DE3734158A1

DE3734158A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln der tatsaechlichen kuenstlichen alpha-aerosolaktivitaets-konzentration in der luft

Info

Publication number: DE3734158A1
Application number: DE19873734158
Authority: DE
Inventors: Hans-Juerg Dr Kreiner; Eberhard Dr Frenzel
Original assignee: FAG Kugelfischer Georg Schaefer KGaA; Kugelfischer Georg Schaefer and Co
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Messtechnik GmbH
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1987-10-09
Publication date: 1989-04-20
Also published as: FR2621704A1; FR2621704B1; US4990786A; GB2227090A; GB2227090B; GB8900750D0

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

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.