DE102007056989B4

DE102007056989B4 - Apparatus and method for the instantaneous detection of gamma radiation doses

Info

Publication number: DE102007056989B4
Application number: DE200710056989
Authority: DE
Inventors: Bhaskar Mukherjee; Stefan Simrock; Sergej Ruzin; Timo Lipka
Original assignee: Deutsches Elektronen Synchrotron DESY
Current assignee: Deutsches Elektronen Synchrotron DESY
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: DE102007056989A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur instantanen Erfassung von Gammastrahlendosen, mit einer Steuer- und Ausleseeinheit (8) und einem optisch abgeschlossenen Gehäuse (3), das ein erstes radiochromes Transmissionsmedium (2), dessen optische Dichte sich als Funktion der akkumulierten Gammastrahlendosis monoton ändert, eine Lichtquelle (4) mit einem Signaleingang (4a), einen ersten Photodetektor (5) mit einem Signalausgang (5b), einen zweiten Photodetektor (6) mit einem Signalausgang (6b), eine Blendenvorrichtung (7) enthält, wobei das erste radiochrome Transmissionsmedium (2) zwischen der Lichtquelle (4) und dem ersten Photodetektor (5) angeordnet ist und die Blendenvorrichtung (7) zwischen der Lichtquelle (4) und dem zweiten Photodetektor (6) angeordnet ist, und wobei der Signaleingang (4a) der Lichtquelle (4) mit der Steuer- und Ausleseeinheit (8) verbunden ist, um die Lichtquelle (4) zu steuern, und die Signalausgänge (5b, 6b) des ersten (5) und des zweiten Photodetektors (6) jeweils mit der Steuer- und Ausleseeinheit (8) verbunden sind, um ein Signal des ersten Photodetektors (5) und ein Referenzsignal des...A device (1) for the instantaneous detection of gamma radiation doses, comprising a control and readout unit (8) and an optically sealed housing (3) having a first radiochromic transmission medium (2) whose optical density changes monotonously as a function of the accumulated gamma radiation dose Light source (4) having a signal input (4a), a first photodetector (5) having a signal output (5b), a second photodetector (6) having a signal output (6b), an aperture device (7), the first radiochromic transmission medium ( 2) between the light source (4) and the first photodetector (5) is arranged and the diaphragm device (7) between the light source (4) and the second photodetector (6) is arranged, and wherein the signal input (4a) of the light source (4 ) is connected to the control and readout unit (8) to control the light source (4), and the signal outputs (5b, 6b) of the first (5) and second photodetector (6) are respectively connected to the controller R and readout unit (8) are connected to a signal of the first photodetector (5) and a reference signal of the ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur instantanen Erfassung von Gammastrahlendosen.The The present invention relates to an apparatus and a method for the instantaneous detection of gamma radiation doses.

Die Strahlungsbelastung durch energiereiche Gamma- oder Röntgenstrahlung stellt in vielen Bereichen der Forschung und angewandten Technik wie z. B. in der Atomforschung, in der medizinischen Physik, an Teilchenbeschleunigern, Synchrotron-Lichtquellen oder Freie-Elektronen-Lasern eine Gefährdung für Mensch und Elektronik dar. Im Folgenden bezieht sich der Begriff Gammastrahlendosis auf eine akkumulierte Dosis von Gamma- oder Röntgenstrahlung, die bis zu einem bestimmten Zeitpunkt auf ein Objekt gewirkt hat. Es ist von außerordentlich hohem Interesse, die aktuelle bis zu einem bestimmten Zeitpunkt akkumulierte Gammastrahlendosis zum Schutz von Mensch und Elektronik jederzeit möglichst augenblicklich, also instantan, zu erfassen, so dass ohne Zeitverzug die aktuell akkumulierte Gesamtdosis an Gammastrahlen messbar ist.The Radiation exposure due to high-energy gamma or X-radiation poses in many areas of research and applied technology such as z. In atomic research, medical physics, particle accelerators, Synchrotron light sources or free-electron lasers pose a threat to humans and electronics. In the following, the term gamma radiation dose refers to one accumulated dose of gamma or X-rays reaching up to acted on an object at some point in time. It's from extraordinarily high Interest that accumulated current up to a certain point in time Gamma ray dose to protect humans and electronics whenever possible instantly, so instantaneously, to capture, so that without delay the currently accumulated total dose of gamma rays is measurable.

Besonders zum Schutz von der Strahlung besonders stark ausgesetzter Elektronik vor frühzeitigen Alterungseffekten durch den Total Ionising Dose (TID) Effect ist es wichtig, möglichst schnell die Gesamtdosis der auf die Elektronik eingewirkten Strahlung zu bestimmen. Ab etwa einer Gesamtstrahlenbelastung von 20 Gy treten im Allgemeinen erste Strahlungsschäden in bestimmten Elektronikbauteilen auf. Am Freie-Elektronen-Laser in Hamburg (FLASH) ist beispielsweise die Elektronik einer durchschnittlichen Gammastrahlengesamtdosis von 160 Gy pro Jahr ausgesetzt. Um frühzeitig vor dem Eintritt erster Strahlungsschäden durch bestimmte Maßnahmen zum Schutz der Elektronik einwirken zu können, ist eine instantane Erfassung der Gammastrahlendosis unerlässlich. Auch bei energiereicher Röntgenstrahlung im Bereich der medizinischen Physik kann eine in stantane Erfassung der Gammastrahlendosis von großer Wichtigkeit sein.Especially for the protection of the radiation of particularly exposed electronics before early Aging effects through the Total Ionizing Dose (TID) Effect is it's important, if possible quickly the total dose of radiation transmitted to the electronics to determine. From about a total radiation exposure of 20 Gy occur generally first radiation damage in certain electronic components on. For example, at the Free-Electron Laser in Hamburg (FLASH) the electronics of an average total gamma ray dose exposed by 160 Gy per year. To be early before the first radiation damage through certain measures To act to protect the electronics, is an instantaneous detection the dose of gamma radiation is essential. Even with high-energy X-radiation In the field of medical physics, one can be in constant acquisition the gamma ray dose of large Importance.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, für die integrierte, passive Erfassung der Gammastrahlendosis überhitzte Emulsions- oder Blasendetektoren, GaAs-LED Dosimeter, LiF-Thermolumineszenz-Dosimeter zu verwenden. Für die instantene, d. h. augenblickliche, Dosimetrie sind diese bekannten Detektoren allerdings nicht geeignet. Es ist darüber hinaus nachteilig an Blasendetektoren, dass sie relativ groß, kompliziert im Aufbau und teuer sind. Vor allen Dingen sind Blasendetektoren und GaAs-LED Dosimeter sehr sensitiv für Neutronenstrahlung, die häufig mit Gammastrahlung in den oben genannten Forschungs- und Anwendungsbereichen einhergeht. Gegen die Sensitivität für Neutronenstrahlung ist die Sensitivität von Blasendetektoren GaAs-LED Dosimeter für Gammastrahlung vernachlässigbar klein, sodass sie sich vorrangig als Passiv-Neutronendetektoren eignen und nicht als Gammadetektoren. Durch den relativ großen räumlichen Aufbau von Blasendetektoren kann außerdem die Strahlungserfassung vom Einfallswinkel der Strahlung abhängen. LiF-Thermolumineszenz-Dosimeter können sehr klein ausgestaltet werden, z. B. 3,2 mm × 3,2 mm × 0.9 mm. Gegen die sehr hohe Gammastrahlungssensitivität ist die Neutronenstrahlungssensitivität von LiF-Thermolumineszenz-Dosimetern vernachlässigbar klein, sodass sie sich für die integrierte, passive Erfassung der Gammastrahlendosis eignen. Allerdings sind sie nicht für die instantene, d. h. augenblickliche, Dosimetrie geeignet.Out The prior art is known for the integrated, passive Detection of gamma radiation dose overheated emulsion or bubble detectors, GaAs LED dosimeter to use LiF thermoluminescence dosimeter. For the instantene, d. H. Instantly, dosimetry are these known detectors but not suitable. It is also disadvantageous to bubble detectors, that they are relatively tall, complicated in construction and expensive. Above all, bubble detectors and GaAs-LED dosimeter very sensitive to neutron radiation, which is often with Gamma radiation in the research and application areas mentioned above. Versus the sensitivity for neutron radiation is the sensitivity of bubble detectors GaAs-LED dosimeter for gamma radiation negligible small, so they primarily as passive neutron detectors are suitable and not as gamma detectors. Due to the relatively large spatial Construction of bubble detectors can also detect the radiation depend on the angle of incidence of the radiation. LiF thermoluminescent dosimeters can be made very small, z. B. 3.2 mm × 3.2 mm × 0.9 mm. Against the very high Gamma radiation sensitivity is the neutron radiation sensitivity of LiF thermoluminescence dosimeters negligible small, so they look for the integrated, passive detection of the gamma radiation dose are suitable. However, they are not for the instants, d. H. instantaneous, dosimetry suitable.

Für die instantene Dosimetrie verwendet man für gewöhnlich Ionisationskammern, die in Echtzeit ausgelesen werden. Allerdings haben diese den Nachteil, dass sie groß, schwer und teuer sind und darüber hinaus mit Hochspannung betrieben werden. Außerdem ist die Erfassung von stark gepulster Gammastrahlung mit einer Ionisationskammer nicht möglich. Auch eine länger fristige, analoge Dosiserfassung ist mit einer Ionisationskammer nicht möglich.For the instantene Dosimetry is used for usually Ionization chambers, which are read in real time. Indeed These have the disadvantage that they are big, heavy and expensive and beyond be operated with high voltage. In addition, the capture of Strongly pulsed gamma radiation with an ionization chamber is not possible. Also a longer term, Analog dose detection is not possible with an ionization chamber.

Wie in „C. G. Soares, New Developments in radiochromic film dosimetry, Radiation Protection Dosimetry (2006), Vol. 120, No. 1–4, pp. 100–106” beschrieben, macht die Entwicklung von neuartigen radiochromen Folien deren Verwendung als Detektormaterial für die Erfassung von Gammastrahlendosen möglich. Solche neuartigen radiochromen Folien werden zum Beispiel unter dem Markennamen „Gafchromic^® EBT” von der International Specialty Products Inc., 1361 Alps Road, Wayne, NJ, 07470 USA hergestellt und vertrieben. Bei Gafchromic^® EBT-Folien erhöht sich die optische Dichte in Abhängigkeit von der eingewirkten Gammastrahlendosis in einem Dosisbereich von etwa 0.01 Gy bis etwa 8 Gy. Diese radiochromen Folien sind für die Verwendung bei der intensitätsmodulierten Strahlentherapie (IMRT) in der Medizin entwickelt worden und sind bisher zur Verwendung als passives Detektormaterial bekannt, das einer Gammastrahlendosis ausgesetzt wird und anschließend zur Dosimetrie mit einem Auslesegerät wie etwa einem Scanner ausgelesen wird.As described in "CG Soares, New Developments in Radiochromic Film Dosimetry, Radiation Protection Dosimetry (2006), Vol. 1-4, pp. 100-106 ", the development of novel radiochromic films makes possible their use as a detector material for the detection of gamma radiation doses. Such novel radio-chromic films are produced, for example, under the brand name "Gafchromic ^® EBT" from International Specialty Products Inc., 1361 Alps Road, Wayne, NJ, 07470 USA and distributed. For Gafchromic ^® EBT films, the optical density increases depending on the gamma radiation dose in a dose range from about 0.01 Gy to about 8 Gy. These radiochromic films have been developed for use in the field of Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT) in medicine and have heretofore been known for use as a passive detector material exposed to gamma radiation dose and subsequently read out for dosimetry with a readout device such as a scanner.

Die veröffentlichte Anmeldung US 2006/0017009 A1 beschreibt eine Messvorrichtung zur instantanen Erfassung von Röntgenstrahlendosen mit einer Steuer- und Ausleseeinheit und einem optisch abgeschlossenen Gehäuse, das ein radiochromes Transmissionsmedium, dessen optische Dichte sich als Funktion der akkumilierten Röntgenstrahlendosis monoton ändert, eine Lichtquelle mit einem Signaleingang und einen Photodetektor mit einem Signalausgang enthält, wobei das radiochrome Transmissionsmedium zwischen der Lichtquelle und dem Photodetektor angeordnet ist und die Steuer- und Ausleseeinheit aus der erfassten, durch das radiochrome Medium hindurchtretenden Intensität erfasst und damit ein Maß für die Schwärzung des radiochromen Mediums erfasst. Vor oder nach einer Bestrahlungsperiode wird das radiochrome Medium aus der Dosismessvorrichtung entnommen und einer unabhängigen Kalibration mit einer weiteren externen Lichtquelle unterzogen, um so einen Kalibrationswert für die Gesamtdosis zu erhalten.The published application US 2006/0017009 A1 describes a measuring device for the instantaneous detection of X-ray doses with a control and readout unit and an optically sealed housing comprising a radiochromic transmission medium whose optical density changes monotonically as a function of the accumulated X-ray dose, a light source having a signal input and a photodetector with a signal output, wherein the radiochromic transmission medium is arranged between the light source and the photodetector and the control and readout unit detected from the detected, passing through the radiochromic medium intensity and thus detects a measure of the blackening of the radiochromic medium. Before or after an irradiation period, the radiochromic medium is removed from the dose measuring device and subjected to independent calibration with another external light source so as to obtain a calibration value for the total dose.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine relativ kleine, unkomplizierte und langzeitstabile Vorrichtung und ein relativ einfaches, sicheres (langzeitstabiles), und schnelles Verfahren zur instantanen Erfassung von Gammastrahlendosen bereitzustellen. Hierbei soll eine Beeinträchtigung der Messung durch Neutronenstrahlungsbelastung und eine Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Strahlung möglichst vermieden werden.It Therefore, the object of the present invention is a relatively small, uncomplicated and long-term stable device and a relatively simple, safe (long-term stable), and fast method for instantaneous detection of gamma radiation cans. This should be an impairment the measurement by neutron radiation load and a dependency be avoided as far as possible from the angle of incidence of the radiation.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 17. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Is solved this task according to the present Invention by the features of independent claims 1 and 17. Preferred embodiments The invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur instantanen Erfassung von Gammastrahlendosen bereitgestellt, mit einer Steuer- und Ausleseeinheit und einem optisch abgeschlossenen Gehäuse, das ein radiochromes Transmissionsmedium, dessen optische Dichte sich als Funktion der akkumulierten Gammastrahlendosis monoton ändert, eine Lichtquelle mit einem Signaleingang, einen ersten Photodetektor mit einem Signalausgang, einen zweiten Photodetektor mit einem Signalausgang, eine Blendenvorrichtung enthält, wobei das erste radiochrome Transmissionsmedium zwischen der Lichtquelle und dem ersten Photodetektor angeordnet ist und die Blendenvorrichtung zwischen der Lichtquelle und dem zweiten Photodetektor angeordnet ist, und wobei der Signaleingang der Lichtquelle mit der Steuer- und Ausleseeinheit verbunden ist, um die Lichtquelle zu steuern, und die Signalausgänge des ersten und des zweiten Photodetektors jeweils mit der Steuer- und Ausleseeinheit verbunden sind, um ein Signal des ersten Photodetektors und ein Referenzsignal des zweiten Photodetektors auszulesen.According to one Aspect of the present invention is a device for instantaneous Detection of gamma radiation doses, with a control and readout unit and an optically sealed housing, the a radiochromic transmission medium whose optical density is Function of accumulated gamma-ray dose monotonically changes, one Light source with a signal input, a first photodetector with a signal output, a second photodetector with a signal output, contains an aperture device, wherein the first radiochromic transmission medium is between the light source and the first photodetector and the aperture device disposed between the light source and the second photodetector is, and wherein the signal input of the light source with the control and readout unit is connected to control the light source, and the signal outputs of the first and second photodetectors respectively with the control and readout unit are connected to a signal of the first photodetector and read out a reference signal of the second photodetector.

Vorzugsweise liegt das erste radiochrome Transmissionsmedium in Form einer radiochromen Folie vor. Dies kann zum Beispiel eine Gafchromic^® EBT-Folie sein. Um die Sensitivität und den Messbereich des ersten Transmissionsmediums einzustellen, kann das erste Transmissionsmedium aus einer Mehrzahl von in Transmissionsrichtung des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichts hintereinander angeordneten radiochromen Folien bestehen. Die optische Dichte oder Extinktion ist wie üblich als –log₁₀(I_trans/I_ein) definiert, wobei I_trans bzw. I_ein die durchgehenden bzw. auf das erste Transmissionsmedium einfallende Intensität ist.Preferably, the first radiochromic transmission medium is in the form of a radiochromic foil. This may be for example a Gafchromic ^® EBT film. In order to adjust the sensitivity and the measuring range of the first transmission medium, the first transmission medium can consist of a plurality of radiochromic films arranged one after the other in the transmission direction of the light emitted by the light source. The optical density or absorbance is as usual as -log ₁₀ (I _trans / I _a), wherein I _trans and I _a the through or incident on the first transmission medium intensity.

Die Veränderung der optischen Dichte kann in einem Bereich von 0,01 bis 8 Gy in eindeutiger Abhängikeit von der Gammastrahlendosis (z. B. proportional) stattfinden und daher in diesem Bereich die Messung von Gammastrahlendosen erlauben. Dabei soll sich die optische Dichte des radiochromen Transmissionsmediums unter Einwirkung von Neutronen im Wesentlichen nicht verändern.The change The optical density can be in a range of 0.01 to 8 Gy in clear dependence take place from the gamma ray dose (eg proportional) and therefore allow the measurement of gamma radiation doses in this area. Here, the optical density of the radiochromic transmission medium Substantially do not change under the action of neutrons.

Um eine von der Spezifikation der Photodetektoren unabhängige Messung durchführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der erste und der zweite Photodetektor identische Photodioden sind. Die Lichtquelle ist vorzugsweise eine lichtemittierende Diode (LED), die in radialer Richtung mit möglichst homogener Intensitätsverteilung Licht ausstrahlt.Around an independent of the specification of the photodetectors measurement carry out to be able to it is advantageous if the first and the second photodetector identical photodiodes are. The light source is preferably one light-emitting diode (LED), which in the radial direction with as homogeneous as possible intensity distribution Light radiates.

Zur Kalibrierung der Vorrichtung ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Öffnung der Blendenvorrichtung einstellbar ist.to Calibration of the device, it is also advantageous if the opening the aperture device is adjustable.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Lichtquelle zentral in dem Gehäuse angeordnet und der erste und der zweite Photodetektor sind in gleichem Abstand zur Lichtquelle einander gegenüberliegend, zur Lichtquelle orientiert und zusammen mit der Lichtquelle im Wesentlichen auf einer ersten Raumgeraden angeordnet. Die Schichtdicke des ersten radiochromen Transmissionsmediums kann dabei so gewählt werden, dass Gammastrahlendosen von 0,01 bis 10 Gy erfasst werden können.In a preferred embodiment the device according to the invention the light source is centrally located in the housing and the first and the second photodetector are equidistant from the light source opposite each other, oriented to the light source and together with the light source substantially arranged on a first space line. The layer thickness of the first radiochromic transmission medium can be chosen so that gamma radiation doses of 0.01 to 10 Gy can be detected.

Vorzugsweise ist ein dritter Photodetektor in gleichem Abstand zur Lichtquelle wie der erste und der zweite Photodetektor zur Lichtquelle orientiert angeordnet, wobei ein zweites radiochromes Transmissionsmedium zwischen der Lichtquelle und dem dritten Photodetektor angeordnet ist. Dadurch wird eine zweite, parallele Messung möglich. Die Schichtdicke des zweiten radiochromen Transmissionsmediums kann dabei so gewählt werden, dass Gammastrahlendosen von 10 bis 50 Gy erfasst werden können.Preferably is a third photodetector equidistant from the light source as the first and the second photodetector oriented to the light source, wherein a second radiochromic transmission medium between the Light source and the third photodetector is arranged. Thereby a second, parallel measurement is possible. The layer thickness of the second radiochromic transmission medium can be chosen so that gamma radiation doses of 10 to 50 Gy can be detected.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein vierter Photodetektor in gleichem Abstand zur Lichtquelle wie der dritte Photodetektor, diesem gegenüberliegend, zur Lichtquelle orientiert und zusammen mit der Lichtquelle und dem dritten Photodetektor im Wesentlichen auf einer zweiten Raumgeraden angeordnet, wobei ein drittes radiochromes Transmissionsmedium zwischen der Lichtquelle und dem vierten Photodetektor angeordnet ist. Die Schichtdicke des dritten radiochromen Transmissionsmediums kann dabei so gewählt werden, dass Gammastrahlendosen von 50 bis 400 Gy erfasst werden können.In a second preferred embodiment of the device according to the invention, a fourth photodetector at the same distance from the light source as the third photodetector, opposite this, oriented to the light source and arranged together with the light source and the third photodetector substantially on a second space line, wherein a third radiochromic transmission medium is arranged between the light source and the fourth photodetector. The layer thickness of the third radiochromic transmission medium can be chosen so that gamma radiation doses of 50 to 400 Gy can be detected.

Die Schichtdicken der radiochromen Transmissionsmedien können durch Hintereinanderlegen von mehreren radiochromen Folien eingestellt werden, sodass sich damit der Messbereich und die Sensitivität der jeweiligen Messung einstellen lässt.The Layer thicknesses of the radiochromic transmission media can by Set in succession of several radiochromatic foils so that the measurement range and the sensitivity of the respective Measurement can be set.

Es sind prinzipiell beliebig viele parallele Messungen mit beliebig vielen zusätzlichen Photodetektoren mit jeweils gleichem Abstand zur Lichtquelle denkbar. Vorzugsweise stehen in der dritten Ausführungsform die erste und die zweite Raumgerade senkrecht zueinander. Das Gehäuse hat dabei vorzugsweise im Wesentlichen die Form eines Würfels, dessen maximale Ausdehnung sich auf weniger als 4 cm beschränken kann. Durch die geringe Größe des Gehäuses wird eine vom Einfallswinkel der Strahlung unabhängige Messung erreicht.It are in principle any number of parallel measurements with any many additional Photodetectors each with the same distance from the light source conceivable. Preferably, in the third embodiment, the first and the second space line perpendicular to each other. The housing preferably has essentially the shape of a cube whose maximum extension can be limited to less than 4 cm. Due to the small size of the case becomes achieved a measurement independent of the angle of incidence of the radiation.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur instantanen Erfassung von Gammastrahlendosen mit einem ersten radiochromen Transmissionsmedium, dessen optische Dichte sich als Funktion der akkumulierten Gammastrahlendosis monoton ändert, einer Lichtquelle mit einem Signaleingang, einem ersten Photodetektor mit einem Signalausgang, einem zweiten Photodetektor mit einem Signalausgang, einer Blendenvor richtung und einer Steuer- und Ausleseeinheit, bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte:

a) Einschalten der Lichtquelle mittels der mit dem Signaleingang der Lichtquelle verbundenen Steuer- und Ausleseeinheit,
b) Erzeugen eines Signals am Signalausgang des ersten Photodetektors durch das von der Lichtquelle ausgesandte und durch das radiochrome Transmissionsmedium transmittierte Licht,
c) Erzeugen eines Referenzsignals am Signalausgang des zweiten Photodetektors durch das von der Lichtquelle ausgesandte und durch die Öffnung der Blendenvorrichtung durchtretende Licht,
d) Auslesen des Signals am Signalausgang des ersten Photodetektors mittels der mit dem Signalausgang des ersten Photodetektors verbundenen Steuer- und Ausleseeinheit,
e) Auslesen des Referenzsignals am Signalausgang des zweiten Photodetektors mittels der mit dem Signalausgang des zweiten Photodetektors verbundenen Steuer- und Ausleseeinheit, und
f) Erfassen der Gammastrahlendosis anhand der Amplitudendifferenz zwischen Signal und Referenzsignal.

In accordance with another aspect of the present invention, a method of instantaneously detecting gamma radiation doses with a first radiochromic transmission medium whose optical density changes monotonically as a function of the accumulated gamma ray dose, a light source having a signal input, a first photodetector having a signal output, a second photodetector a signal output, a Blendenvor direction and a control and read-out unit, comprising the following steps:

a) switching on the light source by means of the control input and readout unit connected to the signal input of the light source,
b) generating a signal at the signal output of the first photodetector by the light emitted by the light source and transmitted by the radiochromic transmission medium,
c) producing a reference signal at the signal output of the second photodetector by the light emitted by the light source and passing through the aperture of the diaphragm device,
d) reading out the signal at the signal output of the first photodetector by means of the control and read-out unit connected to the signal output of the first photodetector,
e) reading out of the reference signal at the signal output of the second photodetector by means of the control and read-out unit connected to the signal output of the second photodetector, and
f) detecting the gamma ray dose based on the amplitude difference between the signal and the reference signal.

Vorzugsweise wird in einem Kalibrierungsschritt das Referenzsignal durch Einstellen der Öffnung der Blendenvorrichtung derart eingestellt wird, dass die Amplitudendifferenz zwischen Signal und Referenzsignal auf einen Referenzwert eingestellt wird. Dieser wird vorzugsweise auf ein Minimum eingestellt. Es ist von Vorteil, wenn der Kalibrierungsschritt vor der Einwirkung von Strahlung auf das radiochrome Transmissionsmedium durchgeführt wird. Dadurch wird die Folie optimal genutzt.Preferably In a calibration step, the reference signal is adjusted by adjusting the opening the aperture device is set such that the amplitude difference between signal and reference signal is set to a reference value. This is preferably set to a minimum. It's from Advantage, if the calibration step before exposure to radiation is performed on the radiochromic transmission medium. This will be the Optimally used film.

In einem Einstellungsschritt kann die Sensitivität und der Messbereich einer oben beschriebenen durch geeignete Wahl der Schichtdicke des radiochromen Transmissionsmediums in Transmissionsrichtung des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichts eingestellt werden. Die Schichtdicke des radiochromen Transmissionsmediums kann dadurch eingestellt werden, dass eine Mehrzahl von radiochromen Folien in Transmissionsrichtung des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichts hintereinander angeordnet wird.In In an adjustment step, the sensitivity and the measuring range of a described above by suitable choice of the layer thickness of the radiochromic Transmission medium in the transmission direction of the light source emitted light. The layer thickness of the radiochromic Transmission medium can be adjusted by a Plurality of radiochromic films in the transmission direction of the the light emitted from the light source arranged one behind the other becomes.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Benutzung mindestens eines zusätzlichen radiochromen Transmissionsmediums, dessen optische Dichte sich als Funktion der akkumulierten Gammastrahlendosis monoton ändert, mindestens eines zusätzlichen Photodetektors mit einem Signalausgang, umfasst die folgenden zusätzlichen Schritte:

g) Erzeugen mindestens eines zusätzlichen Signals am Signalausgang des mindestens einen Photodetektors durch das von der Lichtquelle ausgesandte und durch das mindestens eine zusätzliche radiochrome Transmissionsmedium transmittierte Licht,
h) Auslesen des mindestens einen zusätzlichen Signals am Signalausgang des mindestens einen Photodetektors mittels der mit dem Signalausgang des mindestens einen Photodetektors verbundenen Steuer- und Ausleseeinheit,
i) Erfassen der Gammastrahlendosis anhand der Amplitudendifferenz zwischen dem mindestens einen zusätzlichen Signal und dem Referenzsignal.

A further embodiment of the method according to the invention using at least one additional radiochromic transmission medium, the optical density of which changes monotonically as a function of the accumulated dose of gamma radiation, of at least one additional photodetector with a signal output, comprises the following additional steps:

g) generating at least one additional signal at the signal output of the at least one photodetector by the light emitted by the light source and transmitted by the at least one additional radiochromic transmission medium;
h) reading out the at least one additional signal at the signal output of the at least one photodetector by means of the control and read-out unit connected to the signal output of the at least one photodetector,
i) detecting the gamma ray dose based on the amplitude difference between the at least one additional signal and the reference signal.

In einem Einstellungsschritt kann die Sensitivität und der Messbereich des mindestens einen zusätzlichen radiochromen Transmissionsmediums durch geeignete Wahl der Schichtdicke des mindestens einen zusätzlichen radiochromen Transmissionsmediums in Transmissionsrichtung des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichts eingestellt werden.In a setting step, the sensitivity and the measuring range of at least An additional radiochromic transmission medium by suitable choice of the layer thickness of at least one additional radiochromic transmission medium in the transmission direction of the light source emitted light can be adjusted.

Die Gammastrahlendosis kann anhand der Amplitudendifferenz zwischen dem ersten Signal und dem Referenzsignal und anhand der Amplitudendifferenz zwischen dem mindestens einen zusätzlichen Signal und dem Referenzsignal jeweils mit unterschiedlicher Sensitivität und unterschiedlichem Messbereich gleichzeitig erfasst werden.The Gamma dose can be determined by the amplitude difference between the first signal and the reference signal and the amplitude difference between the at least one additional signal and the reference signal each with different sensitivity and different measuring range be recorded at the same time.

Im Folgenden wird die Vorrichtung zur instantanen Erfassung von Gammastrahlendosen anhand von Ausführungsbeispielen in den 1 bis 3 erläutert.The following is the device for the instantaneous detection of gamma radiation doses Hand of embodiments in the 1 to 3 explained.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the device.

2 zeigt eine schematische Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung. 2 shows a schematic detail view of a second embodiment of the device.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung. 3 shows a schematic representation of a second embodiment of the device.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 zur instantanen Erfassung von Gammastrahlendosen gezeigt, das ein radiochromes Transmissionsmedium 2, dessen optische Dichte sich unter Einwirkung von Strahlung erhöht, ein optisch abgeschlossenes Gehäuse 3, eine Lichtquelle 4 mit einem Signaleingang 4a, einen ersten Photodetektor 5 mit einem Signalausgang 5b, einen zweiten Photodetektor 6 mit einem Signalausgang 6b, eine Blendenvorrichtung 7 und eine Steuer- und Ausleseeinheit 8 umfasst. Das lichtdichte Gehäuse 3 in Form eines Würfels mit einer Kantenlänge von etwa 2 cm und die darin befindlichen Komponenten befinden sich in einem Bereich, der der Strahlung ausgesetzt ist. Die Steuer- und Ausleseeinheit 8 kann sich in einem davon entfernten zugänglichen Bereich befinden und über eine große Distanz von etwa 30 Metern mit den in dem Gehäuse befindlichen Komponenten in Verbindung stehen.In 1 is an embodiment of the device 1 for the instantaneous detection of gamma radiation doses, which is a radiochromic transmission medium 2 , whose optical density increases under the action of radiation, an optically sealed housing 3 , a light source 4 with a signal input 4a , a first photodetector 5 with a signal output 5b , a second photodetector 6 with a signal output 6b , an aperture device 7 and a control and readout unit 8th includes. The light-tight housing 3 in the form of a cube with an edge length of about 2 cm and the components therein are in an area which is exposed to the radiation. The control and readout unit 8th may be located in a remote area accessible from and communicating with the components within the housing over a distance of about 30 meters.

Die Steuer- und Ausleseeinheit 8 umfasst einen rauscharmen, differenziellen Operationsverstärker 17, der mit den Signalausgängen 5b und 6b der Photodetektoren 5, 6 verbunden ist. Ein Digital-Analog-Wandler 16 verarbeitet das analoge Signal der Amplitudendifferenz in ein digitales Signal, das an ein Steuer- und Ausleseprogramm 15 übermittelt wird. Das Steuer- und Ausleseprogramm 15 wertet das erhaltene Messergebnis aus und steuert auch über ein Halbleiterrelais 13 das Ein- und Ausschalten der Lichtquelle 4, die mit ihrem Signaleingang 4a über das Halbleiterrelais 13 mit einer Stromquelle 14 verbunden ist.The control and readout unit 8th includes a low-noise, differential operational amplifier 17 , with the signal outputs 5b and 6b the photodetectors 5 . 6 connected is. A digital-to-analog converter 16 processes the analog signal of the amplitude difference into a digital signal sent to a control and read-out program 15 is transmitted. The tax and readout program 15 evaluates the measurement result obtained and also controls it via a semiconductor relay 13 the switching on and off of the light source 4 that with their signal input 4a via the semiconductor relay 13 with a power source 14 connected is.

Bei eingeschalteter Lichtquelle 4, die in diesem Ausführungsbeispiel eine LED ist, trifft das emittierte Licht durch die als radiochromes Transmissionsmedium 2 dienende radiochrome Folie auf den ersten Photodetektor 5 in Form einer Photodiode. Das Licht trifft durch die Öffnung der Blendenvorrichtung 7 auch auf die gegenüberliegende identische Photodiode, die als zweiter Photodetektor 6 dient. Bevor das radiochrome Transmissionsmedium 2 der Strahlung ausgesetzt wird, sollte die Öffnung der Blendenvorrichtung 7 so eingestellt werden, dass die Amplitudendifferenz zwischen dem Signal am Signalausgang 5b des ersten Photodetektors 5 und dem Referenzsignal am Signalausgang 6b des zweiten Photodetektors 6 minimal ist.When the light source is switched on 4 , which is an LED in this embodiment, hits the emitted light through as the radiochromic transmission medium 2 serving radiochromic film on the first photodetector 5 in the form of a photodiode. The light hits through the aperture of the aperture device 7 also on the opposite identical photodiode, acting as a second photodetector 6 serves. Before the radiochromic transmission medium 2 the radiation is exposed should the aperture of the aperture device 7 be set so that the amplitude difference between the signal at the signal output 5b of the first photodetector 5 and the reference signal at the signal output 6b of the second photodetector 6 is minimal.

Durch die Strahlung wird die optische Dichte des radiochromen Transmissionsmediums 2 derart erhöht, dass sich die Folie schwärzt und die Amplitude des Signals am Signalausgang 5b des ersten Photodetektors 5 proportional zur Strahlungsdosis abnimmt. Die somit proportional zunehmende Amplitudendifferenz zwischen dem Signal am Signalausgang 5b des ersten Photodetektors 5 und dem Referenzsignal am Signalausgang 6b des zweiten Photodetektors 6 ist daher ein Maß für die anwachsende Strahlungsdosis, der das radiochromen Transmissionsmedium 2 im Laufe der Benutzungsdauer ausgesetzt ist.The radiation causes the optical density of the radiochromic transmission medium 2 increased so that the film blackens and the amplitude of the signal at the signal output 5b of the first photodetector 5 decreases in proportion to the radiation dose. The thus proportionally increasing amplitude difference between the signal at the signal output 5b of the first photodetector 5 and the reference signal at the signal output 6b of the second photodetector 6 is therefore a measure of the increasing radiation dose, which is the radiochromic transmission medium 2 exposed during the period of use.

2 zeigt eine schematische Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 zur instantanen Erfassung von Gammastrahlendosen, mit dem drei Messungen parallel durchgeführt werden können. 2 shows a schematic detail view of a second embodiment of the device 1 for the instantaneous detection of gamma radiation doses, with which three measurements can be carried out in parallel.

Das lichtdichte Gehäuse 3 hat wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel die Form eines Würfels mit einer Kantenlänge von etwa 2 cm. Die LED 4 ist auch hier im Zentrum des Gehäuses 3 angeordnet. Zusätzlich zum ersten Photodetektor 5 mit dem Signalausgang 5b und dem zweiten Photodetektor 6 mit dem Signalausgang 6b sind an zwei anderen sich gegenüberliegnden Innenseiten des Gehäuses 3 ein dritter Photodetektor 9 mit einem Signalausgang 9b und ein vieter Photodetektor 10 mit einem Signalausgang 10b vorgesehen. Analog zum ersten Photodetektor 5 ist zwischen der LED 4 und dem dritten 9 bzw. vierten Photodetektor 10 ein zweites 11 bzw. drittes radiochromes Transmissionsmedium 12 angeordnet. Das Licht der LED 4 wird durch Lichtleiter 18 mit einem Durchmesser von etwa 2 mm auf jeden der vier Photodetektoren geleitet. Die Schichtdicke des zweiten 11 bzw. dritten radiochromen Transmissionsmediums 12 ist so gewählt, dass sich ein unterschiedlicher Messbereich mit einer anderen Sensitivität für jedes radiochrome Transmissionsmedium ergibt. Zum Beispiel kann das erste radiochrome Transmissionsmedium im Bereich von 0,01 bis 10 Gy sensitiv sein, wobei sich das zweite bzw. dritte radiochrome Transmissionsmedium im Bereich von 10 bis 50 Gy bzw. zwischen 50 und 400 Gy proportional zur Strahlungsdosis schwärzt. Es ist dadurch möglich, sowohl eine stetige Messung der sich kontinuierlich erhöhenden Strahlungsdosis durchzuführen als auch plötzliche Ausbrüche von kurzzeitig sehr hohen Gammastrahlendosen quantitativ zu bestimmen.The light-tight housing 3 As in the previous embodiment has the shape of a cube with an edge length of about 2 cm. The LED 4 is also in the center of the case 3 arranged. In addition to the first photodetector 5 with the signal output 5b and the second photodetector 6 with the signal output 6b are on two other opposite insides of the case 3 a third photodetector 9 with a signal output 9b and a vieter photodetector 10 with a signal output 10b intended. Analogous to the first photodetector 5 is between the LED 4 and the third 9 or fourth photodetector 10 a second one 11 or third radiochromic transmission medium 12 arranged. The light of the LED 4 is through light guides 18 2 mm in diameter on each of the four photodetectors. The layer thickness of the second 11 or third radiochromic transmission medium 12 is chosen to give a different range of measurement with a different sensitivity for each radiochromic transmission medium. For example, the first radiochromic transmission medium may be sensitive in the range of 0.01 to 10 Gy, with the second and third radiochromic transmission medium blackening in the range of 10 to 50 Gy and 50 to 400 Gy, respectively, in proportion to the radiation dose. It is thus possible to carry out both a continuous measurement of the continuously increasing radiation dose and to quantitatively determine sudden outbreaks of short-term very high gamma radiation doses.

In 3 ist gezeigt, wie das zweite zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur instantanen Erfassung von Gammastrahlendosen ausgewertet wird. In der Steuer- und Ausleseeinheit 8 ist ein Multiplexer 19 vorgesehen, dessen Signaleingänge mit den Signalausgängen 5b, 9b und 10b der Photdetektoren 5, 9 und 10 verbunden sind. Der Multiplexer 19 wird durch ein Steuer- und Ausleseprogramm 15 gesteuert. Der Signalausgang 6b des zweiten Photdetektors 6, über den das Referenzsignal zur Verfügung gestellt wird, ist mit dem Eingang eines rauscharmen, differenziellen Operationsverstärkers 17 als Teil der Steuer- und Ausleseeinheit 8 verbunden. Der Operationsverstärkers 17 liefert am Signalausgang dem Steuer- und Ausleseprogramm 15 eine Amplitudendifferenz je nach Ansteuerung des Multiplexers 15 zwischen einem Signal der Photodetektoren 5, 9 oder 10 und dem Referenzsignal des Photodetektors 6. Das Steuer- und Ausleseprogramm 15 steuert außerdem das Ein- und Aussschlaten der LED 4 über eine LED-Steuereinheit 13. Das Steuer- und Ausleseprogramm 15 ist für die Bedienung mit einer Bedienungsoberfläche auf einem PC 20 verbunden.In 3 is shown as the second embodiment of the inventive device described above 1 is evaluated for the instantaneous detection of gamma radiation doses. In the control and readout unit 8th is a multiplexer 19 whose signal inputs with the signal out transitions 5b . 9b and 10b the photodetectors 5 . 9 and 10 are connected. The multiplexer 19 is through a tax and readout program 15 controlled. The signal output 6b of the second photodetector 6 , via which the reference signal is provided, is connected to the input of a low-noise, differential operational amplifier 17 as part of the control and readout unit 8th connected. The operational amplifier 17 supplies the control and readout program at the signal output 15 an amplitude difference depending on the control of the multiplexer 15 between a signal of the photodetectors 5 . 9 or 10 and the reference signal of the photodetector 6 , The tax and readout program 15 also controls the on and off of the LED 4 via an LED control unit 13 , The tax and readout program 15 is for operation with a user interface on a PC 20 connected.

Claims

Contraption ( 1 ) for the instantaneous detection of gamma radiation doses, with a control and read-out unit ( 8th ) and an optically sealed housing ( 3 ), which is a first radiochromic transmission medium ( 2 ) whose optical density changes monotonously as a function of the accumulated dose of gamma radiation, a light source ( 4 ) with a signal input ( 4a ), a first photodetector ( 5 ) with a signal output ( 5b ), a second photodetector ( 6 ) with a signal output ( 6b ), an aperture device ( 7 ), wherein the first radiochromic transmission medium ( 2 ) between the light source ( 4 ) and the first photodetector ( 5 ) is arranged and the aperture device ( 7 ) between the light source ( 4 ) and the second photodetector ( 6 ), and wherein the signal input ( 4a ) of the light source ( 4 ) with the control and readout unit ( 8th ) is connected to the light source ( 4 ), and the signal outputs ( 5b . 6b ) of the first ( 5 ) and the second photodetector ( 6 ) each with the control and read-out unit ( 8th ) are connected to receive a signal of the first photodetector ( 5 ) and a reference signal of the second photodetector ( 6 ) read out.

Device according to claim 1, wherein the first radiochromic transmission medium ( 2 ) in the form of a radiochromic foil.

Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the first radiochromic transmission medium ( 2 ) consists of a plurality of radiochromic films arranged one behind the other in the transmission direction of the light emitted by the light source.

Device according to one of the preceding claims, wherein the optical density of the first radiochromic Transmissionsme medium ( 2 ) is changed in a range of 0.01 to 8 Gy in proportion to the gamma ray dose under the influence of gamma rays.

Device according to one of the preceding claims, wherein the optical density of the first radiochromic transmission medium ( 2 ) is essentially unchanged under the action of neutrons.

Device according to one of the preceding claims, wherein the first ( 5 ) and the second photodetector ( 6 ) are identical photodiodes.

Device according to one of the preceding claims, wherein the light source ( 4 ) is a light-emitting diode.

Device according to one of the preceding claims, wherein the opening of the diaphragm device ( 7 ) is adjustable.

Device according to one of the preceding claims, wherein the light source ( 4 ) centrally in the housing ( 3 ) and the first ( 5 ) and the second photodetector ( 6 ) equidistant from the light source ( 4 ) opposite each other, to the light source ( 4 ) and together with the light source ( 4 ) are arranged substantially on a first space line.

Apparatus according to claim 9, wherein a third photodetector ( 9 ) equidistant from the light source ( 4 ) like the first one ( 5 ) and the second photodetector ( 6 ), to the light source ( 4 ), wherein a second radiochromic transmission medium ( 11 ) between the light source ( 4 ) and the third photodetector ( 9 ) is arranged.

Apparatus according to claim 10, wherein a fourth photodetector ( 10 ) equidistant from the light source ( 4 ) like the third photodetector ( 9 ), opposite this, to the light source ( 4 ) and together with the light source ( 4 ) and the third photodetector ( 9 ) are arranged substantially on a second space line, wherein a third radiochromic transmission medium ( 12 ) between the light source ( 4 ) and the fourth photodetector ( 10 ) is arranged.

Apparatus according to claim 11, wherein the first and the second space line are perpendicular to each other.

Apparatus according to claim 9 or 11, wherein the second radiochromic transmission medium ( 11 ) another layer thickness in the transmission direction of the light source ( 4 ) emitted light than that of the first radiochromic transmission medium ( 2 ).

Apparatus according to claim 13, wherein said second transmission medium ( 11 ) of a plurality in the transmission direction of the light source ( 4 ) emitted light radiochromic films arranged one behind the other.

Device according to one of the preceding claims, wherein the housing ( 3 ) has substantially the shape of a cube.

Device according to one of the preceding claims, wherein the maximum extent of the housing ( 3 ) is limited to less than 4 cm.

Method for the instantaneous detection of gamma radiation doses using a first radiochromic transmission medium ( 2 ), the optical density of which changes monotonously as a function of the accumulated gamma radiation dose, of a light source ( 4 ) with a signal input ( 4a ), a first photodetector ( 5 ) with a signal output ( 5b ), a second photodetector ( 6 ) with a signal output ( 6b ), an aperture device ( 7 ) and a control and read-out unit ( 8th ), comprising the following steps: a) switching on the light source ( 4 ) by means of the signal input ( 4a ) of the light source ( 4 ) connected control and readout unit ( 8th ), b) generating a signal at the signal output ( 5b ) of the first photodetector ( 5 ) by the light source ( 4 ) and transmitted through the radiochromic transmission medium ( 2 ) transmitted light, c) generating a reference signal at the signal output ( 6b ) of the second photodetector ( 6 ) by the light source ( 4 ) and through the aperture of the aperture device ( 7 ) passing light, d) reading the signal at the signal output ( 5b ) of the first photodetector ( 5 ) by means of the signal output ( 5a ) of the first photodetector ( 5 ) connected control and readout unit ( 8th ), e) reading the reference signal at the signal output ( 6b ) of the second photodetector ( 6 ) by means of the signal output ( 6b ) of the second photodetector ( 6 ) connected control and readout unit ( 8th ), and f) detecting the gamma ray dose based on the amplitude difference between the signal and the reference signal.

A method according to claim 17, wherein in a calibration step the reference signal is adjusted by adjusting the aperture of the diaphragm device ( 7 ) is set such that the amplitude difference between the signal and the reference signal is set to a reference value.

The method of claim 18, wherein the reference value is set to a minimum.

A method according to claim 18 or 19, wherein the calibration step is prior to exposure to radiation on the radiochromic transmission medium ( 2 ) is carried out.

Method according to one of the preceding claims, wherein in a setting step the sensitivity and the measuring range of a device ( 1 ) according to one of claims 1 to 16 by suitable choice of the layer thickness of the radiochromic transmission medium ( 2 ) in the transmission direction of the light source ( 4 ) emitted light is adjusted.

The method of claim 21, wherein the layer thickness of the radiochromic transmission medium ( 2 ) is adjusted by a plurality of radiochromic films in the transmission direction of the light source ( 4 ) emitted light is arranged one behind the other.

Method according to one of the preceding claims using at least one additional radiochromic transmission medium ( 11 . 12 ) whose optical density changes under the action of radiation, at least one additional photodetector ( 9 . 10 ) with a signal output ( 9b . 10b ), comprising the following additional steps: j) generating at least one additional signal at the signal output ( 9b . 10b ) of the at least one additional photodetector ( 9 . 10 ) by the light source ( 4 ) emitted by the at least one additional radiochromic transmission medium ( 11 . 12 ) transmitted light, k) reading the at least one additional signal at the signal output ( 9b . 10b ) of the at least one additional photodetector ( 9 . 10 ) by means of the signal output ( 9b . 10b ) of the at least one photodetector ( 9 . 10 ) connected control and readout unit ( 8th ), l) detecting the gamma ray dose based on the amplitude difference between the at least one additional signal and the reference signal.

A method according to claim 23, wherein in a setting step the sensitivity and the measuring range of the at least one additional radiochromic transmission medium ( 11 . 12 ) by suitable choice of the layer thickness of the at least one additional radiochromic transmission medium ( 11 . 12 ) in the transmission direction of the light source ( 4 ) emitted light is adjusted.

The method of claim 24, wherein the gamma ray dose based on the amplitude difference between the first signal and the reference signal and based on the amplitude difference between the at least one additional signal and the reference signal each with different sensitivity and different measuring range simultaneously is taken.