DE2723998C3

DE2723998C3 - Detektor zur Bestimmung der Konzentration von Tritium in Gasen

Info

Publication number: DE2723998C3
Application number: DE19772723998
Authority: DE
Inventors: Josef 5112 Baesweiler Knieper; Paul-Friedrich Dipl.-Phys. Dr. 5101 Verlautenheide Sauermann
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1981-10-29
Also published as: DE2723998A1; DE2723998B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Detektor zur Bestimmung der Konzentration von Tritium in Gasen, bei dem zur Messung der infolge der beim Tritiumzerfall ausgesandten Beta-Strahlen ionisierten Teilchen eines in dem von dem Detektor umschlossenen zylindrischen Raum enthaltenen Gases ein den zylindrischen Raum umschließendes dünnwandiges, die Stirnseiten übergreifendes Metallrohr vorgesehen und parallel zur Achse des Metallrohres mindestens ein dünner Metalldraht ausgespannt ist, wobei zwischen dem Metallrohr und dem Draht eine solche Spannung liegt, daß der infolge der Ionisation jeweils erzeugte Spannungsstoß proportional der durch die infolge der beim Tritiumzerfall erzeugten Beta-Strahlung hervorgerufenen Ionisation ist, mit an je einem Rohrende liegendem Eintritt und Austritt für das Gas, dessen Tritiumkonzentration gemessen wird.

Derartige Detektoren dienen dazu, die infolge des Betriebes von kerntechnischen Anlagen oder Geräten in der sie umgebenden Atmosphäre entstehende Konzentration an Tritium, bei deren Betrieb mit der Bildung von Tritium gerechnet werden muß, unter Kontrolle zu halten.

Aus Nuclear Instruments an Methods, Band 114 (1974), Nummer 2, Seiten 269—275 sind bereits Detektoren bekannt, durch die es möglich ist, die Konzentration von Tritium in Luft oder anderen Gasen zu bestimmen. So gehört insbesondere zum bekannten Stande der Technik ein Zählrohr, bei dem die durch die infolge des Zerfalls der Tritiumteilchen entstehende Beta-Strahlung verursachte Io;.isation als Maß für den Gehalt der durch das Zählrohr geschleusten Luft an Tritium benutzt wird. Die Messung erfolgt dabei in der Weise, daß die an der als dünner Draht ausgebildeten Anode und der diese umgebenden Kathode liegende Spannung so bemessen ist, daß die durch die beim Kernzerfall eines Tritiumteilchens jeweils entstehende Beta-Strahlung verursachte Ionisation von Molekülen eines ionisierbaren Gases einen dieser Ionisation proportionalen Spannungsimpuls hervorruft Zu diesem Zweck wird dem Gas, dessen Tritiumgehalt bestimmt werden soll, als ionisierbares Gas Methan zugemischt. Bei solchen zum bekannten Stande der Technik gehörenden Detektoren sind — wie beispielsweise aus S. A. Korff, Electron and Nuclear Counters, 2. Auflage, Toronto, New York, London, 1955, D. van Nostrad Company, Seiten 219—222 und AT-PS 2 09 455 bekannt ist — Antikoinzidenzkammern mit dem Ziel vorgesehen, durch härtere Strahlung als sie beim Tritiumzerfall entsteht hervorgerufene Impulse nicht zu zählen. Doch hat sich in der Praxis herausgestellt, daß zusätzliche Impulsraten insbesondere dann gleichwohl in das Meßergebnis eingehen, wenn sie auf Störstrahlung beruhen. Die dadurch verursachten Meßfehler lassen sich jedoch nicht ohne weiteres eliminieren, da die Störaktivitäten im allgemeinen unbekannt sind und im übrigen nicht damit gerechnet werden darf, daß diese Aktivitäten während der Messung gleich bleiben. Daher waren mit den bisher bekannten Detektoren nur ungenaue Messungen erzielbar.

Aus der AT-PS 2 09 455 ist ferner eine Einrichtung zur Messung von Beta-Strahlung mit geringer Intensität bekannt, bei der zwei aneinandergrenzende Zählkammern vorgesehen sind. Dabei ist die eine Kammer als sogenannte Registrier- und die andere als Antikoinzidenzkammer ausgebildet. Dabei wird die Registrierkammer von dem zu untersuchenden Gas zusammen mit dem ionisierbaren Gas durchströmt, während die andere Kammer nur von ionisierbarem Gas durchströmt wird. Auch durch diese Einrichtung werden jedoch nicht die durch Störaktivitäten hervorgerufenen Fehler in hinreichendem Maße ausgeschaltet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Detektor zu schaffen, der mit Sicherheit eine genaue Angabe des Tritiumgehalts in Gasen ermöglicht, gleichwohl aber einen einfachen Aufbau aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der bekannten Tatsache aus, daß die von Tritium ausgesandte Beta-Strahlung die energieärmste Beta-

Strahlung überhaupt ist. Hierauf aufbauend liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß es darauf ankommt, eine Vergieichsmessung in der Weise durchzuführen, daß alle auf die Ionisation durch Störfaktoren zurückzuführenden Impulse unabhängig von den Impulsen, die auf der Ionisation infolge der beim TritiumzerfaU entstehenden Beta-Strahlung sowie auf sonstigen Einflüssen beruhen, mit für die Praxis hinreichender Sicherheit isoliert voneinander erfaßt werden. ι ο

Hiervon ausgehend wird die Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Innenraum des Detektors über seine ganze Länge durch eine Folie von einer für das Durchdringen von Beta-Strahlen mit einer der von den Tritiumteilchen ausgesandten Beta-Strahlung entsprechenden Energie verhindernden Dicke in zwei Kammern unterteilt wird, wobei in jeder der durch Unterteilung gebildeten Kammer mindestens je ein Draht ausgespannt ist und wobei eine der beiden Kammern zum Durchschleusen des zu untersuchenden Gases zusammen mit einer vorbestimmten Menge eines ionisierbaren Gases und die andere Kammer zum Durchschleusen eines durch Beta-Strahlung ionisierbaren Gases vorgesehen sind.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Wie sich gezeigt hat, hat der Detektor gemäß der Erfindung einen weitaus besseren Wirkungsgrad als die zum bisherigen Stande der Technik gehörenden Detektoren zur Bestimmung des Gehalts von Tritium in Gasen. So ist zum Beispiel der Nachweis einer Tritiumkonzentration von 7,4 · ΙΟ-⁴ s-'/ml

(2 χ ΙΟ-⁸ μΟ/ΓηΙ) damit möglich.

Ein weitaus großer Vorzug des Detektors gemäß der y, Erfindung besteht darin, daß es möglich ist, Störstrahlung, gleichgültig auf welchen Ursachen sie beruht, und die Gas- und Aerosolaktivität des durch eine der beiden Kammern des Detektors geschleusten Gases getrennt anzuzeigen.

Infolgedessen hat der Detektor gemäß der Erfindung einen sehr weiten Anwendungsbereich.

In der Zeichnung sind je ein Ausführungsbeispiel für den Detektor gerräß der Erfindung sowie für eine im Zusammenhang damit zur Messung zweckmäßige Anordnung schematisch wiedergegeben und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Detektor,

F i g. 2 eine Anordnung zur Bestimmung des Tritiumgehalts in Gasen unter Verwendung des Detektors nach Fig.l.

Der zur Bestimmung des Tritiumgehalts vorgesehene Detektor wird aus zwei zusammengeflanschten zylindrisch geformten Detektoren 1 und 2 so gebildet, daß eine Wandung des zylindrischen Teils des einen Detektors mit der entsprechenden Wandung des anderen Detektors zusammenfällt. Dabei ist die gemeinsame Wandung der beiden Detektoren durch eine dünne Folie 3 gebildet. Durch die dünne Folie 3 wird der Innenraum in zwei Kammern 4 und 5 unterteilt.

Beide Kammern werden von je einer Kathode 6 und 7 umschlossen. In den beiden Kammern 4 und 5 ist jeweils mindestens ein gegenüber den den Raum umschließenden Kathoden 6 und 7 isolierter, dünner, jeweils die Anoden 8 und 9 bildender Draht parallel zur Achse der zylindrischen Kammern 4 und 5 und sich nahezu über die gesamte Länge der Kammern 4 und 5 erstreckend ausgespannt

Zur Durchschleusung eines Gases, dessen Tritiumgehalt bestimmt werden soll, ist auf der einen Stirnseite der Kammer 4 eine Zuleitung 10 und an der anderen Seite ein Gasaustritt 11 vorgesehen. Ebenfalls sind an den beiden Stirnseiten der Kammer 5 jeweils ein Eintritt 12 und ein Austritt 13 für das durchzuschleusende, ionisierbare Gas vorgesehen. Die Kathoden 6 und 7 sowie die Anoden 8 und 9 sind jeweils mit einer in der Zeichnung nicht wiedergegebenen Spannungsquelle verbunden. Die Spannung ist so bemessen, daß ein infolge der bei einer durch Beta-Strahlung verursachten Ionisation zwischen Kathode und Anode hervorgerufener Spannungsimpuls proportional der erzeugten Ionisation ist

Wie aus F i g. 2 erkennbar, erfolgt die Messung mittels des Detektors gemäß F i g. 1 derart, daß das Meßgas über einen Pumpe 14 und ein Rotameter 15 in die Kammer 4 des Detektors 1 gelangt. Eine mit dem Detektor 1 verbundene Zuführungsleitung 17 für das zu messende Gas steht dabei über ein Rotameter 16 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Speicher für das ionisierbare Gas in der Weise in Verbindung, daß das zu messende Gas mit dem ionisierbaren Gas, bevor es in die Kammer 4 gelangt, vermischt wird. Mittels der Rotameter 15 und 16 kann die Zusammensetzung des eingespeisten und durch diese hindurchgeschleusten Gemischs dem jeweiligen Bedarfsfall entsprechend verändert werden. Während des Durchschleusens des Gemischs durch die Kammer 4 werden die Impulse, die infolge der durch die beim TritiumzerfaU des Gasgemisches entstehenden Beta-Strahlen erzeugten Ionisationen entstehen sowie die Impulse, die auf Störfaktoren beruhen, insgesamt gemessen. Um die infolge Störstrahlung entstehenden Impulse allein zu erfassen, wird über ein Ventil 18 durch die Kammer 5 ein ionisierbares Gas geschleust. Dabei werden infolge Tritiumzerfalls hervorgerufene Ionisationen deshalb von dem Meßvorgang in der Kammer 5 nicht erfaßt, weil die weiche, beim TritiumzerfaU entstehende Beta-Strahlung durch die Folie 3 abgeschirmt wird, während die auf anderen Ursachen beruhende härtere Beta-Strahlung die Folie 3 durchdringt und somit zu Ionisationen in dem durch die Kammer 5 hindurchgeschleusten Gas führt. Durch einfache Differenzbildung ist somit der Tritiumgehalt des durch die Kammer 4 in Verbindung mit ionisierbarem Gas geschleusten, zu messenden Gases bestimmbar. Das Gasgemisch, das durch die Kammer 4 geschleust wird, und auch das ionisierbare Gas oder Gasgemisch, das durch die Kammer 5 geschleust wird, gelangen durch mit den Gasaustritten 11 und 13 verbundenen Ableitungen in die Abluft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Detektor zu Bestimmung der Konzentration von Tritium in Gasen, bei dem zur Messung der infolge der bei Tritiumzerfall ausgesandten Beta-Strahlen ionisierten Teilchen eines in dem von dem Detektor umschlossenen zylindrischen Raum enthaltenen Gases ein den zylindrischen Raum umschließendes dünnwandiges, die Stirnseiten übergreifendes Metallrohr vorgesehen und parallel zur Achse des Metallrohres mindestens ein dünner Metalldraht ausgespannt ist, wobei zwischen dem Metallrohr und dem Draht eine solche Spannung liegt, daß der infolge der Ionisation jeweils erzeugte Spannungsstoß proportional der durch die infolge der bei Tritiumzerfall erzeugten Beta-Strahlung hervorgerufenen Ionisation ist, mit an je einem Rohrende liegendem Eintritt und Austritt für das Gas, dessen Tfitiumkonzentration gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Detektors (1, 2) über seine ganze Länge durch eine Folie (3) von einer für das Durchdringen von Beta-Strahlen mit einer der von den Tritiumteilchen ausgesandten Beta-Strahlung entsprechenden Energie verhindernden Dicke in zwei Kammern (4, 5) unterteilt wird, wobei in jeder der durch Unterteilung gebildeten Kammer (4 und 5) mindestens je ein Draht (8 und 9) ausgespannt ist und wobei eine der beiden Kammern (4) zum Durchschleusen des zu untersuchenden Gases zusammen mit einer vorbestimmten Menge eines ionisierbaren Gases und die andere Kammer (5) zum Durchschleusen eines durch Beta-Strahlung ionisierbaren Gases vorgesehen sind.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Kammern (4, 5) einen rechteckigen Querschnitt mit jeweils einer so ausgebildeten Oberfläche aufweisen, daß zwei der einander gegenüberliegenden, den Zylindermantel bildenden Flächen im Vergleich zu den beiden anderen Mantelflächen schmal sind, wobei die Kammern (4, 5) so aneinandergeflanscht sind, daß die beiden Kammern (4,5) gemeinsame Fläche eine der beiden großen Flächen ist und von der Folie (3) gebildet wird.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als ionisierbares Gas vorbestimmter Menge, das zusammen mit dem zu untersuchenden Gas durch die eine Kammer geschleust wird, Methan und als durch Beta-Strahlung ionisierbares Gas, das durch die andere Kammer geschleust wird, Methan, Butan oder eine Mischung davon verwendet wird.