 2 ein Diagramm, welches veranschaulicht, wie in besonders vorteilhafter Weise ein Maß für die Anstiegszeit
des impulses nach dem Verfahren der Doppel-Delay-Line-lmpulsformung
gewonnen werden kann.
An einer Eingangsöffnung 1 angesaugte Luft wird in einer Mischkammer 2 mit durch eine Anschlußlei-■iung
3 zugeführtem Zählgas gemischt und dann in ein zylindrisches, nur einen Zählraum aufweisendes
Durchflußzählrohr 4 konventioneller Bauart und Spannungsversorgung geführt. Nach der Messung im
Durchflußzählrohr 4 verläßt das Zählg.i": Ί uft Gemisch
das Durchflußzählrohr durch einen Auslaß 5. Das Durchflußzählrohr 4 ist mit einer Heizmanschette
8 umgeben - was bei zylindrischer Zählrohr-Konstruktion besonders leicht durchzuführen ist - damit
durch Erwärmung Adsorptionen an der Oberfläche vermieden werden können. Außerdem ist das
Zählrohr von einer Bleiabschirmung 9 umgeben.
Die an dem zentral im Durchflußzählrohr verlaufenden Zähldraht abgenommenen Ausgangsimpulse
werden zunächst in einem schnellen Vorverstärker 6 (Anstiegszeit S 20 ns) verstärkt und anschließend einem
Impulsformdiskriminator 7 zugeleitet.
Der Impulsformdiskriminator 7 ist hier folgendermaßen aufgebaut:
Durch Doppel-Delay-Line-Differenzierung bzw.
-Impulsformungentsteht die in Fig. 2 ersichtliche Impulsform.
In Fig. 2 ist der Impuls als Spannung U in Abhängigkeit von der Zeit / aufgetragen. Der Nulldurchgang
des geformten Impulses erfolgt bei größerer Anstiegszeit später, und zwar unabhängig von der
Amplitude. Durch den Nulldurchgangsdiskriminator wird ein elektrisches Signal bei Durchgang des Impulses
durch die Nu!i-Linie erzeugt.
Man kann nun eine für die Anstiegszeit charakteristische Zeit nach folgenden zwei Methoden gewinnen:
1. Man mißt die Zeitdifferenz Al zwischen Beginn
des Impulses und Nulldurchgang; zur Veranschaulichung sind in Fig. 2 zwei derartige charakteristische
Zeitdifferenzen Ai1 und At, entsprechend
der ausgezogenen und der gestrichelten Kurve (längere Anstiegszeit) eingezeichnet.
Anschließend werden die Impulse entsprechend den gewünschten Ai-Bereichen kanalmäßig sortiert.
So kann z.B. ein 4/-Kanal A von 510 bis 530 ns den niederenergetischen Elektronen-Strahlern
entsprechen, dagegen ein zS/-KanaI B von 540 bis 580 ns der höherenergetischen Störstrahlung.
Die entsprechenden Kanalausgänge sind auch in Fig. 1 bei dem Impulsformdiskriminator
7 mit /I und B bezeichnet. 2. Vorzugsweise wird anstelle von Al ctie mit Al'
bezeichnete Zeitdifferenz zwischen dem Beginn ϊ der Reflexion nach der Doppcl-Delay-Line-Im-
pulsformung und dem Nulldurchgang gemessen. Dabei wirkt sich vorteilhaft aus, daß die relativen
Zeitdifferenzen für verschiedene Impulsformcn bzw. Anstiegszeiten wesentlich größer werden.
κι So würde der /Sf'-Kanal A' 10-30 ns und der
4/'-Kanal B' 40-80 ns betragen, wenn man zur
Bildung von Al\ und ^Sf' 2, weiche zu Al{ und
Al, korrespondieren, dasselbe in Fig. 2 gezeigte Impulsdiagramin zugrunde legt. Bei diesem Vcr
fahren würden Schwankungen der Laufzeit der
Verzögerungsleitung, weiche zur Impulsformung benutzt wird, unwirksam.
Zweckmäßig wird ein bestimmter Teil der an ß auftretenden Ausgangs-impuisrate von der bei A auftretenden
abgezogen. Dies dient zur besseren Kompensation hei schwankender höhercnergctischcr Störstrahlung,
die im Kanal B gemessen svird und von der stets ein kleiner Anteil auch im Kanal /I zusätzliche
impulse hervorruft.
Man benutzt hierzu entweder in bekannter, nicht dargestellter Weise ein Differcnz-Ratcmctcr oder einen
Diffcrenzzähler. wobei bei der Subtraktion jeweils dei Subtrahent mit einem konstanten Faktor K
mulitpliziert ist.
Bei einem Zählrohrvolumen von (),fi Liter läßt sich
mit dieser Einrichtung der Nulleffekt für Tritium um mehr als einen Faktor 20 reduzieren. In gleicher Größenordnung
liegt die Reduktion der Einstrcuralc durch höherenergetische Beta-Strahler. Dies cnlj5
spricht etwa den durch Reichweitendiskriminierung erzielbarcn Daten. Bei der verwendeten Impulsformdiskriminierung
kann jedoch das Zählrohr in normaler zylindrischer Konstruktion ausgeführt sein. Außerdem
wird der Verbrauch an Proben- sowie Zählgas um etwa einen Faktor 5 reduziert.
Die Zählrohrkonstruktion ist nicht auf die zylindrische Bauart beschränkt, sondern es kann beispielsweise
auch ein sog. Großflächendurchflußzählrohr mit mehreren parallel gespannten Zähldrähten verwendet
werden.
Noch größere Selektivität der Messung für die gesuchte Strahlungsart sowie eine weitere Reduzierung
der Nulleffekte erhält man. wenn man die Impulsformdiskriminierung mit der Impulshöhendiskriminierung
und/oder der Reichweitendiskriminierung kombiniert. Anhand von Fig. 1 und 2 bedeutet dies
bei dem Beispiel der Kombination mit Impulshöhendiskriminierung, daß nach dem Vorverstärker zusätzlich
und parallel zum Impulsformdiskriminator 7 ein Verstärker mit einem Einkanaldiskriminator den gewünschten
Impulshöhenbereich ausblendet, und daß die Ausgangsimpulse des Einkanaldiskriminators mit
den Ausgangsimpulsen des Bereiches A oder B des Impulsformdiskriminators in Koinzidenz gemessen
werden. Entsprechend ist die Verknüpfung der Impulsformdiskriminierung
mit der Reichweitendiskriminierung vorzunehmen, d.h. die antikoinzidente Impulsrate
des Meßzählers eines dann nötigen Mehrfachzählrohres wird mit dem Ausgang A oder B des
e,5 Impulsformdiskriminators 7 in Koinzidenz gemes-
•4(1
50
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zur Selektierung der Kernstrahlung bestimmter gasförmiger, in einem Trägergas ΐ
in ein Zählrohr gebrachter Radionuklide, bei dem die Ausgangsimpulse des Zählrohres nach der Impulsform,
gegebenenfalls zusätzlich nach der Impulshöhe und/oder der Reichweite, diskriminiert
werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Radionuklide als Bestandteile eines lufthaltigen
Trägergases durch das Zählrohr geleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem aus den Ausgangsimpulsen nach dem Prinzip der Doppel-Delay-Line-Impulsformung
ein Nulldurchgangssignal gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdifferenz zwischen Reflexionszeitpunkt
und Nulldurchgang erfaßt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsimpulse aus- :<
> schließlich nach der Impulsform diskriminiert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit kanalweiser Zusammenfassung von Ausgangsimpulsen
nach ihren Anstiegszeiten, dadurch > > gekennzeichnet, daß die Differenz der Impulsrate
eines Kanals und der mit einem konstanten Faktor multiplizierten Impulsrate eines anderen Kanals
gebildet wird.
5. Anwendung des Verfahrens nach einem der «i
Ansprüche 1 bis 4 zur Luftüberwachung auf ''V.
6. Verwendung eines Durchflußzählrohres mil nur einem Zählraum im Verfuhren nach einem der
Ansprüche 1 bis 5.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE3003909C2 (de) * | 1980-02-02 | 1987-01-22 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh, 7500 Karlsruhe | Verfahren zur gleichzeitigen Messung von a- und ß-Teilchen und Detektoreinrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| DE3009563A1 (de) * | 1980-03-13 | 1981-09-17 | Interatom Internationale Atomreaktorbau Gmbh, 5060 Bergisch Gladbach | Tritium-nachweis in gasen |
| DE3125978A1 (de) * | 1981-07-01 | 1983-01-20 | Laboratorium Prof. Dr. Rudolf Berthold, 7547 Wildbad | Verfahren und vorrichtung zum spezifischen nachweis von (alpha)-strahlen und/oder (beta)- und (gamma)-strahlen in proportional-zaehlrohren bei gegenwart jeweils der anderen strahlungsart sowie anwendung |
-
1975
- 1975-01-08 DE DE19752500510 patent/DE2500510C3/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2500510B2 (de) | 1978-05-18 |
| DE2500510A1 (de) | 1976-07-15 |
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