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Einrichtung zum Simulieren des Einflusses der Radioaktivität in der
Umgebung des Ortes einer angenommenen Atomexplosion auf Spür- oder Anzeigegeräte
für radioaktive Strahlung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur
Simulierung einer radioaktiven Verseuchung der bodennahen Atmosphäre infolge einer
Atomexplosion.
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Eine Einrichtung dieser Art gestattet, die Ausbreitung und örtliche
Verteilung der von einer unkontrollierten Atomexplosion erzeugten Radioaktivität
im Umkreis des Explosionszentrums mit Hilfe von kontrollierten elektromagnetischen
Wellen, z. B. Kurzwellen, nachzuahmen.
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Der direkte »Strahlungsblitz« der eigentlichen Atomexplosion mit seiner
ungeheuer starken y-Strahlungsintensität kann natürlich nicht simuliert werden;
dies ist aus naheliegenden Gründen auch gar nicht erforderlich, es interessiert
lediglich die Orts- und Zeitfunktion der nach komplizierten Gesetzen erfolgenden
Ausbreitung der durch die Atomexplosion bewirkten Radioaktivität. Da diese Radioaktivität
vor allem auf den Niederschlag von Spaltprodukten zurückzuführen ist, weist sie
in unmittelbarer Nähe des Explosionsortes sofort ein Intensitätsmaximum auf, das
vom Explosionsort entsprechend der Ausbreitungsgeschwindigkeit radial abwandert
und dem ein Abklingen der Intensität folgt.
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Bei bekannten Einrichtungen zur Nachahmung einer radioaktiven Verseuchung,
die vor allem zu Ausbildungs- und Übungszwecken dienen, befindet sich im angenommenen
Explosionszentrum ein Sender, welcher elektromagnetische Wellen mit einer geeigneten
Frequenz in Form von Impulsen oder als Träger mit überlagerten Knackgeräuschen,
vorzugsweise über eine Richtantenne, ausstrahlt. Das übende Personal, z. B. ein
Spürtrupp, ist mit Empfängern ausgerüstet, welche auf die Sendefrequenz abgestimmt
sind und die in Aussehen und Handhabung den bekannten Strahlenspürgeräten gleichen.
In ihrer einfachsten Form können die Empfänger lediglich als Feldstärkemesser ausgebildet
sein.
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Bei solchen bekannten Einrichtungen, die aus einem Sender und wenigstens
einem Empfänger für elektromagnetische Strahlung bestehen, muß die Intensität der
elektromagnetischen Strahlung vom Beginn der simulierten Atomexplosion an so verändert
werden, wie es dem zeitlichen Verlauf der Intensität einer radioaktiven Verseuchung
an einem bestimmten Ort, beispielsweise am Sendeort, entspricht. Diese bekannten
Einrichtungen besitzen den großen Nachteil, daß das Intensitätsmaximum der elektromagnetischen
Strahlung an allen Empfangsorten gleichzeitig auftritt. Da übende Personal kann
; daraus falsche Schlußfolgerungen ziehen, weil unmittelbar nach einer wirklichen
Atomexplosion in einigen Kilometern Entfernung vom Explosionsort gar keine Radioaktivität
vorhanden ist.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Simulieren des Einflusses der
Radioaktivität in der Umgebung des Ortes einer angenommenen Atomexplosion auf Spür-
oder Anzeigegeräte für radioaktive Strahlung, bei der die Radioaktivität durch von
einem am Ort der angenommenen Atomexplosion befindlichen Sender ausgesandte elektromagnetische
Wellen simuliert wird und als Simulatoren für die Spur- oder Anzeigegeräte Empfänger
für diese elektromagnetischen Wellen dienen, weist den bekannten Nachteil der erwähnten
Einrichtungen nicht auf. Die Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Sender mit einer Steuereinrichtung zum Aussenden einer Impulsfolge einstellbarer
Impulsfrequenz ausgerüstet ist, in der die Impulshöhe fortlaufend zwischen einem
Maximal- und einem Minimalwert mit einstellbarer Abhängigkeit der Impulshäufigkeit
von der Impulshöhe schwankt, und daß der Empfänger einen Schwellwertdiskriminator
enthält, der nur diejenigen Impulse an das mit dem Empfänger verbundene Anzeigegerät
weitergibt, deren Höhe am Ort des Empfängers einen vorgegebenen Wert überschreitet.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung wird an Hand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschema und F i g. 2 Impulsdiagramme.
In
der F i g. 1 sind ein Sender 1 und einige Empfänger 2 für elektromagnetische Wellen
dargestellt. Der Sender 1 weist neben - nicht gezeichneten -elektronischen Baugruppen,
die zum Betrieb eines Senders allgemein erforderlich sind, einen sieuerbaren Grundimpulsgenerator
3 und einen ebenfalls steuerbaren Spektralimpulsgenerator 4 auf. Die von den Impulsgeneratoren
3 und 4 gelieferten elektrischen Impulse werden in einer Mischstufe 5 multiplikativ
gemischt, über eine Trägerfrequenzsendestufe 6 einer Sendeantenne 7 zugeführt und
von dieser ausgestrahlt. Im Sender 1 oder auch außerhalb desselben ist eine
Kathodenstrahlröhre 8 angeordnet, die mit dem Spektralimpulsgenerator 4 oder alternativ
- wie dies durch die strichpunktierte Linie 9 angedeutet ist - mit dem Ausgang der
Mischstufe 5 in Verbindung steht.
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Jeder der Empfänger 2 enthält unter anderem einen Eingangsteil
10, dem die von einer Antenne 11 aufgenommenen Impulse zugeleitet werden.
Ein dem Eingangsteil 10 nachgeschalteter Schwellenwertdiskriminator 12 steht entweder
unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Integrationsgliedes 13, z.
B. eines R-C-Integrators, mit einem Anzeigeorgan 14 für die empfangenen und vom
Schwellenwertdiskriminator 12 durchgelassenen Impulse in Verbindung. An Stelle dieser
durch die Linie 15 angedeuteten Verbindung kann der Schwellenwertdiskriminator 12
auch mit einem Oszillator 16 verbunden sein, dessen veränderbare Frequenz
von einer dem Zeitintegral der vom Schwellenwertdiskriminator 12 durchgelassenen
Impulse entsprechenden Spannung abhängig ist. Zur Bildung dieses Zeitintegrals dient
beispielsweise das Integrationsglied 13, das in diesem Falle dem Oszillator 16 vorgeschaltet
wird.
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Dem Oszillator 16 kann ein Hilfsoszillator 17 mit einer der Frequenz
des Oszillators 16 benachbarten Eigenfrequenz so zugeordnet sein, daß sich die Ausgangsspannungen
beider Oszillatoren 16, 17 überlagern. Das Anzeigeorgan macht die eine Anzeige
bewirkenden Impulse auf optischem und/oder akustischem Wege erkennbar und zeigt
entweder Einzelimpulse oder eine mittlere Impulsrate oder beides gleichzeitig an.
Die Wirkungsweise und weitere Besonderheiten der Einrichtung ergeben sich aus den
folgenden Darlegungen, bei denen auch auf die F i g. 2 verwiesen wird.
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Durch die multiplikative Mischung einer vom Grundimpulsgenerator 3
abgegebenen Folge von sogenannten »Grundimpulsen« lt, von konstanter Amplitude und
relativ sehr kurzer Dauer (vgl. die F i g. 2) mit einer vom Spektralimpulsgenerator
4 erzeugten Folge von sogenannten Spektralimpulsen 1, von bedeutend längerer Dauer
und einem bestimmten zeitlichen Verlauf entstehen sogenannte Koinzidenzimpulse l,.
mit der Frequenz der Grundimpulse Ir, und mit dem- zeitlichen Verlauf der Spektralimpulse
1, proportionalen Amplituden. Die Spektralimpulse 1, beginnen zweckmäßig mit einem
Amplitudenmaximum und nehmen dann in Abhängigkeit von der Zeit rasch ab. Die so
erzielte Verteilung der Koinzidenzimpulse h. ist quasistatistisch und - bei passender
Wahl des Verhältnisses der Frequenz der Spektralimpulse 1,. einerseits sowie der
Grundimpulse lt, andererseits und ebenfalls bei geeigneter Wahl der Impulsbreite
der Spektralimpulse - nicht mehr als periodisch zu erkennen, wie dies in den Diagrammen
der F i g. 2 veranschaulicht ist.
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Die dargestellte Koinzidenzimpulsfolge 1, vermittelt den Eindruck
einer statistischen Impulsverteilung. Die Wahrscheinlichkeit, daß eine Koinzidenz
innerhalb des Amplitudenintervals von A bis A + dA eines SpektralimpuIses
[,stattfindet, ist dem zwischen beiden Amplituden vorhandenen Zeitelement dt proportional;
die Spektralimpulse 1, bestimmen daher das Amplitudendifferentialspektrum der Koinzidenzimpulse
h., die durch den impulsmodulierten elektromagnetischen Sender 1 über die vorzugsweise
als Richtantenne ausgebildete Sendeantenne 7 ausgestrahlt werden.
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Der Schwellenwertdiskriminator 12 der Empfänger 2 ist als »Ja-Nein«-Amplitudendiskriminator
ausgebildet. Er bewirkt, daß bei Zusammensetzung des Amplitudenspektrums des Senders
1 aus vielen Impulsen mit kleiner, jedoch die Diskriminatorschwelle übersteigender
Amplitude und nur wenigen mit großer Amplitude die simulierte Radioaktivität in
der Nähe der im Sendeort zu denkenden Explosionsstelle sehr stark erscheint. In
einer gewissen Entfernung jedoch erscheint die Radioaktivität infolge der bei der
Wellenausbreitung auftretenden Dämpfung, die den Wert der kleinen Amplituden unter
den Diskriminatorschwellenwert absenkt, sehr schwach. Enthält das Emissionsspektrum
viele Impulse mit großer und nur wenige mit kleiner Amplitude, dann wird die simulierte
Radioaktivität mit der Entfernung zwischen Sendeort und Meßort nur langsam abnehmen.
Durch entsprechende Gestaltung des zeitlichen Verlaufes der Spektralimpulse 1" die
durch die Steuerbarkeit des Impulsgenerators 4 ermöglicht ist, können somit alle
praktisch möglichen Fälle sowie auch kontinuierliche Übergänge des örtlichen Verlaufes
der radioaktiven Strahlungsintensität simuliert werden.
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Die zeitliche Abnahme der Radioaktivität wird durch eine entsprechende
Verkleinerung der vom Sender ausgesandten mittleren Impulsfrequenz nachgeahmt. Sowohl
der zeitliche Verlauf der Spektralimpulse 1, als auch die Verkleinerung der mittleren
Impulsfrequenz können automatisch oder auch von Hand gesteuert werden.
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Der Beginn einer simulierten Atomexplosion wird im allgemeinen durch
eine hohe mittlere Impulsfrequenz und durch ein Amplitudenspektrum nachgeahmt, das
viele schwache und nur wenige starke Impulse enthält, wogegen die mittlere Impulsfrequenz
nach einigen Stunden stark verkleinert und im Amplitudenspektrum die Anzahl der
Impulse mit großer Amplitude so erhöht wird, daß sie überwiegt.
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Gewöhnlich besitzen die Empfänger als Anzeigeorgan 14 ein Anzeigeinstrument,
dessen Ausschlag vom Mittelwert der je Zeiteinheit vom Empfänger verarbeiteten Impulszahl
abhängig ist. Bei sehr tiefen mittleren Impulsfrequenzen ist es dabei von Vorteil,
dem Anzeigegerät das Integrationsglied 13 vorzuschalten, das dabei zweckmäßig eine
große Zeitkonstante aufweist, oder zur Anzeige optische (z. B. eine Gasentladungsröhre,
die bei jedem Impuls kurz aufleuchtet) oder akustische Mittel heranzuziehen.
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Der für die Anwendung der hier beschriebenen Einrichtung interessierende
Aktivitätsmaßbereich variiert praktisch im Verhältnis von etwa 1 zu
10
000; auf Grund der verfügbaren Bandbreite kann aber die mittlere Impulsfrequenz
auf tausend Impulse je Sekunde begrenzt sein, so daß die minimale mittlere Impulsfrequenz
bis auf sechs Impulse je Minute reduziert werden müßte. Im Empfänger 2 nun eine
derart kleine Impulsfrequenz in ein wahrnehmbares Signal umzuwandeln würde jedoch
kein mit der Wirklichkeit übereinstimmendes Bild ergeben. In vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung sollen daher in den Empfängern selbst Radioaktivität simulierende
Impulse erzeugt werden, und zwar durch den im Empfänger 2 untergebrachten Oszillator
16, der dabei vorzugsweise in Kippschaltung ausgeführt ist und dessen Frequenz durch
eine von den Eingangsimpulsen des Empfängers im Diskriminator erzeugte und integrierte
Spannung bestimmt wird. Eine angenähert statistische Verteilung der von diesem Oszillator
abgegebenen Impulse kann dadurch erreicht werden, daß die vom Oszillator 16 erzeugte
periodische Impulsfolge durch den Hilfsoszillator 17 mit wenig verschiedener Frequenz
moduliert wird.
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In handelsüblichen Strahlenspürgeräten ist häufig als Eichvorrichtung
eine gewöhnlich durch einen Bleischirm geschützte radioaktive Quelle eingebaut.
Die Eichung eines Strahlenspürgerätes kann nun am Simulierempfänger 2 dadurch nachgeahmt
werden, daß-durch gleichartige Manipulationen dem Oszillator 16 eine entsprechende
Steuerspannung zugeführt wird, so däß dieser gerade mit jener Frequenz schwingt,
bei welcher der Zeiger des Anzeigeinstrumentes auf eine Eichmarke einspielt.
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Die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Koinzidenzimpulsen zwischen
zwei gegebenen Amplituden ist - wie bereits ewähnt - proportional der Zeit, während
welcher sich ein Spektralimpuls IS im Bereich der entsprechenden Amplituden der
Grundimpulse Ir, befindet. Spricht nun beim Grenzabstand (Sender-Empfänger) im Empfänger
eine gegebene Impulsamplitude eben noch an - z. B. A -, so sprechen dort auch sämtliche
größeren Impulsamplituden an. Die Wahrscheinlichkeit, daß sich solche Impulsamplituden
(> A) bilden, ist proportional der Abszisse t1 der entsprechenden Grenzamplitude
eines Spektralimpulses IS.
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Die örtliche Verteilung der simulierten Radioaktivität kann nun sehr
einfach qualitativ dargestellt werden. Es genügt nämlich, auf dem Bildschirm der
beim Sender 1 befindlichen und mit einem Koordinatennetz versehenen Kathodenstrahlröhre
8 ein stehendes Bild eines Spektralimpulses IS zu erzeugen. Der Einsatzpunkt des
Spektralimpulses IS auf der Abszissenachse (Zeitachse) wird dabei als der Nullpunkt
eines Koordinatensystems betrachtet, das den Amplituden aller Sendeimpulse 1, deren
Hüllkurve ein Spektralimpuls IS ist, ein Längenmaß (z. B. %
der Reichweite
des Senders) zuordnet, so daß also die Ordinaten des Koordinatennetzes den Abstand
Sender-Empfänger veranschaulichen, und das der Abszissenachse des Spektralimpulses
ein Aktivitätsmaß (z. B. % der am Sendeort herrschenden Maximalintensität)
zuschreibt, wobei die Länge des Abschnittes auf der eigentlichen Zeitachse zwischen
dem Spektralimpulseinsatzpunkt und dem darauffolgenden Punkt, bei dem die Amplitude
des Spektralimpulses wieder zu Null wird, der höchsten Dosisleistung, d. h. der
Maximalintensität der simulierten Aktivität entspricht. Die vorgesehene Impulsmodulation,
d. h. Unterdrückung der Trägerfrequenz zwischen den Impulsen, ergibt bei reduzierten
Abmessungen des Senders 1 eine sehr hohe Sendespitzenleistung; außerdem werden die
bei gleichzeitigem Betrieb mehrerer Sender entstehenden Interferenzerscheinungen
eliminiert.
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Die Wahl einer kurzweiligen Trägerfrequenz - etwa 10 m - ermöglicht
zudem die Simulierung des Windeinflusses durch eine Richtantenne von kleinen Abmessungen.
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Bei Verwendung einer Richtantenne, die bekanntlich ein keulenförmiges
Strahlungsfeld ergibt, gilt die auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 8 angezeigte
örtliche Verteilung der simulierten Radioaktivität naturgemäß nur für eine bestimmte
Richtung, vorzugsweise für die Hauptrichtung der Antennencharakteristik. Da die
Richtcharakteristik der Antenne jedoch gegeben ist, läßt sich in diesem Fall die
simulierte Radioaktivität unter Verwendung bekannter Hilfsmittel graphisch oder
rechnerisch für jeden beliebigen Empfangsort leicht ermitteln.
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Die in der beschriebenen Weise arbeitenden Empfänger 2 stimmen in
ihrem Aussehen mit den bekannten Strahlenspürgeräten zur Feststellung einer wirklichen
Radioaktivität überein; sie sind vorzugsweise transistorisiert und mit einer im
Empfängergehäuse eingebauten Ferritantenne ausgerüstet.
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Die hier beschriebene Einrichtung läßt sich auf Grund der offenbarten
Einzelheiten aus in der Elektronik bekannten Mitteln in verschiedenartigen Ausführungsformen
verwirklichen.