DE2854927A1

DE2854927A1 - Ionisationskammer-dosimeter und auswertegeraet fuer radioaktive strahlung

Info

Publication number: DE2854927A1
Application number: DE19782854927
Authority: DE
Inventors: Julius Dipl Ing Bosch
Original assignee: Frieseke and Hoepfner GmbH
Current assignee: Frieseke and Hoepfner GmbH
Priority date: 1978-12-20
Filing date: 1978-12-20
Publication date: 1980-06-26

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ionisationskammer-Dosimeter
gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Auswertegerät für dieses Dosimeter.
Ionisationskammer-Dosimeter sind in der Strahlungsmeßtechnik als sogenannte Füllhalter- oder Stabdosimeter weit verbreitet im Einsatz und damit wohl bekannt. Eine nähere Erläuterung dieser Geräte erübrigt sich daher. Die bisher bekannten Ionisationskammer-Dosimeter sind nur für kurzzeitige Messungen geeignet. Sie werden von ihrem Träger zumeist nach einigen Tagen abgelesen und hernach durch Aufladung wieder auf Null gestellt. Als Langzeitdosimeter waren diese Ionisationskammer-Dosimeter Jedoch nicht verwendbar, weil der Ladungsverlust durch den Isolator über lange Zeit zu hoch war und damit höhere Strahlendosen vorgetäuscht wurden als in Wirklichkeit vorhanden sind. Außerdem war bei den bisherigen Konstruktionen der Einfluß der Strahlen auf den Isolator so groß, daß dies zu Fehlmessungen bei höheren Strahlendosen führte.
Für Langzeitmessungen, also für Meßzeitraume von mehr als einem Monat, sind bisher fast ausschließlich Filmplaketten-I)osimeter im Einsatz. Diese haben jedoch den Nachteil einer relativ hoch liegenden Ansprechschwelle. So ist der Film nicht ausreichend empfindlich für niedrige Strahlendosen. Aufgrund der heutigen Erkenntnisse über Umweltschutz ist man jedoch bestrebt, gerade solche niedrigen Strahlendosen über längere Zeit zu erfassen, da die Gefährdung durch aufsummierte kleine Strahlendosen groß erscheint.
Andererseits haben die eingangs genannten Ionisationskammer-Dosimeter von Haus aus den großen Vorteil, die Ionisation von Luft zu messen. Dies entspricht am besten den gesetzlichen Vorschriften, nach denen die abgeleitete SI-Einheit der Ionendosis das Coulomb durch Kilogramm (C/kg) ist und letzteres gleich der Ladungsmenge ist, die bei der Erzeugung von Ionen in Luft durch ionisierende Strahlung entsteht (vgl. § 43 des Gesetzes über "Einheiten im Meßwesen" vom 2.7.1969). Der Bezug der gesetzlichen Einheit auf die Luft bedeutet mithin, daß eine MeBeinrichtung für die lonendosis in der Praxis am besten und sichersten mit Luft zu realisieren ist. Die Verbindung zur Einheit der wichtigen, im Gesetz festgelegten Energiedosis ist über die Energiedosis in Luft ebenfalls gut zu verwirklichen.
Ein Dosimeter, welches eine mit Luft gefüllte Ionisationskammer als Detektor aufweist, hat damit grundsätzlich wesentliche Vorteile als Meßeinrichtung für die Anzeige der Ionendosis oder Energiedosis in Luft gegenüber andersartigen Meßverfahren, die nicht die Ionisigrung von Luft zur Messung der Strahlung benutzen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und billiges Ionisationskammer-Dosimeter nebst dazugehörigem Auswertegerät anzugeben, mit dem über Monate oder Jahre hinweg eine sehr niedrige Strahlendosis aufsummiert werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch Mittel, wie sie im Kennzeichen des Patentanspruches 1 und, in vorteilhaften Ausgestaltungen, der Unteransprüche angegeben sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ionisationskammer-Dosimeter im Querschnitt, Fig. 2 die Ansicht eines Auswertegerätes für das Dosimeter nach Fig, 1.
Gemäß Fig. 1 sind die einzelnen Teile des Dosimeters in einem dünnen Metallgehäuse 1 untergebracht. Vorzugsweise ist hierfür Leichtmetall verwendet. Die Außenelektrode setzt sich in der gezeichneten Weise zusammen aus den Teilen 2 und 3. Letztere bestehen aus sogenanntem Luftwändematerial. In der praktischen Ausführung besteht dieses aus Kunststoff, der in an sich bekannter Weise elektrisch leitend gemacht ist. Solches Luftwändematerial verhält sich atomar bzw. ordnungszahlmäßig wie Luft; durch dieses Material wird daher keine oder nur eine vernachlässigbare Energieabhängigkeit des Ionisierungsvorganges bewirkt.
Die Innenelektrode 4 besteht ebenfalls aus solchem Luftwändematerial. Sie hat die Form einer runden Scheibe. Letztere kann auf einen wesentlich geringeren Durchmesser reduziert sein, wie bei 5 angedeutet. Überhaupt kann das Dosimeter auch so ausgebildet sein, daß seine axiale Erstreckung größer ist als seine radiale.
Zur Halterung der Innenelektrode 4 in der Außenelektrode dienen möglichst kleine Isolatorperlen 6 und 7 aus hochwertigem, an sich bekanntem Isolationsmaterial, beispielsweise Polystyrol. Diese Perlen sind durchbohrt, wie bei 8 und 9 angedeutet. Sie können auch zylindrisch gestaltet sein, wie hier mit 10 und 11 angedeutet.
Die so ausgebildeten Isolatoren werden durch Zapfen 12 und 13 zentriert, in welche die Innenelektrode 4 axial ausläuft. Die Perlen liegen einerseits in kegelförmigen Vertiefungen 14 und 15 der Außenelektrode an, andererseits in korrespondierenden kegelförmigen Vertiefungen 16 und 17 der Innenelektrode 4. Auf diese Weise wird bewirkt, daß jeweils nur eine kreisringförmige Berührung der Elektroden an den Isolatoren erfolgt, wie bei 18 angedeutet. Dadurch wird eine hinreichende Zentrierung der Innenelektrode in der Außenelektrode bewirkt, die auch bei nicht durchbohrten Perlen gegeben wäre. Die Zapfen 12, 13 verbessern jedoch diese Zentrierung noch.
Zwischen Innenelektrode und Außenelektrode ist ein Luftraum 19 gebildet. Letzterer ist somit das Ionisationsvolumen und die Elektroden 4 sowie 2, 3 bilden mithin die aufladbare und durch die Einstrahlung entladbare Kapazität.
Das Ionisationsvolumen 19 ist dabei allseitig nur von Luftwändematerial begrenzt, so daß eine gute Wellenlängenunabhängigkeit gewährleistet ist.
Zur Auf ladung oder Ladungsentnahme dient der Kontaktstift 20.
Er erstreckt sich durch eine Öffnung 21 der Außenelektrode 3 hindurch in die Bohrung 9 der Perle 7. Ein Ende von ihm steht im Ruhezustand dem Zapfen 13 der Innenelektrode 4 abständig gegenüber. Der Kontaktstift 20 ist eingeschmolzen in einem Isolierkörper 22, beispielsweise aus Glas. Letzterer ist eingeschmolzen in einen Metallflansch 23, der nach außen hin in eine Wellmembran 24 übergeht. Diese ist am äußeren Ende durch Lötung 25 befestigt an einem Verschlußdeckel 26 und dem Gehäuse 1, wobei ein Abstandsring 27 zur Fixierung der durch die Teile 2 und 3 begrenzten Ionisationskammer dient. Durch die Lötung 25, die Einschmelzung des Stiftes 20 im Isolator 22 und dessen Einschmelzung im Flansch 23 sowie durch die Lötverbindungen der Wellmembran 24 wird eine nahezu absolute Dichtheit des so gebildeten Dosimeters bewirkt.
Die Wellmembran 24 ist dabei so ausgebildet, daß der Flansch 23 durch ihre Federwirkung im Ruhezustand an den Deckel 26 gedrückt wird.
Dieser Konstruktion liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Volumen des Isolators zwischen Innen- und Außenelektrode von entscheidender Bedeutung für die Langzeitfunktion des Dosimeters ist. Durch die bei der Erfindung gewählte Form der Isolatoren als kleine Perlen haben diese das kleinstmögliche Volumen. Weil auch in den besten Isolatoren grundsätzlich kleinere Mengen von Ladungsträgern pro Volumen vorhanden sind, ist die Anzahl der Ladungsträger, welche die Messung stören können, wenn sie während der Expositionszeit durch das anliegende Feld im Isolator wandern, wegen des kleinen Volumens der Perlen 6 und 7 bei der Erfindung entsprechend klein. Wegen dieses geringen Isolatorvolumens werden auch durch die Einstrahlung in den Perlen nur entsprechend wenige Ladungsträger erzeugt und stören dementsprechend den Meßvorgang nicht. Die Bohrungen 8 und 9 redusieren dabei das wirksame Volumen der Isolatorperlen noch weiter. Die Perlen 6 und 7 berühren die Kegelflächen 14 bis 17 der Elektroden nur längs einer Kreislinie. Damit wird die Oberflächen-Isolationsstrecke ausreichend lang und der Übergang vom Isolator zum Leiter, über den schließlich die Ladungsträger der Isolatoren wandern können, ist eindeutig und gut reproduzierbar. Die absolute Größe der Isolatorperlen ist nach unten hin lediglich durch die mechanischen Stabilitätaanforderungen beim Tragen des Dosimeters begrenzt. Durch die gewählte Form der Isolatoren wird ein kleinstmögliches Volumen bei größter Oberfläche erreicht.
Die Funktion dieses Dosimeter entspricht im übrigen völlig der eines üblichen Füllhalter- bzw. Stabdosimeters. Durch Andrücken des Kontaktstiftes 20 an den Zapfen 13 der Innenelektrode 4 wird letztere gegenüber der Außenelektrode 2, 3 auf eine bestimmte Spannung aufgeladen. Durch eine Einstrahlung von radioaktiven Partikeln wird das Ionisationsvolumen 19 ionisiert und entlädt im Laufe der Zeit Je nach dem Maß der Einstrahlung den durch Innen- und Außenelektrode gebildeten Kondensator. Das Maß dieser Entladung kann durch den Kontaktstift 20 ermittelt werden, weloher zu diesem Zweck an eine Auswerteeinrichtung gelegt wird und für den Auswertevorgang selbst an den Zapfen 13 der Innenelektrode 4 gedrückt wird. Dies ist an sich bekannt und braucht deswegen nicht weiter erläutert zu werden. Es sei hier angemerkt, daß die Isolatoren 6, 7 bzw. 10, 11 nicht durchbohrt zu sein brauchen, wenn der Kontaktstift 20 in aufwendigerer Weise an einer anderen Stelle der Außenelektrode 2, 3 angeordnet ist.
Ein vorteilhaftes Auswertegerät zur Durchführung der geschilderten Auswertung ist in Fig. 2 gezeigt. Es besteht aus einem taschenrechnergroßen Gehäuse 28, welches eine an sich bekannte und daher nicht näher erläuterte Auswerteelektronik enthält. Zur Anzeige dient ein digitales Display 29. Auf der Oberseite ist eine durchsichtige und beispielsweise aus Acrylglas bestehende Klappe 30 bei 31 schwenkbar gelagert. Unterhalb der Klappe 30 befindet sich eine Einsetzöffnung 32 für ein Dosimeter 1 nach Fig. 1. Auf der Oberseite des Gehäuses 28 befindet sich weiter ein Druckknopf 33. Schließlich weist das Gehäuse eine Steckbuchse 34 auf.
Zur Ausmessung des Dosimeters wird die Klappe 30 angehoben und die Dosimeterkapsel 1 so in die Öffnung 32 eingesetzt, daß die Wandung 26 der Kapsel zum Gehäuseinneren hin orientiert ist. Der Boden der Ausnehmung 32 ist dabei federnd ausgebildet. Wenn nun auf die zunächst noch etwas hochstehende Klappe 30 gedrückt wird, so wird die Dosimeterkapsel 1 in das Gehäuseinnere gedrückt und ein dort angebrachter Kontaktstift berührt den Kontaktstift 20 der Doslmeterkapsel und drückt diesen zur ladungsabmahme an den Zapfen 13 der lnneneiektrode 4 (Fig, 1). Das NaB der von der Dosimeterkapsel empfangenen Strahlung wird sodann durch das Display 29 angezeigt. Die Auswerteelektronik ist dabei mit an sich bekannten Mitteln so ausgebildet, daß die zur Messung entnommene Ladung automatisch dem Dosimeter nach der Messung wieder zugeführt wird. Wird nun das Dosimeter wieder entnommen, so addiert sich die während der folgenden Zeit aufgenommene Strahlung in entladender Weise zu der vorher gemessenen Ladung. Mithin wird dadurch die Strahlung über einen beliebig langen Zeitraum aufaddiert. Soll hingegen nach einer Messung das Dosimeter wieder auf Null gestellt werden, so ist die Taste 33 zu drücken, wonach das Dosimeter wieder voll aufgeladen und demgemäß auf Null gestellt wird.
Bei alledem kann die Dosimeterkapsel 1 mit einer Eenn-Nummer, hier beispielsweise 32 502, gekennzeichnet und mithin einem bestimmten Träger zugeordnet sein. An die Steckbuchse 34 kann, falls erforderlich, eine Registriereinrichtung an sich beliebiger Art zur Registrierung des mit dem Dosimeter gemessenen Meßwertes angeschlossen werden.
Ein Dosimeter der erfindungsgemäßen Art ist in der Praxis auBerordentlich klein und hat für einen Meßbereich von einigen fiIilliröntgen bis etwa 10 Röntgen einen Durchmesser von etwa 14 mm und eine Länge von 8 mm, wobei die Stärke der Wand 1 0,4 mm beträgt, wenn sie aus Leichtmetall besteht. Das Dosimeter kann daher auf einfachste Weise in der Kreidung einer Person getragen werden oder aber auch an beliebiger Stelle eines Raumes zur Messung der Ortsdosis abgelegt werden.
In besonders vorteilhafter Weise brauchen zur Gewinnung verschiedener Meßbereiche in der Fertigung lediglich Sätze von Tnnenelektroden 4 unterschiedlichen Durchmessers vorrätig gehalten zu werden. Bei sonst völlig gleichbleibenden übrigen Bestandteilen braucht je nach dem gewählten Meßbereich nur eine Innenelektrode 4 kleinen oder größeren Durchmessers bei der Montage eines Dosimeters eingesetzt zu werden.

Claims

Ionisationskammer-Dosimeter und Auswertegerät für radioaktive Strahlung Patentansrüche : Ionisationskammer-Dosimeter für radioaktive Strahlung, bestehend aus einer Außenelektrode und einer in dieser durch Isolatoren gehalterten Innenelektrode mit einer Luftschicht zwischen beiden Elektroden sowie aus einem isoliert gehalterten und gegen Federkraft an die Innenelektrode andrückbaren Kontaktstift zur Aufladung des durch beide Elektroden gebildeten Kondensators durch eine externe Spannungsquelle, wobei die durch die radioaktive Strahlung infolge Ionisation des Luftdielektrikums bewirkte Entladung dieses Kondensators als Daß fiir die Strahlungsdosis dient, g e k e n n z e i c h -n e t durch folgende Merkmale: a) Die Innenelektrode (4) besteht aus einem rotationssymmetrischen Körper aus elektrisch leitend gemachtem Luftwändematerial und wird von einer ebenfalls aus solchem Luftwändematerial bestehenden Außenelektrode (2, 3) umgeben.

b) Als Isolierung zwischen den Elektroden dienen kleinvolumige Perlen (6, 7; 10, ii) aus hochwertigem an sich bekanntem Isolationsmaterial und haben ein Volumen, welches hinsichtlich seiner Größe nach unten hin lediglich durch die mechanische Beanspruchung des Dosimeter beim Tragen begrenzt ist.

o) Diese Perlen sind in kegelförmigen Vertiefungen (14, 15, 16, 17) der beiden Elektroden gehaltert.
2. Dosimeter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß wenigstens eine der Perlen durchbohrt ist und in die Bohrung (8, 9) wenigstens ein Zapfen (12, 13) der Elektroden eintaucht.
3. Dosimeter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß wenigstens eine der Perlen durchbohrt ist und sich in die Bohrung ein Kontaktstift (20) erstreckt, dessen Ende der Innenelektrode mit Abstand gegenübersteht.
4. Dosimeter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Dosimeter im Boden seiner topfförmigen Hetallkapsel (1) untergebracht ist und die Federungsmittel (24) für den Kontaktstift dessen Halterungsglieder (9) an einen eingelöteten und mit einer Durchtrittsöffnung für einen externen Kontaktstift versehenen Deckel (26) andrücken.
5. Dosimeter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß für unterschiedliche Meßbereiche Dosimeter mit gleicher Außenelektrode verwendet werden und zur Schaffung unterschiedlicher Meßbereiche die Ausdehnung der Innenelektrode verändert wird.
6. Dosimeter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß auf einer Stirnseite des Dosimeters eine lesbare Kenn-Nummer angebracht ist.
7. ICanuelles Auswertegerät nach Anspruch 6 und einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, g e k e n n z e i c h n e t durch ein taschenrechnergroßes Gehäuse (28) mit digitaler Auswerteelektronik und digitaler Anzeigevorrichtung (29), welches eine Einsetzöffnung (32) für die Dosimeterkapsel, eine durchsichtige Andrückklappe (30) für das eingesetzte Dosimeter sowie eine Kontaktvorrichtung in der Einsetzöffnung aufweist derart, daß beim Drücken auf die Andrückklappe eine Ausmessung des Dosimeter erfolgt und dabei dessen Eenn-Nummer ablesbar ist.
8. Auswertegerät nach Anspruch 7, g e k e n n z e i c h n e t durch eine solche Ausbildung der Auswerteelektronik, daß nach Ladungsentnahme selbsttätig eine Neuladung mit einem der entnommenen Ladung entsprechenden Spannungswert erfolgt.
9. Auswertegerät nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zusätzlich ein Drucktaster (33) auf dem Gerät vorgesehen ist, mit dem die Dosimeterkapsel auf den Anzeigewert Null aufladbar ist.
10. Auswertegerät nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein Anschluß (34) für ein externes Registriergerät vorgesehen ist.