DEC0006019MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 26. Juni 1952 Bekanntgemacht am 15. November 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

C 6019 VHIc/21g

München 2, Brunnstr. 8/9

Es sind bereits Apparate zur Messung von Röntgenstrahlung oder radioaktiver Strahlung, wie harter Gammastrahlung, bekannt. Derartige Geräte bestehen aus einem Kondensator, gebildet durch eine im wesentlichen bei Atmosphärendruck arbeitende Ionisationskammer mit mindestens zwei Elektroden. Der Kondensator ist hierbei mit einem parallel geschalteten Zusatzkondensator aus hochisolierendem, festem Widerstandsmaterial, wie Polystyrol, „Polyäthylen, Polytetrafluoräthylen od. dgl., versehen und auf vorbestimmte Spannung aufgeladen. Durch Ionisierung in der Ionisationskammer erfolgt die Entladung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Apparat zur integrierenden Messung von Röntgenstrahlung oder radioaktiver Strahlung zu schaffen, der dazu bestimmt ist, an Personen solcher Gegenden verteilt zu werden, in denen in absehbarer Zeit das Auftreten radioaktiver Strahlen zu befürchten ist. Wenn die Vermutung besteht, daß Personen einer radioaktiven Bestrahlung ausgesetzt waren, so werden die von diesen mitgetragenen Apparate geprüft und gemessen. Ein Gerät, das für diesen Zweck bestimmt ist, hat zur Voraussetzung, daß es eine Zeitkonstante aufweist, die 500 Tage wesentlich überschreitet.

Dem trägt die Erfindung dadurch Rechnung, daß das Dielektrikum des Zusatzkondensators aus zwei oder mehr Folienschichten aus hoch isolierendem Widerstandsmaterial besteht.

609 707/294

C 6019 VIIIc/21g

Es ist an sich bekannt, Kondensatoren mit doppeltem oder vielfachem Isolationsstoff, z. B. Papier, zwischen den Kondensatorelektroden herzustellen, um größere Sicherheit gegen Durchschlag zu erzielen. Es ist indessen hier die natürliche Folge der größeren Stärke des Isolationsstoffes, die ausgenutzt wird, und diese bekannte angestrebte Eigenschaft kann prinzipiell ebensogut dadurch erreicht werden, daß man eine einzelne Schicht Isolationsstoff von gleicher Stärke wie die Gesamtstärke der doppelt oder mehrfach liegenden Isolationsfolien . verwendet. Anders liegt es, wenn man die Eigenschaft hervorrufen will, die nach der Erfindung ausgenutzt wird, und zwar die ungewöhnliche Verlängerung der Zeitkonstante, indem diese Verlängerung ausdrücklich dadurch bedingt ist, daß zwei oder mehr Schichten Isolationsstoff verwendet werden, welcher im übrigen, damit der Vorteil praktische Bedeutung haben kann, ein Isolationsstoff mit großem spezifischem elektrischem Widerstand sein muß.

Die Verhältnisse bei Meßapparaten gemäß der Erfindung sind auch nicht so, daß irgendetwas auf die Zweckmäßigkeit einer Verdoppelung des Dielektrikums hinweisen würde. Die Spannung liegt in der Größenordnung von etwa 150 Volt; hierdurch ist absolut keine Veranlassung zur Verbesserung des Durchschlagwiderstandes und zur Verdoppelung der Isolierschichten gegeben.

Es wurde indessen überraschenderweise festgestellt, daß die Zeitkonstante im Widerspruch zu den geltenden Theorien bei Verwendung von mehr Isolationsstoff zwischen den Kondensatorelektroden verlängert wird/wenn, entsprechend der Erfindung, das Dielektrikum des Zusatzkondensators aus zwei oder mehr. Folien besteht.

Eine theoretische Überlegung zeigt, daß es, wie man vielleicht glauben könnte, nichts nutzt, eine Isolationsfolie von größerer Stärke zu verwenden.

Die Zeit-konstante T ist nämlich bestimmt durch:

T=CR (i)

wo C die Kapazität und R der Ableitungswiderstand ist.
Für den Widerstand gilt die Formel:

R =

wo ρ der spezifische Widerstand des Isolationsstoffs, ο der Abstand zwischen den Kondensatorelektroden und A die Elektrodenfläche ist.

Für die Kapazität gilt die Formel:

C =

e-A

4 π «

wo ε die Dielektrizitätskonstante ist.

Werden die Werte für R und C aus den Formeln (2) und (3) in die Formel (1) eingesetzt, erhält

man ■ ,. ■ ■

was zeigt, daß die Zeitkonstante vom Abstand α zwischen den Kondensatorelektroden und von ihrer Fläche A unabhängig ist, so daß man nicht durch eine Vergrößerung des Volumens . des Isolationsstoffs eine Verlängerung der Zeitkonstante erwarten kann.

Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen hat man indessen überraschenderweise festgestellt, daß die Zeitkonstante trotz der geltenden Theorien bei Verwendung von mehr Isolationsstoff zwischen den Kondensatarelektroden verlängert wird, nämlich wenn die erhöhte Stärke im Zusatzkondensator nach der Erfindung dadurch bewirkt wird, daß zwei oder mehr Isolationsfolien in aufeinandergelegten Schichten verwendet werden. Die Verlängerung der Zeitkonstante ist recht bedeutend; diese steigt mit einem Faktor von ungefähr 10 bis 15, so daß Zeitkonstanten der Größenordnung 5000 Tage erreicht werden können.

Eine bewiesene, wissenschaftliche Erklärung des Phänomens gibt es noch nicht, es ist jedoch denkbar, daß das Leitungsvermögen, welches eine Isolationsfolie hat, auf stellenweise Unregelmäßigkeiten in der Gitterstruktur, in welcher die Moleküle des Stoffes wohl gelagert sind, zurückzuführen ist und daß eine Anbringung der beiden Schichten Isolationsstoff aufeinander bewirkt, daß die Stellen, wo solche Unregelmäßigkeiten vor- go kommen, nicht einander gegenüber zu liegen kommen. Es ist auch möglich, daß der Luftzwischenraum, der, obwohl die Isolationsfolien aufeinandergelegt und einem gewissen Druck unterworfen werden, vorhanden ist, eine Rolle spielt.

Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1- und 2.Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Apparates, je im Längsschnitt.

Gemäß Fig. .1 besteht der Apparat aus einer zylindrischen Hülse i, die in Wirklichkeit in bekannter Weise annähernd die Form und Größe eines Füllfederhalters aufweist. Die Hülse kann aus leitendem Material bestehen, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Sie kann aber auch aus nichtleitendem Material bestehen und einen elektrisch leitenden Belag tragen. Die Hülse oder der Belag bilden eine Elektrode des Apparates. Sie ist am einen Ende geschlossen und umschließt zwei Ionisierungskammern 2 und 3. Innerhalb beider Kammern ist eine gemeinsame, zentral gelegene, stangen- oder stabförmige Elektrode 4 angeordnet, die von einem Wickelkondensator S umfaßt ist. Der Wickelkondensator 5 wiederum ist durch einen metallischen Ring 6 getragen, dessen Außenumfang an der Innenseite der Hülse ι anliegt. Die Ionisierungskammern 2 und 3 sind von Schalen 7 und 8 aus graphitiertem, thermoplastischem oder thermohärtbarem Material begrenzt. Das besondere Material dient der Aufgäbe der größtmöglichen Sicherung der Wellenlängenunabhängigkeit. Die Schale 7 besitzt eine Öffnung 9, durch welche hindurch mit der Elektrode 4, entweder zum Zwecke der Aufladung oder zur Messung der vorliegenden Spannung, von außen her Kontakt gebildet werden kann.

707/294

C 6019 VIIIc/21g

Die Elektrode 4 besteht z. B. aus Aluminium, Elektronmetall oder einem anderen geeigneten Stoff. Die Größe der Elektrode ist derart, daß die Gefahr der Berührung mit dem graphitierten Material 7 und 8 ausgeschlossen ist. Eine Berührung der beiden Elektroden darf nicht stattfinden.

Der Wickelkondensator 5 kann zweckmäßig in der Weise ausgeführt sein, daß der Innenbelag aus Metallfolie zuerst einige Male um die vorzugsweise zylindrische Elektrode gewickelt ist, worauf zwei oder mehr unmittelbar aufeinanderliegende Isolationsfolien ein oder mehrere Male um die Elektrode 4, zusammen mit dem Innenbelag, gewickelt sind, worauf zum Schluß der Außenbelag, zusammen mit den Isolationsfolien und dem Innenbelag, herumgewickelt ist. Der Innenbelag ist bei fertiggestelltem Kondensator um so viel kurzer als die Isolationsfolie und der Außenbelag, daß das Material des Innenbelages zuerst endet und dann erst das des Isolationsstoffes·. Der Wickelkondensator ist somit von einer oder mehreren Wicklungen aus dem Material des Außenbelages umfaßt. Damit ist ein guter metallischer Kontakt zwischen dem Außenbelag und dem Tragring 6 gewährleistet. Dieser besteht im übrigen zweckmäßig aus zwei zu beiden Seiten einer durch die Elektrodenachse bestimmten Ebene liegenden Teilen. Der Kondensator ist zwischen diesen beiden Teilen eingeklemmt.

Durch Ausnutzung der Isolierung des Wickelkondensators zur Isolierung der beiden Elektroden 1 und 4 voneinander ist der Verbrauch zusätzlichen Isolationsmaterials vermieden, was die Verwendung von solchem zusätzlichem Material, um die beiden Elektroden 1 und 4 in Abstand voneinander zu halten, nicht ausschließt. In diesem Falle kann der Wickelkondensator eine Einheit bilden, die die . Ionisationskammer oder den Raum 2 ausfüllt. Die Kapazität des Kondensators kann z. B. 1000 cm sein.

Um eine unbeabsichtigte Entladung des Apparates zu vermeiden, kann er, wenn er nicht völlig geschlossen ist, mit einer besonderen Verschlußeinrichtung versehen sein, wie in Fig. 1 dargestellt. Innerhalb der Hülse 1 ist eine Isolierscheibe 11 angeordnet, die von einem verschiebbaren Kontaktorgan 10 durchsetzt ist und zum Zwecke der Erhöhung der Gleitfähigkeit im Durchsetzungsbereich geschmiert sein kann. Das Kontaktorgan besitzt einen scheibenförmigen Kopf 12 mit einer Aufbiegung 13 und einer zentralen Dichtungsscheibe 14, z. B. aus Gummi. Das Kontaktorgan 10 steht unter dem Einfluß einer Feder 15, die sich einerseits an der Isolierscheibe 11 und andererseits an dem Kopf 12 abstützt,-um damit den Kopf 12 und die Dichtungsscheibe 14 gegen eine- Öffnung 16 der Hülse ι abdichtend zu drücken.

Soll der Apparat aufgeladen oder abgelesen werden, wird das Kontaktorgan 10 durch Druck auf die Dichtungsscheibe 14 gegen den Einfluß der Feder 15 nach rechts verschoben, um einerseits den Stift 10 in Berührung mit der Elektrode 4 zu bringen und andererseits die Aufbiegung 13 an eine Stromquelle oder ein Meßgerät anzuschließen. Diese Kontaktbildung kann z. B. dadurch herbeigeführt werden, daß eine Verschiebung des Kontaktorgans 10 nur zusammen mit einer Verdrehung desselben ausgeführt werden kann. Andere Möglichkeiten der gemeinsamen Kontaktbildung sind natürlich gegeben. Zum Beispiel kann man sich auch solcher Kontakteinrichtungen bedienen, die durch magnetische Einflüsse von außen her gesteuert werden, so daß zunächst eine Drehbewegung und dann eine axiale Verschiebung eines Kontaktstiftes erfolgt, um den gewünschten Kontakt herbeizuführen. In diesem Falle kann die Hülse ι völlig geschlossen sein.

Fig. 2 zeigt einen Apparat mit vermindertem Meßbereich. Ein solcher verminderter Meßbereich kann wünschenswert sein, wenn zwei verschiedene Meßbereiche erfaßt werden sollen, derart, daß auch ganz geringe Strahlungen registriert werden können. Der Apparat der Fig. 2 entspricht im wesentlichen dem der Fig. 1, mit dem Unterschied, daß die Elektrode 4 nach beiden Enden hin verlängert ist. Demgemäß besitzen auch die Schalen 7 eine entsprechende Längenausdehnung. Das Gerät der Fig. 2 besitzt keine wesentlich andere Kapazität, wenn in beiden Fällen die Kapazität des Wickelkondensators 5 mit etwa 1000 cm an genommen wird. Nimmt man an, daß die Größe des Luftraumes gemäß dem Gerät der Fig. 1 1,5 cm³ und der Meßbereich ο bis 50 Röntgen ist, so ist bei einem Luftraum von 7,5 cm³ bei der Konstruktion der Fig. 2 ein Meßbereich von ο bis 10 Röntgen vorhanden.

Das Gerät ist nicht auf die aus den Figuren ersichtlichen Formen und Abmessungen beschränkt, es kann ebenso wie langgestreckte Form auch Kugelform oder Linsenform besitzen. Es kann mit geeigneten Tragvorrichtungen versehen sein. Die Hülse ι kann, wie dies bereits Gegenstand eines älteren, druckschriftlich nicht vorbekannten Vorschlags ist, Bestandteil eines üblicherweise von Personen mitgetragenen anderen Gegenstandes sein. Ferner kann die Anordnung so getroffen sein, daß die Elektrode nicht selbst unmittelbar durch den Wickelkondensator 5 verläuft. Es können besondere Isolierstücke, wie etwa die mit 11 bezeichneten, zur Stützung einer drahtförmigen Elektrode 4 vorgesehen und in Form einer Nabe mit Speichen ausgebildet sein, um so- eine besonders große Zeitkonstante zu sichern. Bei dem erfindungsgemäßen Gerät sind die Teile 10 bis 15 nicht unbedingt erforderlich. Die Aufladung und Messung kann auch durch unmittelbaren Kontakt mit der Elektrode 4 oder einem mit dieser elektrisch verbundenen Kontaktstück erfolgen.

Selbst wenn in den gezeigten Apparaturen ein gewickelter Kondensator verwendet ist, was als am zweckmäßigsten betrachtet wird, kann die Erfindung natürlich in Verbindung mit anderen Kondensatoren mit durch zwei oder mehr unmittelbar aufeinanderliegende Schichten aus dünnem Dielektrikum der angegebenen Art getrennten Be-

609 707/294

C 6019 VIIIc/21g

lägen verwendet werden. Die Schichten ragen vorzugsweise über die Ränder der Beläge hinaus. Als Beispiel kann ein Blockkondensator mit planparallelen Belägen erwähnt werden.
Im allgemeinen wird innerhalb des Gerätes Atmosphärendruck herrschen. Der Arbeitsdruck kann jedoch auch ein anderer sein, z. B. dann, wenn das Gerät für andere Zwecke verwendet wird. Im übrigen kann das Gerät so ausgebildet sein, daß ίο es nur für eine einmalige Verwendung in Betracht kommt. In diesem Falle sind die Gestehungskosten erheblich vermindert.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Apparat zur integrierenden Messung von Röntgenstrahlung oder radioaktiver Strahlung, wie harter Gammastrahlung, bei dem ein aus einer im wesentlichen bei Atmosphärendruck arbeitenden Ionisationskammer mit mindestens zwei Elektroden bestehender Kondensator mit einem parallel geschalteten Zusatzkondensator aus hochisolierendem, festem Widerstandsmaterial, wie Polystyrol, Polyäthylen, PoIytetrafluoräthylen od. dgl., auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladen und infolge der Ionisierung der Ionisationskammer entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Zeitkonstante, die 500 Tage wesentlich überschreitet, das Dielektrikum des Zusatzkondensators aus zwei oder mehr Folienschichten besteht.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 674 051;
   britische Patentschrift Nr. 639 251; 504429;
   französische Patentschrift Nr. 875 308;
   Review of Scientific Instruments, Bd. 20, 1949, S. 964.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © .«9 707/29+ 11.56