DD242872A1

DD242872A1 - Verfahren und vorrichtung zur effektivitaetskorrektur bei der aktivitaetsmessung

Info

Publication number: DD242872A1
Application number: DD28307085A
Authority: DD
Inventors: Heinz Schmidt
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1985-11-21
Filing date: 1985-11-21
Publication date: 1987-02-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivitaetsmessung von radioaktiven Substanzen in fester, fluessiger oder Gasform mit analog registrierenden Messanordnungen (Strom- bzw. Spannungsmessung) bei gleichzeitiger Erfassung eines Korrekturfaktors fuer Absorptions-, Selbstabsorptions- bzw. fuellhoehenabhaengige Abweichungen von einer Aktivitaets-Messwert-Kalibrierkurve sowie Vorrichtungen fuer die Durchfuehrung des Verfahrens. Die Erfindung eignet sich fuer viele radioaktive Nuklide, besonders fuer reine Betastrahler. Es werden gleichzeitig oder nacheinander Messungen mit unterschiedlichen Messeffektivitaeten durchgefuehrt und daraus der Korrekturfaktor abgeleitet. Das Verhaeltnis der Messsignale wird fuer jedes zu messende radioaktive Nuklid durch Wahl der Messempfindlichkeit so gewaehlt, dass die Darstellung der Messeffektivitaet als Funktion des Verhaeltnisses der Messsignale (der Messungen mit unterschiedlicher Empfindlichkeit) eine eindeutige Korrekturkurve ergibt. Die Vorrichtungen enthalten einen zweiten Detektor, der gegenueber der zu messenden Strahlung eine andere Ansprechwahrscheinlichkeit als der erste Detektor besitzt. Die in beiden Detektoren erzeugten analogen Messsignale werden ins Verhaeltnis gesetzt und bilden den Korrekturfaktor.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivitätsmessung von radioaktiven Substanzen in fester, flüssiger oder Gasform mit analog registrierenden Meßanordnungen (Strom- bzw. Spannungsmessung) bei gleichzeitiger Erfassung eines Korrekturfaktors für Absorptions-, Selbstabsorptions- bzw. füllhöhenabhängige Abweichungen von einer Aktivitäts-Meßwert-Kalibrierkurve sowie Vorrichtungen für die Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung eignet sich für viele radioaktive Nuklide, besonders für reine Betastrahler.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Am Ausgang eines analog arbeitenden Detektors wird der Meßwert meistens durch eine Strommessung (lonisationskammer- bzw. Fotovervielfacherstrom) registriert. Bei der Radioaktivitätsmessung ist der Betrag dieses Stroms proportional der Anzahl und der Energieverteilung der emittierten Teilchen. Absorptions-, Selbstabsorptions- bzw. geometriebedingte Meßwertänderungen entstehen weniger durch Änderung der vom Detektor erfaßten Anzahl ionisierender Teilchen, a|s vielmehr durch Änderung der Energieverteilung des Teilchenspektrums auf dem Wege der Teilchen vom Entstehungsort zum empfindlichen Qetektorvolumen.

Bei digital arbeitenden Detektoren (z.B. Flüssigszintillationsspektrometrie) kann die Änderung der Energieverteilung durch Messung der Änderung energieproportionaler Impulsamplituden bestimmt werden.

Die bekanntesten Verfahren zur Aktivitätsmessung radioaktiver Substanzen in analog registrierenden Meßanordnungen sind Ionisationskammer-Meßverfahren, wie sie insbesondere bei den sogenannten Isotopenkalibratoren verwendet werden. Der Detektor ist bei diesen Geräten als Schachtionisationskammer aufgebaut, die mit Edelgas erhöhten Druckes gefüllt ist. Wird z. B. eine Ampulle mit radioaktiver Substanz in den Schacht der Ionisationskammer gestellt, so wird durch die emittierte Strahlung im Edelgas ein lonisationsstrom erzeugt, der an einer geeigneten Meßanordnung registriert werden kann. Im allgemeinen ist dieser Strom der Aktivität proportional.

Die richtige Aktivitätsmessung in Isotopenkalibratoren setzt voraus, daß die Energie der emittierten Teilchen ausreicht, das Material der Glasampulle und des lonisationskammerschachtes zu durchdringen und im Edelgas einen lonisationsstrom zu erzeugen. Bei energiearmen Beta-, aber auch bei entsprechenden Gammastrahlern ist das nicht gewährleistet. Es wird bei der Aktivitätsmessung an einer analog arbeitenden Meßanordnung auch nicht bemerkt, wenn in merklicher Weise in der Probe enthaltene Fremdnuklide zum lonisationsstrom und damit zum Meßwert beitragen. Folglich entspricht der Meßwert einer analog arbeitenden Aktivitätsmeßanordnung nur bei wenigen Nukliden bzw. nur unter Einhaltung konstanter Meßbedingungen einem Aktivitätswert, wie er aus einer Kalibrierkurve zu entnehmen ist.

Es sind auch Meßanordnungen bekannt, bei denen Szintillatoren zur Transformation radioaktiver Strahlungen in Szintillationslicht und Fotozellen bzw. Fotovervielfachem zur Umwandlung des Lichts in einen meßbaren elektrischen Strom verwendet werden. Aus der Flüssigszintillations-Meßtechnik sind mehrere Verfahren bekannt, in denen das Verhältnis von Zählraten zweier Kanäle zur Ermittlung bzw. zur Korrektur der Meßeffektivität genutzt wird.

Die von der Flüssigkeitszintillationsmeßtechnik her bekannten Verfahren zur Meßeffektivitatskorrektur setzen voraus, daß das Meßsignal des Detektors in digitaler Form zur Verfügung steht und mit elektronischen Mitteln aus dem Meßsignal nicht nur eine Intensitäts-, sondern gleichzeitig eine Amplitudeninformation abgeleitet werden kann. Die bekannten Verfahren der Flüssigszintillations-Meßeffektivitätskorrektur sind deshalb auf analog registrierte Verfahren nicht übertragbar. Es ist auch ein Verfahren vorgeschlagen worden (DE 265388), bei dem eine Detektoreinheit mehrere untereinander verschiedenartige Detektoren enthält, die gleichzeitig der Strahlung ausgesetzt werden und elektrisch so verbunden sind, daß eine Kompensation ihrer einzelnen spektralen Empfindlichkeiten erreicht wird, um ein resultierendes Ansprechsignal mit einer vom Spektrum der einfallenden Strahlung unabhängigen Empfindlichkeit zu erzeugen. Es geht also darum, die diversen Radionuklide anzugleichen, aber nicht um die Ermittlung eines Korrekturfaktors, der bereits geringe Empfindlichkeitsänderungen bei der Messung eines Nuklids anzeigt.

Das Ziel eines kombinierten Neutron-Gammastrahlen-Detektors (DE 2628002), bei dem eine Kombination von zwei Phosphormaterialien verwendet wird, wobei das erste vor allem durch die Neutronenstrahlung zur Szintillation angeregt wird, während das zweite infolge von Gammastrahlung szintilliert, besteht darin, zwei verschiedene Strahlenarten qualitativ bei der Messung zu unterscheiden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Aktivitätsmessung radioaktiver Substanzen mit analog registrierenden Meßanordnungen, so daß auch die Aktivitäten von Beta- und weichen Gammastrahlern durch direkte Messung bestimmt werden können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Meßeffektivitätskorrekturfaktoren ermittelt werden können, sowie Vorrichtugen für die Durchführung des Verfahrens zu entwickeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß gleichzeitig oder nacheinander Messungen der Radioaktivität mit unterschiedlichen Meßeffektivitäten durchgeführt werden und aus diesen Meßergebnissen der Korrekturfaktor abgeleitet wird.

Das Verhältnis der Meßsignale wird für jedes zu messende radioaktive Nuklid durch Wahl der Meßempfindlichkeiten so gewählt, daß die Darstellung der Meßeffektivität als Funktion des Verhältnisses der Meßsignale (der Messungen mit unterschiedlicher Empfindlichkeit) eine eindeutige Korrekturkurve ergibt. Es kommt also darauf an, bei einer Messung nur einen höherenergetischen Teil des emittierten Teilchen- bzw. Quantenspektrums, bei der anderen Messnung aber auch den niederenergetischen Teil desselben Spektrums zu erfassen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch mehrere Korrekturfaktoren, die durch unterschiedliche Einflußgrößen auf das Meßergebnis bedingt sein können, gewonnen werden, indem mehrere Messungen mit jeweils unterschiedlicher Meßempfindlichkeit durchgeführt und Korrekturkurven durch Darstellung der jeweiligen Meßwertverhältnisse als Funktion der jeweiligen Einflußgröße erzeugt werden.

Die Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, daß sie neben einem Detektor bekannter Bauart einen zweiten Detektor („Monitordetektor"), der gegenüber der zu messenden Strahlung eine größere Ansprechwahrscheinlichkeit als der erste Detektor besitzt, enthalten. Die in beiden Detektoren durch die zu messende radioaktive Strahlung erzeugten analogen Meßsignale werden ins Verhältnis gesetzt; dieses Verhältnis stellt den gesuchten Korrekturfaktor

Die unterschiedlichen Ansprechwahrscheinlichkeiten lassen sich auf unterschiedliche Weise realisieren:

— durch entsprechende Wahl der Detektoren (Ionisationskammer und Szintillationsdetektor bzw. zwei Szintillationsdetektoren mit unterschiedlicher Effektivität für die zu messende Strahlung bzw. zwei Ionisationskammern mit unterschiedlichem Fülldruck und/oder Füllgas);

— durch Verwendung zweier gleicher Detektoren, jedoch unterschiedlicher Empfindlichkeiten der Signalmessungen;

— durch Verwendung von zwei gleichen Detektoren, die jedoch verschiedene Abstände zur radioaktiven Quelle haben;

— durch Verwendung von zwei gleichen Detektoren und einem geeigneten Absorber zwischen einem der Detektoren und der radioaktiven Quelle;

— durch Verwendung von zwei Szintillationsmaterialien unterschiedlicher Ansprechwahrscheinlichkeit, die in einem gemeinsamen Reflektor gekapselt, aber durch einen Fotoverschluß optisch voneinander getrennt sind, und die Stirnseite des einen Szintillators auf einen Fotovervielfacher gesetzt ist.

Bei der Messung radioaktiver Gase kommen zwei Detektorkammern gleicher Bauart zum Einsatz, bei denen ein mit Szintillationssubstanz bedeckter Glasstab in einem Glasrohr untergebracht ist und das aus der Detektorkammer austretende Licht von einem Fotovervielfacher erfaßt wird. Die unterschiedlichen Empfindlichkeiten werden erreicht, indem unterschiedliche Abstände zwischen der Szintillationsschicht und der Innenwand des Glasrohres realisiert werden. Beide Detektorkammem sind an eine Füllapparatur angeschlossen und in einer lichtdichten Kammer mit Blendenvorrichtung für eine Detektorkammer untergebracht.

Im einfachsten Teil besteht die erfindungsgemäße Meßanordnung aus zwei Detektoren unterschiedlicher Ansprechempfindlichkeit, deren analoges Meßsignal an einem bekannten elektrischen Meßgerät gleichzeitig bzw. über einen Umschalter nacheinander gemessen wird.

Ökonomischer und anpassungsfähiger ist ein Detektoraufbau unter Verwendung verschiedener Szintillationsmaterialien und die separate Überführung des entstandenen Szintillationslichtes über Lichtleiterkabel zu einem Fotovervielfacher, dessen Strom an einem geeigneten Meßgerät registriert wird.

Durch eine vor dem Fotovervielfacher angeordnete Schieberblende bzw. Revolverdrehscheibe, die durch Drehung nur jeweils das Licht eines Kabels auf den Fotovervielfacher überführt, ist eine aufeinanderfolgende Messung der Einzelsignale mit nur einer Fotovetvielfachersonde und einem Meßgerät möglich. Die Detektoren können in Bohrlochform, d.h. in Form zweier konzentrischer Ringe aus unterschiedlichen Szintillationsmaterialien bzw. aus konzentrischen Ringen gleicher Szintillationsmaterialien aus geeignetem Absorbermaterial hergestellt werden.

Soweit es die Empfindlichkeit der Meßanordnung erlaubt, brauchen die Ringe nicht durchgehend aus Szintillationsmaterial zu bestehen. Es genügt auch, entsprechende Szintillatorsegmente in eine Ringkonstruktion einzufügen.

Es können aber auch die Detektormaterialien unterschiedlicher Ansprechempfindlichkeit (Ionisationskammern, verschiedene Szintillatoren, Halbleitermaterialien bzw. deren Kombination) in 2;r-Geometrie um 180° versetzt bzw. hintereinander mit unterschiedlichem Geometriefaktor angeordnet werden.

Eine einfache Variante ist die Verwendung zweier durch einen Fotoverschluß getrennter Szintillatoren verschiedener Art. Bei geschlossenem Fotoverschluß wird der Meßwert MW2, bei offenem Fotoverschluß der Meßwert MW1 + MW2 erhalten. Aus beiden Ergebnissen kann das Verhältnis MW1:MW2 abgeleitet werden.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Aktivität von radioaktiven Lösungen hoher Aktivität bzw. von umschlossenen radioaktiven Quellen unterschiedlichen geometrischen Aufbaus und unterschiedlicher Kapselmaterialien genau und direkt gemessen werden können, daß für einige Nuklide eine direkte Messung erst zugänglich gemacht worden ist und daß — nach entsprechender Justierung — auch Fremdnuklide festgestellt werden können.

Ausführungsbeispiel

Figur 1 zeigt die schematische Anordnung der Detektoren einer erfindungsgemäßeri Vorrichtung und Figur 2 mit dieser Vorrichtung ermittelte Korrekturkurven.

Die Aktivität einer Sr-90/Y-90'Lösung soll in der Originalampulle gemessen werden. Die Maximalenergie des Sr-90 beträgt 0,61 keV, die des Y-90 2,18MeV. Je nach Dicke der Ampullenglaswand müssen Absorptionsverluste der Sr-90-Strahlung in der Glaswand ermittelt und das Meßergebnis mit diesem absorptionsabhängigen Faktor korrigiert werden.

Die für die Messung eingesetzte Vorrichtung enthält zwei Szintillationssonden als Detektoren: Detektor 1 enthält eine 2 mm dicke 5cm χ 1,7cmgroßePlastszintillatorscheibe3,Detektor2einen2mm dicken 2,5cm χ 1,5cm großen CsJ-Szintillator 4. Die jeweils nachfolgenden Fotovervielfacher 5 und 6 beider Detektoren besitzen gleiche Empfindlichkeiten.

Zunächst werden die Absorptionsverluste in unterschiedlich starken Wänden der Glasampullen durch Objektträger mit einem Flächengewicht von 40 mg · cm"² zwischen der radioaktiven Quelle 7 und Detektor 1 imitiert. Es wird das Verhältnis der Meßsignale MW1 :MW2 von Detektor 1 zu Detektor 2 für verschiedene Glasstärken gemessen. Nach einmaliger Bestimmung der Aktivität der Lösung mit Hilfe einer digitalen Meßmethode oder durch Verwendung einer radioaktiven Normallösung kann die Meßeffektivität (in % ausgedrückt) als Funktion des Verhältnisses MW1 :MW2 dargestellt werden (Kurve 1 der Figur 2). Diese Kurve wird bei einem Abstand der beiden Detektoren von 1 cm erhalten. Es ist zu sehen, daß die unterschiedliche Ansprechempfindlichkeit der beiden verwendeten Szintillatoren 2 und 4 noch nicht ausreicht, um eine optimale Korrekturkurve zu erzeugen. Die Kurve 1 ist nur brauchbar, wenn die Meßeffektivität des Detektors 1 für Sr-90/Y-90 40% nicht übersteigt. Die Messungen werden deshalb wiederholt, wobei jedoch zwischen Detektor 1 und Detektor 3 zusätzlich ein 3 mm dicker Aluminiumabsorber eingebracht wird. Durch die nahezu vollständige Absorption des Sr-90-Strahlungsanteils vor Eintritt der Strahlung in den Detektor 3 wird eine lineare Korrekturkurve (Kurve 2) erzeugt.

Nachdem Detektor 1 mit Hilfe bekannter Aktivitäten geeicht wurde, kann der Meßwert von Lösungen unbekannter Aktivität in Ampullen unterschiedlicher Wandstärke mit Hilfe der Aktivitätseichkurve und der zusätzlichen Effektivitätskorrekturkurve bestimmt werden.

Ähnliche Ergebnisse werden auch mit anderen Vorrichtungen, für die die schematischen Detektoranordnungen in der Figur 3 gezeigt sind, erzielt.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Aktivitätsmessung radioaktiver Substanzen mit analoger Strom-oder Spannungsmessung und Ermittlung eines Korrekturfaktors für Abweichung von einer Aktivitäts-Meßwert-Kalibirierkurve, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig oder nacheinander Aktivitätsmessungen mit unterschiedlichen Meßeffektivitäten durchgeführt werden, wobei bei einer Messung nur ein höherenergetischer Teil des emittierten Teilchen-oder Quantenspektrums, bei der anderen Messung auch der niederenergetische Teil dieses Spektrums erfaßt wird, und das Verhältnis der beiden Meßwerte als Korrekturfaktor gebildet wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen für verschiedene Werte der Einflußgröße druchgeführt werden und die Meßeffektivität als Funktion des Meßsignalverhältnisses dargestellt wird.
3. Vorrichtung zur Aktivitätsmessung radioaktiver Substanzen mit analog registrierenden Meßanordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei Detektoren mit unterschiedlichen Ansprechwahrscheinlichkeiten für die zu messende Strahlung enthält.
4. Vorrichtung nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor einem der Detektoren ein zusätzlicher Absorber angebracht ist.
5. Vorrichtung nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ionisationskammer mit hohem Fülldruck als ringförmige Anordnung um eine Bohrlochionisationskammer mit normalem Fülldruck und dünnem Fenstermaterial gelegt ist, wobei der Abstand zwischen den Ionisationskammern so gewählt ist, daß Rohre unterschiedlicher Dicke und unterschiedlichen Materials eingebracht werden können.
6. Vorrichtung nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren aus Ringen unterschiedlicher Szintillationsmaterialien bestehen und jeder Ring über Reflektor und Lichtleitungsanordnungen mit einem Fotovervielfacher verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Punkt 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ringe über Lichtleiterkabel und einen Blendenschieber oder eine Revolverkopf-Drehblende mit einem Fotovervielfacher verbunden sind.
8. Vorrichtung nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Szintillationsmaterialien unterschiedlicher Ansprechempfindlichkeit in einem gemeinsamen Reflektor gekapselt und durch einen Fotoverschluß optisch voneinander trennbar sind, wobei die Stirnfläche des einzelnen Szintillator auf einen Fotovervielfacher gesetzt ist.
9. Vorrichtung nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Messung radioaktiver Gase zwei Detektorkammern gleicher Bauart, aber mit unterschiedlichem Abstand zwischen Szintillationsschicht und Glasrohrinnenwand an eine Füllapparatur angeschlossen und in einer lichtdichten Kammer mit Blendenvorrichtung untergebracht sind und ein Fotovervielfacher für die Erfassung des Szintillationslichtes vorgesehen ist.