NL8900591A - Inrichting voor het meten van straling van laag niveau. - Google Patents

Description

A

NI» 35.853-dV/pa

Inrichting voor het meten van straling van laag niveau

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het meten van straling van laag niveau.

Op het terrein van de gezondheidszorg bestaat behoefte aan een bewaking op ioniserende straling van laag 5 niveau in de omgeving van mensen. De aanwezigheid van dergelijke omgevingsstraling moet niet alleen worden gedetecteerd. Omgevingsstraling moet ook worden bepaald in termen van een equivalente reactie van menselijk weefsel.

Gewoonlijk wordt omgevingsstraling gemeten in 10 microrem per uur (yrem/u). Een gebruikelijk meetbereik is 0-200 yrem/u. De bewaakte straling is gewoonlijk gamma- en röntgenstraling van ongeveer 40 keV tot 1,2 MeV.

Metingen van omgevingsstraling maken het mogelijk de relatieve veiligheid van de menselijke omgeving te 15 bepalen en problemen met bijvoorbeeld verontreiniging van laag stralingsniveau te corrigeren.

Het is algemeen bekend dat een ionenkamer een goede stralingsmeetinrichting is, gezien vanuit een equivalente weefselresponsie. Een gebruikelijke met lucht 20 gevulde ionenkamer, die naar de atmosfeer is geventileerd, kan echter niet met succes omgevingsstraling meten in het bereik van 0-200 yrem/u vanwege de inherente lage signaal/ruisverhouding. Dat wil zeggen, het kleine gelijkstroomsignaal, veroorzaakt door omgevingsstraling, die 25 de ionenkamer treft, kan niet nauwkeurig worden gescheiden van de gelijkstroom/achtergrondruis van de ionenkamer.

Teneinde de meting van omgevingsstraling door middel van een ionenkamer mogelijk te maken, kan de kamer met een geschikt gas onder druk worden gebracht, waardoor 30 een hoger gelijkstroomsignaal, dat omgevingsstralings-niveau's aangeeft, wordt verkregen, dat wil zeggen een hogere signaal/ruisverhouding. Een type 450 P omgevingsstralingsmeetinstrument, dat wordt vervaardigd en verkocht door Victoreen Instrument Co., Cleveland, Ohio, 35 Ü.S.A., is uitgerust met een dergelijk ionenkamer onder druk.

Hoewel het onder druk brengen van een ionenkamer met een geschikt gas het mogelijk maakt, dit instrument te 8$ 00591.

# -2- gebruiken als een omgevingsstraling-meetinrichting, ontstaan ook problemen. Een ionenkamer onder druk is een gecompliceerde inrichting en leent zich bijgevolg niet gemakkelijk voor inbouw in lichtgewicht, draagbare stralingsmeet-5 instrumenten. Voorts is de nauwkeurigheid van een ionenkamer onder druk sterk afhankelijk van de handhaving van de druk. Zelfs een gering drukverlies ten gevolge van een lek kan leiden tot onnauwkeurige stralingsmetingen. Ook de noodzakelijke dikte van de ionenkamerwand, waardoor de 10 ionenkamer als drukvat kan werken, brengt onvermijdelijk een verlaging van de gevoeligheid met zich mee ten gevolge van het verzwakkingseffect van de relatief dikke kamerwand.

De uitvinding beoogt een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, waarmee nauwkeurig 15 omgevingsstraling kan worden gemeten in het bereik van 0-200 yrem/u zonder toepassing van een ionenkamer.

Volgens de uitvinding wordt een stralingsdetector verschaft, waarbij invallende stralingsgebeurtenissen een pulssignaal opwekken met een gelijkstroomruiscomponent.

20 Een gelijkstroomblokkeerelement, bij voorkeur in de vorm van een condensator, filtert de gelijkstroomruiscomponent uit het pulssignaal, waarbij de resterende delen van het pulssignaal worden geïntegreerd, zodat een gelijkstroom-signaal als functie van de tijd wordt verkregen, dat de 25 gemiddelde energie van de gedetecteerde stralingsgebeurte-nissen aangeeft.

De detector kan zijn uitgevoerd als een weefsel-equivalent kunststofscintillatorelement, dat optisch is gekoppeld met een fotomultiplicatorbuis, waarvan de 30 "donkerstroom" de gelijkstroomruiscomponent vormt.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld is weergegeven.

Fig. 1 is een schema van een schakeling, die is 35 uitgevoerd volgens het principe van de onderhavige uitvinding.

De fig. 2a-2c tonen golfvormen, waaruit de werking van de schakeling volgens fig. 1 blijkt.

In fig. 1 is schematisch een schakeling 8900581, -3- weergegeven voor het meten van omgevingsstraling met laag stralingsniveau volgens de onderhavige uitvinding. De schakeling is voorzien van een stralingsdetector 10, die in hoofdzaak reageert op ioniserende gamma- en röntgenstraling.

5 De detector 10 omvat een scintillatorelement 12, dat optisch is gekoppeld met een fotomultiplicatorbuis 14. Bij voorkeur is het scintillatorelement 12 vervaardigd uit een organisch materiaal, dat een gelijk gedrag als menselijk weefsel vertoont bij het botsen van stralingsgebeurtenissen of 10 -deeltjes op het scintillatorelement 12. Bijvoorbeeld kan een kunststof scintillatorelement, gebaseerd op styreen, vervaardigd uit een type BC452 kunststof scintillatormateriaal, dat wordt vervaardigd en verkocht door aanvraagster, worden gebruikt. Zowel het 15 scintillatorelement 12 als de bijbehorende fotomultiplicatorbuis 14 zijn verder op gebruikelijke wijze uitgevoerd.

De fotomultiplicatorbuis 14 levert op een signaallijn 16 een pulssignaal, dat gedetecteerde 20 botsingsgebeurtenissen als functie van de tijd aangeeft en de energie van elke gedetecteerde botsingsgebeurtenis aangeeft. De aard van het pulssignaal op de signaallijn 16 zal nader worden beschreven aan de hand van de fig. 2a, 2b en 2c. Tussen de pulssignaallijn 16 en het neutrale punt van 25 de schakeling uit fig. 1 is een gebruikelijke fotomultiplicatorbuis-belastingsweerstand 18 aangesloten.

Volgens de onderhavige uitvinding is een condensator 20 in serie geschakeld tussen de pulssignaallijn 16 en het ene uiteinde van een differentiërende weerstand 30 22, waarvan het andere uiteinde op het neutrale punt van de schakeling van fig. 1 is aangesloten. De werking van de condensator 20 zal hierna worden besproken aan de hand van de fig. 2a, 2b en 2c.

De overige elementen van de schakeling uit fig. 1 35 omvatten een diode 24, een operationele versterker 26, een voltmeter 34 van het D'Arsonval bewegingstype, een terugkoppelweerstand 36 en een terugkoppelcondensator 38. De diode 24 is met zijn kathode aangesloten op het verbindingspunt van de differentiërende weerstand 22 en de condensator _ 4 8900591.

* -4- 20. De anode van de diode 24 is verbonden met de inverterende ingang 28 van de operationele versterker 26/ waarvan de niet-inverterende ingang 30 is verbonden met het neutrale punt van de schakeling uit fig. 1, zodat dit als 5 referentiepunt dient. De terugkoppelweerstand 36 en de terugkoppelcondensator 38 zijn parallel aan elkaar geschakeld tussen de ingang 28 en de uitgang 32 van de operationele versterker 26. De uitgang 32 van de operationele versterker 26 stuurt op gebruikelijke wijze de meter 34.

10 Opgemerkt wordt dat de elementen 24, 26, 34, 36 en 38 tezamen op gebruikelijke wijze werken overeenkomstig een laadpompsnelheidsmeterschakeling volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.617.680, van aanvraagster, waarnaar hier wordt verwezen.

15 De werking van de schakeling uit fig. l zal duidelijker worden uit de fig. 2a, 2b en 2c. In fig. 2a is het pulssignaal op de lijn 16 van de fotomultiplicatorbuis afgebeeld, welk pulssignaal wordt gevormd door de donker-stroom van de fotomultiplicatorbuis 14 en een reeks pulsen 20 met variërende amplitude, die worden opgewekt door de invallende straling op het scintillatorelement 12. De amplitude van de pulsen varieert op bekende wijze in overeenstemming met het energieniveau van de stralings-gebeurtenis, die het scintillatorelement 12 treft. De 25 frequentie van de pulsen geeft het optreden van de gebeurtenissen als functie van de tijd aan.

Het is bekend dat een fotomultiplicatorbuis 14 een gelijkstroomruiscomponent heeft, die bekend staat als "donkerstroom", welke wordt gedefinieerd als de anodestroom, 30 die wordt gemeten zonder belichting van de fotokathode van de buis 14. De donkerstroom van de fotomultiplicatorbuis 14 is de thermionische ruis van de buis 14. De uitvinding berust op het inzicht dat bij het meten van omgevingsstraling met laag niveau met een detector 10, welke een pulssignaal 35 volgens fig. 2a opwekt, de donkerstroom-ruiscomponent van een dergelijk pulssignaal moet worden geëlimineerd of op andere wijze worden gecompenseerd. Opgemerkt wordt dat hoewel de afgebeelde detector 10 een scintillatorelement 12 in combinatie met een fotomultiplicatorbuis 14 omvat, ook 8300591/ -5- andere detectoren met een zelfde functie als de detector 10, bij toepassing van de onderhavige uitvinding kunnen worden gebruikt. Er zou bijvoorbeeld een stralingsdetector van het vaste-stoftype kunnen worden gebruikt in plaats van de 5 scintillator 12 en de fotomultiplicatorbuis 14. Een dergelijke vaste-stofdetector zou een pulssignaal kunnen leveren, dat als een component een gelijkstroomruiscomponent zou hebben welke niet wordt veroorzaakt door invallende stralingsgebeurtenissen. Een dergelijke ruiscomponent zou 10 analoog zijn aan de donkerstroom van de fotomultiplicatorbuis 14.

Uit fig. 2b blijkt de invloed van de condensator 20 op het signaal van de fotomultiplicatorbuis 14. De condensator 20 werkt als middel voor het blokkeren van de 15 gelijkstroomruiscomponent (dat wil zeggen de donkerstroom), teneinde uit het pulssignaal van de fotomultiplicatorbuis de gelijkstroomruiscomponent te filteren, waarbij het resterende deel van het pulssignaal (zoals weergegeven in fig. 2a) kan worden verwerkt om de gemiddelde energie van de gedetecteerde 20 invallende gebeurtenissen als functie van de tijd aan te geven. Fig. 2b toont dat alleen de pulsdelen, die de botsingsgebeurtenissen aangeven, worden geleverd aan de diode 24 en de differentiërende weerstand 22, waarbij aan de ingang 28 van de operationele versterker 26 de voorflanken 25 van de negatieve pulsen worden geleverd, zoals in fig. 2c is getoond.

Uit de tekening blijkt dat de pulsflanken van fig.

2c variërende amplituden hebben en deze variërende amplituden worden in feite geïntegreerd of gemiddeld door de operatio-30 nele versterker 26, welke als een gebruikelijke stroom- spanningsomzetter werkt, teneinde aan de meter 34 een gelijk-stroomsignaal te leveren, waarvan de amplitude de gemiddelde energie aangeeft van de gedetecteerde botsingsgebeurtenissen op de detector 10 als functie van de tijd. Vanwege de 35 condensator 20, welke werkt als een gelijkstroomblokkerings-element, zal de meter 34, zoals deze wordt gestuurd door de schakeling van het laadpompsnelheidsmetertype (gevormd door de operationele versterker 26 en de bijbehorende onderdelen) het omgevingsstralingsniveau of -dosering aangeven zonder _____/ 8900591.

f -6- dat deze meting wordt vervormd door de donkerstroom-ruis-component van de fotomultiplicatorbuis 14. De operationele versterker met bijbehorende onderdelen werkt derhalve als middel voor het verwerken van het door de condensator 20 5 gefilterde pulssignaal, teneinde een gelijkstroomsignaal te verschaffen, waarvan de amplitude de gemiddelde energie van de gedetecteerde botsingsgebeurtenissen als functie van de tijd aangeeft. De meter 34 zal bijvoorbeeld omgevingsstraling uitdrukken in yrem/u in het bereik van 0-200 yrem/u.

10 De schakeling volgens de uitvinding volgens fig. 1 is bijzonder nauwkeurig en betrouwbaar gebleken. Bovendien is de schakeling zeer geschikt voor toepassing in een klein, lichtgewicht, draagbaar omgevingsstralingsmeetinstrument.

De uitvinding is niet beperkt tot het in het 15 voorgaande beschreven uitvoeringsvoorbeeld, dat binnen het kader der uitvinding op verschillende manieren kan worden gevarieerd.

8900591.

Claims (5)

1. Inrichting voor het meten van straling van laag niveau, bijvoorbeeld in het bereik van 0-200 urem/u of een dergelijk bereik, gekenmerkt door een detector, waarop ioniserende straling kan botsen en die in responsie 5 op invallende stralingsgebeurtenissen een pulssignaal levert, dat de gedetecteerde botsingsgebeurtenissen aangeeft als functie van de tijd en de energie van elke botsingsgebeurte-nis aangeeft, waarbij het pulssignaal een gelijkstroomruiscomponent omvat, die niet wordt veroorzaakt door invallende 10 stralingsgebeurtenissen; en door middelen voor het blokkeren van de gelijkstroomruiscomponent, om deze uit het pulssignaal te filteren, waarbij het resterende deel van het pulssignaal de gemiddelde energie van de gedetecteerde botsingsgebeurtenissen als functie van de tijd aangeeft.

2. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de detector een scintillatorelement omvat, dat optisch is gekoppeld met een fotomultiplicator-buis, waarvan een uitgang het pulssignaal levert, waarbij de gelijkstroomruiscomponent wordt gevormd door de "donker-20 stroom" van de fotomultiplicatorbuis.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de blokkeringsmiddelen worden gevormd door een condensator, waarbij het resterende deel van het pulssignaal wordt geïntegreerd voor het verkrijgen 25 van een gelijkstroomsignaal als functie van de tijd, dat de gemiddelde energie van de botsingsgebeurtenissen als functie van de tijd aangeeft.

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, m e t het kenmerk, dat het scintillatorelement 30 lichtpulsen opwekt, die aan de fotomultiplicatorbuis worden geleverd, welke in responsie op de lichtpulsen een gelijkstroompulssignaal afgeeft, waarbij middelen zijn aangebracht voor het verwerken van het pulssignaal, zodanig dat een gelijkstroomsignaal wordt verkregen, waarvan de 35 amplitude de gemiddelde energie van de gedetecteerde botsingsverschijnselen als functie van de tijd aangeeft, waarbij de blokkeringsmiddelen tussen de fotomultiplicator- 8900531.'. __I -8- ? buis en de verwerkingsmiddelen zijn geschakeld.

5. Inrichting volgens conclusie 3 of 4, n e t het kenmerk, dat als verwerkingsmiddelen een operationele versterker is aangebracht, die is uitgevoerd 5 als stroom-spanningsomzetter, welke versterker het resterende deel van het pulssignaal integreert en waarbij de uitgang van de versterker het gelijkstroomsignaal levert. 8900591.