DD240448A1

DD240448A1 - METHOD FOR DOSIMETRY OF IONIZING RADIATION FIELDS

Info

Publication number: DD240448A1
Application number: DD27994185A
Authority: DD
Inventors: Dieter Plaschnick; Guenter Knabe; Bernd Ihme; Helmut Dorschner; Adolf Heger
Original assignee: Wolfen Filmfab Veb
Priority date: 1985-08-23
Filing date: 1985-08-23
Publication date: 1986-10-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dosimetrie ionisierender Strahlungsfelder mittels analytischer Materialien auf Basis von PETP-Folien, das es ermoeglicht, auch den Zeitbereich 24 h nach der Bestrahlung exakt messtechnisch zu erfassen. Ueberraschend konnte festgestellt werden, dass durch Tempern der bestrahlten Messfolie die sofortige Konstanz der Messwerte (Aenderung der Transmission) erreicht werden kann, die sich sonst erst nach 24 h natuerlicher Lagerung einstellt. Als guenstig haben sich Tempertemperaturen zwischen 80 und 125C und Temperzeiten bis 30 Minuten erwiesen.The invention relates to a method for the dosimetry of ionizing radiation fields by means of analytical materials based on PETP films, which makes it possible to measure the time domain exactly 24 hours after the irradiation. Surprisingly, it could be determined that by annealing the irradiated measuring film, the instantaneous constancy of the measured values (change in the transmission) can be achieved, which otherwise does not occur until after 24 h of natural storage. Annealing temperatures between 80 and 125C and annealing times up to 30 minutes have proven favorable.

Description

Characteristic of the known technical solutions

In den letzten Jahren ist ein deutlicher Anstieg der Entwicklung und Anwendung von Elektronenbeschleunigern, Röntgen- und Gammabestrahlungsanlagen festzustellen. In mannigfaltigen Applikationsformen finden diese Anlagen in Produktion und Forschung Anwendung. Die strahlenchemische Behandlung von Produkten unterschiedlicher Spezies bietet auf Grund 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 Strahlungstechnologie vorliegt, so ist das wichtige Feld der meßtechnischen 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 irradiation systems. These systems are used in production and research in a wide variety of application forms. The radiation-chemical treatment of products of different species offers tremendous advantages due to the significant quality gains, which are often achieved without harmful waste products, which in addition can usually only be achieved by this procedure. The development of the advantageous properties and their constant reproducible setting presupposes the knowledge of the absorbed dose and its distribution, or in addition to this information their constant control in continuous production processes. If it can be established today that the design requirements of high-performance irradiation systems have been created, ie if the method of modern radiation technology is available, then the important field of metrological problems, ie reliable radiation dosimetry, is poorly 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, I.W., Radiation Res.9 [1958], 559). Durch die Einwirkung z.B. von Elektronenstrahlen wird das Farbstoffmolekül zerstört, so daß der Verlust an Farbstoff dichte Aussagen über die Strahlendosis erlaubt (CH-PS 491 394, DD-PS 124082). Solche Materialien wurden z.B. unter Verwendung des Farbstoffes Dimethoxydiphenyi-bis-azo-8-amino-inaphthol-5,7-disulfonsäureund des Polymeren Celluloseacetat hergestellt (Faterpaker, S.A., PatnisS. P., Angew. Makromol. Chem. 90 [1980], 69-81).The few analytical materials known for this purpose usually use a very wide variety of polymer films which may also contain dyes (Kaindl, K., and Graul, EH, "Radiation Chemistry Base Technology and Application" Hüthig-Verlag Heidelberg 1967; Boag, IW, Radiation Res [1958], 559) The effect of, for example, electron beams on the dye molecule is destroyed, so that the loss of dye permits dense statements about the radiation dose (CH-PS 491 394, DD-PS 124082) Dye's dimethoxydiphenyl-bis-azo-8-amino-naphthol-5,7-disulfonic acid and the polymer cellulose acetate (Faterpaker, SA, Patnis S.P., Angew. Makromol., Chem. 90 [1980], 69-81).

Die Uneinheitlichkeit der Farbstoffverteilung im Polymeren und die unzureichenden physikalischen Eigenschaften dieser Folien ließen keine breite Anwendung zu. Höhere Strahlendosen konnten nicht vermessen werden, da die hierbei einsetzen.de Schädigung der Folie zur Unbrauchbarkeit führte.The non-uniformity of the dye distribution in the polymer and the insufficient physical properties of these films have not been widely used. Higher doses of radiation could not be measured, since the use of damage to the film resulted in unusability.

Weiterhin wurden Celluloseacetatfolien 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 Versprödung sollte durch Verwendung von Polyethylenfolien vermieden werden (Grünwald, Th., Rumpf, G., Atompraxis 11 [1965] 2,95-98; Kügler, I., u.a., Atomenergie 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 Dosimeterfolien 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 fargebende Substanz radiochrome Aminotriphenylderivate beinhalten (DD-PS 126045). Neben den bereits beschriebenen Nachteilen ist eine Anwendung nur im Bereich von 0 bis 30OkGy 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.Furthermore, cellulose acetate films containing no dyes have been described. Their properties are such that they can be used for higher radiation doses, e.g. when used on accelerators high power, not satisfactory. Thus, these films significantly change their geometry, and the radiation exposure destroys the polymer structure, resulting in easily brittle and thus unusable films. This pronounced embrittlement should be avoided by using polyethylene films (Grünwald, Th., Rumpf, G., Atompraxis 11 [1965] 2, 95-98; Kügler, I., et al., Atomic Energy 4 [1959] 1,23). But even these films are not to be used for very high radiation doses. In addition, these films have insufficient surface hardness, which can cause mechanical damage during the measurement process. Other Dosimeterfolien can not be used in daylight, otherwise a premature destruction or activation of the detection agent would occur, a handling requirement that precludes a universal use. On this basis, for. B. Dosimeterfolien made of polyamide, which include radiochromic aminotriphenyl derivatives as the substance to be applied (DD-PS 126045). In addition to the disadvantages already described, an application is only possible in the range of 0 to 30OkGy. Another disadvantage of most previously known films is their high sensitivity to moisture, resulting in the expiring swelling processes changes in geometry and thus in the measurement accuracy.

In der US-PS 3450878 ist ein Dosimetrieverfahren beschrieben, bei dem die Dosismessung durch Ermittlung von Viskositätsänderungen bestrahlter Polyesterfolien und Vergleich mit einer Eich kurve 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. Damit ist zur Zeit weltweit der Stand erreicht, daß bei deutlichen Steigerungsraten beim Bau und der Anwendung von Bestrahlungsanlagen hoher Leistung für höhere Bestrahlungsdosen wenig brauchbare Foliendosimeter aus Mangel an geeigneten analytischen Elementen zur Verfugung stehen.US Pat. No. 3,450,878 describes a dosimetric method in which the dose measurement is carried out by determining viscosity changes of irradiated polyester films and comparison with a calibration curve. A disadvantage of this analytical element is the considerable workload associated with the determination of the viscosity and the viscosity measurement of irradiated polyester films, which involves a relatively large error; since under the influence of high-energy radiation in addition to the chain degradation of the polymer body, the formation of functional groups takes place, which are capable of inter- or intramolecular interactions and thereby can influence the viscosity value undefined. Thus, at present, the state is reached worldwide that at significant rates of increase in the construction and use of high-power irradiation systems for higher irradiation doses little useful film dosimeters for lack of suitable analytical elements are available.

In dem WPG 01 T/265655 wird ein neues analytisches Material zur Dosimetrie ionisierender Strahlungsfelder vorgeschlagen. Hierbei handelt es sich um Polyethylenterephthalat (PETP)-Folien, die nach einem strengen physikalischen und chemischen Verfahren hergestellt werden. Diese Folien beseitigen die bisher bekannten Nachteile bei der Foliendosimetrie und lösen zunächst damit das bisher bestehende Problem. Allerdings erwies sich als nachteilig, daß die Auswertung dieser Folien erst nach einerLagerzeitvonca.20 Stunden konstant erfolgen kann. Für eine schnelle Zugriffszeit stellt dieser Verfahrensweg ein nicht zu lösendes Problem dar.WPG 01 T / 265655 proposes a new analytical material for the dosimetry of ionizing radiation fields. These are polyethylene terephthalate (PETP) films produced by a rigorous physical and chemical process. These films eliminate the previously known disadvantages in the film dosimetry and solve first so that the previously existing problem. However, it proved to be disadvantageous that the evaluation of these films can take place only after a storage time of about 20 hours. For fast access time, this method path presents a problem that can not be solved.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur sofortigen stabilen Auswertung von analytischen Materialien auf der Basis von PETP für die Dosimetrie von Elektronen-und Beta-sowie Röntgen- und Gammastrahlung.The object of the invention is to provide a method for the immediate stable evaluation of PETP-based analytical materials for dosimetry of electron, beta and X-ray and gamma radiation.

-2- 240 448 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 240 448 Presentation of the Essence of the Invention

>Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung der Möglichkeit einer Sofortauswertung von Dosimeterfolien auf der Basis von PETP für die Dosimetrie an Bestrahlungsanlagen, wobei diese Folien über das breite Feld der unterschiedlichsten Energiebeträge bis zu Energiedosen von 250OkGy 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 provide the possibility of immediate evaluation of PETP based dosimetry films for dosimetry on irradiation facilities, these films being applicable over the wide field of different energy amounts up to energy doses of 250OKGy and their geometry during the measuring processes. maintain their visual transparency and their good physical-mechanical properties.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß man in einem Verfahren zur Dosimetrie ionisierender Strahlungsfelder mittels analytischer Materialien auf der Basis von Polyethylenterephthalatfolien die bestrahlten analytischen Materialien bis 30 Min. bei Temperaturen zwischen 80 und 125°C tempert und danach ihre Dosimetrie in bekannter Weise durchführt. Als analytisches Material zur Dosimetrie ionisierender Strahlen werden die gemäß WP G 01 T/265655 hergestellten PETP-Folien eingesetzt. Sie bieten auf Grund ihrer physikalischen und chemischen Parameter, d.h. mit einer Dichte von 1,393 bis 1,397 g/cm³, einer Folienstärke von 99+1 μιτι, einer Zugfestigkeit von 200 ± 10 N/mm², einer Dehnung von 100 ± 10%, einer Kristallinität von 55 ± 1,5% und einer Thermoschrumpfung< 1,5% das geeignete Material für das erfindungsgemäße Verfahren. Diese nach der Bestrahlung erfolgte Temperaturbehandlung, die vorzugsweise während 5 min bei 12O⁰C erfolgt, ergibt überraschenderweise die Möglichkeit einer sofortigen Auswertung der PETP-Dosimeterfolien. Man erhält somit unmittelbar nach dem Tempern konstante Meßwerte, die sich ohne dieses Verfahren oft erst nach einer Lagerzeit von etwa 24 Stunden einstellen. .According to the invention, the object is achieved by tempering the irradiated analytical materials for 30 minutes at temperatures between 80 and 125 ° C. in a method for dosimetry of ionizing radiation fields using analytical materials based on polyethylene terephthalate films and then carrying out their dosimetry in a known manner. As analytical material for dosimetry of ionizing radiation, the PETP films prepared according to WP G 01 T / 265655 are used. They offer on the basis of their physical and chemical parameters, ie with a density of 1.393 to 1.397 g / cm ³ , a film thickness of 99 + 1 μιτι, a tensile strength of 200 ± 10 N / mm ² , an elongation of 100 ± 10%, a crystallinity of 55 ± 1.5% and a thermal shrinkage <1.5%, the suitable material for the inventive method. This was performed after the irradiation temperature treatment is preferably carried out for 5 minutes at 12O ⁰ C, surprisingly results in the possibility of an immediate evaluation of the PETP-Dosimeterfolien. Thus, immediately after annealing, constant measured values are obtained, which often do not occur until after a storage time of about 24 hours without this process. ,

Die Vorteile der PETP-Folien bleiben auch nach diesem neuen Verfahren zur Dosimetrie ionisierender Strahlungsfelder erhalten. Diese Folien können in einem Meßbereich vqn 0 bis 2 50OkGy eingesetzt werden, verlieren nicht ihre visuelle Transparenz, und ihre Geometrie bleibt unverändert. Dieser Vorteil der guten Geometriestabilität bleibt auch bei unterschiedlichen tuftfeuchten und Temperaturen erhalten.The advantages of PETP films are retained even after this new method for dosimetry of ionizing radiation fields. These films can be used in a range from 0 to 2 50OkGy, do not lose their visual transparency, and their geometry remains unchanged. This advantage of good geometry stability is maintained even with different tuft moist and temperatures.

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. Auch behalten die nach dem strengen technologischen und chemischen Regime hergestellten Folien ihre guten physikalisch-mechanischen Kennwerte weitgehend bei und werden nicht durch die Strahlenbelastung brüchig.Thus, there are no significant limiting conditions in the application. Further advantages are the very good surface strength, which prevents scratches due to mechanical influences. Also, the films made according to the strict technological and chemical regimes largely retain their good physico-mechanical characteristics and do not become brittle by the radiation exposure.

Auswertbar werden sie durch Veränderung ihrer Durchlässigkeit, die vorteilhaft bei 330—340 nm gemessen wird. Diese Folien sind problemlos archivierbar und zeigen auch nach Monaten unveränderte Meßwerte, ein erheblicher Vorteil bei Produktionsprozessen und Messungen, die über größere Zeiträume verlaufen. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.They can be evaluated by changing their permeability, which is advantageously measured at 330-340 nm. These slides can be easily archived and show even after months unchanged measured values, a significant advantage in production processes and measurements that run over longer periods. The invention will be explained in more detail below with reference to examples.

embodiments example 1

Es wird eine Polyethylenterephthalatfolie entsprechend WP G 01 T/265655 hergestellt, deren physikalische Parameter in Tabelle 1 angegeben sind.A polyethylene terephthalate film corresponding to WP G 01 T / 265655 is prepared, the physical parameters of which are given in Table 1.

Tabelle 1Table 1 Wertvalue Parameterparameter 1,3951,395 Dichte g/cm³ Density g / cm ³ 9999 Dicke μίτιThickness μίτι 204,5204.5 Zugfestigkeit N/mm² Tensile strength N / mm ² 108108 Dehnung %Strain % 55,855.8 Kristallinität%crystallinity% in beiden Richtungen < 0,8in both directions <0.8 Thermoschrumpfung %*Thermal shrinkage% *

* erm ittelt nach 30 m i η bei 150 ⁰C* Erm ittelt after 30 mi η at 150 ⁰ C

Example 2

Eine gemäß Beispiel 1 hergestellte PETP-Folie wird entsprechend der Bestrahlungszone eines Elektronenbeschleunigers zugeschnitten, stationär im Strahlungsfeldangeordnet (Bestrahlungszeit 10s, Elektronenenergie 1 MeV, MeßaufhängerstromA prepared according to Example 1 PETP film is cut according to the irradiation zone of an electron accelerator, stationary in the radiation field arranged (irradiation time 10 s, electron energy 1 MeV, Meßaufhängerstrom

Aus der Folie werden Meßproben geschnitten und der zeitliche Verlauf der Meßfunktion ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Sofortauswertung möglich ist und die Werte ausgezeichnet mit denen der gelagerten Proben übereinstimmen. Die bestrahlte Folie ergibt nach einer natürlichen Lagerung von 24h einen Transmissionswert vonFrom the slide samples are cut and determines the time course of the measurement function. The results show that with the method according to the invention an immediate evaluation is possible and the values are in excellent agreement with those of the stored samples. The irradiated film gives after a natural storage of 24 h a transmission value of

48,8%. . '48.8%. , '

Tabelle 2Table 2 00 Transmission (%)Transmission (%) 1010 • 70,0• 70.0 Temperatur (⁰C) Temperzeit (min)Temperature ( ⁰ C) annealing time (min) 2020 70,070.0 RT(u)RT (u) 3030 70,070.0 00 70,070.0 1010 31,531.5 2020 31,531.5 RT (b)RT (b) 3030 32,032.0 00 32,532.5 10 .10. 31,531.5 2020 40,840.8 100(b)100 (b) 3030 43,543.5 00 48,848.8 1010 31,531.5 2020 47,247.2 110(b)110 (b) 3030 48,448.4 00 48,848.8 1010 •31,5• 31.5 2020 48,848.8 12O.(b)12O. (B) 3030 48,848.8 Raumtemperatur ^22 ⁰CRoom temperature ^ 22 ⁰ C 48,848.8 unbestrahlt, Folie nach Beispiel 1unirradiated, film according to Example 1 bestrahltirradiated RTRT u =u = bb

Example 3

Proben des Beispiels 2 werden nach unterschiedlicher Lagerzeit ausgemessen, um den Einfluß der Verweilzeit nach der Bestrahlung zu ermitteln und die Übereinstimmung mit den Werten nach 24 Stunden festzustellen. Man erkennt, daß die Werte der Sofortmessung und der gelagerten Proben gut übereinstimmen und mitzunehmender Lagerzeit die notwendige Temperzeit verkürzt wird. Die Temperatur beträgt stets 120⁰C.Samples of example 2 are measured after different storage times to determine the influence of the residence time after the irradiation and to determine the agreement with the values after 24 hours. It can be seen that the values of the instantaneous measurement and of the stored samples correspond well and that the necessary annealing time is shortened with increasing storage time. The temperature is always 120 ⁰ C.

table .3.

Lagerung nach Transmission (%) Temperzeit'(min)Storage after transmission (%) annealing time '(min)

Bestrahlung (h) 'Irradiation (h) '

0,50.5 32,532.5 00 0,50.5 48,848.8 7,57.5 3,03.0 43,943.9 pp 3,03.0 48,848.8 22 24,024.0 48,848.8 ,0, 0 24,024.0 48,848.8 22 24,024.0 48,848.8 7,57.5 240,0240.0 48,848.8 00 240,0240.0 48,848.8 22 240,0240.0 48,848.8 • 7,5• 7.5

Claims

Invention claim:

Process for the dosimetry of ionizing radiation fields by means of analytical materials based on polyethylene terephthalate films, characterized in that the irradiated analytical materials for 30 min. At temperatures between 80 and 125 ° C annealed and then performs their dosimetry in a known manner.

Field of application of the invention.

The invention relates to a method for the dosimetry of systems for generating ionizing radiation by means of analytical materials based on polyethylene terephthalate.