DE2000920A1 - Vorrichtung zum Messen des Druckes eines gasfoermigen Mediums mit einer radioaktiven Strahlungsquelle - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Messen des Druckes eines gasförmigen Mediums mit einer radioaktiven Strahlungsquelle.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen, des Druckes eines gasförmigen Mediums mit einer Alpha-Teilchen emittierenden Strahlungsquelle, die in einer mit dem gasförmigen Medium in Verbindung stehenden Meßkammer angeordnet ist.

Es ist bereits bekannt, den Druck eines gasförmigen Mediums mittels eines sogenannten Ionisationsm^nometers zu messen, bei dem in einer mit dem gasförmigen Medium in Verbindung stehenden Kammer eine Alpha-Teilchen emittierende Strahlungsquelle und zwei an einer Gleichspannungsquelle liegende Elektroden angeordnet sind. Durch die von der Strahlungsquelle emittierten Alpha-Teilchen werden die Moleküle des gasförmigen Mediums ionisiert, und unter dem Einfluß des von den beiden Elektroden erzeugten elektrischen Feldes bildet sich ein Ionenstrom aus, der bei konstanter Temperatur proportional dem Druck des gasförmigen Mediums ist und nach Verstärkung mittels hochempfindlicher Elektrometer- oder Schwingkondensatorverstärkern zur Anzeige gebracht wird. Der Ionenstrom besteht bei niederen Drücken aus Alpha-Teilchen - zweifach ionisierte Heliumatome - und den Ionen des gasförmigen Mediums und bei hohen Drücken im wesentlichen nur noch aus Ionen des gasförmigen Mediums, wodurch bei diesen Ionisationsmanometern zusätzliche Maßnahmen zur Kompensation des von den Alpha-Teilchen herrührenden Ionenstromanteils erforderlich sind. Bei einer bekannten Einrichtung erfolgt die Kompensation dadurch, daß kurzzeitig die Verbindung zwischen den das elektrische Feld erzeugenden Elektroden und der Spannungsquelle

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unterbrochen, der auf die Alpha-Teilchen entfallende Ionenstromanteil gemessen und eine entsprechende Nullregelung des Verstärkers durchgeführt wird. K-ch dieser Eichung ist die gewünschte alleinige Messung des von den Ionen des gasförmigen Mediums herrührenden Stromanteils möglich. Eies hat zur Folge, daß die Ionisationsmanometer, wenn die Kompensation manuell vorgenommen wird, in vielen Fällen nicht eingesetzt werden können, oder, wenn die Kompensation automatisch durchgeführt wird, eine aufwendige und teure elektronische Regelungseinrichtung vorgesehen v/erden muß, was die Anwendbarkeit von der Kostenseite her beschränkt, fc Darüber hinaus sind Ionisationsmanometer anfällig gegenüber elektromagnetischen Störfeldern, großen Temperaturschwankungen und Vibrationsbelastungen, was ihre Anwendbarkeit weiter einschränkt. Schließlich haben die bekannten Ionisationsmanometer den Nachteil, daß die Meßwerte in analoger Form vorliegen und, wenn diese Heßwerte zur Ansteuerung von cmantisierten Analogskalen und numerischen Anzeigen oder zur Verarbeitung in Computern herangezogen werden sollen, die Verwendung teurer Analog-Digital-Wandler erforderlich ist.

Diese Schwierigkeiten und Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt und zwar dadurch, daß erfindungsgemäß ™ in der Meßkammer gegenüber der Strahlungsauelle in einem von der Reichweite der Alpha-Teilchen bei dem zu messenden Maximaldruck abhängigen Abstand ein Strahlungsdetektor angeordnet ist, der über eine elektronische Einrichtung zum Auswerten der von dem Strahlungsdetektor pro Zeiteinheit erzeugten Impulse nach Anzahl oder Amplitude mit einer Anzeigeeinrichtung verbunden ist.

Da bei der erfindimgsgemäßen Vorrichtung unmittelbar der vom Druck des gasförmigen Mediums abhängige Energiever lust der Alpha-Teilchen, der nach Durchlaufen einer be-

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stimmten, durch den Abstand zwischen Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor vorgegebenen v/egstrecke entstanden ist, gemessen wird, kanu die Vorrichtung je nach Dimensionierung sowohl zum kontinuierlichen Messen und Anzeigen des Druckes als auch als Grenzwertmelder verwendet werden. Die beim Durchlaufen der Wegstrecke von den Alpha-Teilche¹"- erzeugten Ionen gehen, im Gegensatz zu den bekannten lonis^tionsmanometer¹!, nicht in die Messung ein, so daß eine Kompensation nicht erforderlich ist.

Bekanntlich sendet ein Alpha-Strahler ein diskretes Energie-Spektrum aus, was zur ?olge hat, daß die Reichweite der einzelnen Alpha-Teilchen "bei einem bestimmten Truck des gasförmigen Mediums geringfügig um einen diepem Druck zuee^rdreten Mittelwert schwankt, ~lso für alle Alr^a-^eilchen ein pchmrle? Reichv/eitegebiet definiert werden ^vann. Wird nun der Abstand zwischen Strahlungsauelle und Strahlungsdetektor so gewählt, daß bei einer Druckänderung dns Reichweitegebiet aus dem Strahlungsdetektor herauswandert oder in den Strahlungsdetektor eintritt, so kann dieser Übergang als Kriterium für das Erreichen eines vorgegebenen Grenzwertes herangezogen, die Vorrichtung also als Grenzwertmelder verwendet werden. Soll dagegen mit der Vorrichtung eine kontinuierliche Druckmessung des gasförmigen Mediums durchgeführt v/erden, so wird der Abstand zwischen Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor so gewählt, daß das Reichweitegebiet über den ganzen Meßbereich, der umso größer ist .ie kleiner der Abstand ist, im Strahlungsdetektor liegt.

Die Auswertung der vom Strahlungsdetektor pro Zeiteinheit abgegebenen Impulse kann in beiden Fällen nach der Impulsamplitude erfolgen und zwar am zweckmäßigsten mit Hilfe eines ImpulsspitzengleichSpannungswandlers, der über einen Verstärker mit dem Strahlungsdetektor verbunden und an dessen Ausgang ein elektrisches Anzeigeinstru-

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ment angeschlossen ist. Eine derartige Auswertung liefert analoge Meßwerte. Ist die Vorrichtung als Grenzwertmelder vorgesehen, so kann eine Auswertung auch nach der Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit vorgenommen werden.

Da bei Verwendung der Vorrichtung zur kontinuierlichen Druckmessung der Abstand zwischen Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor so gewählt ist,-daß das Reichweitegebiet über den ganzen Meßbereich im Strahlungsdetektor liegt, ist die Anzahl der vom Strahlungsdetektor pro Zeiteinheit abgegebenen Impulse unabhängig von dem Ie-

fc weils herrschenden Druck. Eine Auswertung nach der Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit, die ohne Zuhilfenahme eines Analog-Digital-Wandlers digitale Heßwerte liefern würde, kann daher nur vorgenommen werden, wenn das normalerweise nahezu monoenergetische Spektrum der Alpha-Strahlungsquelle in ein polyenergetisches Spektrum umgewandelt wird. Eine solche Umwandlung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor stab- oder flächenförmig ausgebildet werden und zwischen beiden ein die Energie der Alpha-Teilchen unterschiedlich stark schwächendes Element vorhanden ist. Das Element kann aus einer auf die Oberfläche der Strahlungsquelle und/oder des Strahlungsdetek-

P tors aufgebrachten Schicht keilförmiger Dickenverteilung und/oder einer Folie bestehen, die schräg zu der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor zwischen diesen angeordnet ist, wobei die Umwandlung im zweiten Fall etwas ungünstiger ausfällt als bei der Verwendung einer keilförmigen Schicht. Die gewünschte Umwandlung kann aber auch, und dies ist besonders vorteilhaft, unabhängig von den vorigen Ausführungen oder in Kombination mit diesen dadurch erhalten werden, daß die Strahlungsquelle und/oder der Strahlungsdetektor einen keilförmigen Raum zwischen sich einschließend geneigt zueinander angeordnet werden. Das sich zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungs-

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Detektor in dem keilförmigen Raum befindliche gasförmige Medium dient hierbei gleichzeitig als energieschwächendes Element. Schließlich kann anstelle des energieschwächenden Elementes auch eine Strahlungsquelle grosser Schichtdicke vorgesehen werden. In all diesen Fällen wird erreicht, daß die Alpha-Teilchen unterschiedlich große Wege durch das gasförmige Medium zurücklegen und somit die Reichweitenbreite erheblich vergrößert wird. Bei einer Druckänderung des gasförmigen Mediums führt dies dazu, daß mehr oder weniger Alpha-Teilchen den Strahlungsdetektor erreichen können und damit die Anzahl der pro Zeiteinheit vom Strahlungsdetektor abgegebenen Impulse vom ,jeweiligen Druck des gasförmigen Mediums abhängig ist.

Als Strahlungsdetektor kann eines der üblichen Zählrohre oder ein Halbleiter- oder Szintillationszähler verwendet werden, wobei einen Halbleiterzähler der Vorzug zu geben ist, da dieser einen sehr geringen Raumbedarf hat. Die Strahlungsauelle besteht am zweckmäßigsten aus einem radioaktiven Präparat großer Halbwertszeit, beispielsweise Americium 241, um über eine längere Zeit Messungen ohne Empfindlichkeitskorrektur durchführen zu können.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung seien anhand der Zeichnung, die in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele enthält, näher erläutert.

In einer Meßkammer 1, die aus einem kastenförmigen Gehäuse 2 und einem Deckel 3 mit einer öffnung 4 besteht, über die das gasförmige Medium in die Meßkammer 1 gelangen kann, befindet sich eine flächenförmig ausgebildete Alpha-Strahlungsquelle 5, die auf einen Trägerkörper 5 a aufgebracht ist, und gegenüber dieser in einem von dem gewünschten Meßbereich abhängigen Abstand ein flächenförmiger Halbleiterdetektor K₁ der unmittelbar an einer Wand des Ge-

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häuses 2 "befestigt ist. ^per Ausgang des Ealfeleiterdetelctors ^ ist über einen Verstärker 7 und einem elektronischen Zähler 8 mit einer digitalen Anzeigeeinrichtung 9 verbunden. Un die von den Alrh-'-Teilchen zn durchlaufende mittlere Wegstrecke in einfacher //eise einstellen zu können, ist die Strahlungsquelle 5 mittels einer in der Gehäusew^nd geführten Stellschraube 10 in ülchtumg auf den Halbleiterdetektor 6 bewegbar ηngeordnet. Ebenso können auch der Halbleiterdetektor 6 in Sichtung auf die Strahlungsquelle 5 oder sowohl Strahlungsquelle 5 «.la auch Halbleiterdetektor 6 gegeneinander bewegbar in der Mefikammer 1 befestigt sein. Zur Umwandlung des mojioenergetischen Spektrums der Alpha-Strahlungsauelle 5 ist diese einen keilförmigen "Raum zwischen sich und dem Strahlungsdetektor 6 einschließen^ geneigt angeordnet, so daß der von den Alpha-Teilchen zurückzulegende "Jej- in oberen Bereich der Meßkammer 1 kleiner als im unteren Bereich ist und somit die Reichweitenbreite erheblich vergrößert ist.

In Figur 2 ist schließlich noch eine Strahlungsquelle 5, die auf einem Träger 5 a sitz+, mit einer energieschwächenden Schicht 11 keilförmiger Dickenverteilung im Querschnitt dargestellt.

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Claims (6)

1. Ans nrüche

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   Vorrichtung zum Hessen des Druckes einen gasförmigen Mediums mit einer Alpha-Teilchen emittierenden Strahlungsauelle, die in einer rät den gasförmigen Medium in Verbindung stehenden HeSkimmer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, do J? in der IleiTr'amner (1) gegenüber der Strahlungsquelle (^c) in einen von der Reichweite der Alriha-Teilchen bei dem zu messenden Maximaldruck abhängigen "bstanä ein Strahlungsdetektor^) angeordnet ist, der über eine elektronische Einrichtung (7,^Q) zur- Auewerten der von dem strahlungsdetektor (C--) pro Zeiteinheit er:7.engten Impulse nach Anzahl oder Amvlitu^e mit einer Anzeigeeinrichtung (°-) verbunden ist.
2. 2. Vorrichtung nr>ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, r!ai? die otrahlungscuelle (5) und/oder der Strahlungsdetektor (6) zur Einstellung ^r von den Alpha-Teilchen zu durchlaufenden Wegstrecke gegeneinander "bewegbar angeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ^Λαβ die Strahlungsquelle (5^N- und der Strahlungsdetektor (6) stab- oder flächenfcrmig ausgebildet sinä und zwischen beiden ein die Energie der Alpha-Teilchen unterschiedlich stark schwächendes Element vorhanden ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch ?, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus einer auf die Oberfläche der Strahlungsauelle (5) und/oder des Strahlungsdetektors (£) aufgebrachten Schicht (11) keilförmiger Dickenverteilung besteht.
5. 5. Vorrichtung nach insrruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus einer Folie besteht, die schräg zu der Strahlungsquelle (5) und dem Strahlungsdetektor (C-) zwischen diesen angeordnet ist.

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6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (5) und/oder der Strahlungsdetektor (6) einen keilförmigen Raum zwischen sich einschließend geneigt zueinander angeordnet sind.

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