-
Die
Erfindung betrifft eine Zelle zum Messen der Radioaktivität einer
Flüssigkeit.
-
Spektrofotometrische
Zellen werden häufig benutzt,
um zum Beispiel die Uran- und Plutoniumkonzentrationen von radioaktiven
Flüssigkeiten
zu messen. Sie umfassen ein Optode genanntes Ende, das man in die
mit radioaktiven Elementen belastete Flüssigkeit eintaucht, ein Spektrofotometer,
das man in einer dem Operator zugänglichen Zone installiert und
das die Konzentrationen dieser Elemente misst und die Resultate
anzeigt, und eine optische Faser, die das Spektrometer mit der Optode
verbindet.
-
Eine
Optode wird generell durch einen Quarzzylinder gebildet, den zwei
parallele Zweige der optischen Faser durchqueren, die der Hinleitung und – dank Reflexion
auf dem Boden der Optode – Rückleitung
des Lichts dienen. Der Quarzzylinder hat einen Schlitz, der den
Rückleitungszweig
oder beide Zweige der optischen Faser über einen Teil ihrer Länge unterbricht;
diese Länge
wird "optische Strecke" genannt und dient
dem Sammeln der durch die radioaktiven Partikel der Flüssigkeit
emittierten Photonen zu Messzwecken. Die optische Strecke muss daher unbedingt
ganz in die zu messende Flüssigkeit
eingetaucht sein.
-
Die
Messungen bestehen bisher darin, die Optode in einen Prüfbecher
zu tauchen, der eine Probe der zu analysierenden Flüssigkeit
enthält,
was bestimmte Handhabungen voraussetzt. Vor jeder neuen Benutzung
sind weitere Handhabungen nötig, denn
die Optode muss gespült
und dann geeicht werden. Die Benutzung dieser spektrofotometrischen Geräte ist folglich
langsam und mühsam
und setzt Vorsichtsmaßnahmen
voraus, um Kontaminationen zu vermeiden.
-
Die
Patentschrift
DE 34 46 908 beschreibt eine
Beobachtungszelle für
Mikroorganismen in einer Flüssigkeit,
von der einige Realisierungen eine kleine Aushöhlung umfassen, hinter der
eine Beobachtungseinrichtung angeordnet ist, die gespült werden kann
mit einer geeigneten Flüssigkeit
aus einer entsprechenden Leitung, und andere Realisierungen eine
in die Flüssigkeit
eingetauchte optische Sonde umfassen. Keine dieser Realisierungen
umfasst eine zwischen einer Beobachtungsposition und einer Spülungsposition
drehbare Sonde.
-
Die
hier vorgeschlagene Messzelle, die weiter unten detailliert beschrieben
wird, hat die Hauptvorteile, sichere und schnelle Messungen direkt
in einer Flüssigkeit
zu ermöglichen,
ohne dem Kreis bzw. Rohr, in dem sie sich befindet, Proben entnehmen
zu müssen,
und ohne komplizierte Handhabungen. Insbesondere kann sie leicht
gespült
und gereinigt werden, obwohl sie normalerweise nicht zugänglich ist.
-
Die
zur Absicherung dieser Vorteile konkret gemachten Messungen haben
darin bestanden, die Optode am Ende einer Sonde anzuordnen und einen Teil
eines Abflussrohres der Messflüssigkeit
so durch die Zelle zu führen,
so dass die Optode in diesen Teil des Rohrs eingetaucht ist. Hinzugefügt wird
ein Spülrohr,
das an der Optode mündet
und ermöglicht,
sie bei Bedarf zu spülen.
Die Optode bleibt in der Zelle, kann aber entweder in Richtung Messflüssigkeit
oder in Richtung Spülflüssigkeit
ausgerichtet werden.
-
Resümierend
betrifft die Erfindung in ihrer allgemeinsten Form eine Zelle zur
Messung der Radioaktivität
einer Flüssigkeit,
die eine Sonde umfasst und Anspruch 1 entspricht.
-
Das
Eintauchen der Optode ist gewährleistet,
wenn man stromabwärts
von der Aushöhlung
einen Überlauf
vorsieht.
-
Es
folgt eine detailliertere Beschreibung, die ermöglicht, ihren Aufbau, ihre
Zwecke und Vorteile anhand ihrer bevorzugten Realisierung besser
zu begreifen, veranschaulicht in den folgenden Figuren:
-
die 1 zeigt
die Anordnung des erfindungsgemäßen Systems,
-
die 2 zeigt
die Sonde,
-
die 3 ist
eine Ansicht der Optode und eines angrenzenden Teilstücks des
Strömungskreises der
Flüssigkeit
im Längs-
und Vertikalschnitt des Kreises und der Sonde,
-
die 4 zeigt
denselben Teil der Erfindung im Horizontalschnitt,
-
die 5 entspricht
der 4, außer
dass die Sonde sich in der Spülposition
anstatt der Messposition befindet,
-
die 6 zeigt
dieselben Elemente im Querschnitt,
-
und
die 7 und 8 zeigen zwei Arten von Sonden.
-
Die
Messzelle der 1 umfasst eine Optode 1 als
aktives Element. Sie befindet sich am Ende einer in der 2 dargestellten
Sonde 2, die eine Schutzplatte 3 durchquert und
deren der Optode 1 entgegengesetztes Ende, das sich außerhalb
einer Einschließungszone 4 befindet,
einen Drehsteuerungsgriff 5 der Sonde 2 in einer
Schutzhülse 7 trägt, welche
die Schutzplatte 3 durchquert und als Sitz der Sonde 2 dient.
Ein Stift 6 ist in der Hülse 7 senkrecht zu
der Sonde 2 verschiebbar und kann in Löcher 8 eindringen,
die sie aufweist, um ihre Drehung zu blockieren, wobei es zwei diametral
entgegengesetzte Löcher gibt.
Nicht bezeichnete Dichtringe, eingeklemmt zwischen der Sonde 2 und
der Hülse 7,
halten die eventuelle Kontamination unter der Schutzplatte 3 in
der Einschließungszone 4 zurück.
-
Die
Optode 1 mündet
in einem Abflussrohr 9 der Flüssigkeit, deren Radioaktivität gemessen
werden soll. Es kann sich um einen Ableitungszweig einer größeren Leitung
handeln, in dem man nach Bedarf eine bestimmte Flüssigkeitsmenge
ableitet. Das Abflussrohr 9 mündet in einem Tank 10,
in den sich die Messflüssigkeit
ergießt,
aber sie könnte
sich auch fortsetzen und stromabwärts mit anderen Leitungszweigen
vereinigen.
-
Eine
Möglichkeit
des Aufbaus der Optode 1 ist in der 7 besser
veranschaulicht. Zwei Zweige 11 und 12 eines optischen
Wegs durchqueren einen Block 13 aus schwarzem Quarz (also
vollkommen opak). Ein nicht dargestellte Hülle aus nichtoxidierendem Stahl
umgibt die Optode 1 mit Ausnahme des weiter unten beschriebenen
Schlitzes 15, und schützt sie.
Optische Fasern 25 und 26 materialisieren die Zweige 11 und 12 und
sind auf ein Prisma 14 im unteren Teil des Blocks 13 gerichtet,
dessen Facetten das Licht aus dem einen Zweig 11 umlenken
in den anderen 12. Jedoch, während sich der Zweig 11 bis vor
das Prisma 14 erstreckt, ist der Zweig 12 durch einen
in den Block 13 eingearbeiteten Schlitz 15 von dem
Prisma getrennt. Die Messflüssigkeit
füllt diesen Schlitz 15,
und das Licht, das sie emittiert, wird durch den Zweig 12 aufgefangen
und durch ein in der 1 dargestelltes Spektrometer 16 gemessen,
und diese Messung wird durch ein nicht im Detail dargestelltes elektronisches
System 17 ausgewertet. Der Zweig 11 ist ein Hinwegzweig,
welcher der Eichung der Elektrode 1 dient und an eine Lichtquelle 18 angeschlossen
ist, die zwischen Messungen eine gut definierte Lichtintensität in die
radioaktive Flüssigkeit
sendet. Dieses Licht erreicht das Spektrometer 16, nachdem es
das Prisma 14, den Schlitz 15 und den Zweig 12 passiert
hat, der ein Rückwegzweig
ist. Das Spektrometer 16 und die Quelle 18 können durch
entsprechende Schalter gleichzeitig mit mehreren Optoden verbunden
werden, die unterschiedliche Messungen durchführen; eine davon ist dargestellt
und trägt
die Referenz 101; eine andere ebenso angeschlossene Optode 201 ist
inaktiv und dient nur der Eichung.
-
Eine
weitere Optode 1',
die sich tatsächlich von
der vorhergehenden nur wenig unterscheidet, kann unter denselben
Bedingungen verwendet werden; die 8 stellt
sie dar. Ihr Schlitz 15' ist
länger als
derjenige der Optode 1 und erstreckt sich auch vor dem
Hinwegzweig 11'.
Zudem wurde das Prisma 14 ersetzt durch einen konkaven
Spiegel 14 mit analogen reflektierenden Eigenschaften.
-
Man
betrachte die 3. Das Abflussrohr 9 ist
geneigt, um einen permanenten Abfluss der Flüssigkeit zu gewährleisten,
und ihr stromabwärtsseitige Öffnung ist
teilweise durch ein Schott 19 verschlossen, das oben offen
ist und folglich einen Oberlauf bildet. Die Flüssigkeit füllt das Ablaufrohr 9,
bis sie den oberen Rand des Schotts 19 erreicht, und ergießt sich
dann in den Tank 10. Jedoch ist an der Unterseite des Schotts 19 eine Öffnung 20 vorgesehen,
die den Zweck hat, zu garantieren, dass sich die Flüssigkeit
in dem Rohr 19 erneuert und nicht vor dem Schott stagniert,
was die Qualität
der Messungen beeinträchtigen
könnte.
-
Die
Optode 1 ist so in das Abflussrohr 9 eingetaucht,
dass ihr Schlitz 15 vollkommen von der Messflüssigkeit
umspült
wird.
-
Die 4 zeigt,
dass die Optode 1 in Wirklichkeit halb in einer semizylindrischen
Aushöhlung 21 sitzt,
vorgesehen in der Wand des Abflussrohrs 9, so dass immer
eine Seite der Flüssigkeitsströmung ausgesetzt
ist und eine Seite dieser Strömung
entgegengesetzt und der Oberfläche
der Aushöhlung 21 zugewandt
ist, von der sie durch ein Spiel 22 getrennt ist. Zudem
mündet
ein Spülrohr 23 in
der Aushöhlung 21.
Dieses Spülrohr
verbindet die Aushöhlung 21 mit nicht
im Detail dargestellten Spülflüssigkeitseinrichtungen 24,
die einen durch ein Ventil verschlossenen Tank für die Spülflüssigkeit umfassen können und sich über der
Schutzplatte 23 befinden, in der dem Operator zugänglichen
Zone.
-
Die
Messzelle kann sich immer nacheinander in einem Messzustand, einem
Spülzustand
und einem Eichzustand befinden. In diesem ist die Optode 1 angeordnet
wie dargestellt in den 3 und 4, wobei der
Schlitz 15 in Richtung Abflussrohr 9 gedreht ist
und die Messflüssigkeit
die Optode 1 bis auf Höhe
des oberen Rands des Überlaufschotts 19 umspült, einschließlich des
Spiels 22 und des entsprechenden Teils der Spülleitung 23.
Die Flüssigkeit füllt also
den Schlitz 15 und die Messungen werden wie üblich durchgeführt. In
dem Spülzustand
wird die Optode 1 gedreht, um den Schlitz 15 gegenüber der Wand
der Aushöhlung 21 anzuordnen,
wie dargestellt in den 5 und 6; sodann
wird Spülflüssigkeit
in das Spülrohr 23 eingespeist,
die dann durch Schwerkraft nach unten fließt – in dem Spiel 22 um die
Optode 1 herum in das Abflussrohr 9. Aufgrund der
stärkeren
Neigung des Spülrohrs 23 gegenüber dem
Abflussrohr 9 hat die Spülflüssigkeit eine höhere hydraulische
Energie als die Messflüssigkeit,
so dass sie diese aus der Umgebung der Optode 1 und dem Schlitz 15 verdrängt und
dabei auch Verunreinigungen wegwäscht,
die sich festsetzen konnten. Diese Spüloperation ist leicht durchzuführen, da
es genügt, die
Optode 1 zu drehen und ausreichend Spülflüssigkeit fließen zu lassen,
um die in das Spülrohr 23 eingedrungene
Messflüssigkeit
zu verdrängen,
ehe man mit der eigentlichen Spülung
beginnt. Es bedarf nur einer kurzen Unterbrechung der Messungen,
die anschließend
wieder aufgenommen werden können,
indem man den Schlitz 15 wieder in das Abflussrohr 9 dreht;
es genügt
dann, zu warten, bis neue Messflüssigkeit
die Spülflüssigkeit
verdrängt
hat. Da die Spülung
vor Ort durchgeführt
wird, ist sie problemlos und kann wiederholt werden, wenn es einen
Zweifel an der Qualität
der Messungen gibt; die Sonde 2 wird nur unter Ausnahmeumständen herausgezogen,
insbesondere um sie zu ersetzen.
-
Die
Eichungen der Sonde 2 können
vorteilhaft am Ende der Spülung
vorgenommen werden, ehe man sie wieder in den Messzustand versetzt. Dazu
bedient man sich der Lichtquelle 18, wie weiter oben erwähnt.