DE3734158A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln der tatsaechlichen kuenstlichen alpha-aerosolaktivitaets-konzentration in der luft - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum ermitteln der tatsaechlichen kuenstlichen alpha-aerosolaktivitaets-konzentration in der luftInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Ermitteln der tatsächlichen
künstlichen Alpha-Aerosolaktivitäts-Konzentration
in der Luft, mittels zweier Proportionalzählrohre
und einer Auswerteelektronik.
Die Überwachung und/oder Ermittlung von künstlichen
Alpha-Aerosolaktivitäts-Konzentrationen in
der Luft ist in Unternehmen, welche sich mit der
Herstellung und Aufbereitung von Brennelementen
befassen unbedingt erforderlich. Die Messung
dieser Werte wäre ohne weiteres möglich, wenn sich
nicht in der Luft natürliche Alpha-Aerosolaktivi
täts-Konzentrationen befänden, wie Radon- und
Thoronfolgeprodukte. Radon- und Thoronfolgeprodukte
lagern sich an Aerosole an und werden dann als
Alphaaktivitäten gemessen. Hinzu kommt, daß die
natürliche Aktivitätskonzentration in Abhängigkeit
von den jeweiligen Witterungsverhältnissen im
Laufe eines Tages bis zum Faktor 10 schwanken
kann.
Aufgrund dieser Gegebenheiten ist es allgemein
bekannt, bei der Überwachung und/oder Ermittlung,
die natürlichen Alpha-Aerosolaktivitäts-Konzentrationen
soweit wie möglich auszuschalten ohne dabei
die künstliche Alpha-Aerosolaktivitäts-Konzentration
zu unterdrücken.
Es sind zwei verschiedene Verfahren und Vorrichtungen
zum Ermitteln der künstlichen Alpha-Aerosolaktivitäts-
Konzentrationen in Luft bekannt, nämlich
das ABPD = Alpha-Beta-Pseudokoinzidenz-Differenz-
Verfahren und das APIA = Alpha-Particles-In-Air-
Monitor-Verfahren. Letzteres ist ein alphaspektroskopisches
Meßverfahren.
Bei dem ABPD-Verfahren werden die als Alphastrahler
auftretenden Anlagerungen an Aerosolen, bei der
Randonreihe RaA, RaC′ und RaC, sowie die Thoronfol
geprodukte ThA, ThC′ und ThC, benutzt, um mittels
spezifischer Messung von RaC und RaC′ sowie ThC und
ThC′ die Kompensation der natürlichen Alphaaktivitäten
vorzunehmen. Bei der spezifischen Messung von
RaC und RaC′ macht man sich die Tatsache zunutze,
daß auf einen Betazerfall des RaC innerhalb der
Halbwertzeit von 160 Millisekunden ein Alphazerfall
des RaC′ mit einer Wahrscheinlichkeit von 50%
erfolgt. Da ThC′ nur eine Halbwertzeit von 0,3
Millisekunde hat, erfolgt innerhalb von 160 Millisekunden
praktisch auf jeden Betazerfall des ThC ein
Alphazerfall des ThC′. Diese aufeinanderfolgenden
Beta-Alpha-Zerfälle werden als Pseudokoinzidenzen
bezeichnet und stellen eine charakteristische Eigenschaft
der Radon- und Thoronfolgeprodukte dar. Durch
die Messung der Pseudokoinzidenzen lassen sich die
natürlichen Alphaaktivitäten bestimmen und durch
Subtraktion dieser Werte von den Werten der Ge
samtalphaaktivität läßt sich die künstliche Alpha-
Aerosolaktivitäts-Konzentration ermitteln.
Den Vorteilen dieses ABPD-Verfahrens, nämlich konti
nuierliche on-line Messung, simultane Messung von
Alpha- und Beta-Aerosolaktivitäts-Konzentrationen
bei niedriger Nachweisgrenze, großer Luftdurchsatz
(40-50 m³/Std), stehen auch erhebliche Nachteile
gegenüber. So gehen die Parameter der äußerlichen,
örtlichen Gegebenheiten, wie Wetter, Temperatur,
Alter der Luftmassen, Geologie des Standortes etc.,
in die Faktoren zur Kompensation der natürlichen
Aktivitätskonzentrationen, bei der Ermittlung des
Meßergebnisses der künstlichen Aktivitätskonzentrationen,
ein. Die Faktoren müssen "vor Ort" bestimmt
werden; ebenso sind Extremsituationen zu simulieren.
Ändern sich die Parameter der örtlichen Gegebenheiten,
so kann das ABPD-Verfahren naturgemäß nicht
"schnell" reagieren, es erfolgt daher eine "langsame"
Angleichung an die Veränderungen.
Das APIA-Verfahren ist ein alphaspektroskopisches
Verfahren, mit welchem, bei hoher Energiediscriminierung,
Schwierigkeiten bei der Kompensation von
natürlichen und künstlichen Aerosolaktivitäts-Konzentrationen
ausgeschaltet wurden. Nachteilig sind
jedoch der geringe Luftdurchsatz von ca. 2000 Liter/St.,
der komplizierte und damit teure Aufbau
der Bestaubungseinrichtung und der Meßkammer, da der
Detektor bei Unterdruck betrieben werden muß.
Außerdem ist der Detektor im Meßraum dem zu messenden
Medium ungeschützt ausgesetzt. Da dieses Medium
unter Umständen auch aggressive Gase enthält, wird
dadurch eine drastische Beschränkung des Anwendungsbereichs
bzw. Lebensdauer bewirkt.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der
tatsächlichen, künstlichen Alpha-Aerosolaktivitäts-
Konzentration in der Luft zu schaffen, bei welchem
die Vorteile der ABPD- und APIA-Verfahren beibehalten,
ihre Nachteile jedoch vermieden werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Haupt
anspruch aufgeführte Verfahren mit der im Anspruch 2
gekennzeichneten Vorrichtung gelöst.
Auf der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausfüh
rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch
dargestellt.
Die Strahlungsquelle ist ein bestaubtes Filter X und
liegt unterhalb des unteren Proportionalzählrohres
1, welches sowohl natürliche als auch künstliche
Nuklide mißt. Die Zählrate des Zählrohres 1 wird mit
alpha₁ bezeichnet. Die Zählrate alpha₂ ist dem
oberen Zählrohr 2 zugeordnet. Das obere Zählrohr 2
weist eine Trennfolie 3 mit einer Massenbelegung von
2 mg/cm² auf, wodurch dieses Zählrohr 2 nur die
Strahlung natürlicher Nuklide mißt. Die Zählrohre 1
und 2 sind mit einer an sich bekannten und daher
nicht näher beschriebenen Auswerteelektronik A
verbunden. Mit dieser vorstehend beschriebenen
Vorrichtung wird das erfindungsgemäße Verfahren als
Alpha Energy Range Discrimination (AERD)-Verfahren
durchgeführt. Dieses AERD-Verfahren, zum Ermitteln
der tatsächlichen, künstlichen Alpha-Aerosolaktivitäts-
Konzentration in der Luft, läuft wie folgt ab.
Die Zählrohre 1 und 2, in doppelstöckiger Anordnung,
werden durch Bestauben des Filters X der Strahlung
natürlicher Nuklide ausgesetzt, dabei muß sichergestellt
sein, daß keine Strahlung künstlicher Nuklide
vorhanden ist. Die dabei ermittelte Zählrate alpha₁
(Impulse pro Sekunde) des Zählrohres 1 und die
Zählrate alpha₂ des Zählrohres 2 werden in das
Verhältnis alpha₁/alpha₂ gesetzt und gegen alpha₂
graphisch dargestellt. Nach der Ausgleichgeraden
gleichung Y = m · x + b, auch least square fit-
Methode genannt - einer Methode bei der zwischen
allen Meßpunkten eine Gerade gefunden wird, die von
allen Meßpunkten gleich weit entfernt ist - wird für
jedes dieser Zählrohre 1 und 2 ein konstanter Wert
a₁ bzw. a₂ ermittelt. Diese konstanten Werte liegen
bei etwa 0,029 für a₁ und 3,682 für a₂, wie praktische
Untersuchungen ergaben.
Nach der Ermittlung dieser Werte a₁ und a₂ kann die
Vorrichtung, bestehend aus den doppelstöckigen
Proportionalzählrohren 1 und 2, der Auswerteelektronik
A und dem Filter X, der Strahlung sowohl
natürlicher als auch künstlicher Nuklide ausgesetzt
werden, wobei die Zählrate alpha₁ des Zählrohres 1
natürliche und künstliche Nukliden-Strahlung und die
Zählrate alpha₂ des Zählrohres 2 nur die Strahlung
natürlicher Nuklide beinhaltet. Gleichzeitig wird
das Volumen V, welches während der Meßzeit das
Filter X durchströmt, in Kubikmetern gemessen. Die
Empfindlichkeit der Zählrohre, wobei für das AERD-
Verfahren nur die Empfindlichkeit Eta des unteren
Zählrohres 1 von Bedeutung ist, liegt im Durchschnitt
bei etwa 0,2. Mit diesen Meßwerten läßt sich
dann die auftretende künstliche Alpha-Aerosolaktivitäts-
Konzentration C, in Becquerel pro Kubikmeter
nach der Formel:
berechnen.
Nach der Ermittlung der konstanten Werte a₁ und a₂,
wie oben beschrieben, kann mit diesem Verfahren,
ohne weitere Kalibrierung der Vorrichtung, kontinuierlich
ein Luftvolumen bzw. ein Luftstrom bezüglich der
Konzentration künstlicher alphaemittierender Aerosole
untersucht werden. Das AERD-Verfahren weist
gegenüber dem bisherigen Stand der Technik den
Vorteil auf, daß auch starke Schwankungen der na
türlichen alpahemittierenden Aerosole bezüglich
Konzentration und Zusammensetzung keinen Meßfehler
verursachen.
Mit diesem AERD-Verfahren kann somit eine vollautomatische,
online messende Luftüberwachung für
niedrigste künstliche Alpha-Aerosolaktivitäts-Konzentrationen,
bei hohem Luftdurchsatz, vorgenommen
werden.
Außerdem kann ein Monitor nach diesem AERD-Verfahren
direkt nach einem Filterwechsel, und zwar sehr
empfindlich, künstliche alphaemittierende Aerosole
messen. Damit ist ein Abwarten, bis die Sättigung
natürlicher kurzlebiger Aerosole erreicht ist, nicht
mehr notwendig.
Versuche zeigten, daß künstliche Aktivitätskonzentrationen
von kleiner als 0,037 Becquerel pro Kubikmeter,
in Gegenwart von stark schwankenden und um
mehr als eine Größenordnung darüberliegenden natürlichen
Aktivitätskonzentrationen, statistisch
sicher nachgewiesen wurden.
Claims (2)
1. Verfahren zum Ermitteln der tatsächlichen
künstlichen Alpha-Aerosolaktivitäts-Konzentration
in Luft mittels zweier Proportionalzählrohre
und einer Auswerteelektronik, gekennzeichnet
durch folgende Verfahrensschritte
- a. Ein im Luftstrom liegendes Filter (X) wird bestaubt, wobei sichergestellt ist, daß keine künstlichen Alpha-Aerosolaktivitäten vorhanden sind, und die Strahlung natürlicher Nuklide mittels Zählrohr (1) und Zählrohr (2) in Impulse pro Sekunde (Zählrate alpha₁ und alpha₂) gemessen,
- b. Das Verhältnis alpha₁/alpha₂ wird gegen alpha₂ graphisch dargestellt, und nach der Ausgleichsgeradengleichung (least square fit- Methode Y = m · x + b) wird für jedes Zählrohr (1 und 2) die zugehörigen konstanten Werte (a₁ und a₂) ermittelt,
- c. Die Zählrohre 1 und 2 werden derart doppelstöckig angeordnet, daß das untere Zählrohr (1) die Strahlung von natürlichen und künstlichen Nukliden (Zählrate alpha₁) und das obere Zählrohr (2) nur die Strahlung natürlicher Nuklide (Zählrate alpha₂) mißt,
- d. Das in der Meßzeit das Filter durchströmende Volumen V wird in Kubikmetern gemessen,
- e. Die auftretende künstliche Alpha-Aerosolaktivitäts- Konzentration C, in Becquerel pro Kubikmeter, wird nach der Formel berechnet, wobei Eta die Empfindlichkeit des unteren Zählrohres (1) als Dezimalbruch ist.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen unterem Zählrohr (1) und oberem Zählrohr
(2) eine Trennfolie (3) mit einer Massenbelegung
von 2 mg/cm² angeordnet ist.
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