Kalibrieranlage

Anlage zum Kalibrieren und Eichen von Strahlungsmessgeräten

Die Ingenieurbedarf G. Schöne & W. Schreiber GmbH hat bereits zwei Anlagen zum Kalibrieren und Eichen von Strahlungsmessgeräten entworfen, konstruiert, gefertigt und in Betrieb genommen. Die Anlage besteht aus zwei Räumen samt Ausrüstung, einem Steuerraum für den Bediener und einem abgeschirmten Messraum. In Letzterem werden Strahlungsmessgeräte radioaktiver Strahlung verschiedener Strahlungsquellen bekannter Stärke ausgesetzt, so können diese Geräte kalibriert bzw. geeicht werden.

Eine solche Anlage erfordert die Einhaltung sehr hoher Sicherheitsstandards, da die Exposition von Menschen in radioaktive Strahlung auf jeden Fall verhindert werden muss. Wir haben hier verschiedene Komponenten selbst konstruiert und gefertigt sowie den Einbau der restlichen Komponenten koordiniert und überwacht.

Die Behälter, in denen die zum Betrieb der Kalibrieranlagen notwendigen Strahlungsquellen bzw. Prüfstrahler aufbewahrt werden, bestehen hauptsächlich aus edelstahlummanteltem Blei. Sie sind so konstruiert, dass die Strahlungsquellen, falls sie nicht betriebsbedingt vor dem geöffneten Kollimator des Behälters positioniert wurden, stets von einer mindestens 20 cm dicken Bleiabschirmung umgeben sind.

Im Inneren der Strahlereinheit befindet sich der sogenannte Quellenring, der Aussparungen zum Aufnehmen der Strahlungsquellen enthält. Eine dieser Aussparungen, per Definition Position 0, enthält eine Halogenlampe, deren Lichtkegel zum Ausrichten des Prüflings auf der Messbank genutzt werden kann. Der Quellenring ist von einem (Kal1) bzw. zwei (Kal2) Abschirmring(en) umgeben, die auf bestimmten Positionen den Bereich zwischen Kollimator und Quellenring freigeben, so dass sich die Strahlung ungehindert ausbreiten kann.

Die exakte Positionierung der Ringe erfolgt durch Elektromotoren, die selbstverriegelnde Malteser-kreuzgetriebe unterhalb der Strahlereinheit bewegen und von der Quellensteuerung angesteuert werden. Diverse Endschalter und Lichtschranken in der Antriebsmechanik werden dabei von der Quellensteuerung überwacht. Die Nullpositionen der Antriebe werden zusätzlich per Sensor (Micro Switch) von einer Sicherheitssteuerung überwacht, um einen sicheren Betrieb gemäß aktueller Maschinenrichtlinien zu gewährleisten.

Die Messbank der Kalibrieranlage ist entlang der Achse des vom Kollimator ausgehenden Strahlungskegel ausgerichtet und trägt den Probentisch, welcher direkt vor der Strahlereinheit positioniert ist. Der Probentisch lässt sich in zwei verschiedenen Geschwindigkeitsstufen millimetergenau bewegen. Die Steuerung erfolgt über das Steuerpult im Steuerraum entweder manuell per Taster oder automatisch auf eine vorher gewählte Position.

Neben dem zu kalibrierenden bzw. zu eichenden Prüfling, für dessen Befestigung ein jeweils passender Halter auf den Probentisch montiert wird, befinden sich zwei fest montierte Kameras auf dem Probentisch. Eine davon erlaubt, den Prüfling während der Messung vom Steuerraum aus zu beobachten, die andere ist auf das Maßband gerichtet und dient der Verifikation der genauen Position des Tisches bzw. der Kalibrierung der automatischen Tischpositionierung.

Ebenfalls von uns konstruiert und gebaut wurde die Mechanik des hydraulischen Verschlusssys-tems der Strahlereinheit. Der Einbau des Hydrauliksystems selbst wurde von einer Fachfirma in unserem Auftrag durchgeführt.

Der Sicherheitsverschlussstopfen ist ein 30 cm langer Kegelstumpf aus Blei, der den Kollimator der Strahlereinheit strahlungssicher verschließen kann. Der Antrieb erfolgt durch eine elektrisch gesteuerte Hydraulik, die sich alternativ auch manuell betreiben lässt. Zum Öffnen oder Schließen ist zuerst der obere Hebel an der Hydrauliksteuerung in die entsprechende Richtung zu stellen, danach wird mit dem grünen Taster „Ein“ gestartet. Durch Betätigen des roten Tasters „Aus“ kann der Vorgang jederzeit angehalten werden.

Im Falle eines Stromausfalls der Hydrauliksteuerung oder einer ähnlichen Störung kann im unteren Teil der Steuerung in der Nähe der Pumpe ein Hebelarm aufgesteckt werden, um damit den zur Bewegung des Stopfens notwendigen Öldruck durch manuelle Pumpbewegungen zu erzeugen. Die Richtung („Öffnen“ oder „Schließen“) wird dabei ebenfalls mit dem oberen Hebel mechanisch eingestellt. Damit ist gewährleistet, dass die Kollimator-Öffnung an der Strahlereinheit jederzeit und unter allen Bedingungen mit dem abschirmenden Bleistopfen verschlossen werden kann.

Die Ansteuerung der Strahlereinheit wurde ebenfalls von uns entworfen, gefertigt und installiert. Das Bedienpult erlaubt die Bedienung der Quellensteuerung und somit die Nutzung der Anlage durch den Bediener.

Der Zugang vom Steuerraum zum Messraum erfolgt über eine Sicherheitstür, die von einer Fachfirma entworfen und installiert wurde. Sie soll zusammen mit einem installiertem Video-Überwachungssystem gewährleisten, dass ein Bediener nur bei verschlossener Strahlereinheit und auf Sicherheitsposition gefahrenen Quellen den Messraum betreten kann. Aus diesem Grunde ist die Türsteuerung in der von uns entworfenen und gefertigten Sicherheitssteuerung eingebunden. Funktion und Aufbau dieser Sicherheitssteuerung wird im zweiten Teil der Beschreibung erläutert.

Sicherheitssteuerung der Kalibrieranlage

Die beiden Kalibrieranlagen Kal1 und Kal2 sind im Wesentlichen gleich aufgebaut. Innerhalb der Strahlereinheit aus in eine Edelstahlhülle montiertem Blei befinden sich verschiedene 137Cs-Strahlenquellen mit Aktivitäten von 3,7 MBq bis 44,4 TBq, sowie eine Halogenlampe. Die Strahlungsquellen lassen sich entsprechend der gewünschten Strahlungsintensität vorwählen und vor den als Kollimator ausgebildeten Strahlenaustritt drehen, so dass der Strahlaustrittskegel mittig entlang der Messbank ausgerichtet ist. Dadurch können Prüfobjekte in einem wohldefinierten Abstand zur Strahlenquelle gezielt bekannten Strahlendosen ausgesetzt und somit kalibriert bzw. geeicht werden. Die nicht benötigten Quellen sind durch die Konstruktion immer mit einer Bleiwandung von 190 mm abgeschirmt.

Befindet sich die Halogenlampe vor dem Kollimator, so befinden sich alle Quellen in einem gesicherten Zustand (Strahlungsquelle ist geschlossen). Um den Quellenring sind Abschirmringe angeordnet, die im sicheren Zustand den Quellenring zum Kollimator hin abschirmen. Die Quellen- und Abschirmringe werden mit Gleichstrommotoren und Malteserkreuzgetrieben bewegt.

Beim Umgang mit hochradioaktiven Stoffen müssen entsprechend hohe Sicherheitsstandards gelten/ eingehalten werden. Deswegen wurden beide Kalibrieranlagen mit einer Siemens-Sicherheitssteuerung ausgestattet, die dem Stand der Technik bezüglich der aktuellen Maschinenrichtlinie entspricht.

Hauptaufgabe der Sicherheitssteuerung ist zu verhindern, dass ein Mensch, der für ihn höchst gefährlichen radioaktiven Strahlung ausgesetzt werden könnte. Da die Bedienung der Anlage in einem vom Messraum abgeschirmten separaten Bedienraum erfolgt, muss die Steuerung einerseits garantieren, dass während einer Messung mit radioaktiver Strahlung die abschirmende Sicherheitstür zwischen beiden Räumen stets geschlossen ist. Andererseits muss der Bediener zum Bestücken der Messbank zwischenzeitlich den Messraum betreten können.

Auf der Messbank vor dem Abschirmungsbehälter wird der jeweilige Prüfling auf dem Probentisch fixiert, er kann dabei im Lichtkegel der Halogenlampe ausgerichtet werden. Der Bediener erledigt diese Tätigkeit bei sicher abgeschirmten Quellen und verlässt anschließend den Messraum. Nach dem Schließen der Sicherheitstür wird der Kalibriervorgang von der sicheren Position im Steuerraum aus gestartet. Die Entfernung zwischen der Prüflingsposition und der Strahlungsquelle wird mit einer elektrisch angetrieben Lineareinheit eingestellt, sie kann danach per Videoübertragung einer Millimetermarkierung auf der Messbank aus dem Messraum im Steuerraum abgelesen und verifiziert werden. Nach Abschluss der Kalibrierung wird die Quelle geschlossen. Der Bediener kann anschließend die Sicherheitstür wieder öffnen und den Prüfling tauschen.

Die Steuerung muss definitiv ausschließen, dass während einer solchen Phase eine der Quellen geöffnet und der Bediener somit Strahlung ausgesetzt werden kann. Damit die Anlage in den Betriebszustand übergehen kann, in dem sich die Quellen öffnen lassen, müssen zunächst verschiedene Voraussetzungen erfüllt sein:

• Keine Person darf sich im Messraum aufhalten („Bewegungsmelder Ok“)
• Die Brandmeldeanlage darf kein Feuer detektieren („BMA Ok“)
• Im Messraum darf keine Strahlung gemessen werden („Gammapegel Ok“; für Kal1 zusätzlich „Neutronenpegel Ok“)
• Der/die Abschirmring(e) in der Strahlereinheit müssen geschlossen sein (Kal2: „Abschirmring 1 geschlossen“ & „Abschirmring 2  geschlossen“; Kal1:  „Abschirmring 1  geschlossen“)
• Die Quellensteuerung muss funktionieren („Steuerung bereit“)
• Der Quellenring muss geschlossen sein („Quellenring geschlossen“)
• Die Schutztür muss geschlossen sein („Schutztor geschlossen“)
• Das Untermenü „Lagerboden“ muss grün unterlegt sein:
• Lagerbodentür ist geschlossen („Tür zu“) und verriegelt („Tür zugehalten“)
• Einbruchmeldeanlage meldet keine Bewegungen auf dem Lagerboden („EMA scharf“)

Die Kalibrieranlagen erfüllen all diese Anforderungen in vollem Umfang. Sprechen Sie uns an!