DE3504534A1

DE3504534A1 - Verfahren und geraet zum messen eines gammastrahlenfluss-einfalls

Info

Publication number: DE3504534A1
Application number: DE19853504534
Authority: DE
Inventors: David Robert Abingdon Oxfordshire Garlick
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1984-02-17
Filing date: 1985-02-11
Publication date: 1985-08-22
Also published as: GB8404248D0; JPS60188867A; GB8502190D0; GB2154732A; FR2559912A1; US4675523A; GB2154732B

Description

85 016 Ku/u

United Kingdom Atomic Energy Authority, 11 Charles II Street ^Lon^doH SW1_Y_ 4QP / i.ngjand_

M¹LL 1005693

VNR: 106836

Für diese Anmeldung wird die Priorität der britischen Patentanmeldung
Nr. 8404248 vom 17. Februar 1984 beansprucht .

Verfahren und Gerät zum Messen eines Gammastrahienfluß-Einfalls

Die Erfindung bezieht sich auf Detektoren für Gammastrahlung, beispielsweise zur Verwendung bei der Feststellung der Verteilung und des Grades von radioaktiver Verseuchung an einem Aufbau,und bezieht sich ferner auf Ver- J fahren zum Messen von Gammastrahlung.

Bei der Feststellung radioaktiver Verseuchung eines Aufbaus wäre ein tragbares Instrument, das in der Lage ist, Gammastrahlenfluß-Einfall aus Richtungen innerhalb eines kleinen Winkels der Achse des Instrumentes zu messen, während es durch Strahlung aus anderen Richtungen unbeeinträchtigt ist, sehr nützlich bei der Lokalisierung von Gammastrahlenquellen. Es ist schwieriger, ein solches Instrument für Gammastrahlung zu entwerfen als für Alpha- oder Betastrahlung, da eine Abschirmungsschicht von wenigen Millimetern Dicke, beispielsweise aus Aluminium, sowohl Alpha- als auch Betapartikeln stoppen wird, während eine Abschirmungsschicht aus Blei, beispielsweise, wie dick auch immer, eine Gammastrahlung nur schwächt, deren Intensität vermindern, aber diese nicht stoppen kann, und somit sind bekannte Gammarichtstrahl-Detektoren schwer und erfordern eine große Masse von Bleiabschirmung.

Einem ersten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Verfahren zum Messen des Gammaf1ußeinfal 1s innerhalb eines kleinen Winkels einer Achse geschaffen, bei dem der Gammaflußeinfall an einem Detektor gemessen wird, der Gammaflußeinfall am Detektor gemessen wird, wobei eine Abschirmeinrichtung vom Detektor in einer axialen Richtung so versetzt ist, daß sie mit dem Detektor zusammenwirkt, um den kleinen Winkel zu bilden, und bei dem die Differenz zwischen den beiden Messungen des Gammaflusses errechnet wird. 10

Die beiden Messungen können dadurch ausgeführt werden, daß die Abschirmeinrichtung zwischen einer außerhalb der Achse liegenden Stellung, in welcher sie keine nennenswerte Wirkung auf den den Detektor erreichenden Gammafluß hat, und der vorerwähnten axialen Stellung bewegt wird.

Einem zweiten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Gerät zum Messen des Gammastrahlenfluß-Einfalls innerhalb eines kleinen Winkels einer Achse geschaffen, mit einem Detektor für Gammastrahlen, einem Abschirmblock , der so angeordnet ist, daß er den Detektor für Gammastrahleneinfall innerhalb des kleinen Winkels der Achse ausgesetzt läßt, und mit einem Abschirmpfropfen, der zwischen einer Stellung auf der Achse des Instrumentes, in welcher der Pfropfen einen kleinen Winkel im Zusammenwirken mit dem Detektor bildet, und einer zweiten Stellung in der gleichen Richtung vom Detektor wie der Abschirmblock bewegbar ist, sowie mit einer Einrichtung zum Ermitteln der Differenz zwischen dem durch den Detektor ermittelten Gammafluß bei in den beiden Stellungen befindlichem Pfropfen.

Vorzugsweise ist der Pfropfen genügend lang, um den durch ihn axial hindurchgehenden Gammafluß um einen Faktor 10 zu schwächen, und der Abschirmblock ist lang genug, um den durch ihn hindurchgehenden Gammafluß um einen Faktor von 10ⁿ zu schwächen, wobei η vorzugsweise mindestens drei

350A534

ist. Der Detektor kann mit Abschi rnmiaterial in allen Richtungen umgeben sein, außer entlang der Einfallsachse, und dieses Abschi rnimateri a 1 ist vorzugsweise dick genug, um den durch dieses hindurchgehenden Gammafluß um einen Faktor von mindestens 10 zu schwächen.

Die Erfindung wird nunmehr beispielsweise mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben, die einen Axialschnitt durch einen Gammarichtstrahl-Monitor zeigt.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist ein Garnmarichtstrahl-Monitor 10 einen dünnwandigen rechteckigen Kasten aus Aluminium auf, der in zwei Kammern 14, 16 durch ein Trennblech 18 unterteilt ist. Ein starres Rohr 24 aus einem Material mit minimalen Gamma-Absorptionsei genschaften, wie beispielsweise synthetische harzgebundene Fasern, erstreckt sich von einem hohlen Mittelstutzen 26 am einen Ende des Kastens 12 weg, wobei die Achse des Rohres 24 mit Löchern 28 und 30 im Trennblech 18 bzw. im anderen Ende des Kastens ,?

12 fluchtet und auf diese Weise eine Achse X-X des Monitors 10 bildet. Das dem Kasten 12 abgelegene Ende des Rohres 24 lokalisiert ein Geiger-Müller-Rohr 36 zur Gammaermittlung.

Eine Lampe 40 und ein Reflektor 42 sind innerhalb der Kammer 14 auf der Achse X-X angeordnet, um das Loch 28 im Trennblech 18 zu beleuchten, wobei die obere Wand der Kammer 14 Schlitze 44 zur Ventilation aufweist. Auf der anderen Seite des Loches 28 in der Kammer 16 befindet sich eine Linse 46, um einen Lichtstrahl entlang der Achse X-X vorzusehen, der aus dem Loch 30 austritt, wenn die Lampe 40 von einer Energiequelle her, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, mit Strom versorgt ist.

Ein zylindrischer Bleipfropfen 50 mit dem gleichen Durchmesser wie dem des Loches 30 ist innerhalb der Kammer 16 an einem Arm 52 eines Drehmagneten 54 gehalten und hat eine Länge von 35 mm, wobei dies die Bleidicke ist, die er-

_ßAD

forderlich ist, um die Intensität von 1 MeV-Gainmastrahlen um einen Faktor 10 zu vermindern. Der Pfropfen 50 ist durch Betätigung des Solenoids bzw. Elektromagneten 54 zwischen einer auf der Achse liegenden Stellung (wie dargestellt), in welcher er das Geiger-Mül1er-Rohr 36 gegen Gammastrahleneinfal1 entlang der Achse X-X abschirmt (und den Lichtstrahl behindert) und einer außerhalb der Achse liegenden Stellung 50a, wie in gestrichelten Linien dargestellt, bewegbar. Strahleneinfall auf das Geiger-Müller-Rohr 36 aus der Richtung der außerhalb der Achse liegenden Pfropfenstellung 50a wird durch einen außerhalb der Achse liegenden Blei-Abschirmungsblock 60 abgeschirmt, der eine Länge von 105 mm hat und dessen Form so ist, daß jeder Teil des Geiger-Müller-Rohres 36 durch den Block 60 gegen Strahlung abgeschirmt ist, die in Richtungen verläuft, welche durch die außerhalb der Achse liegende Pfropfenstellung 50a verlaufen.

Beim Betrieb des Monitors 10 wird der Lichtstrahl von der Lampe 40 dazu verwendet, eine sichtbare Anzeige der Richtung zu geben, in welcher die Achse X-X orientiert ist. Der Monitor 10 wird über eine Fläche bewegt, deren Verseuchung festzustellen ist, und Ablesungen der Zählrate des Geiger-Müller-Rohres 36 werden genommen, wobei der Bleipfropfen 50 abwechselnd in der axialen und der außeraxialen Stellung sich befindet. Die Differenz zwischen diesen beiden Werten der Zählrate ist ein Maß für den Gammastrahlenfluß-Einfall am Geiger-Müller-Rohr 36 entlang der Richtung der Achse X-X und innerhalb eines kleinen Winkels der Achse X-X, innerhalb welchem der Pfropfen 50 mindestens teilweise das Geiger-Müller-Rohr abschirmt. Die Größe des Winkels wird bestimmt durch die Durchmesser und Längen des Pfropfens 50 und des Geiger-Müller-Rohres 36 sowie den Abstand vom Pfropfen 50 zum Geiger-Müller-Rohr 36 und kann als der Winkel zwischen geraden Linien von Punkten auf der linken und der rechten Seite halbwegs entlang der Länge des Geiger-Müller-Rohres

BAD

36 bis zu Punkten auf der rechten bzw. linken Seite halbwegs entlang der Länge des Pfropfens 50 angesehen werden.

Der Strahleneinfall am Monitor 10 kann so betrachtet werden, als habe er drei Komponenten:

(I) "Signal "-Strahlung, Einfall innerhalb des schmalen Winkels der Achse X-X, also S;

(II) "Geisf'-Strahlung, Einfall aus Richtung der außerhalb der Achse liegenden Pfropfenstellung 50a, also 6; und

(III) Hintergrundstrahlung, Einfall aus jeder anderen Richtung, also B.

Die beiden Werte für die Zählrate, die durch das Geiger-Müller-Rohr 36 gegeben wird, mit dem Pfropfen 50 in der außerhalb der Achse und der innerhalb der Achse liegenden Stellung, sind daher:

außerhalb der Achse: Zählrate = S + G/10⁴ + B auf der Achse: Zählrate = S/10 + G/10³ + B

Differenz = 0.9 S - 0.9 χ 10"³G

Wenn nicht G > ΙΟ² χ S ist, kann G ignoriert werden, und dann ergibt sich:

Differenz = 0.9 S.

Es muß berücksichtigt werden, daß im Hinblick auf die Zufallseigenart der Gammaemission jeder der Ausdrücke B, S und G eine Unsicherheit in sich birgt, und so sind die obigen Gleichungen keine exakten Beziehungen. Je länger jedoch die Zeitspannen sind, über welche die Zählrate ermittelt wird, um so kleiner (in Prozentsätzen) ist die Unsicherheit. Folglich nimmt der Monitor 10 wiederholte Messungen der obigen Differenzen vor, bis der Durchschnittswert der Differenz sich als ein stabiler Wert herausstellt.

BAD ORIGINAL

So ist unter den obigen Vorbehalten die Differenz zwischen den beiden Werten der Zählrate ei'n Maß für die Intensität der Strahlung innerhalb des kleinen Winkels der Achse X-X.
5

Der Monitor 10 kann ggf. durch Verwendung einer Gammaquel1e von bekannter Intensität geeicht werden.

Elektrische Verbindungen zum Geiger-Müller-Rohr 36 können durch Leiter (nicht dargestellt) hergestellt werden, die entlang dem Rohr 24 zu Klemmen (nicht dargestellt) im Stutzen 26 verlaufen. Geiger-Müller-Rohre 36 von unterschiedlichen Empfindlichkeiten in Rohren 24 von unterschiedlichen Längen können anstelle des Geiger-Mül1er-Rohres 36 und des Rohres 24, wie dargestellt, verwendet werden, solange die Dimensionen des Abschirmungsblocks 60 so sind, daß er alle unterschiedlichen Stellungen der Geiger-Müller-Rohre 36 gegenüber Strahlung abschirmt, die in Richtungen verlaufen, die durch die außerhalb der Achse liegende Pfropfenstellung 50a gehen.

Falls erwünscht, kann eine zusätzliche Bleiabschirmung (nicht dargestellt) um das Geiger-Müller-Rohr 36 herum vorgesehen werden, um die Hintergrundkomponente des Strahleneinfalls auf das Geiger-Müller-Rohr 36 zu reduzieren.

Der Monitor 10 kann verschiedene Male horizontal über einen Aufbau geschwenkt oder bewegt werden, und es kann ein Bild erhalten werden, das zeigt, wie die radioaktive, gammastrahlenemittierende Verseuchung sich über einen Aufbau hinweg verändert. Dies kann mit einem sichtbaren Abbild des Aufbaus kombiniert werden, welches beispielsweise durch eine Fernsehkamera erzeugt wird.

Es sei auch darauf hingewiesen, daß das Geiger-Müller-Rohr 36 auch durch eine andere Art von Gammastrahlendetektor ersetzt werden kann, wie beispielsweise einen Natriumjodid-Detektor oder einen Kadmiumtel1uridkristal1-Detektor.

BAD ORiSGINAL

Claims

PATLNTANWALT -·■ rr...::;,M '!..,irtr.?/

DiPL-ING. ROlJ³ PURCKI IAUiIR J^;;"^1:!""⁸

!■■'■ ji.iinir Λΐ.-.f !,nil I . ■.. lii), '....,.-I.

85 o 16 Ku/u 3504534

United Ki ngdom_At_omic .._L - __₀ jaqc

ANRj_ 1005693
^vMl 106836

Pa te_n ta η s ρr üc_h_e

i\J. Verfahren zum Messen des Gaminastrahl enfl uß-Ei nf al 1 s innerhalb eines kleinen Winkels einer Achse, wobei der Gammaflußeinfall an einem Detektor gemessen wird, gekennzeichnet durch folgende weitere Verfahrensschritte:

a) Messen des Gammafluß-Einfal1s am Detektor (36), wobei eine Abschirmung (50) vom Detektor in einer axialen Richtung so versetzt ist, daß sie mit dem Detektor zusammenwirkt, um den genannten kleinen Winkel zu bilden'; und

b) Errechnen der Differenz zwischen den beiden Messungen | des Gammaflusses. „
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Messungen dadurch ausgeführt werden, daß die Abschirmung (50) zwischen einer außerhalb der Achse gelegenen Stellung (50a), in welcher sie keine nennenswerte Wirkung auf den den Detektor (36) erreichenden Gammafluß hat, und der erwähnten axialen Stellung bewegt wird.
3. Gerät zum Messen des Gammastrahlenfluß-Einfalls innerhalb eines kleinen Winkels einer Achse, mit einem Detektor für Gammastrahlen, gekennzeichnet durch einen Abschirmblock (60), der so angeordnet ist, daß er den Detektor (36) dem Gammastrahlen-Einfall innerhalb des kleinen Winkels der Achse ausgesetzt läßt, durch einen Abschirmpfropfen (50), der zwischen einer ersten Stellung auf der Achse des Gerätes, bei welcher der Pfropfen einen kleinen Winkel im Zusammenwirken mit dem Detektor

(36) bildet, und einer zweiten Stellung (50a) in der §

gleichen Richtung vom Detektor (36) wie der Abschirmblock (60) bewegbar ist, sowie durch eine Einrichtung zum Bestimmen der Differenz zwischen dem Gammafluß, der durch den Detektor bei in den beiden Stellungen befindlichem Pfropfen ermittelt wird.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Pfropfen (50) genügend lang ist, um den durch

ihn hindurchgehenden Gammafluß um einen Faktor 10 zu schwächen.

w
5. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmblock (60) lang genug ist, um den durch ihn hindurchgehenden Gammafluß um einen Faktor von 10 zu schwächen, wobei η mindestens drei ist.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (40,42) zum Erzeugen eines

' Lichtstrahles entlang der Achse des Gerätes.

20
7. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch eine Abschirmeinrichtung zum Abschirmen des Detektors gegen Gammaf1uß-Einfal1 aus Richtungen außerhalb des kleinen Winkels der Achse.

~ 25
8. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es so eingerichtet ist, daß es die Differenz zwischen den beiden Werten des Gammaf1usses wiederholt bestimmt, um den Durchschnittswert der in aufeinanderfolgenden Bestimmungen ermittelten Differenzen zu kalkulieren, und daß es die wiederholten Bestimmungen der Differenz fortsetzt, bis der Durchschnittswert stabil ist.
9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Mittel zum Abtasten der Richtung der Achse und zum Vorsehen einer sichtbaren Anzeige des Gammaf1uß-Einfal1s " aus den unterschiedlichen Richtungen.

ORIGINAL