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Anordnung zum Nachweis oder zur Messung von radioaktiver bzw. elektromagnetischer Strahlung
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3. bei starker einfallender Strahlung (Messbereich 0-500 r/Std. oder 0-10. 000 Imp/sec) Betrieb als Impulsgenerator.
Besonders ist auch die neuartige Anzeigevorrichtung des erfindungsgemässen Taschengerätes ausgebildet worden. Es wird durch Kombination einer Trommel-Umschaltskala, die für jeden Messbereich mindestens zwei unabhängige Messskalen trägt, z. B. eine inRöntgen/Std. kalitrierte und eine weitere in Imp/sec kalibrierte, durch -, inen getrenntschaltbarenAbdeckschieber erreicht. So wird ftlr jedeSkala in jedem Mess- bereich eine eindeutige Ablesung erreicht.
Weitere Einzelheiten gehen aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungen der erfindungsgemässen Anordnung und Ausgestaltungen derselben hervor, die an Hand von Blockschaltbildern und einer ausführlichen Schaltungszeichnang eines ausgeführten Gerätes die Wirkungsweise von Anordnungen nach der Erfindung erläutern.
Die Fig. 1 stellt das Blockschaltbild einer Anordnung gemäss der Erfindung dar, deren Stromlaufplan ungefähr der Fig. 3 entspricht und an späterer Stelle beschrieben wird. Die Fig. 2 stellt das Blockschaltbild zum Stromlaufplan der Fig. 3 dar und ist eine weitere Ausgestaltung der Anordnung von Fig. 1.
Die von der Strahlungsquelle Sr ausgehende Kernstrahlung, die a-, ss-, y-Strahlung enthält, trifft auf die Filteranordnung F. Diese enthält z. B. vor oder hinter einer Öffnung des Gerätegehäuses, die zweckmässig durch eine 10-20 li starke Kunststoffolie, z. B. aus dem unter dem Namen Hostaphan im Handel befindlichen Polyäthylen-terephthalat, gegen Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere des Gehäuses abgedichtet ist, Filterscheiben aus Zellon, Aluminium. Kupfer od. ähnl. Diese Filterscheiben können besonders vorteilhaft mechanisch mit dem Bereichsumschalter S gekoppelt sein. Sie können aber auch durch eine zusätzliche mechanische Anordnung betätigt werden, z.
B. kann durch Vorschalten eines Zellen-Filters die a-Strahlung absorbiert werden, so dass nur ss-und y Strahlung den Detektor trifft usw. Ferner kann in geeigneter Weise vor odernach den Filtern ein ähnlich wie ein Filter ausgebildeter Eichpräparatträger vor das Detektorfenster geschaltet werden, der zur Kalibrierung des Detektors oder auch nur als Funktionskontrolle eine geringe Menge z. B. 1 C eines radioaktiven ss-Strahlers z. B. Sr90 enthält.
Als Detektor D wird vorzugsweise ein im Auslösebereich arbeitendes Fensterzäh1rohr - möglichst mit Halogenftillung - benutzt. Ftir bestimmte Aufgaben lassen sich aber auch vorteilhaft andere impulsgebende Strahlungsdetektoren benutzen, z. B. Scintillatoren in Verbindung mit Sekundärelektronenvervielfachern.
Die Detektorimpulse passieren anschliessend eine Verstärkungs- und Formerstufe N, die vorzugsweise aus einem monostabilen Multivibrator besteht, dessen Impulsbreite, dem Messbereich entsprechend, mit dem Bereichsschalter umgeschaltet wird. Es können aber auch andere verstärkende Impulsformer benutzt werden, z. B. monostabile Sperrschwinger. Der normierte und zweckmässig gedehnte Impuls wird nach Integration und Festlegung der maximalen mittleren Impulsfolgefrequenz für jeden Bereich in A durch ein Drehspulinstrument zur Anzeige gebracht. Hiebei ist jedoch für jeden Bereich eine besondere Anzeigeskala vorgesehen, die mit dem Bereichsschalter gekoppelt ist. Die einzelnen Anzeigeskalen können nach Art der Trommel-, Band- oder Schiëbeskalen zusammengefasst sein.
Die Stromversorgung V mit dem Spannungswandler hat z. B., als Sperrschwinger ausgeführt, folgende Funktionsmöglichkeit, Sie durch Zu- oder Abschalten vonfunktionsbestimmenden Bauelementen bewirkt werden, wobei der Schaltvorgang mit dem Bereichsschalter gekoppelt ist : In den Messbereichen mit sehr niedrigem Strahlungspegel schwingt der Sperrschwinger mit einer sehr niedrigen Impulsfolgefrequenz, z. B. 0, 1 bis 10 Hz und lädt einen Ladekondensator von z. B. 5 nF auf die Impulsspitzenspannung von z. B. 500 V auf.
Die im Ladekondensator gespeicherte Energie gestattet dem Detektor im skizzierten Fall eine mittlere Zählfolge von 100 Impulsen/sec, von denen bei einer angenommenen fünffachen Bereichsüberlast- barkeit bis zum Zurückgehen der Anzeige nur 20 Impuls/sec benötigt werden, um Vollausschlag des Anzeigeinstrumentes zu erhalten. Bei dieser Arbeitsweise hat der Spannungswandler nur einen sehr geringen Stromverbrauch zirka 1 mA. Entsprechend ist der Spannungswandler auch in den Bereichen, die einen Vollausschlag des Anzeigeinstrumentes bei z. B. 200 Impulsen/sec und 2000 Impulsen/sec haben, ausgelegt. Dieses kann durch z. B. stufenweise Erhöhung der Sperrschwingerfrequenz geschehen.
Es kann aber auch kontinuierlich mit Hilfe der vom Detektor verbrauchten und auf den Sperrschwinger rückgekoppelten Impulse, proportional der verbrauchten Energie, erfolgen. Da in dem skizzierten Fall die Sättigung des Zählrohres, dessen Totzeit bei 100 uses liege, bei zirka 2500 Impulsen/sec einsetzt, was einer Do- sisleistung von zirka 0, 1 r/Std. entspricht, wird in dem nun folgenden Messbereich die Impulsfolgefrequenz des Sperrschwingers auf zirka 10 kHz erhöht. Gleichzeitig wird der Energieversorgungskondensator auf zirka 20 pF verkleinert, so dass das Zählrohr nur noch während der Dauer eines Spertschwingereinzel- impulses (zirka 15 usec) betriebsbereit ist.
Hiedurch hat sich der Messbereich auf 50 r/Std. erhöht, welcher Wert zirka 9 kHz mittlerer Impulsfolgefrequenz bei der Anzeige entspricht,
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Klwirkt.
Im Blockschaltbild Fig. 2 und dem zugehörigen Schaltbild nach Fig. 3 ist eine weitere Anordnung nach der Erfindung dargestellt. Da im Schaltbild die dem Fachmann geläufigen Schaltsymbole verwendet sind, kann auf eine nähere Beschreibung derjenigen Schaltungsteile verzichtet werden, die dem Fachmann bekannt sind.
Gegenüber Fig. 1 zeigen Fig. 2 und 3 noch einen weiteren Detektor, der als Sonde So ausgebildet ist.
Er kann vorzugsweise seine Energie aus dem Versorgungsteil W des nun als Grundgerät bezeichneten Teils erhalten, der der Fig. 1 entspricht. Desgleichen erfolgt die Weiterverarbeitung der von der Sonde abgegebenen Impulse im Grundgerät. Die Anzeige des Messergebnisses der Sonde erfolgt ebenfalls über das Messwerk des Grundgerätes. Hiezu sind vorzugsweise die einzelnen Skalenabschnitte der Umschaltskala, die unter dem Skalenfenster erscheinen, als Doppelskala, den verschiedenen Kalibrierungen des Grundgerätes und der Sonde entsprechend, ausgebildet und im allgemeinen verschieden beziffert und z. B. verschiedenfarbig ausgelegt.
Hiebei ist ferner vorzugsweise eine Skalenabdeckung vorgesehen, die durch die Umschaltung K. betätigt wird und, gekoppelt mit der Umschaltung der Grundgerät-Sonde, nur die jeweils dem eingeschalteten Detektor entsprechende Skala freigibt. Eine Anordnung nach Fig. 2 lässt wesentliche und vielseitige Erweiterungsmöglichkeiten des Anwendungsbereiches für den Gegenstand der Erfindung erkennen, z. B. durch Benutzung von mehreren, parallelgeschalteten Detektoren als Sonde. Ferner sieht eine weitere Ausgestaltung eine Kombination der mit Kl und K bezeichneten Kopplung vor, die durch bekannte mechanische Mittel erzielt wired und eineweitere Bedienungsvereinfachung ergibt.
Besonders vorteilhaft kann auch für die mit K bezeichnete UmschaltUng óin Relais. herangezogen werden.
Werden für die Umschaltung K drei oder mehrere Schaltstellungen vorgesehen, vor allem bei etwas grösseren transportablen Geräten, und für jeden Skalenabschnitt der Anzahl der Schaltstellungen K entsprechend Skalen benutzt, so ergeben sich weitere vorteilhafte Möglichkeiten.
Fig. 3 stellt den Stromlaufplan eines ausgeführten Gerätes nach der Erfindung dar. Die Schaltsegmente 9, 21, 31, 41, 50 sind mit der Umschaltskala des Anzeigeinstrumentes 33 antriebsmässig-gekoppelt und werden durch einen Bedienungsknopf so betätigt, dass bei Ruhestellung (Batterie ausgeschaltet) im Anzeigefenster eine unbezifferte Skala mit der Beschriftung"Aus"erscheint. In dieser Stellung kanngleichzei- tig der mechanische Nullpunkt des Instrumentes 33 justiert werden.
Beim folgenden Schaltschritt des Be. - reichsschalters erscheint unter dem Anzeigefenster eine Skala mit einer Justiermarke und der Beschriftung "Batteriespannungskontrolle". In dieser Schaltstellung misst das Anzeigeinstrument 33 mit seinen Vorwiderständen 34 und 26 die über den Justierwiderstand 19 an dem als monostabilen Multivibrator mit den Transistoren 6 und 16 geschalteten Impulsdehner anliegende Betriebsspannung der Batterie 22. Gleichzeitig liegt die Batteriespannung an dem Spannungswandler mit dem Transistor 46. Dieser erhält in bekannter Weise über den Spannungsteiler 48,49 eine geringe negative Spannung an der Basis, so dass er anschwingen kann.
Die in Verbindung mit dem Spartransformator 45 erzeugten Impulse haben an der sekundärseitigen Windung eine Spitzenspannung von 500 bis 800 V und sind negativ gerichtet. Sie werden nach Pas- sieren der in positiver Richtung hochsperrenden Siliciumdiode 44 durch die Glimm-Stabilisatoren 38, 39, 40 auf konstante Amplitude gebracht.
Da der durch das Schaltsegment 41 in den Schaltstellungen 2, 3, 4 den Stabilisatoren parallelgeschaltete Lade- und Formkondensator 43 nur etwa 10-30 pF hat, läuft nur ein geringer Gleichspannungsteil an 43 auf, so dass am Zählrohr 1 über den Wahlschalter 37 fast reine Impulsspannung liegt. Der Impulsoszil- lator hat eine Impulsfolgefrequenz von zirka 10 kHz, die sich durch den Regler 49 einstellen lässt.
Hiebei ist das durch die Systemeigenschaften gegebene Tastverhältnis zirka 1 : 6 bei einer Impulsbreite von zir-
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anordnung eine Erholungszeit (Recovery-Time) von zirka 80 uses. Bei reinem Gleichspannungsbetrieb liegt die maximal abgebbare Impulszahl der Schaltungsanordnung bei zirka 12 - 14 kHz, was einer Dosisleistung von zirka 80 r/Std. bei Ra-Strahlung entspricht. Hiebei ist der angezeigte Messbereich von 10 bis 80 r/Std. auf das letzte Skalenviertel des Anzeigeinstrumentes zusammengedrängt. Bei der benutzten Impulstastung liegt der Skalenausschlag bei 500 r/Std., und die Skala ist wesentlich linearer. Die Zählrohrimpulse gelangen über den Widerstand 3 an die Basis des Siliciumtransistors 6.
Der Widerstand 4 bewirkt eine zusätzliche Eingangsbedämpfung und Diskriminierung der Eingangsimpulse, so, dass nur Impulse mit einer gewissen Mindesthöhe den monostabilen Multivibrator mit den Teilen 4, 5, 6, 7,8, 9,10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 entsperren. Durch das Schaltzegment 9 werden In den einzelnen Messbereicheu die die Ausgangsimpulsbreite bestimmenden Kondensatoren 10, 11, 12, 13 zugeschaltet. Durch den
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Gegenkopplungswiderstand 5 lassen sich die Fertigungstoleranzen, die sich durch die Streuung der Einzelteile, vor allem von 1, 6,14, 16 ergeben, weitgehend verringern. Hiedurch und durch Anwendung von Siliciumtransistoren lässt sich über einen grossen Temperaturbereich eine sehr grosse Konstanz und Messgenauigkeit erreichen.
Die am Ausgangswiderstand 8 erscheinenden positiven, verstärkten und normierten Impulse passieren die Diode 7 und werden, den einzelnen Bereichen entsprechend, in den durch das Schaltsegment 31 betätigten, aus den Widerständen 27, 28, 29,30 und den Kondensatoren 24, 25, 32 bestehenden Gliedern integriert. Die an 24, 25, 32 anlaufenden Spannungen werden mit dem Anzeigesystem 34,33 gemessen und als Mass der am Zählrohr 1 herrschenden Dosisleistung auf den einzelnen, den Messbereichen entsprechenden Skalen kalibriert.
Wird der Detektorwahlschalter 37 entsprechend betätigt, so liegt die Hochspannung über die Steckverbindung 56,57 und ein nicht gezeichnetes Kabel an dem als Sonde ausgebildeten Detektorsystem 53, 54, 55. Gleichzeitig ist der Ladekondensator 58 von zirka 3 bis 5 nF den Stabilisatoren parallelgeschaltet.
Hiedurch erhält das Zählrohr 53, das z. B. ein wirksames Volumen von 6 cmS besitzt, die an 58 auflaufende Gleichspannung auch in den Schaltstellungen 2, 3, 4. Die von ihm abgegebenen Impulse gelangen über den Widerstand 2 an den Eingang der Impulsformerstufe und werden nach Weiterverarbeitung - wie vorgehend beschrieben-zur Anzeige gebracht. Zu diesem Zweck trägt jeder Skalenbereichsabschnitt neben einer Skala für das Zählrohr 1 eine andersfarbige und verschieden bezifferte Skala für das Zählrohr 53, wobei die nicht benötige Skala bei Betätigung des Schalters 37 durch eine Abdeckung verdeckt werden kann.
In den Schaltstellungen 5,6 hat die Strom Versorgungseinrichtung eine andere Betriebsweise: In diesem Fall schwingt der Sperrschwinger mit einer durch den Kondensator51 und den Widerstand 52bestimmten Festfrequenz von zirka 10 Hz. Die Hochspannungsimpulse laden nun den Kondensator 42, der eine Kapazität von 5 nF hat, auf die durch die Stabilisatoren 38,39, 40 gegebene Spannung auf. In diesem Fall arbeitet auch das Zählrohr 1 im Gleichspannungsbetrieb.
Da in den Bereichen 2,3, 4 der mittlere Stromverbrauch des Sperrschwingers zirka 14 - 16 mA aus einer 2, 5 V Batterie beträgt, stellt diese Betriebsweise in den Bereichen 5,6, bei der der mittlere Stromverbrauch 1 mA beträgt, bei gleicher Arbeitsweise der Zählrohre einen wesentlichen Vorteil dar. Infolge des allerdings geringen Ladungstranspones und des grossen Ladekondensators flackern die Stabilisatoren im 3etrieb mit 5-1QO Lichtblitzen pro Minute. Da die Stabilisatoren auch zur Beleuchtung der Skala benutzt werden, wird durch Betätigung eines als Drucktaste ausgebildeten Schalters 47 auch in den Bereichen 5 und 6 der Betriebsfall der Bereiche 2,3, 4 ermöglicht, wodurch eine ausreichende und ruhige Beleuchtung erfolgt.
Für besondere Anforderung kann durch die gleiche Drucktaste auch der Schalter 20 betätigt werden, wodurch eine normale Glühlampe mit allerdings höherem Stromverbrauch eingeschaltet wird.
Durch zweckmässige Bemessung der einzelnen bereichsbestimmenden Bauelemente konnten mit einer vorstehend beschriebenen Anordnung nach der Erfindung folgende Ergebnisse erzielt werden :
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<tb> Schalt-Messbereich <SEP> Messbereich <SEP> Gesamtstromstellung <SEP> Zählrohr <SEP> 1 <SEP> Zählrohr <SEP> 53 <SEP> verbrauch
<tb> 3 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 600 <SEP> r/Std. <SEP> 10-500 <SEP> r/Std. <SEP> zirka <SEP> 15 <SEP> mA
<tb> 4 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 6 <SEP> r/Std. <SEP> 1- <SEP> 50 <SEP> mr/Std. <SEP> zirka <SEP> 15 <SEP> mA
<tb> 5 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 100 <SEP> mr/Std. <SEP> 0, <SEP> 1- <SEP> 5 <SEP> mr/Std. <SEP> zirka <SEP> 2 <SEP> mA
<tb> 6 <SEP> 0, <SEP> 1- <SEP> 10 <SEP> mr/Std. <SEP> 5-500 <SEP> r/Std. <SEP> zirka <SEP> 2 <SEP> mA
<tb>
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SchaltungVolumen von 6 cm3 benutzt, so ergeben sich. folgende Werte :
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<tb>
<tb> Schaltstellung <SEP> Messbereich <SEP> Stromverbrauch
<tb> 3 <SEP> O. <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> 100 <SEP> r/Std. <SEP> 12mA
<tb> 4 <SEP> 10 <SEP> bis <SEP> 1000 <SEP> mr/Std. <SEP> 12mA <SEP>
<tb> 5 <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 50mr/Std. <SEP> 2mA <SEP>
<tb> 6 <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> SOOjur/Std. <SEP> 2mA <SEP>
<tb>
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Da es sich bei den benutzten Zählrohren um dieselbe Type handelt, wie sie in mehreren handelsüblichen Geräten mit einem oder zwei gleichzeitig eingebauten Zählrohren zur Erreichung der empfindlichen Messbereiche eingebaut sind, bei diesen aber nur 0, 5-500 mr/Std.
gemessen werden können, liegt der Vorteil der Anordnung nach der Erfindung auf der Hand, wird doch, abgesehen von andern wesentlichen Vorteilen, wie sie durch die eindeutige Ablesung, einfache Bedienung, hohe Genauigkeit bewirkt werden, der mit einem Zählrohr oder ähnlichem Detektor erfassbare Messbereich um mehr als 4 Zehnerpotenzen vergrössert.
Darüber hinaus lässt sich die an Hand der Fig. l, 2,3 beschriebene Anordnung gemäss der Erfindung auf kleinstem Raum kompakt und funktionssicher unterbringen : Ein erfindungsgemässes Taschengerät hatte bei den Abmessungen von zirka 14 X 9, 5 x 4, 3cm einGewichtim betriebsbereiten Zustand vonzirka 500 g.
Zusammenfassend weist ein Taschengerät nach der Erfindung die folgenden Vorteile auf : Einfache kompakte Bauweise bei geringem Aufwand, geringer Stromverbrauch in denhäufig benutzten empfindlichen Messbereichen, extrem geringer Ruhestromverbrauch, sehr grosser Messumfang mit einem einzigen Detektor, hohe Messgenauigkeit, extrem grosse Überlastbarkeit in den unempfindlichen Messbereichen, eindeutige Messwertablesbarkeit.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zum Nachweis oder zur Messung von radioaktiver bzw. elektromagnetischer Strahlung, welche impulsliefernde Detektoren besitzt, deren Impulse In den einzelnen Messbereichen in ihrer Dauer und mit jeweils verschiedener Zeitkonstante integriert werden, wobei die Energieversorgung der Detektoren mittels Spannungswandlern erfolgt, die wahlweise mit niedriger oder höherer Leistungsabgabe für sekundären Impulsspannungsbetrieb ausgelegt sind, wobei ferner einem jeden Messbereich durch mechanische Mittel eine eigene Anzeigeskala zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Messbereich die um-bzw. einschaltbaren Schaltungsmittel so ausgewählt bzw.
angeordnet sind, dass a) in den Messbereichen mit niedrigen von den Detektoren (D, So) gelieferten Impulszahlen (Impulsdichte), diese in der Impulsdauer gedehnt, mit entsprechend grosser Zeitkonstante integriert und auf jeweils einem Bereich zugehöriger eigener Skala (A) zur Anzeige gebracht werden, wobei gleichzeitig die Leistungsaufnahme des Spannungswandlers (V, W) auf das zum Betrieb der Detektoren (D, So) notwendige Mindestmass herabgesetzt ist, b) in den Bereichen mit höherer Impulszahl (Impulsdichte) die Einzelimpulsbreite sowie die Integra-
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lers (V, W) entsprechend heraufgesetzt wird und c) schliesslich in den Bereichen, in denen die durch die natürlichen oder technischen Eigenschaften der Detektoren (D, So) begrenzte, abgebbare Impulszahl ihr Maximum überschreiten würde,
diese nur noch in regelmässiger mehr oder weniger schneller Folge detektionsbereit gehalten werden, wobei gleichzeitig die von den Detektoren (D, So) gelieferten Impulse nach eventueller Dehnung weiterverarbeitet bzw. zur Anzeige gebracht werden.