202001. lajstromszámú szabadalom • Ionizációs kamra aeroszolok és aeroszolokká alakítható légszennyezők mennyiségének meghatározására
1 HU 202001 B 2 A találmány tárgya ionizációs kamra aeroszolok és aeroszolokká alakítható légszennyezők mennyiségének meghatározására. Ismeretesek már ionizációs kamrák és ezekhez tartozó járulékos eszközök, amelyek alkalmazásával aeroszol légszennyezők mérése, jelzése biztosítható. Az ilyen mérések, illetve jelzések az úgynevezett ionizációs áram változásának mérésén, illetve jelzésén alapulnak. Az említett módszerekkel tulajdonképpen a tömegkoncentráció meghatározása az aeroszolrészecskék által abszorbeált radioaktív sugárzás csökkenésének mérésére épül. Az eddig előadottakból is megállapítható, hogy a légszennyezők mennyiségének meghatározásánál, illetve jelzésénél alkalmazott eszközök döntő része az ionizációs kamra. Az ionizációs kamrában egymással szemben lévő, megfelelő feszültségkülönbségen álló két elektród van. Az egyik elektródon helyezkedik el a megfelelő radioaktív sugárforrás - például alfa-sugárzó izotóp -, amely ionizálja a kamra légterét és a már említett feszültségkülönbség hatására a két elektród között mérhető áram, úgynevezett ionizációs áram folyik. Ezt az ionizációs áramot csökkentik a kamrán átvezetett levegőben lévő aeroszolrészecskék, amelyekkel az ionizált részecskék ütköznek és rekombinációs folyamatok játszódnak le. A légszennyező anyagok mérésénél és a mérésre szolgáló eszközökkel kapcsolatban fennálló érzékenységi követelmény, hogy az alkalmazott módszerrel, ületve műszerrel adott vizsgálati helyen megengedett maximális koncentráció 20%-a kimutatható legyen. Ez a követelmény, légszennyező anyagoktól függően, döntő többségében 1-10 mg/m3 koncentráció közötti érzékenységi igényt jelent. A vázolt érzékenységi igény kielégítése szükségessé teszi az ionizációs áram mérésén alapuló aeroszolmérő detektorok, műszerek érzékenységét fokozó lehetőségek vizsgálatát és azok megvalósítását. Az érzékenység, adott feltételek és aeroszolkoncentráció esetében az ionizációs áram relatív csökkenési arányának függvénye. Adott feltételek közt pedig az ionizációs áram csökkenése egyenes arányban áll az ionizált részecskék rekombinációjának arányával, amely adott aeroszolrészecske-szám jelenlétében az ionizált részecskék számával arányos. Az érzékenység növeléséhez a kamra légterében az ionizált részecskék növekvő számából eredő ionáram megfelelő növelését kell biztosítani. Az ionáram nagysága pedig a kamra elektródjaira kapcsolt feszültségnek, az elektródfelület nagyságának és a kamratérfogatának függvénye. A tápfeszültség növelése azonban ionizáltrészecskeszám-növekedést nem eredményez, hanem a térerő növekedése következtében csak egy konstans ionáram-növekedést fog eredményként biztosítani, tehát ezzel a kimutatási határ nem csökkenthető. A nagyobb tápfeszültség által létrehozott magasabb térerősségnél pedig a hőmérséklet és a légnedvesség zavaró hatása növekszik. Egy adott optimális térerősség alkalmazása mellett tehát lényegében az elektródfelület és a kamratérfogat hatékony növelésével érhető el az ionizált részecskék számának és az abból eredő érzékenységet javító ionáramnak a növekedése. Az elektródfelület optimális növelése az ionizált részecskék által szállított töltések befogásának arányát növeli meg. A kamratérfogat növelése pedig a légtérfogat növelésével az ionizált molekulák számát, ezáltal és az aeroszolrészecskék tartózkodási idejének megnövelésével az ütközések valószínűségének arányát növeli meg. A kamratérfogatot meghatározó méret a besugárzott tér, amely a sugárforrás aktivitásával, illetve térbeli elrendezésével növelhető. Ezen belül lényeges szerepe van az elektródok közötti távolságnak, amelynek megválasztása az alfa-sugárzás hatótávolsága mentén, az általa létrehozott fajlagos ionizáció mértékére vonatkozó, önmagában ismert Bragg-görbe alapján előnyös, amely szerint a fajlagos ionizáció mértéke a hatótávolság utolsó szakaszában a legnagyobb. Tehát a légtér ionizációja maximális, ha az elektródok közti távolság legalább akkora, mint az alfa-részecskék átlagos hatótávolsága a levegőben, amely energiájuktól függően 3-7 cm között van. Mivel a Bragg-görbe szerint az ionizáció mértéke a hatótávolság mentén változó, előnyös, ha a vizsgált aeroszoltartalmú levegő minden egyes térfogateleme a sugárzás teljes spektrumán áthalad. Számos ismert megoldás van aeroszoloknak, mint légszennyezőknek a meghatározására szolgáló ionizációs kamrákra. Az ismert ionizációs kamrák kialakításánál azonban általában csak az érzékelési célokat szolgáló elektronikára fordították a figyelmet és ezeknek a változataiban merülnek ki az Ismert ionizációs kamrákkal kapcsolatos berendezések. így például a HU 176 353 számú (magyar) szabadalmi leírás, a DE 3 049 153 számú (német szövetségi köztársaságbeli) nyilvánosságra hozatali irat ismertette megoldások is lényegében a berendezések elektronikus részleteivel foglalkoznak. Vannak olyan ismert ionizációs kamrák és ezekkel kapcsolatos berendezések, amelyek a Bragg-görbe figyelembevételén alapulnak, azonban rendkívül bonyolult megoldást jelentenek. Ilyen megoldás ismertetése található például a 113 810 számú német demokratikus köztársaságbeli szabadalmi leírásban. A most megjelölt NDK szabadalmi leírásból megismerhető kamrakonstrukciónál nincsenek megadva a kamra jellemző méretei, viszont a kamrával kapcsolatban alkalmazott elektródok két, különböző sugarú félgömbhéjak és a kisebb sugarú héj felületére van felvíve a radioaktív preparátum. A légbevezető nyílás a külső félgömbön van, a két elektród közti távolságként 2 cm-t adtak meg, míg az alkalmazott tápfeszültséget 30 V-ban jelölték meg. Az utóbb hivatkozott nyomtatványból megismerhető megoldás hátrányai, hogy a pA nagyságrendű ionáramok vezetésére szolgáló elektródfelületektől megkívánt felületminőség kialakítása - gyakorlatban történő biztosítása - a gömbhéjak esetében nehézkes, az egyenletesen ionizált tér kialakításához a radioaktív preparátumot egyedüeg kell felhordani az elektródfelületére, amely kényes műveletet nyitott izotópos munkahelyekre vonatkozó szigorú előírások mellett lehet elvégezni. Mivel az alfa-sugarak hatótávolsága levegőben 3-7 cm, így a 2 cm-es elektródtávolság esetén a Bragg-féle ionizációs jelenség előnyei nem tudnak teljes mértékben érvényesülni. A preparátumot hordozó elektróddal szemben belépő levegő, a kis elektródtávolság miatt lényegében azonnal az 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
