DE3403638C2

DE3403638C2 -

Info

Publication number: DE3403638C2
Application number: DE3403638A
Authority: DE
Inventors: Heikki Johannes Espoo Fi Sipilae; Marja-Leena Helsinki Fi Jaervinen
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1983-02-02
Filing date: 1984-02-02
Publication date: 1989-12-14
Also published as: FI67266C; CA1215232A; DE3403638A1; SU1329632A3; FR2540252B1; FR2540252A1; SE451917B; SE8400457D0; GB2134703A; GB2134703B; IT1173181B; FI830353L; SE8400457L; US4571196A; IT8419394A0; JPH0416897B2; JPS59146388A; GB8402381D0; FI67266B; FI830353A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verlängerung der Lebensdauer von Proportionalzählern, deren Gasfüllung eine Mischung von einem Edelgas und einem Kohlenwasserstoff ist. Zusätzlich betrifft die Erfindung einen Proportionalzähler verlängerter Lebensdauer.

Es ist allgemeine Praxis, in gasgefüllten Proportionalzählern als Gasmischungen Edelgase zu benutzen, denen im Hinblick auf Erreichung einer höheren Ausbeute Ablöschgase (quenching gases) zugegeben worden sind. Die Ablöschgase sind gewöhnlich einfache Kohlenwasserstoffe wie z. B. Methan. Die Benutzung einer Mischung eines Edelgases und eines Kohlenwasserstoffes ist wegen der durch die Kohlenwasserstoffe verursachten kurzen Lebensdauer der Proportionalzähler stark eingeschränkt, da unter Strahlungsbelastung von den Kohlenwasserstoffen Polymerisationsprodukte gebildet werden, die den Anodendraht oder die Anodendrähte der Proportionalzähler verunreinigen und dadurch gleichzeitig die Eigenschaften der Proportionalzähler beeinträchtigen (Turala, M., Vermeulen, J. C.: Ageing effects in drift chambers, in: Nuclear Instruments and Methods, Vol. 205, 1983, S. 141-144).

Die Verunreinigung des Anodendrahts in einem Proportionalzähler durch Polymerisation ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß bei der Gasverstärkung, die eine begrenzte elektrische Entladung in dem Gas ist, der Kohlenwasserstoff in ein Radikal und in Wasserstoff zersetzt wird. Die folgende Reaktion tritt auf (mit Methan als Beispiel):

CH₄ → : CH₂ + H₂

Das so erzeugte Methylen: CH₂ reagiert weiter mit Methan, wodurch Äthan entsprechend folgender Reaktion gebildet wird:

CH₂ + CH₄ → CH₃ - CH₃

Auf diese Weise werden in der Entladung allmählich längere und längere Kohlenwasserstoff gebildet, die den Anodendraht des Proportionalzählers verunreinigen. Da die effektive Lebensdauer des Proportionalzählers von der Größe des gemessenen Entladungsstoßes abhängt und diese Größe ihrerseits von der Gleichförmigkeit des Anodendrahtdurchmessers, verursachen die sich als Verunreinigung auf der Oberfläche des Anodendrahts ablagernden Polymerisationsprodukte eine beträchtliche Verkürzung der Lebensdauer des Proportionalzählers.

Die Lebensdauer von Proportionalzählern, die mit Argon/Methan- und Xenon/Methan-Gasmischungen gefüllt sind, ist beispielsweise untersucht worden von: Smith, A., Turner, M. J. L.: Lifetime of proportional counters filled with xenon-methane and argon-methane in: Nuclear Instruments and Methods, Vol. 192, 1982, S. 475-481. Wie dort ausgeführt ist, liegt bei Verwendung von Argon/Methan-Gas (Ar 90 Gew.-%, CH₄ 10 Gew.-%), was auf Grund ihres niedrigen Preises und ihrer hohe Zählfrequenzen erlaubenden Eigenschaften eine verbreitete Gasfüllung ist, die Lebensdauer der Zähler in der Größenordnung von 5×10¹⁰ Impulsen. Bei Benutzung einer Xenon/Methan-Gasmischung (Xe 90-95 Gew.-%, CH₄ 10-5 Gew.-%) als Füllung was die Lebensdauer der Proportionalzähler noch kürzer.

Kompaktproportionalzähler, die mit Wasserstoff oder mit Methan gefüllt sind und für Messungen der Spektren schneller Neutronen dienen, sind von: Ichimori, T. u. a.: A high-resolution cyclindrical proportional counter for neutron-spectrum measurements in a fast critical assembly, in: Nuclear Instruments and Methods, Vol. 127, 1975, S. 571-577 beschrieben. In den in diesem Artikel beschriebenen Proportionalzählern sind Wasserstoff bzw. Methan das Hauptfüllgas. In dem Fall, wo Wasserstoff das Hauptfüllgas ist, ist eine kleine Menge an Methan beigefügt. Außerdem ist bei beiden Typen von Proportionalzählern auch eine kleine Menge an Heliumgas beigefügt zwecks Kalibrierung der Energiestufe und um die Energieauflösung des Zählers nachzueichen.

Von Bolon, C., u. a.: X-ray Crystallography using a spherical proportional camera, in: IEEE Transactions on Nuclear Sience, Vol. NS-28, 1981, Nr. 1, S. 816-820, ist ein Proportionalzähler beschrieben worden, bei dem eine Gasfüllung aus zwei Edelgasen, einem Kohlenwasserstoff und Wasserstoff verwendet wird. Aufgabe des Wasserstoffzusatzes ist es dabei, Sauerstoffspuren in der Gasfüllung mittels eines Katalysators zu Wasser zu binden. Erzeugtes Wasser wird aus dem Proportionalzähler durch ein Gasumwälzsystem entfernt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer von Proportionalzählern mit einer Edelgas und Kohlenwasserstoff enthaltenden Gasfüllung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, wie es durch den Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Ein Proportionalzähler mit verbesserter Lebensdauer ist durch den Anspruch 4 gekennzeichnet.

Nach der Erfindung wird verhindert, daß sich Polymerisationsprodukte aus der Gasfüllung auf der Oberfläche des Anodendrahts des Proportionalzählers niederschlagen, indem der Gasfüllung Wasserstoff zugegeben wird. Die Zugabe von Wasserstoff zur Gasfüllung bewirkt in der oben dargestellten Reaktion (mit Methan als Beispiel)

CH₄ ⇄ : CH₂ + H₂

eine Verschiebung des Reaktionsgleichgewichts zur Seite der Ausgangssubstanz CH₄ zumindest in der Anfangsphase der Gasverstärkung, so daß durch das Vorhandensein des Wasserstoffs in der Gasfüllung die einleitende Polymerisationsreaktion über einen verhältnismäßig langen Zeitraum unterdrückt werden kann. Da somit durch Unterbindung der Bildung von Polymerisationsprodukten die Gleichförmigkeit des Anodendrahtdurchmessers des Proportionalzählers länger beibehalten werden kann, wird durch die Lehre der Erfindung eine wesentliche Verlängerung der Lebensdauer des Proportionalzählers erreicht.

Bei Zugabe von Wasserstoff nach der Lehre der Erfindung zur Gasfüllung von Proportionalzählern sollte man auch den Verstärkungseffekt dieser Zugabe auf die Eigenschaften der Zähler, wie ihre Wirksamkeit und ihre Auflösung, sehen.

Um zu klären, welchen Einfluß die Wasserstoffzugabe auf die Lebensdauer der Proportionalzähler ausübt und welches die vorteilhaftete Zugabemenge ist, wurden Versuche mit Gasmischungen durchgeführt, die 90 Gew.-% Argon und 10 Gew.-% Methan oder Isobutan (i-C₄H₁₀) enthielten. Diesen Mischungen wurde 0,01-10 Gew.-% Wasserstoff zugegeben. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die günstigeren Lebensdauerlängen von Proportionalzählern nach Wasserstoffzugabe (Strahlungsquelle Fe-55) in Gegenüberstellung zu den mit Gasmischungen nach dem Stand der Technik erhaltenen Werten.

Tabelle 1

Wirkung der Wasserstoffzugabe auf die Lebensdauer von Proportionalzählern

Aus den durchgeführten Versuchen konnte abgelesen werden, daß der Einfluß der Wasserstoffzugabe auf die Lebensdauer des Proportionalzählers, wenn diese Zugabe keine wesentliche Wirkung auf andere Charakteristiken des Zählers hatte, am günstigsten war, wenn die Zugabemenge bei 0,1- 2,0 Gew.-% Wasserstoff lag. Vorteilhafte Wirkungen auf die Lebensdauer der Proportionalzähler konnten auch bei einer Wasserstoffzugabe zwischen 0,05 und 5,0 Gew.-% H₂ festgestellt werden, indem sich die Lebensdauer wesentlich vergrößerte.

Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen, daß die Zugabe von Wasserstoff zu der verbreitet benutzten Ar/CH₄-Gasfüllung bewirkt, daß sich die Lebensdauer des Proportionalzählers um etwa das Fünfzigfache verlängert.

Vorangehend wurde die Zugabe von Wasserstoff zur Gasfüllung von Proportionalzählern beschrieben, wenn das Ablöschgas in der Gasfüllung Methan oder Isobutan ist. Es ist aber ebenso möglich, andere einfache Kohlenwasserstoffe als Ablöschgas zu verwenden, wie z. B. Äthan, Propan und/oder Isopropan, ohne die erfindungsgemäße Wirkung wesentlich zu verändern. Darüber hinaus kann der Wasserstoff in der Gasfüllung zumindest teilweise durch schweren Wasserstoff oder Deuterium ersetzt werden, ohne irgendeine Verschlechterung der Unterbindung von Polymerisationsprodukten nach sich zu ziehen. Schließlich ist es ohne wesentlichen Einfluß auf das erfindungsgemäße Verfahren, ob die Wasserstoffzugabe zur Gasfüllung bei versiegelten oder Durchfluß-Proportionalzählern erfolgt.

Claims

1. Verfahren zur Verlängerung der Lebensdauer von Proportionalzählern, deren Gasfüllung eine Mischung von einem Edelgas und einem Kohlenwasserstoff ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasmischung, bezogen auf die Gasfüllungsmenge, 0,05-5 Gewichtsprozent Wasserstoff zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf die Gasfüllungsmenge, 0,1-2,0 Gewichtsprozent Wasserstoff zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstoffgas Deuterium enthält.

4. Proportionalzähler, dessen Gasfüllung eine Mischung von einem Edelgas und einem Kohlenwasserstoff ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmischung, bezogen auf die Gasfüllungsmenge, 0,05-5 Gewichtsprozent Wasserstoff enthält.