CH668320A5

CH668320A5 - Analytical material for dosimetry of ionizing radiation.

Info

Publication number: CH668320A5
Application number: CH293485A
Authority: CH
Inventors: Dieter Plaschnick; Guenter Knabe; Dieter Lehmann; Bernd Dr Ihme; Helmut Dr Dorschner; Adolf Dr Heger; Manfred Prof Dr Raetzsch
Original assignee: Wolfen Filmfab Veb
Priority date: 1984-07-26
Filing date: 1985-07-05
Publication date: 1988-12-15
Also published as: GB2165130A; DD226394B1; FR2568379A1; GB8518878D0; GB2165130B; DD226394A1; DE3523873A1

Description

668 320 668 320

2 2nd

PATENTANSPRUCH Analytisches Material zur Dosimetrie ionisierender Strahlen auf der Basis von Polymerfolien, gekennzeichnet dadurch, dass es aus Polyethyleiiterephthalatfolien mit einer Dichte von 1,393 bis 1,397 g/cm3, einer Folienstärke von 99 ± 1 nm> einer Zugfestigkeit von 200 ± 10 N/mm2, einer Dehnung von 100 ± 10%, einer Kristallinität von 55 ±1,5% und einer Thermo-schrumpfung < 1,5% besteht. PATENT CLAIM Analytical material for dosimetry of ionizing radiation based on polymer films, characterized in that it consists of polyethylene terephthalate films with a density of 1.393 to 1.397 g / cm3, a film thickness of 99 ± 1 nm> a tensile strength of 200 ± 10 N / mm2, one Elongation of 100 ± 10%, a crystallinity of 55 ± 1.5% and a thermal shrinkage <1.5%.

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung betrifft ein analytisches Material auf der Basis von Polymerfolien zur Dosimetrie ionisierender Strahlen. The invention relates to an analytical material based on polymer films for dosimetry of ionizing radiation.

In den letzten Jahren ist ein deutlicher Anstieg der Enwick-lung und Anwendung von Elektronenbeschleunigern, Röntgen-und Gammabestrahlungsanlage festzustellen. In mannigfaltigen Applikationsformen finden diese Anlagen in Produktion und Forschung Anwendung. Die strahlenchemische Behandlung von Produkten unterschiedlicher Spezies bietet aufgrund der deutlichen Qualitätsgewinne, die vielfach ohne schädliche Abprodukte erreicht werden, enorme Vorteile, die ausserdem meist nur nach diesem Verfahrensweg erreicht werden können. Die Herausbildung der vorteilhaften Eigenschaften und deren ständige reproduzierbare Einstellung setzt die Kenntnis der Energiedosis und deren Verteilung, bzw. neben dieser Information deren ständige Kontrolle in kontinuierlichen Produktionsprozessen voraus. Kann man heute feststellen, dass die konstruktiven Voraussetzungen von leistungsfähigen Bestrahlungsanlagen geschaffen wurden, also die Verfahrensweise einer modernen Strahlentechnologie vorliegt, so ist das wichtige Feld der mess-technischen Probleme, also die zuverlässige Strahlendosimetrie nur unzulänglich entwickelt. In recent years there has been a significant increase in the development and application of electron accelerators, X-ray and gamma radiation systems. These systems are used in a variety of application forms in production and research. The radiation-chemical treatment of products of different species offers enormous advantages due to the clear quality gains, which are often achieved without harmful waste products, which, moreover, can usually only be achieved using this method. The development of the advantageous properties and their constant, reproducible adjustment requires knowledge of the energy dose and its distribution, or, in addition to this information, its constant control in continuous production processes. If one can ascertain today that the constructive preconditions of high-performance radiation systems have been created, i.e. that the procedure of a modern radiation technology is available, then the important field of measurement-technical problems, that is, reliable radiation dosimetry, is insufficiently developed.

Bei den wenigen hierzu bekannten Analysenmaterialien werden zumeist unterschiedlichste Polymerfolien verwendet, die auch Farbstoffe beinhalten können [Kaindl, K. u. Graul, E. H-«Strahlenchemie-Grundlagentechnik und Anwendung» Hüthig-Verlag Heidelberg 1967; Boag. J.W. Radiation Res. 9 (1958), 559]. Durch die Entwicklung z.B. vom Elektronenstrahlen wird das Farbstoffmolekül zerstört, so dass der Verlust an Farbstoffdichte Aussägen über die Strahlendosis erlaubt (CH-PS 491 394, DD-PS 124 082). Solche Materialien wurden z.B. unter Verwendung des Farbstoffes Dimethoxydiphenyl-bis-azo-8-amino--l-naphthol-5,7-disulfosäure und des Polymeren Celluloseacetat hergestellt [Faterpaker, S.A., Patiiis S.P. Angew, Markomol. Chcm. 90 (1980), 69-81], In the few analytical materials known for this purpose, the most varied of polymer foils are used, which can also contain dyes [Kaindl, K. u. Graul, E. H- “Radiation chemistry basic technology and application” Hüthig-Verlag Heidelberg 1967; Boag. J.W. Radiation Res. 9 (1958), 559]. Through the development e.g. The dye molecule is destroyed by the electron beam, so that the loss of dye density allows information about the radiation dose (CH-PS 491 394, DD-PS 124 082). Such materials have e.g. prepared using the dye dimethoxydiphenyl-bis-azo-8-amino-1-naphthol-5,7-disulfonic acid and the polymer cellulose acetate [Faterpaker, S.A., Patiiis S.P. Angew, Markomol. Chcm. 90 (1980) 69-81],

Die Uneinheitlichkeit der Farbstöffverteilung im Polymeren und die unzureichenden physikalischen Eigenschaften dieser Folien liessen keine breite Anwendung zu. Höhere Strahlendosen konnten nicht vermessen werden, da die hierbei einsetzende Schädigung der Folie zur Unbrauchbarkeit führte. The non-uniformity of the dye distribution in the polymer and the inadequate physical properties of these films did not allow for widespread use. Higher radiation doses could not be measured, since the damage to the film caused by this led to the unusability.

Weiterhin wurden Cellulöseacetatfolien beschrieben, die keine Farbstoffe beinhalten. Ihre Eigenschaften sind so beschaffen, dass sie für höhere Bestrahlungsdosen, z.B. beim Einsatz an Beschleunigern hoher Leistung, nicht befriedigen. So verändern diese Folien deutlich ihre Geometrie, und die Strahlenbelastung zerstört das Polymergefüge, woraus leicht brüchige und damit unbrauchbare Folien resultieren. Diese deutliche Ver-sprödung sollte durch Verwendung von Polyethylenfolien vermieden werden [Grünewald, Th. Rumpf, G. Atompraxis 11 (1965) 2, 95-98; Kügler, I. u.a. Atomenergie 4 (1959) 1, 23]. Cellulose acetate films which do not contain any dyes have also been described. Their properties are such that they are suitable for higher radiation doses, e.g. when using accelerators with high performance, do not satisfy. These films change their geometry significantly, and the radiation exposure destroys the polymer structure, which results in slightly brittle and therefore unusable films. This clear embrittlement should be avoided by using polyethylene foils [Grünewald, Th. Rumpf, G. Atompraxis 11 (1965) 2, 95-98; Kügler, I. et al. Atomic Energy 4 (1959) 1, 23].

Aber auch diese Folien sind für sehr hohe Bestrahlungsdosen nicht zu verwenden. Ausserdem besitzen diese Folien eine ungenügende Oberflächenhärte, wodurch beim Messvorgang mechanische Beschädigungen auftreten können. Andere Dosi-meterfolien können nicht bei Tageslicht verwendet werden, da sonst eine vorzeitige Zerstörung bzw. Aktivierung des Nachweisagens eintreten würde, eine Handhabungsforderung, die einem universellen Einsatz entgegensteht. Auf dieser Grundlage werden z.B. Dosimeterfolien aus Polyamid hergestellt, die als farbgebende Substanz radiöchrome Aminotriphenylderivate beinhalten (DD-PS 125 045). Neben den bereits beschriebenen Nachteilen ist eine Anwendung nur im Bereich von 0 bis 300 kGy möglich. Ein weiterer Nachteil der meisten bisher bekannten Folien ist ihre zu hohe Feuchteempfindlichkeit, wodurch durch die ablaufenden Quellprozesse Veränderungen in der Geometrie und damit in der Messgenauigkeit resultieren. However, these foils cannot be used for very high radiation doses either. In addition, these foils have an insufficient surface hardness, which can result in mechanical damage during the measuring process. Other dosimeter foils cannot be used in daylight, as this would lead to premature destruction or activation of the detection agent, a handling requirement that stands in the way of universal use. On this basis, e.g. Dosimeter films made of polyamide, which contain radiochromic aminotriphenyl derivatives as the colorant (DD-PS 125 045). In addition to the disadvantages already described, use is only possible in the range from 0 to 300 kGy. Another disadvantage of most of the films known to date is their too high sensitivity to moisture, which results in changes in the geometry and thus in the measurement accuracy as a result of the swelling processes taking place.

In der US-PS 3 450 878 ist ein Dosimetrieverfahren beschrieben, bei dem die Dosismessung durch Ermittlung von Viskositätsänderungen bestrahlter Polyesterfolien und Vergleich mit einer Eichkurve erfolgt. Nachteilig bei diesem analytischen Element ist der mit der Viskositätsbestimmung verbundene erhebliche Arbeitsaufwand und die mit einem relativ grossen Fehler behaftete Viskositätsmessung bestrahlter Polyesterfolien; da unter dem Einfluss energiereicher Strahlung neben dem Kettenabbau des polymeren Grundkörpers die Bildung funktioneller Gruppen stattfindet, die zu inter- bzw. intramolekularen Wechselwirkungen befähigt sind und dadurch den Viskositätswert Undefiniert beeinflussen können. US Pat. No. 3,450,878 describes a dosimetry method in which the dose is measured by determining changes in viscosity of irradiated polyester films and comparing them with a calibration curve. A disadvantage of this analytical element is the considerable amount of work involved in determining the viscosity and the viscosity measurement of irradiated polyester films, which has a relatively large error; since under the influence of high-energy radiation, in addition to the chain degradation of the polymeric base body, the formation of functional groups takes place which are capable of intermolecular or intramolecular interactions and can therefore have an undefined influence on the viscosity value.

Damit ist zur Zeit weltweit der Stand erreicht, dass bei deutlichen Steigerungsraten beim Bau und der Anwendung von Bestrahlungsanlagen hoher Leistung für höhere Bestrahlungsdosi-meter wenig brauchbare Foliendosimeter aus Mangel an geeigneten analytischen Elementen zur Verfügung stehen. At the moment, the status has been reached worldwide that, with significant increases in the construction and use of high-performance radiation systems for higher radiation dosimeters, film dosimeters that are of little use are available due to a lack of suitable analytical elements.

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von geeigneten analytischen Materialien für die Dosimetrie von Elektronen- und Beta- sowie Röntgen- und Gammastrahlung bis zu Energiedosen von 2500 kGy. The aim of the invention is to provide suitable analytical materials for the dosimetry of electron and beta as well as X-ray and gamma radiation up to energy doses of 2500 kGy.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung von Dosimeterfolien für die Dosimetrie an Bestrahlungsanlagen, wobei diese Folien über das breite Feld der unterschiedlichsten Energiebeträge anwendbar sein und bei den Messvorgängen ihre Geometrie, ihre visuelle Transparenz und ihre guten physikalisch-mechanischen Eigenschaften beibehalten sollen. The object of the invention is to develop dosimeter foils for dosimetry in radiation systems, these foils being applicable over the broad field of the most varied amounts of energy and being intended to maintain their geometry, their visual transparency and their good physical-mechanical properties during the measuring processes.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass analytisches Material zur Dosimetrie ionisierender Strahlen auf der Basis von Polymerfolien aus Polyethylenterephthalatfolien mit einer Dichte von 1,393 bis 1,397 g/cm3, einer Folienstärke von 99 ± 1 um, einer Zugfestigkeit von 200 ± 10 N/mm2, According to the invention, the object is achieved in that analytical material for dosimetry of ionizing radiation based on polymer films made of polyethylene terephthalate films with a density of 1.393 to 1.397 g / cm3, a film thickness of 99 ± 1 µm, a tensile strength of 200 ± 10 N / mm2,

einer Dehnung von 100 ± 10%, einer Kristallinität von 55 ± 1,5% und einer Thermoschrumpfung < 1,5% besteht. Diese Folien können in einem bisher nicht zugänglichen Messbereich von 0 bis 2500 kGy eingesetzt werden. Hierbei verlieren diese Folien nicht ihre visuelle Transparenz, und ihre Geometrie bleibt unverändert. Dieser Vorteil der guten Geometriestabilität bleibt auch bei unterschiedlichen Luftfeuchten und Temperaturen erhalten. an elongation of 100 ± 10%, a crystallinity of 55 ± 1.5% and a thermal shrinkage <1.5%. These foils can be used in a measuring range from 0 to 2500 kGy that was previously inaccessible. These films do not lose their visual transparency and their geometry remains unchanged. This advantage of good geometry stability is maintained even at different air humidity and temperature.

Damit gibt es keine wesentlichen einschränkenden Bedingungen bei der Anwendung. Weitere Vorteile liegen in der sehr guten Oberflächenfestigkeit, wodurch ein Verschrammen durch mechanische Einflüsse unterbunden wird. Selbst bei dem bisher mit Dosimeterfolien nicht auswertbaren Bereich von 300 bis 2500 kGy bleiben die beschriebenen Vorteile erhalten. This means that there are no significant restrictive conditions for use. Other advantages are the very good surface strength, which prevents scratching due to mechanical influences. Even with the range of 300 to 2500 kGy that has not been evaluable with dosimeter foils up to now, the advantages described are retained.

Überraschend ist auch, dass die nach dem strengen technologischen und chemischen Regime hergestellten Folien ihre guten physikalisch-mechanischen Kennwerte weitgehend beibehalten und nicht durch die Strahlenbelastung brüchig werden. Auswertbar werden die Folien durch Veränderung ihrer Durchlässigkeit, die vorteilhaft bei 340 nm gemessen wird. It is also surprising that the films manufactured according to the strict technological and chemical regime largely retain their good physical-mechanical characteristics and do not become brittle due to the radiation exposure. The films can be evaluated by changing their permeability, which is advantageously measured at 340 nm.

Unerwartet ist auch, dass die erhaltenen Veränderungen in der Durchlässigkeit der Folien, als Ergebnis der Bestrahlung, . bei unterschiedlichsten klimatischen Bedingungen konstant bleiben und keine zeitabhängige Verschiebung der Messwerte eintritt. It is also unexpected that the changes obtained in the permeability of the films, as a result of the radiation,. remain constant in a wide variety of climatic conditions and there is no time-dependent shift in the measured values.

Damit ist eine problemlose Auswertung auch nach unter5 This makes a problem-free evaluation even after less than 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

.55 .55

60 60

65 65

3 3rd

668 320 668 320

schiedlichsten Zeiten möglich. Diese Folien sind problemlos archivierbar und zeigen auch nach Monaten unveränderte Messwerte, ein erheblicher Vorteil bei Produktionsprozessen und Messungen, die über grössere Zeiträume verlaufen. Weitere Vorteile bestehen darin, dass auch bei den hohen Strahlendosen keine Abbauprodukte gebildet werden, z.B. zur Verschmutzung der Folie und damit zur Beeinflussung der Auswertung führen. Ein weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemässen Folien besteht in ihrer universellen Auswertbarkeit an den unterschiedlichsten Fotometern, bedingt durch die Messwellenlänge und die problemlose Aufbereitung der Messproben z.B. durch Schneiden. different times possible. These foils can be archived without any problems and show unchanged measured values even after months, a considerable advantage in production processes and measurements that take longer periods. Further advantages are that no degradation products are formed even with the high radiation doses, e.g. lead to contamination of the film and thus influence the evaluation. Another important advantage of the films according to the invention is their universal evaluability on a wide variety of photometers, due to the measurement wavelength and the problem-free preparation of the measurement samples, e.g. by cutting.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with the aid of examples.

Beispiel 1 example 1

Es wird eine Polyethylenterephthalatfolie hergestellt, deren physikalische Parameter in Tabelle 1 angegeben sind. A polyethylene terephthalate film is produced, the physical parameters of which are given in Table 1.

Parameter parameter

Wert value

Dichte g/cm3 Dicke (im Density g / cm3 thickness (in

Zugfestigkeit N/mm2 Dehnung % Kristallinität % Thermoschrumpfung Tensile strength N / mm2 elongation% crystallinity% thermal shrinkage

1,395 99 1.395 99

204,5 204.5

108 108

55,8 55.8

in beiden Richtungen < 0,8 in both directions <0.8

x) ermittelt nach 30 min bei 150°C x) determined after 30 min at 150 ° C

Beispiel 2 Example 2

Eine gemäss Beispiel 1 hergestellte Polyethylenterephthalatfolie wird entsprechend der Bestrahlungszone eines Elektronenbeschleunigers zugeschnitten, stationär im Strahlungsfeld angeordnet und während einer Bestrahlungszeit von 10 Sek. bei einer Dosisleistung in der Messebene von 8,3 kGy/Sek. bestrahlt. Durch einfaches punktweises Ausmessen der Transmissionswertdifferenzen wird die exakte Dosisleistungsverteilung im gesamten Strahlungsfeld des Elektronenbeschleunigers bestimmt. Zur Bestimmung werden aus der Folie Probestücke herausgestanzt oder geschnitten. In Tabelle 2 ist die Dosislei-lo stungsverteilung eines Strahlungsfeldes von 2,0 • 0,5 m dargestellt. Die Zahlenwerte dokumentieren die relative Dosis am Messpunkt. A polyethylene terephthalate film produced according to Example 1 is cut according to the radiation zone of an electron accelerator, arranged stationary in the radiation field and during a radiation time of 10 seconds with a dose rate in the measurement plane of 8.3 kGy / sec. irradiated. The exact dose rate distribution in the entire radiation field of the electron accelerator is determined by simply measuring the transmission value differences point by point. For the determination, test pieces are punched out or cut from the film. Table 2 shows the dose rate distribution of a radiation field of 2.0 • 0.5 m. The numerical values document the relative dose at the measuring point.

Die hohe Gleichmässigkeit der Folie erlaubt es, auch grössere Strahlungsfelder problemlos mit nur einer Folie entsprechen-i5 der Grösse zu analysieren. The high level of uniformity of the film allows even larger radiation fields to be analyzed with just one film corresponding to the size.

Beispiel 3 Example 3

Aus der erfindungsgemässen Dosimeterfolie nach Beispiel 1 werden. Stücke zu 2 x 2 cm geschnitten und hieraus ein Paket 20 von 120 übereinanderliegenden Folienstücken gebildet. Nach der kurzzeitigen Bestrahlung (Bestrahlungszeit 4 Sek., Dosisleistung in der Messebene von 8,3 kGy/Sek.) dieses Folienpaketes wird aus den Transmissionswertdifferenzen der einzelnen Folien die elektronenenergieabhängige Tiefendosisverteilung ermittelt. 25 Tabelle 3 und Fig. 1 beinhalten die Ergebnisse einer Bestrahlungsanlage bei 3 MeV. The dosimeter film according to Example 1 according to the invention is used. Cut pieces into 2 x 2 cm and form a package 20 out of 120 pieces of foil lying on top of each other. After the short-term irradiation (irradiation time 4 seconds, dose rate in the measurement plane of 8.3 kGy / sec) of this film package, the electron energy-dependent depth dose distribution is determined from the transmission value differences of the individual films. 25 Table 3 and Fig. 1 contain the results of an irradiation system at 3 MeV.

Beispiel 4 Example 4

Aus einer gemäss Beispiel 2 hergestellten und bestrahlten 30 Polyethylenterephthalatfolie werden Messproben geschnitten und unterschiedlichen Luftfeuchten und Temperaturen ausgesetzt. Im Bereich bis zu 95% relativer Feuchte und 100°C werden keine Veränderungen der Messergebnisse beobachtet. Weitere Folienproben werden innerhalb von 6 Monaten in Zeitab-35 ständen von 10 Tagen vermessen. Auch diese Ergebnisse zeigen keine Abweichung von den in Beispiel 2 ermittelten Werten. Damit werden die ausgezeichneten Eigenschaften der Dosimeterfolie bestätigt. Measurement samples are cut from a polyethylene terephthalate film produced and irradiated according to Example 2 and are exposed to different atmospheric humidities and temperatures. In the range up to 95% relative humidity and 100 ° C, no changes in the measurement results are observed. Additional film samples are measured within 6 months at 35-day intervals. These results also show no deviation from the values determined in Example 2. This confirms the excellent properties of the dosimeter film.

TABELLE 2 Dosisleistungsverteilung des Strahlungsfeldes TABLE 2 Dose power distribution of the radiation field

20 20th

11 11

31 31

74 74

31 31

57 57

108 108

57 57

■2,0 m - ■ 2.0 m -

0 58 0 58

0 55 0 55

115 105 115 105

58 55 58 55

0 0 0 0

0 0

53 53

100 100

53 53

0 0

54 54

102 102

54 54

0 0

57 57

111 111

57 57

0 0

53 53

107 107

53 53

0 0

0 27 63 29 0 27 63 29

18 0,5 m 18 0.5 m

12 12

668 320 668 320

4 4th

TABELLE 3 Ermittelte Tiefendosisverteilung bei 3 MeV TABLE 3 Determined depth dose distribution at 3 MeV

5 5

Flächenmasse mf relative Tiefendosis g/m2 Dt % Mass per unit area relative depth dose g / m2 Dt%

0 60,14 0 60.14

1 000 72,78 10 1,000 72.78 10

2 000 83,93 2,000 83.93

3 000 92,61 3,000 92.61

4 000 98,11 is 4,000 is 98.11

5 000 100,00 5,000 100.00

6 000 98,65 6,000, 98.65

7 000 94,11 7,000 94.11

20 20th

8 000 87,07 8,000 87.07

9 000 78,07 9,000 78.07

10 000 67,40 10,000 67.40

11 000 55,13 25 11,000 55.13 25

12 000 41,58 12,000 41.58

13 000 27,87 13,000 27.87

14 000 15,82 so 14,000 15.82 so

15 000 6,98 15,000 6.98

16 000 1,19 16,000 1.19

17 000 0,80 17,000 0.80

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings