DE3703602A1 - Vorrichtung mit einer ionisationskammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Ionisa­ tionskammer für den kontinuierlichen Nachweis von α- und β- Strahlen in Gasströmen, die in einen Zählraum mit Elektroden eingeleitet und wobei die erzeugten Ionen elektrisch nachgewiesen werden.

Ein Gerät der o. g. Art ist aus dem DE-GM 80 06 812 bekannt. Es wird zum Nachweis von sehr geringen Mengen von Tritium im Produktgas einer zentralen Gasversorgung, wie einer nuklear betriebenen Kohlevergasungsanlage, benutzt. Das Produktgas ist meist methanhaltig, so daß das Gerät im Prinzip als Methandurchflußzähler aufgebaut werden kann. Hierzu sind Zähldrähte vorgesehen, die parallel zueinander ausgerichtet, sich in Richtung des Produktgasstromes erstrecken.

Die Einsatzfähigkeit dieses mechanisch komplizierten Gerätes ist auf niedere Temperaturen beschränkt und seine Druck­ festigkeit nicht gewährleistet. Bestimmungen hoher Tritium-, α- oder β-Aktivitäten in Gasen mit hohem Aktivitätslevel bei gleichzeitig guter Nachweisgrenze und bei kleinem Meßzellen­ volumen sind praktisch nicht durchführbar.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die e. g. Vorrichtung derart auszuführen, daß mit ihr bei Drücken auch über 100 bar und Temperaturen über 400°C die Bestimmung der α- und β-Teilchen und somit z.B. die Tritiumkonzentration in Gasen oder Gasgemischen bzw. eine Absolutdruckmessung bei reinem Tritiumgas ermöglicht ist.

Die Lösung ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspru­ ches 1 beschrieben.

Die übrigen Ansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung dar.

Mit dem erfindungsgemäß verwirklichten Prinzip der Ionisa­ tionskammer mit sehr kleinem Eigenvolumen kann u.a. ein Ein­ satz in einem weiten Druckbereich von ca. 10 Größenordnungen gewahrleistet werden. Die Nachweisgrenze liegt hervorragend bei 5×10^-9 Ci/m³, was einem Tritiumpartialdruck von ungefähr 2×10^-5 mbar entspricht. Memoryeffekte und Leckageströme über Keramikisolierungen sind durch optimale Ausnutzung des Kammervolumens als Meßvolumen minimiert. Weiterhin kann die Ionisationskammer bei hohen Temperaturen (über 180°C) im Dauerbetrieb genutzt werden; der Aufbau ist leicht demontier­ bar und damit auch einfach zu dekontaminieren.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels mittels der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Die Figur zeigt im Schnitt ein Edelstahlgehäuse 1, welches im wesentlichen ein Kreuzstück mit zwei vorzugsweise senkrecht zueinander ausgerichteten, sich kreuzenden Kanälen 2 und 3 aufweist. Der erste Kanal 2 dient der Gasstromführung von der Gasstromzuführung 4 zur Gasstromabführung 5 quer durch den Kreuzungsbereich beider Kanäle 2 und 3. Die Gasstromzu- und -abführung 4 und 5 werden vorzugsweise mittels ultrahoch­ vakuumdichter Flansche 7 und 8 ausgebildet. Der Durchmesser des Kanals 3 liegt vorzugsweise bei 12 mm, der des Kanals 2 ist kleiner und kann dem Gasstrom angepaßt werden.

Das eigentliche Kernstück stellt die Ionisationskammer 6 dar, die bis auf den Kreuzungsbereich im Kanal 3 untergebracht ist. Sie besteht im wesentlichen aus einer Maschenelektrode 9, die im Abstand von der Wandung des Kanals 3 mittels je­ weils einem Isolierring 10 bzw. 11 und einem innenliegenden Metallring 14 bzw. 15 an jeweils einem der Enden 12 und 13 gehaltert ist. Die Maschenelektrode 9 besteht aus einem Netz eines zylinderförmig zusammengeschweißten Gewebes mit einem Drahtdurchmesser von 25 µm, einer Maschenweite von 25 µm und 40 000 Maschen pro cm². Die Metallringe 14 und 15 pressen dieses Netz gegen die keramischen Isolierungen 10 und 11.

Die Maschenelektrode 9 erhält ihre Spannungszuführung über z.B. drei über den Umfang des Ringes 15 verteilt angebrachte Drähte 16, die einerseits an der BNC-Durchführung 17 be­ festigt sind, andererseits aber auch den Metallring 15 mecha­ nisch halten. Die Durchführung 17 ist mittels einer Keramik­ isolation 18 gegenüber dem Flansch 19 ultrahochvakuumdicht verbunden.

Die Kollektorelektrode 20 ist als Stift ausgebildet, dessen freies Ende 21 über den Kreuzungsbereich hinaus in der Achse 22 der Zylinderbohrung 3 bzw. der Maschenelektiode 9 ver­ läuft. Sie ist ebenfalls mittels einer Keramikisolation 23 am Flansch 24 ultrahochvakuumdicht befestigt.

Bei beiden Flanschen 19 und 24 handelt es sich vorzugsweise um aufgebohrte 3/8′′ Cajon VCR-Flansche, deren Mantel verkürzt und deren BNC-Durchführungen als Durchführung 17 bzw. Kollektorelektrode 20 ausgebildet werden.

Fig. 2 zeigt die Strom(I)-Spannungs(U)-Charakteristik der Ionisationskammer, gemessen bei einem Gesamtdruck von 980 mbar und einem T₂-Partialdruck von ca. 10^-4 mbar. Die Druckfestigkeit ist bei 100 bar getestet, die Dauerbe­ triebstemperatur liegt vorzugsweise bei 180°C.

Claims (5)

1. Vorrichtung mit einer Ionisationskammer für den kontinu­ ierlichen Nachweis von α- und β-Strahlen in Gasströmen, die in einen Zählraum mit Elektroden eingeleitet und wobei die erzeugten Ionen elektrisch nachgewiesen werden, da­ durch gekennzeichnet, daß

• a) der Zählraum der Ionisationskammer (6) von einer zylin­ derförmigen Maschenelektrode (9) abgegrenzt ist, in der,
• b) axial (22) ausgerichtet, eine Kollektorelektrode (20) angeordnet ist, und daß
• c) die Gasströme quer zum Zählraum und zur Maschen-Kollek­ torelektrodenkonfiguration (9, 20) von außerhalb an­ strömend geführt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelelektrode (9) in einem Kanal (2) isoliert ange­ ordnet ist, daß die Gasstromzu- und -abführung (4, 5) als ein weiterer Kanal (3) ausgeführt ist, wobei beide Kanäle (2, 3) in einem gemeinsamen Gehäuse (1) zu einem Kreuz­ stück ausbildbar sind, und daß die Kollektorelektrode (20) am einen Ende (12) des zweiten Kanals (3) dicht angeord­ net und die Maschenelektrode (9) über das andere Ende (13) dieses Kanals (3) elektrisch kontaktiert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel der Maschenelektrode (9) jeweils über eine Isolator- und Preßringkombination (10, 14 bzw. 11, 15) an einem Ende (12 bzw. 13) des zweiten Kanals (3) gehaltert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, da­ durch gekennzeichnet, daß der erste Kanal (2) die Maschen­ elektrode (9) in etwa im Mittenbereich kreuzt, wobei sich die Kollektorelektrode (20) ebenfalls bis in diesen Be­ reich erstreckt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kreuzstück ultrahochvakuum­ dicht ausgeführt ist.