DE102011103850B4 - Method for the quantitative determination of uncontrolled release of radioactive isotopes in cosmic ray fields - Google Patents
Method for the quantitative determination of uncontrolled release of radioactive isotopes in cosmic ray fields Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011103850B4 DE102011103850B4 DE102011103850.0A DE102011103850A DE102011103850B4 DE 102011103850 B4 DE102011103850 B4 DE 102011103850B4 DE 102011103850 A DE102011103850 A DE 102011103850A DE 102011103850 B4 DE102011103850 B4 DE 102011103850B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- radiation
- characterization factor
- radiation field
- dose
- characterization
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/167—Measuring radioactive content of objects, e.g. contamination
Abstract
Verfahren zur quantitativen Bestimmung unkontrolliert freigesetzter radioaktiver Isotope in Bereichen mit erhöhter kosmischer Strahlung in Reiseflughöhen der zivilen Luftfahrt, mit folgenden Schritten: – Messung eines Strahlungsfeldes unter Verwendung eines sensitiven Volumens, wobei bei der Messung folgende Unterschritte durchgeführt werden: a) Bestimmung der Energiedosis D des Strahlungsfeldes b) Bestimmung eines Charakterisierungsfaktors C des Strahlungsfeldes in Abhängigkeit von durch Einzelereignisse im sensitiven Volumen erzeugten Signalen, – Diskriminierung eines Strahlungsbeitrags durch unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope am Strahlungsfeld, wobei eine quantitative Bestimmung von locker ionisierender Strahlung durch eine Analyse des Charakterisierungsfaktors C und der Energiedosis D erfolgt, wobei der Charakterisierungsfaktor C eine Bewertungsgröße für die Charakterisierung der Ionisationsstärke des Strahlungsfeldes ist.Method for the quantitative determination of uncontrollably released radioactive isotopes in regions with increased cosmic radiation at cruising altitudes of civil aviation, comprising the following steps: measuring a radiation field using a sensitive volume, the following substeps being performed during the measurement: a) determination of the absorbed dose D of the Radiation field b) determination of a characterization factor C of the radiation field as a function of signals generated by individual events in the sensitive volume, discrimination of a radiation contribution by uncontrollably released radioactive isotopes at the radiation field, wherein a quantitative determination of light ionizing radiation by an analysis of the characterization factor C and the absorbed dose D is carried out, wherein the characterization factor C is an evaluation variable for the characterization of the ionization strength of the radiation field.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung unkontrolliert freigesetzter radioaktiver Isotope in Bereichen kosmischer Strahlung.The present invention relates to a method for the quantitative determination of uncontrollably released radioactive isotopes in areas of cosmic radiation.
In der Erdatmosphäre treten Strahlungsfelder mit unterschiedlichen Zusammensetzungen auf, die zumeist aus kosmischer Strahlung und in Einzelfällen aus Strahlung unkontrolliert freigesetzter radioaktiver Isotope resultieren. Die unkontrolliert freigesetzten radioaktiven Isotope können natürlichen oder künstlichen Ursprungs sein. Als kosmische Strahlung wird Strahlung bezeichnet, die aus dem Weltall, beispielsweise in der Galaxis erzeugt, in die Erdatmosphäre eindringt. In großen Höhen ist die Strahlenexposition aufgrund der galaktischen kosmischen Strahlung im Vergleich mit terrestrischen Expositionen teilweise stark erhöht. Dies führt dazu, dass die Strahlenexposition auf den Reiseflughöhen der Zivilluftfahrt beispielsweise um bis zu einem Faktor 100 höher ist als auf der Erdoberfläche. Neben dieser beobachteten Höhenabhängigkeit besteht eine starke Abhängigkeit des Strahlungsfeldes von der lokalen Abschirmwirkung des Erdmagnetfeldes, beispielsweise parametrisiert durch den geomagnetischen Breitengrad. Einen weiteren Einfluss auf das Strahlungsfeld hat die Variation des interplanetaren Magnetfelds durch den solaren Zyklus. Diese verschiedenen unabhängigen Einflüsse führen zu einem in Komposition und Energieverteilung sehr komplexen Strahlungsfeld im Bereich der Luftfahrt. Neben der galaktischen kosmischen Strahlung gibt es innerhalb des solaren Zyklus auch zeitweise Strahlungsbeiträge durch die solare kosmische Strahlung, wenn durch Strahlungsausbrüche auf der Sonne, sogenannten SPEs (englische Abkürzung für ”Solar Particle Events”), Teilchen mit Energien erzeugt werden, die groß genug sind, um die Magnetosphäre und die oberen Schichten der Atmosphäre durchdringen zu können.In the earth's atmosphere, radiation fields with different compositions occur, which mostly result from cosmic radiation and, in individual cases, from radiation of uncontrolled released radioactive isotopes. The uncontrollably released radioactive isotopes may be of natural or artificial origin. Cosmic radiation refers to radiation that enters the earth's atmosphere from space, for example in the galaxy. At high altitudes, radiation exposure due to galactic cosmic radiation is sometimes greatly increased compared to terrestrial exposures. As a result, exposure to civil aviation flight altitudes is up to a factor 100 higher than on the Earth's surface. In addition to this observed height dependence, there is a strong dependence of the radiation field on the local shielding effect of the geomagnetic field, for example parameterized by the geomagnetic latitude. Another influence on the radiation field is the variation of the interplanetary magnetic field by the solar cycle. These different independent influences lead to a very complex radiation field in the field of aviation in composition and energy distribution. In addition to the galactic cosmic radiation, there are also occasional contributions to radiation by the solar cosmic radiation within the solar cycle, when radiation bursts on the Sun, so-called SPEs (Solar Particle Events), produce particles with energies that are large enough to penetrate the magnetosphere and the upper layers of the atmosphere.
Durch Unglücke, wie beispielsweise Reaktorunfälle, können die dabei unkontrolliert freigesetzten radioaktiven Isotope lokal einen großen Beitrag zum Strahlungsfeld leisten, wenn beispielsweise eine sogenannte radioaktive Wolke gebildet wird. Während die Strahlungskomponenten der kosmischen Strahlung nicht zu einer Kontamination von sich in diesem Strahlungsfeld befindlichen Objekten führen, können die unkontrolliert freigesetzten radioaktiven Isotope eine nicht unerhebliche Kontamination der entsprechenden Objekte hervorrufen. So ist beispielsweise bei einem Flug durch ein ausgedehntes Gebiet erhöhter Umweltradioaktivität (radioaktive Wolke) mit einer Kontamination des jeweiligen Luftfahrzeugs zu rechnen. Eine Dekontamination des Luftfahrzeugs wäre mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Darüber hinaus ist durch die Verordnung zur Strahlenschutzvorsorge bei radioaktiv kontaminierten Luftfahrzeugen vom 19. März 2011 ein Grenzwert für den zulässigen Kontaminationswert für eine Oberflächenkontamination an Luftfahrzeugen festgelegt.Due to accidents such as reactor accidents, the uncontrollably released radioactive isotopes locally can make a major contribution to the radiation field, for example, when a so-called radioactive cloud is formed. While the radiation components of the cosmic radiation do not lead to contamination of objects located in this radiation field, the uncontrollably released radioactive isotopes can cause a considerable contamination of the corresponding objects. For example, in the case of a flight through an extensive area of increased environmental radioactivity (radioactive cloud), contamination of the respective aircraft is to be expected. A decontamination of the aircraft would be associated with a considerable effort. In addition, the Ordinance on Radiation Protection of Radiation-Contaminated Aircraft of 19 March 2011 sets a limit for the permissible contamination value for surface contamination on aircraft.
Bei der Messung eines Strahlungsfeldes besteht jedoch das Problem, dass es auf einfachem Wege nicht möglich ist, festzustellen, ob unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope, die eine Kontamination von Objekten hervorrufen würden, einen Beitrag zum Strahlungsfeld leisten. Herkömmliche Dosismessgeräte, die eine Aufzeichnung der Stärke eines Strahlungssignals im sensitiven Messvolumen erlauben, sind beispielsweise Halbleiterdetektoren, Proportionalzähler etc. Diese Instrumente ermitteln die Strahlenexposition externer Quellen und sind nahezu unempfindlich für Alpha- und Betateilchen. Alpha- und Betastrahlen sind somit nur über die mit dem jeweiligen Kernübergang verbundene Emission von Gammastrahlung nachweisbar. Kontaminationsmonitore, die oberflächensensitiv eine Kontamination mit Alpha- und Betastrahlen nachweisen können, werden durch die kosmische Strahlung so stark gestört, dass nur extrem hohe Kontaminationen qualitativ gegen diese diskriminierbar sind.When measuring a radiation field, however, there is the problem that it is simply not possible to determine whether uncontrolled released radioactive isotopes that would cause contamination of objects contribute to the radiation field. Conventional dose measuring devices which allow a recording of the intensity of a radiation signal in the sensitive measuring volume are, for example, semiconductor detectors, proportional counters, etc. These instruments determine the radiation exposure of external sources and are almost insensitive to alpha and beta particles. Alpha and beta rays are thus detectable only via the emission of gamma radiation associated with the respective nuclear transition. Contamination monitors, which can detect surface-sensitive contamination with alpha and beta rays, are so disturbed by cosmic radiation that only extremely high contaminations can be qualitatively discriminated against.
Ein zusätzlicher Dosisbeitrag durch unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope, beispielsweise durch I-131 oder Cs-137, ist zwar mit den genannten Instrumenten zur Messung des Strahlungsfeldes nachweisbar, aber außer bei extremer Kontamination, d. h. jenseits der in der Luftfahrzeuge-EilV angegebenen Grenzwerte, nicht als solcher erkennbar. Dies ist im Wesentlichen darin begründet, dass ein deutlicher Anstieg beispielsweise der Dosis aufgrund des komplexen Strahlungsfeldes insbesondere auf Reiseflughöhen und seiner Abhängigkeiten von der lokalen Abschirmwirkung des Erdmagnetfeldes, der Flughöhe und des solaren Zyklus nicht zuverlässig als Hinweis auf eine erhöhte Radioaktivität aufgrund unkontrolliert freigesetzter radioaktiver Isotope gewertet werden kann. Die Dosisrate auf Reiseflughöhen könnte beispielsweise aufgrund eines solaren Teilchenereignisses um einen Faktor 10 oder mehr ansteigen, ohne dass dies mit einer Kontamination des Luftfahrzeugs verbunden wäre.An additional dose contribution from uncontrolled release of radioactive isotopes, for example, by I-131 or Cs-137, although detectable with the above-mentioned instruments for measuring the radiation field, but except in extreme contamination, d. H. beyond the limits specified in the Aircraft Directive, can not be identified as such. This is essentially due to the fact that a significant increase, for example, the dose due to the complex radiation field, especially at cruising altitudes and its dependencies on the local shielding effect of the earth's magnetic field, the altitude and the solar cycle not reliable as an indication of increased radioactivity due to uncontrolled released radioactive isotopes can be evaluated. For example, the dose rate at cruising altitudes could increase by a factor of ten or more due to a solar particle event, without any associated contamination of the aircraft.
Insbesondere in der Luftfahrt ist es jedoch wünschenswert, ein Gebiet mit einer erhöhten Konzentration von unkontrolliert freigesetzten radioaktiven Isotopen, beispielsweise eine radioaktiven Wolke, bereits frühzeitig zu erkennen, um diese umfliegen zu können. Herkömmliche Kontaminationsmonitore sind für einen derartigen Zweck unbrauchbar, da diese aufgrund der immer vorhandenen kosmischen Strahlung erst dann einen Nachweis ermöglichen, wenn bereits eine hohe Kontamination vorliegt, so dass es bereits zu einer nicht unerheblichen Kontamination beispielsweise des Luftfahrzeugs gekommen ist, was eine kostenträchtige Dekontamination mit sich führt, sofern diese überhaupt durchführbar ist.In aviation in particular, however, it is desirable to be able to detect an area with an increased concentration of uncontrollably released radioactive isotopes, for example a radioactive cloud, in good time in order to be able to fly around it. Conventional contamination monitors are unusable for such a purpose, since they only allow detection due to the cosmic radiation present when there is already a high level of contamination, so that considerable contamination, for example of the aircraft, has already occurred, resulting in a costly decontamination with it, if it is feasible at all.
Mit den genannten Dosismessgeräten ist es jedoch bisher nicht erkennbar, ob bei einem Anstieg der gemessenen Werte es sich um einen Anstieg, der keine Kontamination hervorrufenden kosmischen Strahlung, beispielsweise durch einen Strahlungsausbruch auf der Sonne oder durch eine Veränderung der lokalen Abschirmwirkung des Erdmagnetfeldes handelt, oder ob die Messwerte aufgrund beispielsweise einer radioaktiven Wolke ansteigen.With the aforementioned dose measuring devices, however, it is not yet known whether an increase in the measured values is an increase in the cosmic radiation that does not cause contamination, for example by a radiation outburst on the sun or by a change in the local shielding effect of the earth's magnetic field, or whether the measured values increase due to, for example, a radioactive cloud.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope in Bereichen kosmischer Strahlung auf einfache Art und Weise bestimmt werden können.It is therefore the object of the present invention to provide a method with which uncontrolled released radioactive isotopes in areas of cosmic radiation can be determined in a simple manner.
Zur Lösung der Aufgabe dient ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.To solve the problem, a method according to the features of claim 1 is used.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur quantitativen Bestimmung unkontrolliert freigesetzter radioaktiver Isotope in Bereichen kosmischer Strahlung, insbesondere in Bereichen mit erhöhter kosmischer Strahlung, wie beispielsweise in Bereichen von Reiseflughöhen der zivilen Luftfahrt, weist folgende Schritte auf:
- – Messung eines Strahlungsfeldes, unter Verwendung eines sensitiven Volumens
- – Bestimmung der Energiedosis D des Strahlungsfeldes,
- – Bestimmung eines Charakterisierungsfaktors C des Strahlungsfeldes in Abhängigkeit von durch Einzelereignisse im sensitiven Volumen erzeugten Signalen,
- – Diskriminierung eines Strahlungsbeitrags durch unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope am Strahlungsfeld, wobei eine quantitative Bestimmung von locker ionisierender Strahlung durch eine Analyse des Charakterisierungsfaktors C und der Energiedosis D erfolgt, wobei der Charakterisierungsfaktor C eine Bewertungsgröße für die Charakterisierung der Ionisationsstärke des Strahlungsfeldes ist.
- - Measurement of a radiation field, using a sensitive volume
- Determination of the absorbed dose D of the radiation field,
- Determination of a characterization factor C of the radiation field as a function of signals generated by individual events in the sensitive volume,
- - Discrimination of a radiation contribution by uncontrolled released radioactive isotopes at the radiation field, wherein a quantitative determination of loose ionizing radiation by an analysis of the characterization factor C and the absorbed dose D, wherein the characterization factor C is an evaluation variable for the characterization of the ionization strength of the radiation field.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die kosmische Strahlung insbesondere auf Reiseflughöhen einen ausgeprägten Anteil dicht ionisierender Strahlung, z. B. Neutronen, enthält, wohingegen es sich bei durch unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope emittierte Gammastrahlung um locker ionisierende Strahlung handelt. Der Charakterisierungsfaktor C des Strahlungsfeldes wird aus den Signalen bzw. aus dem aus den Signalen gebildeten Signalspektrum eines das sensitive Volumen aufweisenden Detektors ermittelt. Durch eine Analyse des Charakterisierungsfaktors bzw. seiner zeitlichen Entwicklung kann eine quantitative Bestimmung von locker ionisierender Strahlung erfolgen und somit ein Strahlungsbeitrag durch unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope am Strahlungsfeld erkannt werden.The invention is based on the finding that the cosmic radiation in particular at cruising altitudes a pronounced proportion of dense ionizing radiation, z. As neutrons, while it is emitted by uncontrolled released radioactive isotopes gamma radiation is loose ionizing radiation. The characterization factor C of the radiation field is determined from the signals or from the signal spectrum of the sensitive volume comprising a detector formed from the signals. By an analysis of the characterization factor or its temporal evolution, a quantitative determination of loose ionizing radiation can be made and thus a contribution of radiation can be detected by uncontrolled released radioactive isotopes at the radiation field.
Die Analyse des Charakterisierungsfaktors kann beispielsweise durch zuvor erstellte Referenzwerte für den Charakterisierungsfaktor und die Energiedosis erfolgen. Dabei können die Referenzwerte beispielsweise in Abhängigkeit vom Ort oder dem solaren Zyklus variieren.The analysis of the characterization factor can be done, for example, by previously established reference values for the characterization factor and the absorbed dose. The reference values may vary, for example, depending on the location or the solar cycle.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass der zeitliche Verlauf der Energiedosis und des Charakterisierungsfaktors C bestimmt wird. Dadurch kann die zeitliche Veränderung der Energiedosis D und des Charakterisierungsfaktors C analysiert werden. Dadurch lässt sich beispielsweise erkennen, ob die Energiedosis D oder der Charakterisierungsfaktor C sich zeitlich verändern, wodurch dann auf eine quantitative Veränderung des Anteils der locker ionisierenden Strahlung im Strahlungsfeld geschlossen werden kann.The inventive method can provide that the time course of the absorbed dose and the characterization factor C is determined. Thereby, the temporal change of the absorbed dose D and the characterization factor C can be analyzed. This makes it possible to detect, for example, whether the energy dose D or the characterization factor C changes over time, which then makes it possible to conclude that there is a quantitative change in the proportion of loose ionizing radiation in the radiation field.
Es ist vorgesehen, dass der Charakterisierungsfaktor C eine Bewertungsgröße für die Charakterisierung der Ionisationsstärke des Strahlungsfeldes ist.It is envisaged that the characterization factor C is an evaluation variable for the characterization of the ionization strength of the radiation field.
Es hat sich herausgestellt, dass sich bei der Wahl eines derartigen Charakterisierungsfaktors ein Strahlungsbeitrag durch unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope am Strahlungsfeld in vorteilhafter Weise bestimmen lässt.It has been found that, when choosing such a characterization factor, it is possible to advantageously determine a radiation contribution from uncontrollably released radioactive isotopes at the radiation field.
Es kann vorgesehen sein, dass der Charakterisierungsfaktor C die biologische Wirkung unterschiedlicher Strahlung charakterisiert. Dabei kann der Charakterisierungsfaktor C der Quotient einer Aquivalentdosis und der Energiedosis D sein. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Äquivalentdosis die Umgebungsäquivalentdosis H*(10) ist. In diesem Fall ist der Charakterisierungsfaktor C der Qualitätsfaktor Q des Strahlungsfeldes.It can be provided that the characterization factor C characterizes the biological effect of different radiation. The characterization factor C may be the quotient of an equivalent dose and the absorbed dose D. It is preferably provided that the equivalent dose is the ambient equivalent dose H * (10). In this case, the characterization factor C is the quality factor Q of the radiation field.
Die Wahl des Charakterisierungsfaktors C als Qualitätsfaktor Q ist besonders vorteilhaft, da dieser Wert bereits mit herkömmlichen Dosimetern bestimmbar ist. Derartige Dosimeter sind teilweise bereits in Luftfahrzeugen zur Messung der Strahlenexposition während eines Fluges vorhanden, so dass das erfindungsgemäße Verfahren ohne zusätzlichen bzw. nur mit geringem zusätzlichen vorrichtungstechnischen Aufwand durchgeführt werden kann. Dabei kann eine Auswertung der durch diese Dosimeter ausgegebenen Signale durch den Bediener oder durch eine entsprechend installierte Software erfolgen.The choice of the characterization factor C as a quality factor Q is particularly advantageous since this value can already be determined with conventional dosimeters. Such dosimeters are partially already present in aircraft for measuring the radiation exposure during a flight, so that the method according to the invention can be carried out without additional or only with a small additional device complexity. An evaluation of the signals output by these dosimeters can be carried out by the operator or by an appropriately installed software.
Der Charakterisierungsfaktor C kann über eine Gewichtungsfunktion bestimmt werden, die eine Filterung des Signalspektrums von nachzuweisenden Isotopen beinhaltet. Auf diese Weise kann die Messgenauigkeit erhöht werden, so dass bereits geringere Konzentrationen von nachzuweisenden Isotopen diskriminiert werden können.The characterization factor C can be determined by a weighting function involving filtering the signal spectrum of isotopes to be detected. In this way, the measurement accuracy can be increased, so that even lower concentrations of detectable isotopes can be discriminated.
Die Gewichtungsfunktion kann beispielsweise die Signale durch Gammalinien der Isotope I-131 und/oder Cs-137 verstärken. Derartige Isotope treten insbesondere in durch Reaktorunfälle erzeugten radioaktiven Wolken auf.For example, the weighting function can amplify the signals through gamma lines of isotopes I-131 and / or Cs-137. Such isotopes occur especially in radioactive clouds produced by reactor accidents.
Bei der Analyse des Charakterisierungsfaktors C kann eine Gewichtung eines aus den Signalen erzeugten Signalspektrums der Strahlung, beispielsweise des Energieverlustspektrums der Strahlung, erfolgen.In the analysis of the characterization factor C, a weighting of a signal spectrum of the radiation generated from the signals, for example the energy loss spectrum of the radiation, can take place.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The method according to the invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur quantitativen Bestimmung unkontrolliert freigesetzter radioaktiver Isotope in Bereichen kosmischer Strahlung, insbesondere in Bereichen mit erhöhter kosmischer Strahlung, wird mit folgenden Schritten durchgeführt. In einem Dosismessgerät, beispielsweise einem Halbleiterdetektor oder einem Proportionalzähler, wird ein Strahlungsfeld gemessen. Dabei wird die Energiedosis D des Strahlungsfeldes bestimmt. Ferner wird in Abhängigkeit von der in Einzelereignissen im sensitiven Volumen deponierten Energiedosis D ein Charakterisierungsfaktor C des Strahlungsfeldes bestimmt. Der Charakterisierungsfaktor C kann der Qualitätsfaktor Q des Strahlungsfeldes sein, indem über das Dosismessgerät die Umgebungsäquivalentdosis H*(10) bestimmt wird. Der Qualitätsfaktor Q ergibt sich dabei aus dem Quotienten der Umgebungsäquivalentdosis H*(10) und D.The inventive method for the quantitative determination of uncontrolled released radioactive isotopes in areas of cosmic radiation, in particular in areas with increased cosmic radiation, is carried out with the following steps. In a dose measuring device, for example a semiconductor detector or a proportional counter, a radiation field is measured. In this case, the absorbed dose D of the radiation field is determined. Furthermore, a characterization factor C of the radiation field is determined as a function of the energy dose D deposited in individual events in the sensitive volume. The characterization factor C can be the quality factor Q of the radiation field by determining the ambient equivalent dose H * (10) via the dose measuring device. The quality factor Q results from the quotient of the environmental equivalent dose H * (10) and D.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere in der Luftfahrt eingesetzt werden, um zu verhindern, dass Flugzeuge durch unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope kontaminiert werden. Insbesondere in Reiseflughöhen existiert jedoch ein Strahlungsfeld, das sich aus galaktischer kosmischer Strahlung und solarer kosmischer Strahlung zusammensetzt. Mit den verwendeten Dosismessgeräten lässt sich bei der bekannten Verwendung jedoch nicht ermitteln, ob die gemessene Energiedosis D durch die kosmische Strahlung oder durch unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope hervorgerufen wird. Die verwendeten Dosismessgeräte sind gegenüber Alpha- und Betateilchen nahezu unempfindlich und weisen lediglich die mit dem jeweiligen Kernübergang bei Alpha- und Betastrahlern verbundenen Emissionen von Gammastrahlung nach.In particular, the method according to the invention can be used in aviation in order to prevent aircraft from being contaminated by uncontrollably released radioactive isotopes. However, especially at cruising altitudes, there is a radiation field composed of galactic cosmic rays and solar cosmic rays. With the dose measuring devices used, however, it is not possible with the known use to determine whether the measured absorbed dose D is caused by the cosmic radiation or by uncontrollably released radioactive isotopes. The dose measuring devices used are almost insensitive to alpha and beta particles and only exhibit the emissions of gamma radiation associated with the respective nuclear transition in alpha and beta emitters.
Bei der Verwendung der bekannten Dosismessgeräte wird ferner nur die in Kontrollvolumina durch die Strahlung deponierte Energie gemessen, jedoch nicht die in dem Kontrollvolumen zurückgelegte Wegstrecke. Dadurch ist eine konkrete Charakterisierung der gemessenen Strahlung auf herkömmliche Weise nicht möglich.Furthermore, when using the known dose measuring devices, only the energy deposited in the control volumes by the radiation is measured, but not the distance traveled in the control volume. Thus, a concrete characterization of the measured radiation in a conventional manner is not possible.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht nun vor, dass der Charakterisierungsfaktor C, beispielsweise der Qualitätsfaktor Q, analysiert wird, um den Beitrag der locker ionisierenden Strahlung quantitativ zu bestimmen, und somit den Strahlungsbeitrag durch unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope am Strahlungsfeld zu diskriminieren. Da die kosmische Strahlung einen ausgeprägten Anteil an dicht ionisierender Strahlung aufweist, wohingegen die durch unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope hervorgerufene Gammastrahlung locker ionisierend ist, ist auf diese Weise der Strahlungsbeitrag durch unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope am Strahlungsfeld auf besonders vorteilhafte Weise zu diskriminieren. Der Qualitätsfaktor ist in Abhängigkeit des linearen Energietransfers (LET) definiert, so dass dieser eine Gewichtung des Signalspektrums als konkrete Ausprägung eines allgemeinen Charakterisierungsfaktors C darstellt.The inventive method now provides that the characterization factor C, for example, the quality factor Q, is analyzed to quantify the contribution of loose ionizing radiation, and thus to discriminate the contribution of radiation by uncontrolled released radioactive isotopes at the radiation field. Since the cosmic radiation has a pronounced proportion of dense ionizing radiation, whereas the gamma radiation caused by uncontrollably released radioactive isotopes is loosely ionizing, in this way the radiation contribution from uncontrollably released radioactive isotopes at the radiation field is to be discriminated in a particularly advantageous manner. The quality factor is defined as a function of the linear energy transfer (LET), so that it represents a weighting of the signal spectrum as a concrete expression of a general characterization factor C.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere der zeitliche Verlauf der Energiedosis D und des Charakterisierungsfaktors C, also beispielsweise des Qualitätsfaktors Q, bestimmt. Der Qualitätsfaktor Q ändert sich dabei innerhalb der nicht kontaminierten Atmosphäre durch die kosmische Strahlung in Abhängigkeit von der lokalen Abschirmwirkung des Erdmagnetfeldes. Eine Höhenabhängigkeit konnte in Höhenbereichen der zivilen Luftfahrt in den Grenzen der Messgenauigkeit nicht beobachtet werden. Der Qualitätsfaktor Q nimmt dabei im komplexen Strahlungsfeld der kosmischen Strahlung Werte von ca. 1,9 am Äquator bis 2,6 in der Polarregion an.In the method according to the invention in particular the time course of the absorbed dose D and the characterization factor C, so for example, the quality factor Q is determined. The quality factor Q changes within the uncontaminated atmosphere due to the cosmic radiation as a function of the local shielding effect of the earth's magnetic field. A height dependency could not be observed within the limits of measuring accuracy in civil aviation altitude ranges. The quality factor Q assumes values of approximately 1.9 at the equator to 2.6 in the polar region in the complex radiation field of cosmic radiation.
Bei der Analyse des Qualitätsfaktors Q zur quantitativen Bestimmung des Anteils der locker ionisierenden Strahlung können nun zwei einfache Fälle unterschieden werden. Bei einem Anstieg der Energiedosis D und unverändertem oder ebenfalls ansteigendem Qualitätsfaktor Q erfolgt eine Änderung des Wertes aufgrund kosmischer Strahlung, d. h. das Strahlungsfeld wird im Wesentlichen durch kosmische Strahlung zusammengesetzt und die Änderung tritt aufgrund der Veränderung beispielsweise der lokalen Abschirmwirkung des Erdmagnetfeldes oder durch einen Strahlungsausbruch auf der Sonne auf. In the analysis of the quality factor Q for the quantitative determination of the proportion of loose ionizing radiation, two simple cases can now be distinguished. With an increase in absorbed dose D and unchanged or likewise increasing quality factor Q, the value is changed due to cosmic radiation, ie the radiation field is essentially composed by cosmic radiation and the change occurs due to the change of, for example, the local shielding effect of the geomagnetic field or due to a radiation outburst the sun.
Wenn in einem zweiten Fall die Energiedosis D ansteigt, wohingegen der Qualitätsfaktor Q absinkt, kann auf eine Veränderung des Strahlungsfeldes geschlossen werden, in dem sich das Strahlungsfeld durch kosmische Strahlung und Radioaktivität durch, evtl. auch unkontrolliert, freigesetzte radioaktive Isotope zusammensetzt. In diesem Fall kann ein Beitrag der von diesen Isotopen emittierten Gammastrahlung in Form von locker ionisierender Strahlung bestimmt werden.If, in a second case, the energy dose D increases, whereas the quality factor Q decreases, a change in the radiation field can be inferred, in which the radiation field is composed of cosmic radiation and radioactivity by, possibly also uncontrolled, released radioactive isotopes. In this case, a contribution of the gamma radiation emitted by these isotopes can be determined in the form of lightly ionizing radiation.
Der mathematische Zusammenhang wird im Folgenden erläutert. Der Qualitätsfaktor Q wird durch folgende Gleichung bestimmt:
Dabei sind Dosisgrößen additiv, so dass das zusammengesetzte Strahlungsfeld wie folgt beschrieben werden kann:
Der Index C steht dabei für kosmische Strahlung und der Index A für Aktivität, d. h. durch beispielsweise unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope erzeugte radioaktive Strahlung.The index C stands for cosmic radiation and the index A for activity, i. H. caused by, for example, uncontrolled released radioactive isotopes radioactive radiation.
Daraus folgt: 
QC ist dabei etwa größer oder gleich 2 und QA = 1, da ausschließlich der Beitrag durch die Gammastrahlung gemessen wird. Daraus folgt mit DA > 1 aus der oben entwickelten Gleichung Q < QC, d. h. der Qualitätsfaktor Q als konkrete beispielhafte Darstellung des Charakterisierungsfaktors C wird in einem zusammengesetzten Strahlungsfeld mit signifikantem Anteil an Radioaktivität kleiner.Q C is approximately greater than or equal to 2 and Q A = 1, since only the contribution from the gamma radiation is measured. It follows that D A > 1 from the equation developed above Q <Q C , ie the quality factor Q as a concrete exemplary representation of the characterization factor C is smaller in a composite radiation field with a significant proportion of radioactivity.
Die beschriebene Fallunterscheidung wird im Folgenden anhand eines Beispiels erläutert.The described case distinction will be explained below with reference to an example.
Bei einem mittleren Qualitätsfaktor des natürlichen kosmischen Strahlungsfeldes Von QC = 2,5 und einer Energiedosisrate dDC/dt = 4 μGy/h, d. h. einer Umgebungsäquivalentdosisrate dHC*(10)/dt = 10 μSv/h, ergibt sich bei einem Zusatzbeitrag durch erhöhte Radioaktivität durch unkontrolliert freigesetzte radioaktive Isotope von dDA/dt = 2 μGy/h, d. h. dHA*(10)/dt = 2 μSv/h (mit QA = 1 bei Gammastrahlung) eine Energiedosisrate dD/dt = 6 μGy/h und eine Umgebungsäquivalentdosisrate dH*(10)/dt = 12 μSv/h. Dieses auf Nordrouten realistische Szenario galaktischer kosmischer Strahlung (dD/dt = 4 μGy/h; Q = 2,5; dH*(10)/dt = 10 μSv/h) würde im Falle der beispielhaft mit einer Kontamination verbundenen Dosisratenerhöhung ΔdHC*(10)/dt = 2 μSv/h zu einem um 20% reduzierten Qualitätsfaktor von Q = 2 führen, während dieser bei einem Zusatzbeitrag von ΔdHC*(10)/dt = 2 μSv/h durch einen solaren Strahlungsausbruch unverändert bei 2,5 bliebe bzw. sogar noch leicht ansteigen könnte.At a mean quality factor of the natural cosmic radiation field of Q C = 2.5 and an absorbed dose rate dD C / dt = 4 μGy / h, ie an ambient dose equivalent rate dH C * (10) / dt = 10 μSv / h, this results in an additional contribution by increased radioactivity by uncontrollably released radioactive isotopes of dD A / dt = 2 μGy / h, ie dH A * (10) / dt = 2 μSv / h (with Q A = 1 in gamma radiation) an absorbed dose rate dD / dt = 6 μGy / h and an environment equivalent dose rate dH * (10) / dt = 12 μSv / h. This scenario of galactic cosmic radiation (dD / dt = 4 μGy / h, Q = 2.5, dH * (10) / dt = 10 μSv / h), which is realistic on northern routes, would be ΔdH C * in the case of the dose rate increase (10) / dt = 2 μSv / h lead to a quality factor of Q = 2 reduced by 20%, while with an additional contribution of ΔdH C * (10) / dt = 2 μSv / h by a solar radiation outbreak unchanged at 2, 5 or could even increase slightly.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können selbstverständlich auch andere Charakterisierungsfaktoren C des Strahlungsfeldes verwendet werden. Der Charakterisierungsfaktor C ist eine Bewertungsgröße für die Charakterisierung der Ionisationsstärke des Strahlungsfeldes. Dabei kann der Charakterisierungsfaktor C die biologische Wirkung unterschiedlicher Strahlung charakterisieren. Der Charakterisierungsfaktor kann auch über eine Gewichtungsfunktion bestimmt werden, die eine Filterung des Signalspektrums von nachzuweisenden Isotopen vornimmt. Die Gewichtungsfunktion kann insbesondere die Gammalinien der Isotope I-131 (Jod) und/oder Cs-137 (Cäsium) verstärken. Diese Isotope treten häufig in radioaktiven Wolken nach Reaktorunfällen auf.Of course, other characterization factors C of the radiation field can also be used in the method according to the invention. The characterization factor C is an evaluation parameter for the characterization of the ionization strength of the radiation field. The characterization factor C can characterize the biological effect of different radiation. The characterization factor may also be determined via a weighting function that filters the signal spectrum of isotopes to be detected. In particular, the weighting function can enhance the gamma lines of the isotopes I-131 (iodine) and / or Cs-137 (cesium). These isotopes often occur in radioactive clouds after reactor accidents.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auf einfache Art und Weise durch die Verwendung von herkömmlichen Dosismessgeräten durchführen. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand durchführbar, da derartige Dosismessgeräte häufig bereits in Luftfahrzeugen vorhanden sind.The method according to the invention can be carried out in a simple manner by the use of conventional dose measuring devices. As a result, the method according to the invention can be carried out with little outlay in terms of apparatus, since such dose measuring devices are frequently already present in aircraft.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit, dass während eines Fluges mit einem Luftfahrzeug eine radioaktive Wolke bereits an ihrem Randbereich erkannt werden kann, so dass das Umfliegen der radioaktiven Wolke ermöglicht werden kann. Dadurch können Kontaminationen des Luftfahrzeugs verringert oder vermieden werden.The method according to the invention thus makes it possible to detect a radioactive cloud already at its edge area during a flight with an aircraft, so that the flying around of the radioactive cloud can be made possible. As a result, contamination of the aircraft can be reduced or avoided.
Selbstverständlich ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren in anderen Bereichen als der Luftfahrt einzusetzen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in der Raumfahrt oder auf der Erde in Bereichen mit erhöhter kosmischer Strahlung eingesetzt werden.Of course, it is also possible to use the method according to the invention in areas other than aviation. The method according to the invention can also be used in space or on the earth in regions with increased cosmic radiation.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102011103850.0A DE102011103850B4 (en) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | Method for the quantitative determination of uncontrolled release of radioactive isotopes in cosmic ray fields |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102011103850.0A DE102011103850B4 (en) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | Method for the quantitative determination of uncontrolled release of radioactive isotopes in cosmic ray fields |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102011103850A1 DE102011103850A1 (en) | 2012-11-29 |
| DE102011103850B4 true DE102011103850B4 (en) | 2016-09-29 |
Family
ID=47140449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102011103850.0A Expired - Fee Related DE102011103850B4 (en) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | Method for the quantitative determination of uncontrolled release of radioactive isotopes in cosmic ray fields |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102011103850B4 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3729631A (en) * | 1970-05-22 | 1973-04-24 | S Pszona | Method and apparatus for the measurement of mixed gamma-neutron radiation dose equivalent |
| DE19711124C2 (en) * | 1996-03-11 | 2002-02-28 | Esm Eberline Instr Strahlen Un | Method and device for detecting artificial gamma radiation |
| AT503449B1 (en) * | 2006-03-10 | 2007-10-15 | Bewag Geoservice Gmbh | METHOD OF RECORDING TOPOGRAPHIC DATA |
| US20090057562A1 (en) * | 2007-03-09 | 2009-03-05 | Cern-European Organization For Nuclear Research | Method, apparatus and computer program for measuring the dose, dose rate or composition of radiation |
-
2011
- 2011-05-26 DE DE102011103850.0A patent/DE102011103850B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3729631A (en) * | 1970-05-22 | 1973-04-24 | S Pszona | Method and apparatus for the measurement of mixed gamma-neutron radiation dose equivalent |
| DE19711124C2 (en) * | 1996-03-11 | 2002-02-28 | Esm Eberline Instr Strahlen Un | Method and device for detecting artificial gamma radiation |
| AT503449B1 (en) * | 2006-03-10 | 2007-10-15 | Bewag Geoservice Gmbh | METHOD OF RECORDING TOPOGRAPHIC DATA |
| US20090057562A1 (en) * | 2007-03-09 | 2009-03-05 | Cern-European Organization For Nuclear Research | Method, apparatus and computer program for measuring the dose, dose rate or composition of radiation |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| W. Petzold, Strahlenphysik, Dosimetrie und Strahlenschutz, B.G.Teubner, Stutgart1983, S. 97-102 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102011103850A1 (en) | 2012-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2628002A1 (en) | COMBINED NEUTRON GAMMA RAY DETECTOR | |
| DE102008050731A1 (en) | neutron dosimeter | |
| DE102013222315A1 (en) | A method of providing a warning of radiopacitive space weather events at cruising altitudes | |
| DE2725750A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE QUENCH EFFECT IN SCINTILLATION COUNTERS WITH LIQUID SCINTILLATOR | |
| DE3219537A1 (en) | DEVICE FOR MEASURING DOSING PERFORMANCE IN SCREED RADIATION FIELDS | |
| DE2133651A1 (en) | Moisture meter | |
| DE1047328B (en) | Device for measuring a neutron flux using a fissile substance | |
| DE10132550B4 (en) | Method for determining the personal dose in mixed neutron / photon fields as well as other measurands in other radiation fields | |
| DE3404301C2 (en) | Passive dosimeter | |
| DE102011103850B4 (en) | Method for the quantitative determination of uncontrolled release of radioactive isotopes in cosmic ray fields | |
| EP2898381B1 (en) | Method for the calculation of flight paths taking into consideration events of relevance for radiation dose | |
| DE102005016792B4 (en) | Simplified procedure for Sr90 activity determination | |
| DE10042076A1 (en) | Neutron gamma dosimeter comprises at least three channels, for detecting slow neutrons, fast neutrons and gamma radiation. | |
| EP0412194B1 (en) | Method for measuring radioactive nuclides | |
| EP3561459B1 (en) | Device and method for measuring a medium fill level or density by the help of muons | |
| DE2726840A1 (en) | METHOD OF MEASURING THE DECAY RATE OF A RADIONUCLIDE EMITTING BETA RAYS IN A LIQUID SAMPLE | |
| EP1131653B1 (en) | Method and device for measuring the radioactive contamination of a test object | |
| DE102013220280B4 (en) | Method of measuring anthropogenic neutron dose and neutron dosimeter | |
| EP3757624B1 (en) | Method and assembly for characterizing a detector for detecting radioactive radiation | |
| DE2149623A1 (en) | METHOD AND ARRANGEMENT FOR MEASURING THE COMPOSITION OF SUBSTANCES | |
| DE102011100766A1 (en) | Method and device for determining a measure of the linear energy transfer of ionizing photon and / or particle radiation | |
| DD289440A7 (en) | METHOD FOR DETERMINING THE ACTIVITY CONCENTRATION OF COLD PRODUCT MIXTURES | |
| EP2439557A1 (en) | Method for determining the ß-activity of carbon isotope C14 | |
| AT202659B (en) | Device for detecting neutrons | |
| DD288732A7 (en) | NEUTRON-personal dosimeter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |