DE4200187C2

DE4200187C2 - Einrichtung zum Messen zeitlich integrierter spezifischer Aktivitäten von Tochterprodukten von Radon und Thoron in der Luft

Info

Publication number: DE4200187C2
Application number: DE4200187A
Authority: DE
Inventors: Dobromir Stefanov Pressianov; Metodi Georgiev Gellev; Orlin Jordanov Dipl Pentschev
Original assignee: Naturella Group Ltd
Current assignee: Naturella Group Ltd
Priority date: 1991-01-04
Filing date: 1992-01-07
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2012-01-08
Also published as: CA2058587A1; US5225673A; DE4200187A1; BG49948A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen zeitlich integrierter spezifischer Aktivitäten von Tochterprodukten von Radon und Thoron in der Luft nach dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1, welche in der Strahlenschutzüberwachung in Berg werken, in der Strahlenüberwachung der Umwelt und in der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt werden kann.

Bei einer bekannten Einrichtung zum Bestimmen der Energie von Tochterprodukten von Radon in der Luft (Frank A.L., E.V. Benton - Nucl. Track Detection, 1, 149 (1977)) werden auf ein unbewegliches Aerosolfilter bei ununterbrochenem Ansaugen von Luft Aerosole abgelagert, welche Tochterprodukte von Radon und Thoron enthalten. Die Strahlungen der Tochterprodukte von Radon und Thoron werden von zwei Feststoff-Spurendetektoren aufgezeichnet, wobei zwischen den Detektoren und dem Filter Absorber unterschiedlicher Dicke angeordnet sind, welche die Energie der Alpha-Teilchen in zum Messen passenden Grenzen vermindern. Aufgrund der Anzeigen der beiden Detektoren wird mittels Formeln die Energie der Tochterprodukte des Radons bestimmt.

Aus dem Artikel "An overview of instrumentation for measuring environmental Radon and Radon progeny" von A.C. George (IEEE transactions on nuclear science, Vol. 37, No. 2, April 1990, S. 892-901) ist eine Einrichtung zum Messen der spezifischen Aktivität von Radon und dessen Tochterprodukten bekannt, die ebenfalls mit einem Aerosolfilter arbeitet, auf dem durch Ansaugen von Luft Aerosole abgelagert werden. Die Strahlungs messung erfolgt mit Hilfe von Feststoff-Spurendetektoren.

Die Nachteile dieser Einrichtungen liegen in der niedrigen Leistung infolge der Notwendigkeit eines häufigen Auswechselns des Filters, und in den beschränkten funktionellen Möglichkei ten, weil die spezifischen Aktivitäten der Tochterprodukte des Radons und die spezifischen Aktivitäten der Tochterprodukte des Thorons nicht einzeln bestimmt werden.

Eine andere bekannte Einrichtung zum Messen der Energie der Tochterprodukte des Radons in der Luft (Solomon S.B. et al. - Health Phys., v. 52, 143 (1987)) besteht aus einem Aerosolfilter, der von beiden Seiten durch zwei Ringe angedrückt wird, in denen je ein Thermolu mineszenzdetektor in Form einer dünnen Scheibe mit rundem Loch in der Mitte montiert ist. Diese Konfiguration ist in einem zylindrischen Gehäuse (Kopf) montiert, das aus zwei Teilen besteht, die miteinander mittels Schraubengewinde verbunden sind, wobei das eine Ende des Gehäuses mit einer Luftpumpe verbunden und das andere mit einer Öffnung versehen ist, durch welche Luft angesaugt wird. Aufgrund der Anzeigen der Detekto ren wird mittels Formeln oder graphisch die Energie der Tochterprodukte des Radons bestimmt. Die Bestimmung des Anteils der Tochterprodukte des Thorons er folgt, indem nach dem Ende des Messens der Energie der Tochterprodukte des Radons das Aero solfilter abgenommen wird und ein neuer Kopf mit neuen Thermo lumineszenzdetektoren montiert wird. Aufgrund ihrer Anzeigen wird nach 24 Stunden der Anteil der Anzeigen der Thermolumi neszenzdetektoren bestimmt, der den Tochterprodukten des Thorons zukommt.

Die Nachteile dieser Einrichtung liegen in eingeschränkten funktionellen Möglichkeiten, weil die spezifischen Aktivitäten der Tochterprodukte des Radons und die spezifischen Aktivitä ten Tochterprodukte des Thorons in der Luft nicht einzeln bestimmt werden. Ferner hat die Einrichtung eine niedrige Leistung infolge des häufigen Auswechselns des Filters und der zusätz lichen Operationen für die Berücksichtigung des Einflusses der Tochterprodukte des Thorons. Schließlich ist die Genauigkeit infolge des systematischen Fehlers als Ergebnis der Abhängig keit der Detektorangaben von den Unterschieden in den Verhält nissen der spezifischen Aktivitäten der Tochterprodukte des Radons (bei konstanter Energie) gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Messen der zeitlich integrierten spezifischen Aktivitäten der Tochterprodukte von Radon und Thoron in der Luft zu schaffen, die durch erweiterte funktionelle Möglichkeiten, hohe Leistun gen und hohe Genauigkeit gekennzeichnet ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung zum Messen zeitlich integrierter spezifischer Aktivitäten der Tochterprodukte von Radon und Thoron in der Luft gelöst, welche ein in einem Schutzgehäuse angeordnetes Aerosolfilter, Strahlungsdetekto ren, die gegenüber dem Filter angeordnet und in Bezug auf das Gehäuse fixiert sind, und eine Pumpe, deren Einlaßdüse in Berührung mit der einen Oberfläche des Filters steht, auf weist, wobei zwei eine zylindrische Form aufweisende Aerosol filter vorgesehen sind, die in bezug auf eine gemeinsame Zylinderachse gleiche Oberflächen aufweisen und in bezug auf Achsen fixiert sind, die sich mit unterschiedlicher Geschwin digkeit drehen und die je koaxial zur Zylinderachse des ent sprechenden Filters angeordnet sind, und die Detektoren in zwei Gruppen auf einem Träger gruppiert sind, dessen geome trische Form ähnlich der der Filter zylindrisch ist, wobei jede Gruppe gegenüber der einen Oberfläche des entsprechenden Filters angeordnet ist, dessen andere Oberfläche über ein Rohr, das durch eine Öffnung im Schutzgehäuse hindurchgeht, in Berührung mit der entsprechenden Düse der Pumpe steht.

Die erfindungsgemäße Einrichtung weist folgende Vorteile auf:

- erweiterte funktionelle Möglichkeiten infolge der Möglich keit zur Bestimmung der zeitlich integrierten spezifischen Aktivität eines jeden Tochterproduktes von Radon und Thoron;
- eine hohe Leistung infolge des autonomen Betriebs der Ein richtung (ohne Teilnahme einer Bedienungsperson und ohne Neubeschickung der Filter) während einiger Wochen unter er schwerten Bedingungen, wie in Bergwerken und bis einige Monate bei leichteren Bedingungen, z. B. in Wohngebäuden;
- eine hohe Genauigkeit infolge der Verwendung einer großen Anzahl von Detektoren, wodurch der statistische Fehler ver mindert wird, und dem Fehlen von systematischen Fehlern infol ge von Unterschieden in dem Verhältnis der spezifischen Akti vitäten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung sind die Düsen der Pumpe auf einem T-förmigen Rohr angeordnet, das ebenfalls durch eine Öffnung im Träger für die Detektoren und durch eine Öffnung im Schutzgehäuse hindurch geht.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind anstelle der zylindrischen Aerosolfilter zwei scheiben förmige Aerosolfilter vorgesehen, die in bezug auf eine ge meinsame Drehachse gleiche Oberflächen aufweisen und in bezug auf Achsen fixiert sind, die sich mit unterschiedlicher Ge schwindigkeit drehen und die je koaxial zur gemeinsamen Dreh achse des entsprechenden Filters angeordnet sind, wobei die Detektoren in zwei Gruppen auf einem Träger gruppiert sind, dessen geometrische Form ähnlich der der Filter ist, wobei jede Gruppe gegenüber der einen Oberfläche des entsprechenden Filters angeordnet ist, dessen andere Oberfläche über ein Rohr, das durch eine Öffnung im Schutzgehäuse hindurchgeht, in Berührung mit der entsprechenden Düse der Pumpe steht.

Als zusätzlicher Vorteil dieser Ausführungsform der Einrich tung erscheint das Verwenden von zugänglichen Scheiben-Aero solfiltern, sowie die Tatsache, daß die Detektoren in einer Ebene auf einem flachen scheibenförmigen Träger montiert sind, was das Verwenden von automatisierten Meßgeräten erlaubt.

Vorteilhafterweise haben bei der letztgenannten Ausführungs form der erfindungsgemäßen Einrichtung die Träger für die De tektoren die Form einer Scheibe mit einem Loch in der Mitte, wobei die Düsen der Pumpe auf einem U-förmigen Rohr angeordnet sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Die erste Ausführungsform der Einrichtung besteht gemäß Fig. 1 aus einer Pumpe 1, deren Einlaß mit dem einen Ende des in der Halterung 3 gelagerten Rohrs 2 verbunden ist. Das andere Ende des Rohrs 2 ist hermetisch dicht mit dem mittleren Bereich eines senkrecht angeordneten Rohrs 4 verbunden, dessen Enden verschlossen sind und in das in der Anschlußseite zwei recht eckige Längsöffnungen 5 eingeschnitten sind. Jede Öffnung 5 berührt ein entsprechendes endloses, als Zylinder ausgebilde tes Aerosolfilterband 6, 7. Das eine Ende des Filterbands 6 ist starr mit dem Umfang eines kleinen zylindrischen Rades 8 verbunden, das starr mit der verlängerten Achse des Minuten zeigers 9 eines Uhrwerks 10 verbunden ist. Das eine Ende des Filterbandes 7 ist starr mit dem Umfang eines kleinen zylin drischen Rades 11 verbunden, das starr mit der Achse eines Stundenzeigers 12 verbunden ist. Auf der Außenseite der beiden endlosen Aerosolfilterbänder 6 und 7 ist, fixiert in bezug auf das Rohr 4, ein zylindrischer Träger 13 angeordnet, in dessen ringförmigen Reihen von Sitzen mit Durchgangsöffnungen 14 Strahlungsdetektoren 15 eingesetzt sind, die passive Strah lungsdetektoren sein können (z. B. Thermolumineszenzdetektoren, Festkörper-Spurendetektoren u. a.). Jede Reihe von Sitzen 14 ist in bezug auf die entsprechende rechteckige Öffnung 5 zentriert. Außerhalb des zylindrischen Trägers 13 ist ein Schutzgehäuse 16 zum Schutz vor Licht, elektromagnetischen und mechanischen Einflüssen angeordnet.

Die zweite Ausführungsform der Einrichtung besteht gemäß Fig. 2 aus einer Pumpe 1, deren Einlaß mit dem einen Ende des in der Halterung 3 gelagerten Rohrs 2 verbunden ist. Das andere Ende des Rohrs 2 ist hermetisch dicht an den mittleren Bereich des U-förmigen Rohrs 17 angeschlossen, dessen Enden verschlos sen sind. In dessen oberen Seiten der beiden horizontalen Teile des U-förmigen Rohrs sind zwei rechteckige Längsöff nungen 18 eingeschnitten. Jede Öffnung 18 berührt einen ent sprechenden Scheiben-Aerosolfilter 19, 20. Der Filter 19 ist starr verbunden und zentriert zum kleinen zylindrischen Rad 8, welches starr mit der verlängerten Achse des Minutenzeigers 9 eines Uhrwerks 10 verbunden ist. Der Filter 20 ist starr verbunden und zentriert zum kleinen zylindrischen Rad 11, welches starr mit der Achse des Stundenzeigers 12 verbunden ist. Oberhalb der Filter 19 und 20 befinden sich in bezug auf das Rohr 17 fixierte scheibenförmige Träger 21, in deren Reihen von Sitzen 22 die Strahlungsdetektoren 23 eingesetzt sind. Jede Reihe von Sitzen 22 ist in bezug auf die entspre chende rechteckige Öffnung 18 zentriert. Außerhalb ist ein Schutzgehäuse 16 zum Schutz vor Licht, elektromagnetischen und mechanischen Einflüssen angeordnet, dessen Deckel 24 abge nommen werden kann.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist wie folgt:
Die Pumpe 1 saugt durch das Rohr 2 Luft an, die über die beiden Längsöffnungen 5, 18 des Rohres 4, 17 zu den beiden Filtern 6, 7 und 19, 20 gelangt. Auf den Filtern 6, 7, 19, 20 werden in der Ansaugzone Aerosole abgelagert, die Tochter produkte von Radon und Thoron enthalten. Der eine Filter 6, 19 dreht sich zusammen mit dem kleinen Rad 8 mit der Geschwindig keit des Minutenzeigers der Achse 9 des Uhrwerks 10, während sich der andere Filter 7, 20 zusammen mit dem kleinen Rad 11 mit der Geschwindigkeit des Stundenzeigers der Achse 12 des Uhrwerks 10 dreht. Die radioaktive Strahlung der Aerosole bestrahlt die Detektoren 15 und 23, die in die Sitze 14, 22 eingesetzt sind, und zwar in solcher Weise, daß die empfindli che Oberfläche eines jeden Detektors 15, 23 zum entsprechenden Filter 6, 7, 19, 20 gerichtet ist. Das Ansaugen von Luft dauert ein Zeitintervall, das erforderlich ist zum Bestimmen der spezifischen Aktivitäten der Tochterprodukte von Radon und Thoron.

Nach Abbrechen des Ansaugens werden nicht weniger als 24 Stunden abgewartet (damit die meisten auf den Filtern abgela gerten Tochterprodukte des Radons und des Thorons zerfallen können), wonach das Gehäuse 16 und die Träger 13, 21 demon tiert werden, wobei zwecks Messung die Detektoren 15, 23 entfernt werden. An ihrer Stelle werden neue Detektoren einge setzt. Die Aerosolfilter werden ebenfalls durch neue ersetzt. Bei der ersten Ausführungsform der Einrichtung (Fig. 1) be ginnt das Auswechseln mit der Demontage des Gehäuses 16 und des zylindrischen Trägers 13. Die Halterung 3 wird gelockert und das Rohr 2 wird zusammen mit dem Rohr 4 in Richtung zur Achse 9 verschoben. Nach Drehung um 90° kommt das Rohr 4 in Position parallel zum Spalt, der sich zwischen den freien Enden der beiden Filterbänder 6 und 7 bildet. Das Rohr 2 wird zusammen mit dem Rohr 4 in Richtung zur Halterung 3 gezogen, und das kleine zylindrische Rad 8 wird von der Achse 9 ent fernt. Es folgt die Demontage des kleinen zylindrischen Rades 11, das zuerst von der Achse 12 entfernt wird und durch die Achse 9 herausgezogen wird. Die Aerosolfilterbänder 6 und 7 werden durch neue ersetzt und die Einrichtung wird in umge kehrter Reihenfolge zusammengebaut und abgestimmt. Bei der zweiten Ausführungsform der Einrichtung (Fig. 2) beginnt das Ersetzen, indem zuerst die Malterung 3 gelockert wird und die Rohre 2 und 17 herausgezogen werden. Der Deckel 24 wird abge nommen, der obere scheibenförmige Träger 21 wird abgenommen, das kleine Rad 8 wird zusammen mit dem Filter 19 von der Achse 9 entfernt, der untere scheibenförmige Träger 21 wird abgenom men, wonach das kleinere Rad 11 mit dem Filter 20 von der Achse 12 entfernt wird. Die Aerosolfilter werden durch neue ersetzt und die Einrichtung wird in umgekehrter Reihenfolge zusammengebaut und abgestimmt.

Das von den Detektoren angesammelte Signal wird mit einem Meßgerät gemessen. Bei bekannten Winkeln in bezug auf die Einlaßdüse, unter welchen die Detektoren angeordnet sind und bekanntem von jedem Detektor gemessenem Signal werden nach Formeln, die auf der Basis des Gesetzes für den radioaktiven Zerfall und Anhäufung abgeleitet sind (bei Anwendung des in Raabe O.G., M.E. Wrenn - Health Phys., v. 17, 593 (1969) beschriebenen Prinzips), werden die zeitlich integrierten spezifischen Aktivitäten der Tochterprodukte des Radons (²¹⁸Po, ²¹⁴Pb und ²¹⁴Bi) und des Thorons (²¹²Pb und ²¹²Bi) bestimmt, die bekannte Funktionen von ihnen sind. Zum eindeuti gen Bestimmen der fünf unbekannten, zeitlich integrierten spezifischen Aktivitäten sind mindestens fünf Detektoren erforderlich. Um jedoch den statistischen Fehler bei ihrer Bestimmung zu vermindern, ist es wünschenswert, eine größere Anzahl von Detektoren zu verwenden - mindestens sechs für jeden Filter. Die maximale Zeitdauer des Luftansaugens wird durch die Staubablagerung auf die Filter eingeschränkt; sie beträgt für Bergwerke 100 (bei einem Gesamtstaubgehalt über 10 mg/m³) bis 1000 (bei einem Gesamtstaubgehalt von 1-2 mg/m³) Stunden, und für Wohnräume - bis zehnmal mehr.

Claims

1. Einrichtung zum Messen zeitlich integrierter spezifischer Aktivitäten der Tochterprodukte von Radon und Thoron in der Luft, mit einem in einem Schutzgehäuse (16) angeord neten Aerosolfilter, mit Strahlungsdetektoren, die gegen über dem Filter angeordnet und in bezug auf das Gehäuse (16) fixiert sind, und mit einer Pumpe (1), deren Ein laßdüse in Berührung mit der einen Oberfläche des Filters steht, dadurch gekennzeichnet, daß zwei eine zylindrische Form aufweisende Aerosolfilter (6, 7) vorgesehen sind, die in bezug auf eine gemeinsame Zylin derachse gleiche Oberflächen aufweisen und in bezug auf Achsen fixiert sind, die sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit drehen und die je koaxial zur Zylinder achse des entsprechenden Filters (6, 7) angeordnet sind, und daß die Detektoren in zwei Gruppen auf einem Träger (13; 21) gruppiert sind, dessen geometrische Form ähnlich der der Filter (6, 7) zylindrisch ist, wobei jede Gruppe gegenüber der einen Oberfläche des entsprechenden Filters (6, 7) angeordnet ist, dessen andere Oberfläche über ein Rohr (4), das durch eine Öffnung im Schutzgehäuse hin durchgeht, in Berührung mit der entsprechenden Düse (5) der Pumpe (1) steht.

2. Einrichtung nach Anspruch T, dadurch gekenn zeichnet, daß die Düsen (5) der Pumpe (1) auf ei nem T-förmigen Rohr (4) angeordnet sind, das ebenfalls durch eine Öffnung im Träger für die Detektoren und durch eine Öffnung im Schutzgehäuse hindurchgeht.

3. Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zwei scheibenförmige Aerosolfilter (19, 20) vorgesehen sind, die in bezug auf eine gemeinsame Drehachse gleiche Oberflächen aufweisen und in bezug auf Achsen fixiert sind, die sich mit unter schiedlicher Geschwindigkeit drehen und die je koaxial zur gemeinsamen Drehachse des entsprechenden Filters (19, 20) angeordnet sind, und daß die Detektoren in zwei Gruppen auf einem Träger (13; 21) gruppiert sind, dessen geometrische Form ähnlich der der Filter (19, 20) ist, wobei jede Gruppe gegenüber der einen Oberfläche des entsprechenden Filters (19, 20) angeordnet ist, dessen andere Oberfläche über ein Rohr (4), das durch eine Öffnung im Schutzgehäuse hindurchgeht, in Berührung mit der entsprechenden Düse (5) der Pumpe (1) steht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Träger (21) für die Detektoren (23) die Form einer Scheibe mit einem Loch in der Mitte aufweisen, wobei die Düsen (5) der Pumpe (1) auf einem U- förmigen Rohr (4) angeordnet sind.