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Verfahren zum Nachweis und zur Bestimmung von Fremdstoffen in Gasen
Zu9 Untersuchung der elektrischen Eigenschaften von gasförmigen Medien, d. h. Gasen
oder Dämpfen, die durch in ihnen vorhan dene Elektrizitätsträger bedingt sind, hat
man die Medien durch einen Kondensator geleitet und die Entladung des Kondensators
gemessen, die hierbei stattfindet. Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Lösung des
gleichen Problems besteht darin, in den Strom des gasförmigen Mediums einen Ladungsfänger
zu bringen, etwa in Gestalt eines Wattefilters, und die Aufladung zu messen, die
der Ladungsfänger dadurch erfährt, daß das Medium seine Ladung an ihn abgibt, Schließlich
hat man schon die Messung spezifischer Ionisierung verschiedener Stoffe etwa durch
ein Radiumpräparat für Untersuchungszwecke und insbesondere zur Bestimmung von Fremdstoffen
in Gasen benutzt. Bei den bekannten Anordnungen der letzteren Art war die radioaktive
Substanz auf einer von zwei Elektroden angebracht. Der zu untersuchende Gasstrom
wurde zwischen denElektroden hindur chgeieitet und der im Stromkreis der elektroden
infolge der im Gas strom vorhandenen Elektrizitätsträger fließende elektrische Strom
gemessen. Die bekannten Verfahren haben nur eine sehr geringe Empfindlichkeit. Insbesondere
ist nur clcum, n enn man radioaktive Stoffe wie Emanation enthaltendes Gas durch
einen Kondensator leitet, die KoEIldensatormeßanordnung empfindlich, was darauf
zurückzuführen ist, daß das radioaktive Gas eben durch seine radioaktiven Eigenschaften
stark ionisiert ist bzw. stark ionisiert wird. Das Problem, mit großer Empfindlichkeit
und Genaeigkeit die Bestinunung von Fremdstoffen in gasförmigen Medien, die nicht
radioaktiv sind, vorzunehmen, soll nach der Erfindungsidee in der Weise gelöst werden,
daß man vor der eigentlichen Meßkammer den Gasstrom und hauptsächlich die nachzuweisenden
Bestandteile mittels einer Beladungsvorrichtung elektrisch belädt und in an sich
bekannter Weise an die Elektroden eine so hohe Spannung anlegt, daß die Zählung
der Elektrizitätsträger durch Stoßionisation, etwa wie bei einem Geigerschen Zählrohr
oder Spitzenzähler, möglich ist. Die Spannung liegt knapp unterhalb der Grenze,
an der eine selbständigeEntladung einsetzt, und deren Stromkreis ist derart beschaffen,
daß die Entladung spontan wieder aussetzt, wenn nach einer vorübergebenden örtlichen
Erhöhung der Feldstärke durch einen in das Feld gebrachten Ladungsträger durch Ableiten
seiner Ladung die Feldstärke wieder herabgesetzt wird. Derartige Entladungseinrichtungen
nach Art eines Geiger-Müllerschen Zählrohres werden im allgemeinden zu Untersuchungen
von außerhalb der Meßkammer befindlichen Strahlungsquellen benutzt, die eine Ionisatiom
in der Meßkammer
bzw. im Zählrohr hervorrufen. Gegenüber den bekannten
Verfahren, bei denen die Ionisation in der Meßkammer erfolgt, wird bei den Verfahren
nach der Erfindung, bei welchem Idie Ionisation bzw. Beladung des Gasstroimes vor
seinem Eintritt in die Meßkammer erfolgt, der Vorteil einer besseren Durchführbarkeit
einer vollständigen Beladung unter Erfassung möglichst aller Teilchen erreicht.
Das zu untersuchende Medium wird während der Messung durch die Kammer hindurchgeleitet.
Zu diesem Zweck ist die Entladungskammer mit einer Gaseintritts-und seiner Gasaustrittsöffnung
versehen und so ausgebildet, daß in ihr eine möglichst laminare Strömung stattfindet.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Die Kammer I, 2, 3 gemäß Fig. 1 ist nach Art eines Geiger-Müllerschen Zählrohres
ausgebildet, unterscheidet sich jedoch von einem solchen dadurch, daß sie eine Gaseintrittsöffnung
I und eine Gasaustrittsöffnung 2 aufweist. Die Elektrolde 3 hat die Gestalt eines
Zylinders une träft im Innern als Gegenelektrode einen dünnen. Draht. Diese Drahtelektrode
ist mit einer halbisolierenden Schicht versehen, um die Spannungsgrenze des Einsatzes
der selbständigen Entladung möglichst hoch werden zu lassen. Wenn ein Ion vom Zähierfeld
erfaßt wird, so wird dieses derart beschleunigt, daß eine Trägerlawine entsteht,
deren Strom an einem Meßinstrument einen Ausschlag hervorzurufen vermag. Die Kammer
ermöglicht die Durchführung quantitativer Gasmessungen mit solchen Genauigkeit,
daß schon das Vorhandensein eines einzigen lons des Gases angezeigt wird. Die Empfindlichkeit
ist demnach weitaus höher als bei der spektroskopischen Untersuchung, die bisher
als jampfindlichste Meßmethode galt. Die Entladungen werden durch einen Lautsprecher
angezeigt, der an einen Verstärker 9 angeschlossen ist.
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Der Lautsprecher 8 könnte auch durch ein Zählwerk ersetzt werden.
Im Stromkreis der Elektroden 3 und 4 liegen der hochohmig Widerstand 7 und die Hochspannungsbatterie
5.
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Der Stromkreis der Meßkammer ist durch den variablen Kondensator 10
mit dem Verstärkerg kapazitiv gekoppelt. Vor dieser soeben beschriebenen Meßkammer
befindet sich nun die Vorrichtung, um den Gasstrom mit Ladungsträgevn zu versehen,
bevor er in die Meß-oldier Untersuchungskammer gelangt.
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Diese Einrichtung kann etwa durch eine Gasentladungsanordnung gebildet
sein. Gemäß Fig. I ist sie durch eine Elektronenentladungsanordnung mit der Anode
11 und der Glühkathode 12 gebildet, welch letztere durch einen HeiZtralNsformator
I3 geheizt wird. Die Elektronen, weiche von der Glühkathode 12 emittiert werden,
lagern sich an die Moleküle des zu untersuchenden Gases an, das durch die Öffnung
14 in die Einrichtung einströmt. Die Trägerbildung in dem zu untersuchenden Gas
könnte beispielsweise auch durch Bestrahlung mit kurzwelligem Licht older Röntgenstrahlen
verfolgen, auf thermischem Wege usw. Verwendet man kurzwelliges Licht, so wird der
Gaszuführungskanal oder Unters uchungskammer mit einem für kurzwelliges Licht durchlässigen
Eintrittsfenster versehen, durch das eine Quelle kurzwelligen Lichtes ihre Stralilen
sendet.
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Gegebenenfalls kann durch Anordnung einer zusätzlichen Entionisierungseinrichtung
in den Gasstrom vor der Beladungsvorrichtung erreicht werden, daß unerwünschte Ladungsträger
einer bestimmen Größenordnung, beispielsweise durch feinsten Staub oder Feuchtigkeit
entstandene Langevin- Ionen, abgefangen werden. Eine solche Anordnung zeigt Fig.
2. Das Wattefilter 15 soll hier den Gasstrom völlig von Ladungsträgern befreien.
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Sodann soll seine Aufladung in genau festlegbarer Weise durch die
Einrichtung 1, 12, 13 erfolgen. Gegebenenfalls kann das Entionisierungsfilter auch
zwischen Beladungs-und Meßvorrichtung eingeschaltet werden, dann nämlich, wenn es
so beschaffen ist, daß nur Ionen bestimmter Größenklasse aus dem Gasstrom entfernt
werden.
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Die Fig. 3 zeigt weniger schematisch eine Meßkammer, die aus einem
zylindrischen Ilohlkörper aus Hartgummi mit den Öffnungen I, 2 besteht. In ihm befinden
sich die Elektroden3, 4, von denen letztere an einem plattenförmigen Steg 16 aus
lsoliermaterial befestigt ist.
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PATENATANSPRÜCHE : I. Verfahren zum Nachweis und zur Bestimmung von
Fremdstoffen in Gasen durch Hindurchleiten des Gas stromes zwischen Elektroden und
Messung des im Stromkreis der Elektroden infolge der im Gasstrom vorhandenen Elektrizitätsträger
fließenden elektrischen Strolmles, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Beladung
des Gasstromes, und zwar hauptsächlich diejenige der nachzuweisenden Bestandteile,
volr der eigentlichen M'eßkamm er erfolgt und in an sich bekannter Weise an, die
Elektroden eine so hohe Spannung angelegt wird, daß die Zählung der Elektrizitätsträger
durch Stoßionisation, etwa wie bei einem Geigerschen Zählrohr oder Spitzenzähier,
möglich ist.