DE3228608A1

DE3228608A1 - Vorrichtung, insbesondere zur bestimmung einzelner konzentrationen von radon- und thoron-tochtersubstanzen in luft

Info

Publication number: DE3228608A1
Application number: DE19823228608
Authority: DE
Inventors: Franco Dipl.-Ing. 00036 Roma Scacco; Giuliano Dr. 00136 Roma Sciocchetti
Original assignee: Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie lEnergia e lo Sviluppo Economico Sostenibile ENEA; Comitato Nazionale per la Ricerca e per lo Sviluppo dell Energia
Current assignee: Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie lEnergia e lo Sviluppo Economico Sostenibile ENEA
Priority date: 1981-08-03
Filing date: 1982-07-30
Publication date: 1983-03-03
Also published as: FR2510761A1; IT1171436B; GB2106641A; DE3228608C2; IT8149036A0; BE894019A; FR2510761B1; GB2106641B

Description

Vorrichtung, insbesondere zur Bestimmung einzelner Konzentrationen von Radon- und Thoron-Tochtersubstanzen in Luft

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere zur Bestimmung einzelner Konzentrationen von Radon- und Thoron-Tochtersubstanzen in Luft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Bedeutung der Messung von Radionuklid-Konzentrationen natürlicher Art oder von einem Arbeiter erzeugt, wächst nicht nur zur Erfüllung der Gesundheitsregelungen bezüglich radioaktiver Gruben bzw. Bergwerke und Tauchanlagen bzw. Badan-

lagen, sondern auch zur Erfassung der Bestrahlung durch Radioaktivität an Aufenthaltsorten und in der natürlichen freien Umgebung.

Die Messung von Konzentrationen von Radon-Tochtersubstanzen und Thoron-Tochtersubstanzen in der freien Atmoshäre ist ein besonderes Anliegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine tragbare Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, um solche Messungen schnell und darüber hinaus äußerst präzise auszuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Radioaktive Zerfallsprodukte von Radon (Rn)- und Thoron (Th)-Tochtersubstanzen weisen Alphateilchen unterschiedlicher Energien auf. Die nachstehend genannten sind Alpha emittierende Atome:

Po-218 (RaA) - 6.00 Mev. )

Po-214 (RaC)- 7.69 Mev. j Radon-Tochtersubstanzen

Po-216 (ThA) -

Po-212 (ThC) - 6.05 Mev.

■ Thoron-Tochtersub-

Po-212 (ThC)- 8.78 Mev. J ^stanzen

Es gibt verschiedene Methoden zur Bestimmung der Konzentrationen von Radon- und Thoron-Tochtersubstanzen in Luft, wobei jeweils am Anfang eine Probe präpariert wird, gegenüber welcher dann die Zählung von Alphapartikeln ausgeführt wird.

Bei dem vorstehend genannten ersten Schritt wird die Umgebungsluft durch ein Filtermedium gezogen, welches dazu ausgelegt ist, die Radionukliden zurückzuhalten. Bei einem zweiten Schritt werden die Alphateilchen gezählt. Dieses Zählen der Alphateilchen kann eine totale Zählung sein, d.h. daß die Zählung der gesamten Alpha-Aktivität des Filters vorgenommen wird, woraus die potentielle Alphaenergie erhalten werden kann, oder es wird eine spektrometrische Methode angewandt, wodurch das Spektrum der zu messenden Probe erhalten wird und woraufhin die Einzelzählung der unterschiedlichen Energieteilchen vorgenommen wird.

Von den beiden vorgenannten Methoden ist die Gesamtzählung (Totalzählung)schneller und läßt sich schneller ausführen, umsomehr, weil einige Vorrichtungen dieser Art erst kürzlich entwickelt wurden, mit welchen sowohl die Probeentnahme als auch das Zählen der Teilchen mit Hilfe eines dem Filter gegenüberliegenden Detektors ausgeführt wird, wozu auf "cp Nuclear Safety,Band 13, Nr. 4, Juli/August 1972" verwiesen wird. Um eine akzeptable Auflösung der einzelnen Energieteilchen durch die spektrometrische Methode zu erreichen, soll das Zählen der Alphateilchen unter Vakuum ausgeführt werden und demzufolge sind zwei separate Vorrichtungen notwendig: Eine Vorrichtung zur Probeentnahme und eine Vorrichtung zur Zählung.

Das übertragen der Probe von dem Probeabnahmegerät zu dem Zähler ist ebenfalls eingeschlossen. Die spektrometrische Methode ist dann für Feldmessungen an unterschiedlichen Stellen kaum praktikabel, d.h. durch Verwendung tragbarer Geräte, so daß die totale Zählmethode in solchen Beispielen bevorzugt wird.

Es besteht jedoch im wesentlichen Übereinstimmung darüber, daß eine größere Genauigkeit bei der Konzentrationsbestimmung

von Radon- und Thoron-Tochtersubstanzen erhalten werden kann und demzufolge auch des Arbeitswertes bzw. Arbeitspegels (WL) durch spektroskopische Trennung unterschiedlicher Energieteilchenzählungen.

Die spektroskopische Methode hat gegenüber der Gesamtzählungsmethode den Vorteil, daß mit großer Schnelligkeit und Präzision einzelne Konzentrationswerte in der Luft von verschiedenen Radionukliden direkt geliefert werden, wodurch die Überprüfung offensichtlich erleichtert wird.

Um eine akzeptable Auflösung zwischen den unterschiedlichen Energieteilchen bei spektrometrischen Methoden zu erreichen, soll die Zählung der Alphateilchen bzw. Alphapartikel unter Vakuum ausgeführt werden. Diese Methoden sind daher für Feldmessungen zu schwierig, z.B. an verschiedenen Aufenthaltsorten eines vorgegebenen Platzes.

Bei der Erfindung werden die Vorteile der spektroskopischen Methoden, d.h. eine größere Präzision der Messung und der Vorteil der Gesamtzählungsmethode, d.h. eine schnellere und eine leichtere Messung,miteinander kombiniert.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Probe zuerst auf ein Filter aufgenommen und dann wird das individuelle Zählen der Alphateilchen unterschiedlicher Energie ausgeführt, was bedeutet, daß das Spektrum der gemessenen Probe erhalten wird. Die Größe des Vakuums, das zum Erhalt einer akzeptablen Auflösung zwischen den Teilchen unterschiedlicher Energie erforderlich ist, wird durch die gleiche Pumpe erreicht, mit welcher die zu analysierende Luft durch das Filter gezogen bzw. gesaugt wird. Eine annehmbare Auflösung wird auch unter begrenztem Vakuum erhalten, wie dies nachfolgend noch beschrieben wird.

Die Erfindung schafft somit eine Vorrichtung zur Bestimmung

der Einzelkonzentration in Luft von Radon- und Thoron-Tochtersubstanzen durch Anwendung der spektrometrischen Methode, wobei die Vorrichtung kompakt, leicht und transportabel ist.

Die Vorrichtung eignet sich zur Bestimmung der Konzentration von Radon- und Thoron-Tochtersubstanzen in Luft, wobei das Filtermedium mit den aufgefangenen Nukliden von seinem Sitz bzw. Platz nicht entfernt werden muß, damit das Zählen der Alphateilchen ausgeführt wird, die von den Nukliden emittiert werden.

Im folgende: werden bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine axiale Schnittansicht des Probekopfes der Vorrichtung,

Fig.1a eine vergrößerte Detailansicht von Fig. 1, Fig.2 ein Blockschaltbild der Vorrichtung, und

Fig. 3, 3a und 3b grafische Darstellungen zur Veranschaulichung von drei Alphaspektren, die bei Atmosphärendruck und bei zwei unterschiedlichen Vakuumwerten erreicht werden.

In Fig. 1 ist der Abtastkopf einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, der einen hohlen zylindrischen Körper 21 aufweist, der mittels Bolzen auf dem nicht dargestellten Gehäuse der Vorrichtung befestigt ist, wobei die Bolzen durch öffnungen 22 in einem Flansch 24 des gleichen Körpers 21 eingesetzt sind.

Ein Ende, nämlich das in Fig. 1 untere Ende des zylindrischen Körpers 21 wird durch einen kreisförmigen Deckel 1 geschlossen, der mit einem Flansch 1¹ versehen ist, welcher mit der

Stirnfläche der Körperwand unter Aufnahme einer O-Ringdichtung 2 in Eingriff steht. Der Deckel 1 ist an seiner Außenfläche zu Beleuchtungszwecken ausgespart und durch eine Reihe von Schrauben 3 gegen den Zylinder 21 gehalten. Unterhalb des Deckels 1 ist ein Festkörper-Detektor 30 befestigt, der ein BNC-Verbindungselement 31 aufweist, das durch eine öffnung in der Abdeckplatte 1, die in deren Mitte vorgesehen ist, durch die Abdeckplatte 1 hindurchgeht, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist.

Eine Filter-Halterung 10 wird durch das andere Ende des Körpers 21 (oberes Ende in Fig.1) aufgenommen; die Halterung 10 weist einen festen Zylinder auf, dessen Durchmesser über einen kurzen Abschnitt desselben gleich dem Innendurchmesser des Zylinders 21 ist. Ein kreisförmiger Flansch steht von diesem kurzen Abschnitt über eine Höhe des unteren Endes des Zylinders 21 vor und steht in Eingriff mit der vorderen Oberfläche des unteren Endes des Zylinders 21, wobei ein O-Dichtungsring 11 zwischen dem Flansch 34 und der vorderen Fläche des unteren Endes des Zylinders 21 vorgesehen ist.

Durch die vorstehend beschriebene Ankupplung der Filter-Halterung 10 am zylindrischen Körper 21 ist ein schneller bzw. leichter Ersatz des in Fig. 1a mit 51 bezeichneten Filters möglich, ohne daß die Halterung 10 von dem Probenkopf zu entfernen ist.

An den vorstehend angegebenen kurzen Abschnitt anschließend ist der Durchmesser der Halterung 10 wesentlich kleiner zum Zwecke einer Beleuchtung und dann wird der Durchmesser wieder größer, obgleich er kleiner ist als der Innendurchmesser des Zylinders 21. Die Halterung 10 weist an ihrer dem Detektor 30 gegenüberliegenden Fläche eine trichterförmige Aussparung 32 auf, deren öffnung durch eine kreisförmige Lagerung umgeben ist als Sitz für ein rostfreies Stahlnetz 13, an dessen Seite zum Detektor 30 der Filter 51

sitzt, der beispielsweise durch einen vielporigen Filter mit 0/45 μ Poren bzw. öffnungen gebildet ist.

Wie aus Fig. 1a hervorgeht, ist auf der Oberseite des Randes des Filters 51 sowie unter dem Rand des Filternetzes jeweils eine Dichtung 14 bzw. 16 vorgesehen. Ein kreisförmiger Ring 18 mit Z-förmigem Querschnitt ist zur Halterung des Netzes 13, des Filters 51 und der Dichtungen 14,16 vorgesehen, wobei dieser Ring 18 durch einen Sperr-Ring 15 nach unten gedrückt wird, wobei der Sperring 15 seinerseits mit der Halterung 10 über ein Gewinde in Eingriff steht.

Die Halterung 10 ist an ihrer dem Detektor 30 gegenüberliegenden Seite mit einem mit Rändelung versehenen kreisförmigen Vorsprung 13 versehen, welcher zur Handhabung der Kopfeinheit und zum Zurückziehen der Filter-Halterung gegenüber dem zylindrischen Körper 21 dient.

Es ist zu beachten, daß wegen der Befestigung der Halterung 10 am zylindrischen Körper 21 mittels des Sperringes 12 der Probenkopf 50 der Vorrichtung selbst zu einer schnellen Eichung der Vorrichtung beiträgt, indem die Filter-Halterung 10 leicht durch eine Quellen-Halterung ersetzt werden kann.

Der Aufbau des Probenkopfes 50 läßt deutlich erkennen, daß der Filter 51 leicht ausgetauscht werden kann, indem der Detektor 30 von diesem Kopf entfernt wird.

Im Detektor 30, Filter 51 und der Wand des zylindrischen Körpers 21 wird eine zylindrische Kammer 36 definiert, in welche die zu analysierende Luft geführt wird. Nach dem Durchgang der Luft durch den Filter 51 wird die Luft durch einen Kanal 40 herausgeführt, welcher in Axialrichtung durch die Halterung 10 hindurchgeht. Die zu analysierende Luft wird in eine öffnung 37 eines mit 38 bezeichneten, spannungs- bzw. strombetätigten Ventiles hineingeführt, und durch eine Ansaugöffnung 39 in der Wand des Zylinders 21,

die durch das energiebetätigte Ventil 38 wechselweise geschlossen und geöffnet wird; der Magnet des Ventiles ist in der Schaltung eines prograitimierbaren Zeitgebers enthalten, welcher nachfolgend noch beschrieben wird.

Der Probenkopf 50 ist in der in Fig. 2 schematisch dargestellten Vorrichtung enthalten. Gemäß Fig. 2 weist die Vorrichtung den Kopf 50 mit zugehörigem Filter 51 auf, wobei der Probenkopf 50 mit dem Ventil 38 verbunden ist. Ein zweites durch Strom bzw. Spannung betätigtes Ventil ist mit einer Entladeleitung bzw. mit einem Kanl 40 verbunden und über eine Leitung 58 an eine Vakuumpumpe 54 angeschlossen. Die letzte Abgabe gegenüber der Luft erfolgt über eine Leitung 56. Die Elektromagneten bzw. Magnetspulen der Ventile 38,52 sind durch entsprechende Leitungen 72,74 mit einem programmierbaren Zeitgeber verbunden, der über eine Leitung 66 außerdem einen spektrometrischen Mehrkanal-Analysator 68 steuert, welcher über eine Leitung 70 mit dem Detektor 30 verbunden ist. Der Analysator 68 ist über eine Leitung 72 an eine Speisequelle 75 für Hochspannung angeschlossen und über eine Leitung 73 an eine Daten-Anzeige 76.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung näher erläutert.

Wenn die Ventile 38 und 52 geschlossen sind, wird die Pumpe 54 gestartet und durch ein nicht dargestelltes Strömungsmeßgerät wird die durch das Filter 51 geführte Luft gemessen und aufgezeichnet, bis ein vorbestimmtes Luftvolumen durch den Probenkopf gesaugt ist.

Das Ventil 38 wird dann gesperrt, während das Ventil 52 geöffnet bleibt, bis das maximale und durch die Pumpe 54 erreichbare Vakuum im Probenkopf vorliegt. Dann wird das Ventil 52 geschlossen und die Pumpe 54 angehalten. Der

a.

Vakuumwert, der auf diese Weise erreicht wird/ hängt von der Pumpleistung und von dem Volumen der Kammer 36 ab.

Es wurden einige Versuche mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ausgeführt/ wobei eine tragbare Membranpumpe benützt wurde. Obgleich das maximal erreichbare Vakuum nur im Bereich von -100 bis -200 Torr lag, konnte eine spektrometrische Messung ausgeführt werden, und zwar mit guten Ergebnissen.

Die Auflösung hängt von dem Vakuumwert ab, wie dies durch die grafischen Darstellungen nach Fig.3, 3a und 3b dargestellt ist, welche drei Alphaspektren bei unterschiedlichen Vakuumwerten wiedergeben.

Bei der Darstellung nach Fig. 3 lag ein atmosphärischer Druck vor, bei Fig. 3a lag der Unterdruck bei -400 Torr und bei Fig. 3b lag der Unterdruck bei -760 Torr.

Aus Fig. 3a ist ersichtlich, daß eine Auflösung bereits bei -400 Torr erreichbar ist, so daß die spektrometrischen Methoden zur Messung von Radon-Tochtersubstanzen durch Verwendung eines tragbaren Gerätes bzw. einer tragbaren Vorrichtung angewandt werden können.

Aus vorstehender Beschreibung ist der große Vorteil der Vorrichtung bzw. des Probenkopfes gemäß der Erfindung erkennbar, wodurch das Zählen des Filters unter Vakuum -wenn auch nicht unter einem hohen Vakuum- ausgeführt werden kann und somit eine spektrometrische Methode mit hoher Auflösung ohne dem Erfordernis der Entfernung des Filters von dem Probenkopf bzw. dem Probengerät oder ohne weitere Manipulation desselben anwendbar ist.

Ferner ist ersichtlich, daß die Vorrichtung selbst zur Eichung mittels standard radioaktiver Atmosphären beiträgt, und zwar insoweit, als der Einlaß 37 mit einem Blasener-

zeuger (bubbler) verbunden werden kann, in welchem eine Lösung von Ra -226 enthalten ist, was ein radioaktiver Isotopen-Progenitor von Radon ist.

Der Strahlungs-Detektor ist vorzugsweise ein Festkörper-Detektor mit einer Siliziumgrenzfläche und mit einem Mehrkanal-Analysator 68 verbunden, der auf Energieteilchen unterschiedlicher Energie anspricht und vorzugsweise in Form eines spektrometrischen Analysators.

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Claims

Patentansprüche

y. Vorrichtung, insbesondere zur Bestimmung einzelner Konzentrationen von Radon- und Thoron-Tochtersubstanzen in Luft, mit einem Probenkopf, der eine luftdichte Kammer aufweist, die durch ein flaches Filtermedium in zwei Abschnitte unterteilt ist, wobei das Filtermedium in Richtung eines Strahlungs-Detektors gerichtet ist, wobei ein erster Abschnitt der Kammer zwischen dem Filtermedium und dem Strahlungs-Detektor vorgesehen und mit der Umgebung verbindbar ist, von der eine Probe entnommen wird, während der zweite Abschnitt der Kammer mit einer Vakuumpumpe verbindbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Abschnitt (36) und der Umgebung, welcher eine Probe entnommen wird, ein Absperrventil (38) vorgesehen ist, —

daß der Strahlungs-Detektor (30) dem Filtermedium (51) gegenüberliegt und ein Festkörper-Detektor ist, und daß der Strahlungs-Detektor (30) an einen Vielkanal-Analysator für unterschiedliche. Energieteilchen angeschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungs-Detektor (30) durch einen Festkörper-Detektor mit einer Silizium-Oberflächen-Grenzfläche gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vielkanal- bzw. Mehrkanal-Analysator (68) ein spektrometrischer Analysator ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (30) ein auf Alpha- und Betastrahlung ansprechender Detektor ist.
5. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermedium (51) auf der Oberfläche einer zylindrischen Filter-Halterung (10) aufgesetzt und fluiddicht mit der Halterung (10) durch einen ersten Sperring (15) gekuppelt ist, der über ein Gewinde mit dem oberen, äußeren Abschnitt der Halterung (10) in Eingriff steht, und daß die Halterung (10) in einen hohlen zylindrischen Körper (21) eingesetzt und mit diesem Körper (21) durch einen zweiten Sperring (12) in Verbindung steht, welcher mittels eines Gewindes mit der Außenfläche des hohlen zylindrischen Körpers (21) in Eingriff steht, daß der zweite Sperring (12) einen Flansch (34) der Halterung (10) gegen die Endfläche des zylindrischen Körpers

(21) drückt, und daß die Halterung an ihrem dem Filtersitz gegenüberliegenden Ende mit einem mit Rändelung versehenen Knopf ausgerüstet ist.
6. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absperrventil (52) zwischen der Kammer des Probenkopfes und der Vakuumpumpe (54) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventile (38,52) mittels eines programmierbaren Zeitgebers (60) elektrisch gesteuert sind.