unngår å bruke meget avanserte og kostbare forsterkere og komponeriter. Dermed slipper man fra bl.a. problemer

Transkript

1 J NORGE (i?) [NO] [B] 02, UTLEGNINGSSKRIFT a» J& STYRET FOR DET INDUSTRIELLE RETTSVERN (5i) mt. ci.' G 01 R 19/00, G 01 T 1/29 (83) (21) Patentsøknad nr (86) Int. inngivelsesdag og Int. søknads nr. (22) Inngivelsesdag (24) Løpedag (62) Avdelt/utskilt fra søknad nr. (71)(73) Søker/Patenthaver SVERRE STRØM, Gjønnesvn. 20 C, 1340 Bekkestua, NO. (85) Videreløringsdag (41) Ålment tilgjengelig fra (44) Utlegningsdag (72) Oppfinnar Søkeren (74) Fullmektig (JO) Prioritetbogjært Ingen. (54) Oppfinnelsens benevnelse APPARAT FOR HALING AV IONEAKTIVITET FORARSAKET AV STRÅLING. (57) Sammendrag Apparat for måling av ekstremt små 1 i kestrømmer der man unngår å bruke meget avanserte og kostbare forsterkere og komponeriter. Dermed slipper man fra bl.a. problemer med fuktighetsabsorbsjon i forsterkerdelene samt lekkstrømmene i halvlederne, som er meget temperaturavhengige. Apparatet er karakterisert ved at man lar likestrømmen lade opp en kondensator i en fast tid, uten at en forsterker belaster kondensatoren i måletiden. Apparatet er karakterisert ved at bruken av en peakdetektor gjør at pre 111ng av relékontaktene blir uten betydn ing. Apparatet er karakterisert ved at peakdetektoren gjør det mulig for en ADC 5 fryse spenningen over kondensatoren i form av et binært tall før spenningen får ladet seg vesentlig ut. (56) Anførte publikasjonar BRD (DE) off.skrift nr , Britisk (GB) patentsøknad, publ. nr, ^7 BIN

2 Oppfinnelsen angår et apparat for måling av ioneaktivitet forårsaket av stråling, særlig bakgrunnsstråling, omfattende et ionekammer der den metalliske kammervegg er tilkoplet en høyspenning og den isolerte elektroden er koplet til en kondensator. Denne blir ladet opp av ionestrømmen i en gitt tid. Kondensatorspenningen avtastes periodisk ved en kontaktinnretning tilkoplet målekretser over en forsterker. De strømmer det er tale om fra elektroden til kondensatoren er mindre enn 0.01 pa r eller mindre enn den lekkstrøm man må regne med i de beste halvledere idag, i alle fall hvis temperaturen kommer opp i gr. celcius. Hvis man vil bruke halvledere til å måle ionestrømmen, vil lekkstrømmen måtte gå sammen med ionestrømmen man skal måle, og vanskeliggjøre målingen. I mange år har man målt disse små strømmer fra ionekammere ved hjelp av elektrometerrør, men dette krever stadig justering av katodens glødespenning, og man må bruke meget høyohmige motstander, f.eks Mohm. Idag lages disse rør nesten ikke. Moderne detektorer med halvledere bygget i USA må bruke disse høyohmige motstander, og i tillegg kommer 2-3 releer med meget gode isolasjonsegenskaper. Opptil 3 separate mostander må trimmes efter spesiell prosedyre for å få et ferdig produkt. Felles for de ovennevnte løsninger er at det kan ligge flere volt over den følsomme isolasjonen rundt elektroden, og lekkstrømmen i isolasjonen vil begrense hvor langt ned man kan måle. For å få ionestrømmen så stor som mulig, har man øket trykket i ionekammeret, og dette lager problemer når man med samme kammer skal måle sterk stråling, for da vil ionestrømmen ikke lenger være proporsjonal med strålingen, man får nemlig rekombinasjon av ionene i kammeret. Rekombinasjonen øker med kammertrykket og strålingen. Hovedhensikten med oppfinnelsen er et måleapparat av den innledningsvis nevnte type som ikke er beheftet med nevnte svakheter. Det er oppnådd ved at apparatet videre omfatter en belastningsmotstand for periodevis utladning av målekondensatoren (Cl) ved slutning av kontaktinnretningens kontakter (7,8), en spiss-spen-

3 ningsdetektor, og kretser for ah al og/digital-om forming, og at en jordtilkoplet guardring tjener som den positive elektrode, mens den metalliske kammerveggen danner den negative elektrode. Kondensatoren er ifølge oppfinnelsen tilknyttet en spiss-spenningsdetektor som holder på den målte spenning i en relativt lang tid, og en analog til digital omformer registrerer så spissspenningsdetektorens spenning. På denne måten vil ikke styre- eller lekkstrømmer forstyrre målingen, men man må bruke tid for hver måling. Ifølge oppfinnelsen vil spenningen over elektrodens isolasjon og dermed over kondensatoren minke proporsjonalt med ionestrømmen, og dette vil si at lékkstrømmene i isolasjonen og kondensatoren blir meget små. Derméd kan man måle så små ionestrømmer at man kan redusere trykket i kammeret vesentlig sammenliknet med hva som er vanlig for andre løsninger. Derméd kan man også måle kraftigere stråling enn'med andre apparater vi har kunnet sammenlikne méd, uten å få vesentlig rekombinasjon. Oppfinnelsen gjør at man ikke må bruke spesielt dyre eller krevende deler og komponenter, bortsett fra releet, som må ha meget gode isolasjonsegneskaper. Men ett rele er tilstrekkelig,. og ingen motstander må spesielt justeres. Apparatet egner seg særlig for måling av radonstråling. Apparatet sender sine målinger til datamaskiner direkte eller via modem eller brukes transportabelt med utlesning direkte på display. I figur 1 er vist et utførelseseksempel på et apparat oppfinnelsen: ifølge Et vanlig ionekammer beregnet for små ionestrømmer kan beskrives som vist i figuren, hvor det er tegnet et sylindrisk metallkammer (1) koplet til en negativ høyspenning i forhold til jord, og en aksial midtelektrode (2) isolert fra en guardring (3) med en isolasjon (4), og guardringen ført til jord, plus en isolasjon (5) mellom guardringen og kammeret. For måling av gammastråling fra den naturlige bakgrunnsstrålingen kan kammeret være fyllt med nitrogen eller argon av stort trykk. For momentan eller kontinuerlig måling av radonkonsentrasjonen i luft kan f.eks. et 10-liters ionekammer brukes, da med atmosfaretrykk i kammeret, slik at luften kommer inn i kammeret.

4 Mellom guardringen (3) og midtelektroden (2) settes en kondensator (6) med kapasitet Cl lik 200 pf. Kondensatoren må være av god kvalitet, f.eks. Styroflex, en vanlig forekommende type. Relekontakten (7) f må ha like god isolasjon som midtelektroden, men den kan f.eks. være festet mekanisk på denne. Den andre relekoritiakten (8) må ikke være spesielt godt isolert. Ionestrømmen fra kammeret vil lade opp kondensatoren (6). Efter en fast tid ti vil releet legge inn kontakten (8) og slutte kondensatoren (6) til forsterkeren (9). Denne har en inngangsmotstand på 5 Mohm og forsterker 1 x inverterende. For ionestrømmer néd til ca pa kan tiden ti være 120 sekunder. For større ionestrømmer kan tiden ti være 12 sekunder. Efter forsterkeren (9) er koplet en komparator (10) med en kondensator (11) med kapasitans C2= 0.1 uf. Denne kombinasjonen blir en peakdetektor. Idet releet (12) slutter kontaktene, vil spenningen over kondensatoren (6) lades ut efter noen hundre mikrosekunder. Men allerede efter de første us vil kondensatoren (11) ha fått den spenning som var over kondensator (6) da releet gikk inn, dog av motsatt polaritet. Peakdetektoren vil holde på spenningen i mange sekunder, men allerede efter noen millisékunder er analog/digital omforméren trigget og gjør om spenningen til et binært tall som kan lagres. Eventuelt kan man kople en peakdetektor nr. 2 efter den første, og la den første peakdetektor kan en mindre kondensator enn den andre. Dette kan gi en mer nøyaktig avlesning av spenningen over kondensator Cl. En nøyaktighet på bedre enn 5% synes realistisk for denne konstruksjonen. Hvis man ønsker en spenning ut, kan man sette en digital/analog omformer efter analog/digital omformeren. Vanligst lagres det binære tall i en hukommelse og behandles videre derfrå i u-prossessor eller datamaskin.

5 PATENTKRAV: 4 1. Apparat for måling av ioneaktivitet forårsaket av stråling, særlig bakgrunnstråling omfattende et ianekammer (1-5) der den metalliske kammervegg (1) er tilkoplet en høyspenning og en fra kammerveggen isolert elektrode (2) er tilkoplet en målekondensator (6), basert på tidsbestemt måling av den spenning som en strøm i pa-området ned til under 0.01 pa i ionekammeret (1-5) lader opp målekondensatoren (Cl) til, ved at målekondensatorens spenning periodisk avtastes ved en kontaktinnretning (7-8) tilkoplet målekretser (9,10,11...), som blant annet omfatter en forsterker, at målekretsene (9,10,11...) videre omfatter: en belastningsmotstand for periodevis utlading av målekondensatoren (Cl) ved slutning av kontaktinnretningens kontakter (7,8), en spissspenningsdetektor (10^11), og kretser (ADC,DAC) for analog/digital omforming,og at ionekammeret (1-5) omfatter en jordtilkoplet guardring (3) som tjener som den positive elektrode for kammerets påtrykte høyspenning, idet den negative elektrode på konvensjonell måte dannes av ionekammerts metalliske kammervegg (1). 2. Apparat som angitt i krav 1, at spenningen som målekondensatoren begrenset til mellom 0.1 og 1.0 V, (Cl) lades opp til er 3. Apparat som angitt i krav 1, at kretsene for analog/digital omforming omfatter en krets (DAC) for digital til analog omformimg for analog presentasjon og/eller likespenning på en apparatutgang. 4. Apparat som angitt i krav 1, at spissspenningsdetektoren (10,11) består av en eller eventuelt to kaskadekoplede holdekretser nøyaktighet. for å oppnå større

6 8 BIN FIGUR 1 Ovl