DE102017125006B3

DE102017125006B3 - Verfahren zur Dosimetrie

Info

Publication number: DE102017125006B3
Application number: DE102017125006.9A
Authority: DE
Inventors: Christiane Schuster; Thomas Härtling; Julia Katzmann; Kay Dornich; Daniel Richter; Florent Kuntz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2037-10-26

Abstract

Verfahren zur Dosimetrie von hohen Strahlungsdosen mit den folgenden Schritten in der angegebenen Reihenfolge:
A) Anbringen eines anorganischen Leuchtstoffs (2) an oder in wenigstens einem Kontrollobjekt (1),
B) Bestrahlen des wenigstens einen Kontrollobjekts (1) in einer Bestrahlungsanlage (9) mit einer ionisierenden Strahlung (R) mit einer Energie von mindestens 100 keV und einer Dosis von mindestens 0,1 kGy und höchstens 250 kGy, wobei ein zeitliches und/oder spektrales Fotolumineszenzverhalten des Leuchtstoffs (2) verändert wird,
C) Anregen des Leuchtstoffs (2) zur Fotolumineszenz mit einer Teststrahlung (S) und Messen des Fotolumineszenzverhaltens, und
D) Ermitteln der Dosis der Bestrahlung aufgrund der Messung des Fotolumineszenzverhaltens im Schritt C) mit einer Genauigkeit von 2 kGy oder weniger und/oder von 20 % oder weniger, wobei im Schritt B) entweder eine Vielzahl von Körpern (4) bestrahlt wird, die ein Schüttgut bilden, und das mindestens eine Kontrollobjekt (1) dem Schüttgut beigegeben ist und die Körper (4) geometrisch imitiert, oder das mindestens eine Kontrollobjekt (1) dauerhaft an einem Transportwerkzeug (5) angebracht ist oder ein Transportwerkzeug (5) ist und das Kontrollobjekt (1) zyklisch im Schritt B) mit Bestrahlungsmaterial (71) in Berührung kommt, sodass das Kontrollobjekt (1) zyklisch in seinem Fotolumineszenzverhalten verändert wird und diese Veränderung zyklisch zurückgesetzt wird.

Description

Es wird ein Verfahren zur Dosimetrie angegeben.
In der Druckschrift DE 10 2015 101 396 A1 ist ein Verfahren angegeben, bei dem ein Leuchtstoff in ein Verpackungsmaterial eingebracht und mit hochenergetischer Strahlung bestrahlt wird. Nachfolgend wird das Fotolumineszenzverhalten des Leuchtstoffs untersucht, um die eingebrachte Strahlendosis zu verifizieren.
Ein Verfahren zur Produktkontrolle mit einem Leuchtstoff zur Überprüfung von Bestrahlungsbedingungen und entsprechende Produkte finden sich in der Druckschrift DE 10 2016 107 496 A1 .
In der Druckschrift DE 692 16 094 T2 ist ein Verfahren zur Feststellung und zur Messung von Strahlung offenbart.
In der Druckschrift DE 694 17 770 T2 ist ein Strahlungsdetektor beschrieben.
Die Druckschrift WO 2010/097770 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen einer Strahlungsbehandlung von Objekten.
Aus der Druckschrift DE 10 2013 109 390 A1 sind ein Verfahren zur Verpackungskontrolle und eine Verpackungsherstellungsmaschine bekannt.
Ein Verfahren zur Bestimmung einer Strahlendosis einer Flüssigkeit ist der Druckschrift DE 2015 117 939 A1 zu entnehmen.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein effizientes und präzises Auslesen einer Strahlendosis nach einer Bestrahlung möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren den Schritt des Anbringens eines anorganischen Leuchtstoffs an und/oder in wenigstens einem Kontrollobjekt. Dies beinhaltet, dass das Kontrollobjekt aus dem Leuchtstoff bestehen kann. Bei dem Leuchtstoff kann es sich um einen einzelnen Leuchtstoff oder um eine Leuchtstoffmischung handeln. Das Kontrollobjekte ist bevorzugt ein fester Körper. Der Leuchtstoff kann reversibel oder irreversibel an dem Kontrollobjekte angebracht sein. Bevorzugt löst sich der Leuchtstoff bestimmungsgemäß während des Verfahrens nicht von dem Kontrollobjekt.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren den Schritt des Bestrahlens des wenigstens einen Kontrollobjekts. Das Bestrahlen wird in einer Bestrahlungsanlage durchgeführt. Dabei erfolgt das Bestrahlen mit einer ionisierenden Strahlung. Bei der Strahlung handelt es sich bevorzugt um Elektronenstrahlung, Röntgenstrahlung, Ionenstrahlung oder Gammastrahlung.
Erfindungsgemäß weist die Strahlung eine Energie von mindestens 100 keV oder 150 keV oder 250 keV auf. Zusätzlich kann eine Energie der Strahlung bei höchstens 10 MeV oder 1 MeV liegen.
Erfindungsgemäß beträgt die Dosis der Strahlung, mit der das Bestrahlen erfolgt, mindestens 0,1 kGy oder 1 kGy oder 5 kGy oder 10 kGy oder 25 kGy oder 50 kGy oder 300 kGy und höchstens 0,5 MGy oder 250 kGy.
Erfindungsgemäß wird durch die ionisierende Strahlung ein spektrales und/oder zeitliches Fotolumineszenzverhalten des Leuchtstoffs verändert. Die Veränderung im Fotolumineszenzverhalten ist bevorzugt reversibel und nicht dauerhaft, kann aber auch dauerhaft sein. Beispielsweise ändert sich durch die Strahlung eine spektral integrierte Lumineszenzlebensdauer des Leuchtstoffs in charakteristischer Weise, abhängig von der Dosis der Strahlung.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren den Schritt des Anregens des bestrahlten Leuchtstoffs zur Fotolumineszenz. Dieses Anregen des Leuchtstoffs erfolgt über eine niederenergetische Strahlung. Beispielsweise handelt es sich bei der niederenergetischen Strahlung um ultraviolette Strahlung, sichtbares Licht oder nahinfrarote Strahlung. Dabei bezieht sich ultraviolette Strahlung insbesondere auf Wellenlängen zwischen einschließlich 200 nm und 400 nm und nahinfrarote Strahlung bevorzugt auf Wellenlängen zwischen einschließlich 800 nm und 1500 nm. Insbesondere weist die niederenergetische Strahlung eine Energie zwischen einschließlich 0,5 eV und 4 eV auf. Das Anregen des Leuchtstoffs erfolgt dabei bevorzugt mit einer gepulsten Strahlung, insbesondere mit Laserstrahlung. Bevorzugt erfolgt die Anregung zur Fotolumineszenz mittels nahinfraroter Strahlung.
Erfindungsgemäß wird die Fotolumineszenz des Leuchtstoffs spektral und/oder zeitlich gemessen. Es ist möglich, dass die Fotolumineszenz spektral integriert oder nur bei einzelnen Wellenlängen zeitabhängig gemessen wird. Insbesondere wird die Fotolumineszenz im ultravioletten und/oder im sichtbaren Spektralbereich detektiert. Bevorzugt erfolgt die Detektion im infraroten Spektralbereich, etwa im nahinfraroten Spektralbereich bei Wellenlängen von mindestens 800 nm oder 850 nm und/oder von höchstens 2 µm oder 1,5 µm oder 1,05 µm.
Erfindungsgemäß weist das Verfahren den Schritt des Ermittelns der Dosis der Bestrahlung aufgrund der Messung des Fotolumineszenzverhaltens auf. Das Ermitteln der Strahlendosis erfolgt mit einer Genauigkeit von 2 kGy oder weniger oder 1 kGy oder weniger oder 0,5 kGy oder weniger. Alternativ oder zusätzlich liegt die Genauigkeit bei der Bestimmung der Dosis bei 20 % oder weniger oder 10 % oder weniger oder 5 % oder weniger. Das heißt beispielsweise bei einer Abweichung von 20 %, dass die aus der Fotolumineszenz ermittelte Dosis zwischen einschließlich 80 % und 120 % der tatsächlichen Dosis liegt. Die sogenannte tatsächliche Dosis kann insbesondere zu Eichzwecken durch ein alternatives symmetrisches Verfahren ermittelt werden.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren somit die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge:

A) Anbringen eines anorganischen Leuchtstoffs an oder in wenigstens einem Kontrollobjekt,
B) Bestrahlen des wenigstens einen Kontrollobjekts in einer Bestrahlungsanlage mit einer ionisierenden Strahlung mit einer Energie von mindestens 100 keV und einer Dosis von mindestens 0,1 kGy und höchstens 250 kGy, wobei ein zeitliches und/oder spektrales Fotolumineszenzverhalten des Leuchtstoffs verändert wird,
C) Anregen des Leuchtstoffs zur Fotolumineszenz mit einer Teststrahlung und Messen des Fotolumineszenzverhaltens und
D) Ermitteln der Dosis der Bestrahlung aufgrund der Messung des Fotolumineszenzverhaltens im Schritt C) mit einer Genauigkeit von 2 kGy oder weniger und/oder von 20 % oder weniger.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist es möglich, die Dosis bei einer Bestrahlung eines Objekts mit einer ionisierenden Strahlung wie Elektronenstrahlung, GammaStrahlung oder Röntgenstrahlung zu ermitteln. Dies betrifft vor allem den sogenannten Hochdosisbereich, zum Beispiel zum Zweck der Oberflächensterilisation, nicht jedoch die Personendosimetrie oder Personenmedizin. Weiterhin ist eine Dosisbestimmung komplex geformter Objekte sowie eine Dosisbestimmung bei hierzu erzeugten Testkörpern, welche an Stelle der eigentlich zu bestrahlenden Objekte zu Validierungszwecken bestrahlt werden, möglich. Solche Testkörper müssen die gleichen Eigenschaften wie die Originalobjekte haben, beispielsweise das gleiche Rollverhalten, die gleiche Mischbarkeit mit anderen Objekten oder die gleiche Schwimmfähigkeit, jedoch müssen solche Testkörper zusätzlich dosimetrisch aktiv sein. Für einige Objekte ist dies bislang schwierig bis unmöglich, etwa für Gewürze wie Pfefferkörner oder für komplex geformte medizinische Implantate.
In der industriellen Dosimetrie besteht eine Standardlösung derzeit in der Nutzung von Alanin, welches eine dosisabhängige Veränderung der Elektronenspinresonanzabsorption, kurz ESR-Absorption, zeigt.
Diese Veränderung ist zeitlich sehr stabil und zeigt einen geringen Signalschwund, auch als Fading bezeichnet. Alanin wird dazu üblicherweise in Tabletten gepresst oder Polymerfolien beigesetzt, wobei Tabletten in Blistern dominieren, da das Material stark hygroskopisch ist. Beide Formen können anschließend dem Bestrahlgut beigelegt werden. Nach der Bestrahlung werden die Tabletten oder Folien in einem Laborgerät einem Magnetfeld ausgesetzt und die Mikrowellenabsorption wird gemessen. Eine Messung direkt am bestrahlten Objekt ist nicht möglich.
Eine weitere Variante besteht in der Nutzung von Dosismessstreifen, welche sich verfärben, insbesondere von transparent nach rosa. Diese Filme müssen nach der Bestrahlung für einige Minuten bei 60 °C getempert werden, um den Farbumschlag zu stabilisieren. Anschließend werden diese Filme in einem kalibrierten Scanner in einer Transmissionsmessung optisch ausgewertet. Auch hier ist eine Messung direkt am Objekt nicht möglich.
Eine weitere, industriell selten eingesetzte Dosimetrievariante ist die Dosimetrie mittels Thermolumineszenz, kurz TL. Hierbei wird ausgenutzt, dass ionisierende Strahlung in einigen kristallartigen Materialien Ladungsträger generiert, welche in energetischen Fallen gefangen werden. Durch Erhitzen des Materials, typischerweise auf 200 °C, werden die Ladungsträger aus den Fallen gelöst und zur Rekombination gebracht. Die dabei ausgesandte Thermolumineszenzintensität ist proportional der Bestrahlungsdosis. Für dieses Verfahren ist ein Thermolumineszenz-Laborgerät nötig; Messungen bei der Bestrahlung am Objekt sind nicht möglich. Die optisch stimulierte Lumineszenz, kurz OSL, ist für den in diesen Anwendungen interessanten Dosisbereich mit den gängigen Materialien oft nicht anwendbar.
Eine weitere Variante besteht darin, dass die ionisierende Strahlung zum Eintrag von Ladungsträgern in ein sonst transparentes Material genutzt wird. Die Ladungsträger bilden so genannte Farbzentren in dem Material, das Dosimetriematerial wird somit dotiert und zu einem Leuchtstoff. Ohne die ionisierende Bestrahlung leuchtet das Material ansonsten nicht.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren ist eine optische Abfrage eines TL-Materials möglich, wobei ein Signal beim Auslesen nicht gelöscht wird, etwa im Gegensatz zu OSL. Bevorzugt ist hierbei ein Signal massenunabhängig, das heißt auch schichtdickenunabhängig. Eine Temperatur bei der optischen Abfrage liegt bevorzugt bei höchstens 125 °C. Es ist dabei möglich, dass der Wellenlängenbereich für die Fotolumineszenz auf die Anregungswellenlänge beschränkt wird, im Gegensatz zur OSL.
Außerdem kann eine Automatisierung der Beurteilung der Bestrahlung vorgenommen werden. So ist eine Dosismessung direkt nach der Bestrahlung am Objekt ohne zusätzlichen Arbeitsschritt möglich, auch objektindividuell aufgelöst, auch als „parametric release“ bezeichnet.
Ferner ist die Möglichkeit zur Beschichtung von dreidimensionalen Oberflächen und deren Abfrage eröffnet, da die Abfrage der Fotolumineszenz Schritt für Schritt punktweise über die Oberfläche des Objekts hinweg erfolgen kann, im Gegensatz zu TL-Messungen und ESR-Absorption.
Außerdem können reale Testkörper erzeugt werden, für welche zum Beispiel reale Körper mit einer sehr dünnen Schicht, welche den mindestens einen Leuchtstoff enthält, versehen werden, wodurch jedoch die sonstigen Eigenschaften des Körpers wie das Verhalten als Schüttgut, Schwimmfähigkeit, Oberflächengeometrie und dergleichen nicht oder nicht signifikant verändert werden.
Ferner kann eine Unabhängigkeit des Dosimetriesignals von der Masse des Dosimetriematerials erreicht werden, solange die ionisierende Strahlung die Schicht mit dem Leuchtstoff komplett durchdringt.
Weiterhin besteht die Möglichkeit einer Regenerierung der Dosimetrieoberfläche.
Die vorgenannten Punkte können insbesondere erreicht werden, wenn als Dosimetriematerial ein anorganischer Leuchtstoff eingesetzt wird, welcher gleichzeitig ein TL-Material ist, und die Temperatur zwischen der Bestrahlung und der Abfrage der Fotolumineszenz niemals 125 °C überschreitet. Die Abfrage der Fotolumineszenz erfolgt bevorzugt durch Ermittlung der Abklingzeit der Leuchtstoffemission, welche durch die Ladungsträger im Material dosisabhängig verändert wird. Weiterhin ist das Material, das zur Dosisbestimmung verwendet wird, besonders bevorzugt nicht hygroskopisch und in Tinten und/oder Lacken verarbeitbar. Die optische Anfrage kann im Anschluss bei Bedarf durch die TL-Abfrage des Materials einmalig überprüft werden.
Zielstellung der Dosimetrie mit dem hier beschriebenen Verfahren sind speziell zwei Aspekte:
a) Es kann einerseits eine Validierung von Bestrahlungsanlagen hinsichtlich Design, Inbetriebnahme, Umbau und in regelmäßigen Abständen gemäß Gesetz durchgeführt werden. Hierbei wird einerseits ein Dosisminimum in einer 3D-Geometrie, zum Beispiel Europalette mit Bestrahlgut, gesucht. Dies erfolgt beispielsweise mit in dem Bestrahlgut verteilten Kontrollobjekten, etwa ausgehend von Erfahrungswerten. Die Kontrollobjekte werden nach der Bestrahlung dem Bestrahlgut, etwa der Europalette, entnommen und automatisiert oder halbautomatisiert ausgewertet. Ist am Ort der niedrigsten Dosis eine insbesondere gesetzlich ausreichende Dosis absorbiert worden, wird die Europalette zur weiteren Verarbeitung und/oder zum Transport freigegeben, auch als Release bezeichnet. Bis dahin kann die Palette gelagert werden. Insbesondere kann die Dosis mit dem hier beschriebenen Verfahren direkt vor Ort am Objekt, und nicht erst in einem Labor, bestimmt werden, so dass eine Kostenersparnis hinsichtlich Lagerkosten und Personalkosten möglich ist sowie der Durchsatz erhöht werden kann. Für eine solche Automatisierung ist insbesondere auch die Unabhängigkeit des Signals der Fotolumineszenz von der Masse des Dosimetriematerials hilfreich.
Andererseits wird bei Einsatz spezialisierter Strahler das Dosisminimum auf einzelnen Objekten, zum Beispiel einem Hüftgelenk oder einer PET-Flasche, auf der 3D-Oberfläche gesucht. Hierfür können die hier beschriebenen Beschichtungen zum Einsatz kommen. Die Abfrage der Fotolumineszenz erfolgt dabei bevorzugt punktweise, was im Rahmen des hier beschriebenen Verfahrens automatisiert oder halb automatisiert erreichbar ist, im Gegensatz zum bisherigen manuellen Zerschneiden von Dosismessstreifen.
Weiterhin kann eine Validierung von Bestrahlungsanlagen für Schüttgut wie Getreide oder Gewürze durchgeführt werden. Hierbei werden bevorzugt reale Testkörper dem Schüttgut beigegeben. Diese Testkörper können wie die realen Körper in einer Maschine bewegt werden und können optional nachfolgend zur Abfrage separiert werden. Dies ist ebenfalls mit den Leuchtstoff enthaltenden Beschichtungen möglich.
Die Möglichkeit zur Regenerierung der Dosimetrieeigenschaften durch Erhitzen des Materials auf beispielsweise mindestens 200 °C kann ebenso ausgenutzt werden. So wird zum Beispiel bei der Bestrahlung von Flüssigkeiten ein Flüssigkeitsfilm auf einer Walze bestrahlt. Zu Validierungszwecken kann eine Walze als Testkörper benutzt werden, welche eine dosimetrische Beschichtung trägt. Dieser Testkörper kann nach der Bestrahlung und dem Auslesen der Dosisinformation erhitzt und anschließend wiederverwendet werden. In ähnlicher Form können mehrfach nutzbare Testkörper eingesetzt werden, welche zum Beispiel nur kompliziert und/oder aufwändig herzustellen sind.
b) Auch eine dosimetrische Bewertung einzelner, etwa verpackter Produkte ist durch eine nicht erfindungsgemäße Abwandlung des hier beschriebenen Verfahrens ermöglicht. Hierzu wird beispielsweise auf jeder Verpackung eines Einzelobjektes, etwa einem Pappkarton um einen Dialysefilter, ein dosimetrisch aktives Material, also das Kontrollobjekt mit dem Leuchtstoff, zum Beispiel als gedruckter Punkt oder Strichcode, aufgebracht. Die Bestrahlung erfolgt bevorzugt hochparallel, zum Beispiel auf einer Europalette; die Dosis kann nachfolgend auch deutlich später automatisiert von jedem Produkt abgelesen werden. In der mit dem hier beschriebenen Ansatz möglichen Automatisierung liegt das Potenzial einer komplett automatisierten Bestrahlung inklusive Qualitätssicherung.
Mit dem hier beschriebenen Verfahren erfolgt insbesondere eine Sterilisation von Medizinprodukten oder von Lebensmittelbehältnissen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Leuchtstoff um ein thermolumineszierendes Material, das heißt bei Erreichen einer Schwellentemperatur lumineszierendes Material, wobei eine Intensität der Thermolumineszenz eine Bestimmung der Dosis bei der Bestrahlung ermöglicht. Bevorzugt liegt die Schwellentemperatur bei mindestens 125 °C oder 175 °C.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Veränderung der Lumineszenzeigenschaften bei einem Überschreiten der Schwellentemperatur teilweise oder vollständig aufhebbar. Das bedeutet, durch eine Temperatureinwirkung wird die Veränderung speziell der Lumineszenzlebensdauer durch die Bestrahlung teilweise oder vollständig rückgängig gemacht. Dabei ist es möglich, dass die Schwellentemperatur von der Dosis und/oder der Energie der Bestrahlung abhängt.
Eine dosisabhängige Veränderung der Lumineszenzeigenschaften eines Leuchtstoffs ist beispielsweise in der Druckschrift H. N. Hersh et al. in dem Artikel „X-Ray-Induced Variation of Time Constant of Yb⁺³ Sensitizer“ in Applied Physics Letters, Volume 20, Februar 1972, Seiten 101 bis 102, angegeben. Entsprechende Zusammenhänge finden sich auch in der Druckschrift G. Ban et al., „Degradation of some IR upconverting phosphors by ionizing radiation“ in Journal of Electronic Materials, Volume 1, Mai 1972, Seiten 320 bis 332. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Schwellentemperatur von einschließlich Schritt B) bis einschließlich Schritt C) nicht überschritten. Somit bleibt die Fähigkeit zur Thermolumineszenz bis mindestens nach der Fotolumineszenzabfrage erhalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Kontrollobjekt nach dem Schritt C) in einem Schritt E) über die Schwellentemperatur erwärmt. Somit wird die im Schritt B) erzielte Veränderung des Fotolumineszenzverhaltens gezielt teilweise oder vollständig gelöscht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Kontrollobjekt in einem oder in mehreren weiteren Zyklen erneut bestrahlt und wird nachfolgend erneut die Strahlendosis aufgrund der Veränderung des Fotolumineszenzverhaltens bestimmt. Mit anderen Worten werden die Schritte B) und C) mehrfach durchlaufen. Es ist möglich, dass eine Dauer der Zyklen bei mindestens 2 s oder 30 s und/oder bei höchstens 1 h oder 5 min liegt. Die Zyklen können unmittelbar aufeinanderfolgen, so dass zwischen den Zyklen keine Pausen erforderlich sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Kontrollobjekt nach dem Schritt C) in einem Schritt G) über die Schwellentemperatur erwärmt, sodass das Kontrollobjekt und damit der Leuchtstoff zur Thermolumineszenz angeregt wird. Es ist möglich, dass mit dem Schritt G) auch die Veränderung des Fotolumineszenzverhaltens, wie im Schritt B) verursacht, teilweise oder vollständig rückgängig gemacht wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt über eine Thermolumineszenzmessung eine Bestimmung der im Schritt B) eingetragenen Dosis. Dies erfolgt bevorzugt im Rahmen des Schrittes G). Hierdurch kann eine Eichung der im Schritt C) ermittelten Dosis durchgeführt werden. Eine solche Thermolumineszenzmessung wird bevorzugt lediglich nach wenigen Fotolumineszenzmessungen durchgeführt. Durch die Kombination einer Thermolumineszenzmessung mit einer Fotolumineszenzmessung ist die Genauigkeit letzterer steigerbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Leuchtstoff des Kontrollobjekts als Dotierung und/oder als Bestandteil eines Kristallgitters oder eines Wirtsgitters eines oder mehrere der folgenden Elemente: Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb. Insbesondere handelt es sich in diesem Fall um einen keramischen Leuchtstoff.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff als Wirtsgitterbestandteil oder als Dotierung Yb auf. Insbesondere handelt es sich um einen keramischen Leuchtstoff, der sowohl Er als auch Yb beinhaltet. Weiter bevorzugt umfasst das Wirtsgitter des Leuchtstoffs zumindest ein Alkalimetall und/oder Erdalkalimetall sowie außerdem Y und zusätzlich F. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Leuchtstoff um NaYF₄:Er, Yb.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zumindest eine Leuchtstoff mit Beleuchtungsbedingungen, die im bestimmungsgemäßen Gebrauch eines fertigen Produkts vorliegen, an dem das Kontrollobjekt angebracht ist, nicht oder nicht signifikant zur Fotolumineszenz anregbar. Mit anderen Worten ist insbesondere für das freie menschliche Auge im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Produkts keine Fotolumineszenz vom Leuchtstoff wahrnehmbar und/oder das Kontrollobjekt wird nicht wahrgenommen. In diesem Fall ist der Leuchtstoff bevorzugt ausschließlich mit ultravioletter Strahlung oder, bevorzugt, mit Infrarotstrahlung zur Fotolumineszenz anregbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Leuchtstoff im Schritt A) als Schicht angebracht, beispielsweise an einem Grundmaterial des Kontrollobjekts. Die Schicht weist bevorzugt eine gleich bleibende, konstante Schichtdicke auf, kann alternativ aber auch gezielt eine variierende Schichtdicke haben. Eine Dicke der Schicht liegt zum Beispiel bei mindestens 1 µm oder 5 µm oder 10 µm und/oder bei höchstens 1 mm oder 0,2 mm oder 0,1 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in der Schicht mit dem Leuchtstoff die im Schritt B) verwendete Strahlung zu höchstens 30 % oder 20 % oder 10 % oder 5 % absorbiert. Dies bedeutet bevorzugt, dass in Draufsicht auf eine bestimmte Stelle der Schicht gesehen eine Dosis der Strahlung über die Schichtdicke hinweg konstant oder nahezu konstant ist. Mit anderen Worten unterscheiden sich die Fotolumineszenzeigenschaften entlang der Schichtdicke dann nicht signifikant voneinander. Die Fotolumineszenzeigenschaften können somit entlang der Schichtdicke zum Zwecke der Bestimmung der Dosis der Strahlung als gleichbleibend angesehen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Oberfläche des Kontrollobjekts zu mindestens 70 % oder 90 % oder vollständig mit der den Leuchtstoff enthaltenden Schicht versehen. Dies gilt insbesondere für ansonsten freiliegende Oberflächen. Es ist möglich, dass nur eine Hauptseite des Kontrollobjekts zu den genannten Anteilen mit der Schicht bedeckt ist, beispielsweise nur eine Innenseite oder nur eine Außenseite des Kontrollobjekts.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Kontrollobjekt höchstens eine Symmetrieebene auf oder ist unregelmäßig geformt. Das heißt, bei dem Kontrollobjekt kann es sich um einen vergleichsweise komplex geometrisch geformten Körper handeln, der etwa Aufrauungen, Löcher, Ausnehmungen, Hinterschneidungen und/oder Wölbungen aufweist. Bei der Oberfläche des Kontrollobjekts handelt es sich damit um eine dreidimensionale Fläche, die über einfache geometrische Figuren und/oder einfache mathematische Formeln nicht ohne Weiteres approximierbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Oberfläche des Kontrollobjekts im Schritt C) zweidimensional aufgelöst vermessen. Das heißt, die Fotolumineszenz wird ortsaufgelöst gemessen und nicht über das gesamte Kontrollobjekt oder über große Bereiche des Kontrollobjekts hinweg gemittelt. Beispielsweise liegt eine Ortsauflösung bei der Messung der Fotolumineszenz bei 1 mm oder weniger oder 0,2 mm oder weniger oder 50 µm oder weniger oder 10 µm oder weniger.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mindestens der Schritt C) automatisiert durchgeführt. Bevorzugt werden auch die Schritte B) und/oder D) teilweise oder vollständig automatisiert durchgeführt. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe von Computern und/oder Aktoren wie Roboterarmen, die eine Strahlungseinrichtung, die Kontrollobjekte selbst und/oder Testgeräte zum Bestimmen der Fotolumineszenz steuern und/oder bewegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt B) eine Vielzahl der Kontrollobjekte bestrahlt. Die Kontrollobjekte befinden sich dabei zum Beispiel gemeinsam auf oder in einem Transportträger. Bei dem Transportträger handelt es sich insbesondere um eine Palette.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt in einem Schritt F) ein Transportieren der bestrahlten Kontrollobjekte aus der Bestrahlungsanlage heraus. Der Schritt F) wird bevorzugt zwischen den Schritten B) und C) durchgeführt. Es ist möglich, dass zwischen den Schritten B) und C) ein Zwischenlagern der Kontrollobjekte erfolgt.
In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird im Schritt B) eine Vielzahl von Körpern bestrahlt. Die Körper können dabei frei von den Kontrollobjekten sein. Die Körper bilden zusammen ein Schüttgut aus. Bei den Körpern handelt es sich beispielsweise um ein Granulat oder um ein Pulver.
In der ersten Ausführungsform wird ein Kontrollobjekt oder, bevorzugt, werden mehrere der Kontrollobjekte den Körpern, dem Schüttgut, beigegeben. Dies gilt insbesondere für den Schritt B). Dabei imitiert das mindestens eine Kontrollobjekt die Körper speziell hinsichtlich ihrer geometrischen und/oder mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften. Unter mechanischen Eigenschaften werden auch Eigenschaften wie eine Schwimmfähigkeit verstanden.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das mindestens eine Kontrollobjekt dauerhaft oder zeitweilig an einem Transportwerkzeug angebracht. Dabei kommt das Kontrollobjekt im Schritt B) zyklisch mit einem Bestrahlungsmaterial in Berührung, durch dessen Bestrahlung das Kontrollobjekt zyklisch in seinem Fotolumineszenzverhalten verändert wird und diese Veränderung ebenso zyklisch zurückgesetzt wird. Bei dem Transportwerkzeug handelt es sich beispielsweise um eine Walze, eine Schnecke oder ein Transportband, mit dem das im Schritt C) zu bestrahlende Bestrahlungsmaterial bewegt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt der Leuchtstoff in Form von Leuchtstoffpartikeln vor. Der Leuchtstoff ist in diesem Fall bevorzugt in ein Matrixmaterial eingebettet, insbesondere homogen in dem Matrixmaterial verteilt. Beispielsweise liegt ein Masseanteil des Leuchtstoffs, bezogen auf das gesamte Matrixmaterial, bei mindestens 0,1 % oder 0,3 % oder 5 % oder 50 % und/oder bei höchstens 75 % oder 60 % oder 10 % oder 5 % oder 3 % oder 0,5 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Matrixmaterial um ein Silikon, ein Harz, ein Epoxid, ein thermoplastisches Polymer oder ein Hybridmaterial aus diesen oder mit diesen Materialklassen. Ebenso kann es sich bei dem Matrixmaterial um ein keramisches Material oder um ein Glas handeln. Bevorzugt bildet das Matrixmaterial zusammen mit dem Leuchtstoff eine Farbe, eine Tinte und/oder einen Lack. In nicht ausgehärtetem Zustand kann das Matrixmaterial weitere Komponenten, wie Lösungsmittel oder Bindemittel, enthalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein mittlerer Durchmesser der Leuchtstoffpartikel bei höchstens 15 µm oder 5 µm oder 1,5 µm oder 1 µm oder 0,5 µm oder 0,1 µm. Alternativ oder zusätzlich beträgt der mittlere Durchmesser mindestens 1 nm oder 10 nm oder 100 nm oder 0,5 µm. Insbesondere liegt der mittlere Durchmesser zwischen einschließlich 10 nm und 100 nm oder zwischen einschließlich 0,5 µm und 5 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Leuchtstoffpartikel einen Kern auf. Der Kern ist bevorzugt aus einem oder aus mehreren anorganischen Leuchtstoffen gebildet. Weiterhin umfassen die Leuchtstoffpartikel dann je eine Hülle, die den Kern teilweise oder vollständig umschließt. Die Hülle ist dazu eingerichtet, eine verbesserte Anbindung an das Matrixmaterial zu erreichen.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1, 5 und 6 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Verfahren,
2, 3 und 4 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten von nicht erfindungsgemäßen Abwandlungen,
7 schematische Schnittdarstellungen von Leuchtstoffen an Kontrollobjekten für hier beschriebene Verfahren,
8 schematische Schnittdarstellungen von Kontrollobjekten für nicht erfindungsgemäße Abwandlungen,
9 schematische Draufsichten auf Kontrollobjekte für nicht erfindungsgemäße Abwandlungen, und
10 eine schematische Darstellung von Fluoreszenzeigenschaften von Kontrollobjekten für hier beschriebene Verfahren.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens illustriert. Gemäß 1A erfolgt eine Bestrahlung von Körpern 4 mit einer ionisierenden Strahlung R. Die Körper 4 befinden sich in einem beispielsweise wannenförmigen Transportkörper 3. Bei den Körpern 4, die zusammengenommen ein Schüttgut bilden, handelt es sich beispielsweise um ein Gewürz wie Pfefferkörner. Durch die ionisierende Strahlung R erfolgt eine Keimabtretung, sodass die Körper 4 länger haltbar sind.
Den Körpern 4 sind mehrere Kontrollobjekte 1 beigefügt. Die Kontrollobjekte 1 imitieren die Körper 4 hinsichtlich ihrer geometrischen und mechanischen Eigenschaften. Beispielsweise handelt es sich bei den Körpern 4 um Pfefferkörner, die homogen mit einer Leuchtstoffschicht versehen sind, in 1 nicht explizit dargestellt.
Durch die Strahlung R wird der Leuchtstoff der Kontrollobjekte 1 in seinen Fotolumineszenzeigenschaften verändert. Diese Veränderung ist abhängig von der Dosis der Strahlung R. Damit ist über die Kontrollobjekte 1 feststellbar, ob die Bestrahlung mit der Strahlung R in ausreichender Dosis überall in dem Schüttgut erfolgt ist.
Dazu können die Kontrollobjekte 1 nach der Bestrahlung von den Körpern 4 separiert werden, siehe 1B. Eine solche Separation kann optisch über eine Kamera erfolgen oder auch elektrisch und/oder magnetisch, falls die Kontrollobjekte 1 beispielsweise einen elektrisch und/oder magnetisch funktionalisierten Kern aufweisen.
Die Dosisbestimmung erfolgt über eine Fotolumineszenzmessung, siehe 1C. Mittels eines Testgeräts 8 werden die Kontrollobjekte 1 bevorzugt einzeln oder einzeln aufgelöst mit einer Teststrahlung S zur Fotolumineszenz angeregt. Dies erfolgt bevorzugt mittels einer Lichtquelle 81, die in dem Testgerät 8 integriert ist und die etwa eine gepulste nahinfrarote Laserstrahlung aussendet. Die resultierende Fotolumineszenzstrahlung F wird über einen Detektor 82 des Testgeräts 8 detektiert. Insbesondere aus dem Zeitverhalten der Fotolumineszenzstrahlung F wird die Dosis der Strahlung R im Schritt der 1A ermittelt. Liegt die ermittelte Dosis für zumindest einen Teil der Kontrollobjekte 1 außerhalb eines vorgegebenen Bereichs, so ist die Bestrahlung zu wiederholen oder die Körper 4 der betreffenden Charge sind zu verwerfen.
Im optionalen Verfahrensschritt der 1D wird die Bestimmung der Dosis mittels Fotolumineszenz, wie in 1C dargestellt, über Erhitzen mit einer Heizung 84 und Messen der damit verbundenen Thermolumineszenz F überprüft. Damit kann über Thermolumineszenz eine Eichung und/oder Kontrolle der Fotolumineszenzmessungen erfolgen. Entsprechendes ist in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich.
Gemäß der Abwandlung der 2A erfolgt das Bestrahlen, während die Körper 4 sowie die Kontrollobjekte 1 auf dem Transportträger 3, beispielsweise einer Palette, gestapelt angeordnet sind. Dabei sind einige der Kontrollobjekte 1 in dem Stapel der Körper 4 verteilt. Bei den Körpern 4 handelt es sich beispielsweise um Verpackungen für Medizinprodukte.
Gemäß der Abwandlung der 2B wird der Stapel samt Transportträger 3 gelagert, beispielsweise in einem Hochregallager. Die Lagerung kann für längere Zeit anhalten oder auch nur kurzfristig sein.
Nachfolgend, siehe die Abwandlung der 2C, können die Kontrollobjekte 1 hinsichtlich ihrer Fotolumineszenz ausgelesen werden und es kann überprüft werden, ob die beispielsweise länger zuvor erfolgte Bestrahlung korrekt durchgeführt wurde. Das Auslesen der Fotolumineszenz kann mehrmals erfolgen, beispielsweise unmittelbar nach der Bestrahlung, bei Aufnahme in einem Lager, bei Entnahme aus einem Lager und/oder bei einem Endverbraucher.
Durch die Unterbringung mehrerer Kontrollobjekte 1 in dem Stapel auf dem Transportträger 3 ist es möglich, eine Bestrahlungsanlage, in der die Bestrahlung der Palette durchgeführt wird, zu validieren. Beispielsweise werden die Kontrollobjekte 1 an besonders kritischen Stellen untergebracht, an denen zu befürchten steht, dass eine notwendige Strahlendosis nicht oder nur knapp eingehalten wird. Entsprechend kann die Bestrahlung eingestellt werden, beispielsweise hinsichtlich Energie, Dosis und/oder Richtungsabhängigkeit. Über entsprechende Kontrollobjekte 1 kann die Bestrahlungsanlage von Zeit zu Zeit überprüft werden, ohne dass ständig Kontrollobjekte 1 der Bestrahlung beigegeben werden müssen. Gleiches gilt auch für alle anderen Ausführungsbeispiele.
Gemäß der Abwandlung der 3A sind mehrere Produkte 72 auf dem Transportträger 3, beispielsweise einer Palette, angebracht. Jedes der Produkte 72 ist ganzflächig oder auch nur teilweise mit dem Kontrollobjekt 1 versehen. Die Bestrahlung mit der ionisierenden Strahlung R erfolgt wiederum im Palettenverbund.
Die einzelnen Produkte 72 können somit, siehe 3B, einzeln dahingehend überprüft werden, ob die Bestrahlung korrekt erfolgt ist. Dies erfolgt bevorzugt automatisiert etwa mit Hilfe eines Roboterarms 9, der die Produkte 72 greift und dem Testgerät 8 zuführt. Gleiches ist auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich.
In der Abwandlung der 4A ist illustriert, dass die Kontrollobjekte 1 an Verpackungen 6 auf dem Transportträger 3 angebracht sind, während die Bestrahlung erfolgt. Die Kontrollobjekte 1 nehmen nur eine vergleichsweise kleine Fläche an den Verpackungen 6 ein, beispielsweise in Form von Etiketten oder Aufdrucken.
Im Schritt der 4B wird über den Roboterarm 9 das Testgerät 8 an die Kontrollobjekte 1 geführt, so dass die einzelnen Verpackungen 6 dahingehend untersucht werden können, ob die Bestrahlung ordnungsgemäß erfolgt ist. Ein entsprechender Verfahrensschritt kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen durchgeführt werden.
In der Ausführungsform 5 ist gezeigt, dass ein flüssiges Bestrahlungsmaterial 71 mit der ionisierenden Strahlung R bestrahlt wird. Dazu wird das Bestrahlungsmaterial 71 über ein Transportwerkzeug 5 in Form einer sich drehenden Walze geführt. Die Bestrahlung erfolgt an der Walze. Beispielsweise über einen Abscheider 83 wird die Flüssigkeit von der Walze abgetrennt. Dem Abscheider 83 folgt das Testgerät 8 nach, so dass kurz nach der Bestrahlung festgestellt werden kann, ob die Bestrahlung richtig durchgeführt wurde.
In Drehrichtung ist dem Testgerät 8 ferner eine Heizvorrichtung 84 nachgelagert. Handelt es sich bei dem Leuchtstoff des Kontrollobjekts 1, das als durchgehende Beschichtung des Transportwerkzeugs 5 gestaltet ist, um ein Thermolumineszenzmaterial, so ist die durch die Bestrahlung verursachte Fotolumineszenzänderung des Leuchtstoffs durch Erhitzen auf eine Temperatur von beispielsweise 200 °C oder 250 °C aufhebbar. Damit erfolgt an dem Transportwerkzeug 5 und an dem Kontrollobjekt 1 zyklisch eine Bestrahlung, ein Auslesen der Fotolumineszenzänderung und ein Löschen der Fotolumineszenzänderung.
Abweichend von der Darstellung in 5 kann es sich bei dem Bestrahlungsmaterial 71 auch um eine Folie handeln anstatt um eine Flüssigkeit.
In der Ausführungsform der 6 ist gezeigt, dass das Bestrahlungsmaterial 71 ein über Fließbänder transportierbares Material wie ein Pulver ist. Das Transportwerkzeug 5 ist als Förderband gestaltet und umlaufend oder zumindest bereichsweise mit dem Kontrollobjekt 1 versehen. Über das Testgerät 8 ist kurz nach der Bestrahlung feststellbar, ob die Bestrahlung richtig durchgeführt wurde. Über die Heizung 84 ist die Fotolumineszenzänderung analog zu 5 rückgängig machbar.
Wurde die Bestrahlung zeitweise nicht korrekt ausgeführt, so kann das betreffende Bestrahlungsmaterial 71 nachfolgend aussortiert und/oder erneut bestrahlt werden. Das gleiche gilt auch im Zusammenhang mit 5.
In 7 sind verschiedene Konfigurationen des Kontrollobjekts 1 gezeigt. Gemäß 7A weist das Kontrollobjekt 1 ein Grundmaterial 22, beispielsweise eine Platte oder eine Folie, auf. Auf das Grundmaterial 22 ist der Leuchtstoff 2 aufgebracht, beispielsweise in Form von Partikeln eingebettet in ein Matrixmaterial 21. Die Partikel des Leuchtstoffs 2 können homogen gestaltet sein, siehe die linke Hälfte in 7A, oder einen komplexeren Aufbau beispielsweise aus einem Kern und einer Schale aufweisen, veranschaulicht in der rechten Hälfte der 7A.
In 7B ist gezeigt, dass der Leuchtstoff 2 als homogene Schicht mit gleichbleibender Dicke auf dem Grundmaterial 22 aufgebracht ist, insbesondere ohne ein Matrixmaterial.
Demgegenüber kann das Kontrollobjekt 1 auch aus dem Leuchtstoff 2 bestehen, optional zusammen mit einem Matrixmaterial, siehe 7C.
Der Leuchtstoff 2 oder zumindest einer der Leuchtstoffe 2 oder alle Leuchtstoffe 2 sind ausgewählt aus den folgenden Materialien: ein Oxid, (Y,Gd,Lu)₃(Al,Ga)₅O₁₂, ein Oxihalogenid, ein Sulfid, ein Oxisulfid, ein Sulfat, ein Oxisulfat, ein Selenid, ein Nitrid, ein Oxinitrid, ein Nitrat, ein Oxinitrat, ein Aluminat insbesondere mit Ba und/oder Mg wie BAM, ein Phosphid, ein Phosphat, ein Carbonat, ein Silikat, ein Oxisilikat, ein Vanadat, ein Molybdat, ein Wolframat, ein Germanat, ein Oxigermanat oder ein Halogenid der Elemente Li, Na, K, Rb, Mg, Ca, Sr, Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Zn, Gd, Lu, Al, Ga und/oder In. Der oder die Leuchtstoffe (21, 22) enthalten bevorzugt je ein oder mehrere lumineszierende Ionen aus der Gruppe In⁺, Sn²⁺, Pb²⁺, Sb³⁺, Bi³⁺, Ce³⁺, Ce⁴⁺, Pr³⁺, Nd³⁺, Sm²⁺, Sm³⁺, Eu²⁺, Eu³⁺, Gd³⁺, Tb³⁺, Dy³⁺, Ho³⁺, Er³⁺, Tm²⁺, Tm³⁺, Yb²⁺, Yb³⁺, Ti³⁺, V²⁺, V³⁺, V⁴⁺, Cr³⁺, Mn²⁺, Mn³⁺, Mn⁴⁺, Fe³⁺, Fe⁴⁺, Fe⁵⁺, Co³⁺, Co⁴⁺, Ni²⁺, Cu⁺, Ru²⁺, Ru³⁺, Pd²⁺, Ag⁺, Ir³⁺, Pt²⁺ und Au⁺.
Insbesondere handelt es sich bei dem zumindest einen Leuchtstoff 2 um eines der folgenden Materialien oder um eine Mischung hieraus: Y₃Al₅O₁₂:Ln (Ln = Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm und/oder Yb), SrAl₂O₄:Eu,Dy, CaAl₂O₄:Eu,Nd, Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu,Dy, Sr₂MgSi₂O₇:Eu,Dy, Sr₃MgSi₂O₈:Eu,Dy, CaMgSi₂O₆:Eu,Dy, Ba₃MgSi₂O₈:Eu,Dy, BaMg₂Al₆Si₉O₃₀:Eu,Dy, Sr₂Al₂SiO₇:Eu,Dy, BaMgAl₁₀O₇:Eu, BaMg₂Al₁₆O₂₇:Eu,Mn, Sr₂Al₁₀SiO₂₀:Eu,Ho, CaAl₂Si₂O₈:Eu,Dy, CaAl₂Si₂O₈:Eu,Pr, Sr₂SiO₄:Eu,Dy, Sr₂ZnSi₂O₇:Eu,Dy, CaS:Eu,Tm, CaGa₂S₄:Eu,Ho, CaGa₂S₄:Eu,Ce, NaYF₄:Ln,Ln (Ln = Er, Eu, Ho, Pr, Tm und/oder Yb), BaY₂F₈:Ln,Ln (Ln = Er, Eu, Ho, Pr, Tm und/oder Yb), LiYF₄:Ln,Ln (Ln = Er, Eu, Ho, Tm und/oder Yb), KY₃F₁₀:Ln,Ln (Ln = Er, Eu, Ho, Pr, Tm und/oder Yb), NaF:Ln (Ln = Er, Eu, Ho, Tm und/oder Yb), Sr₂P₂O₇:Eu,Y, Ln₂O₂S (Ln = Er, Eu, Ho, Pr, Tm und/oder Yb), Ca₂P₂O₇:Eu,Y, Ca₂SiS₄:Eu, Nd, Ca₂MgSi₂O₇:Eu, Tb, Yttrium-Aluminium-Monoklin (YAM), Yttrium-Aluminium-Perovskit (YAP), Y₂O₃, ZrO₂, Al₂O₃, Si₃Ni₄, ZrB₂.
Bevorzugt werden Lithiumfluorid, mangan-aktives Calciumsulfat oder Calciumfluorid, natürlicher Flussspat, Lithiumborat oder Berylliumoxid verwendet. Insbesondere Lithiumfluorid kann dazu mit Mg, Cu und/oder P dotiert werden. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Leuchtstoff 2 des Kontrollobjekts 1 um NaYF₄:Yb, Er.
Ist eine Leuchtstoffmischung vorhanden, so werden bevorzugt zumindest zwei Leuchtstoffe 2 eingesetzt, deren Fotolumineszenzlebensdauern sich um mindestens einen Faktor 5 voneinander unterscheiden. Beispielsweise liegt die Fotolumineszenzlebensdauer von den oder von zumindest einem der noch nicht bestrahlten Leuchtstoffe 2 bei mindestens 100 µs oder 0,8 s oder 1,5 s und/oder bei höchstens 10 s oder 2 s oder 2 ms oder 1 ms. Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, dass die zwei oder mehr als zwei verwendeten Leuchtstoffe mit Teststrahlung verschiedener Wellenlängen abgefragt werden und somit ihre Abklingdauern getrennt voneinander bestimmbar sind.
Die in 7 dargestellten Konfigurationen für den Leuchtstoff 2 und das Kontrollobjekt 1 können in allen anderen Ausführungsbeispielen und Abwandlungen entsprechend herangezogen werden.
In 8 sind verschiedene Abwandlungen für Produkte 72 oder Ersatzkörper 73 dargestellt. Gemäß 8A handelt es sich bei dem Produkt 72 um ein Behältnis wie eine Flasche, beispielsweise aus Glas, Kunststoff oder Metall. Das Produkt 72 ist nahezu vollständig außen mit dem Kontrollobjekt 1 beschichtet. Beispielsweise bleibt nur ein Bereich nahe an einem Verschluss des Produkts 72 frei von dem Kontrollobjekt 1 mit dem Leuchtstoff.
Die Anregung mit der Teststrahlung S kann ortsaufgelöst über das Kontrollobjekt 1 hinweg erfolgen, so dass für jede Stelle des Kontrollobjekts 1 prüfbar ist, ob die Bestrahlung korrekt durchgeführt wurde. Dies ist auch in Verbindung mit allen anderen Ausführungsbeispielen möglich.
Demgegenüber ist das Kontrollobjekt 1 gemäß der Abwandlung der 8B eine Beschichtung an einer Innenseite des Produkts 72. Dabei ist das Produkt 72 bevorzugt durchlässig sowohl für die Teststrahlung als auch für die Fotolumineszenzstrahlung.
In der Abwandlung der 8C handelt es sich um einen Ersatzkörper 73, beispielsweise ein unregelmäßig geformtes Pfefferkorn, das bevorzugt vollflächig mit dem Kontrollobjekt 1 beschichtet ist, insbesondere mit einer gleich bleibenden Schichtdicke.
Gemäß der Abwandlung der 8D ist das Produkt 72 ein komplex geformtes Werkstück, beispielsweise für Medizinanwendungen. Es ist möglich, dass mehrere der Kontrollobjekte 1 an verschiedenen Bereichen des Produkts 72 angebracht sind, insbesondere an hinsichtlich der Bestrahlung besonders kritischen Stellen wie an einer Unterseite, in Ausnehmungen und/oder an Rundungen. Bevorzugt werden durch die Kontrollobjekte 1 die optischen, mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften des Produkts 72 nicht oder nicht signifikant beeinträchtigt.
Insbesondere bei den 8A oder 8D ist es möglich, dass das zumindest eine Kontrollobjekt 1 vor dem eigentlichen Gebrauch des Produkts 72 von diesem entfernt wird. Alternativ kann das Kontrollobjekt 1 dauerhaft an dem Produkt 72 verbleiben.
In der Abwandlung der 9A ist illustriert, dass das Kontrollobjekt 1 als punktförmige Markierung an dem Produkt 72 oder an der Verpackung 6 angebracht ist. Es können beispielsweise an verschiedenen Seiten jeweils solche Markierungen angebracht sein. Gemäß der Abwandlung der 9B ist durch das Kontrollobjekt 1 eine bevorzugt maschinenlesbare Markierung etwa in Form eines Strichcodes gebildet. Solche Gestaltungen der Kontrollobjekte 1 können auch jeweils in den übrigen Ausführungsbeispielen vorliegen.
In 10A ist dargestellt, dass sich das zeitliche Verhalten einer Intensität I der Fotolumineszenz, normiert auf einen Maximalwert von Eins, in Abhängigkeit von der Zeit t und in Abhängigkeit von der Dosis D1, D2, D3, D4 ändert. Damit kann insbesondere über die Fotolumineszenzlebensdauer die zuvor applizierte Dosis ermittelt werden.
Der 10B ist zu entnehmen, dass zu verschiedenen Zeitpunkten t1, t2, t3 die Fotolumineszenzlebensdauer unterschiedlich ausgeprägt ist. Dies ist beispielsweise bei den Verfahren der 5 oder 6 der Fall, bei denen die Veränderung des Fotolumineszenzverhaltens zyklisch gelöscht wird.
Bezugszeichenliste

1: Kontrollobjekt
2: Leuchtstoff
21: Matrixmaterial
22: Grundmaterial
3: Transportträger
4: Körper
5: Transportwerkzeug
6: Verpackung
71: Bestrahlungsmaterial
72: Produkt
73: Ersatzkörper
8: Testgerät
81: Lichtquelle
82: Detektor
83: Abscheider
84: Heizung
9: Roboterarm
D: Dosis
F: Fotolumineszenzstrahlung
F': Thermolumineszenzstrahlung
I: Intensität
R: ionisierende Strahlung
S: Teststrahlung zur Fotolumineszenzanregung
T: Temperatur
t: Zeit

Claims

Verfahren zur Dosimetrie von hohen Strahlungsdosen mit den folgenden Schritten in der angegebenen Reihenfolge: A) Anbringen eines anorganischen Leuchtstoffs (2) an oder in wenigstens einem Kontrollobjekt (1), B) Bestrahlen des wenigstens einen Kontrollobjekts (1) in einer Bestrahlungsanlage (9) mit einer ionisierenden Strahlung (R) mit einer Energie von mindestens 100 keV und einer Dosis von mindestens 0,1 kGy und höchstens 250 kGy, wobei ein zeitliches und/oder spektrales Fotolumineszenzverhalten des Leuchtstoffs (2) verändert wird, C) Anregen des Leuchtstoffs (2) zur Fotolumineszenz mit einer Teststrahlung (S) und Messen des Fotolumineszenzverhaltens, und D) Ermitteln der Dosis der Bestrahlung aufgrund der Messung des Fotolumineszenzverhaltens im Schritt C) mit einer Genauigkeit von 2 kGy oder weniger und/oder von 20 % oder weniger, wobei im Schritt B) entweder eine Vielzahl von Körpern (4) bestrahlt wird, die ein Schüttgut bilden, und das mindestens eine Kontrollobjekt (1) dem Schüttgut beigegeben ist und die Körper (4) geometrisch imitiert, oder das mindestens eine Kontrollobjekt (1) dauerhaft an einem Transportwerkzeug (5) angebracht ist oder ein Transportwerkzeug (5) ist und das Kontrollobjekt (1) zyklisch im Schritt B) mit Bestrahlungsmaterial (71) in Berührung kommt, sodass das Kontrollobjekt (1) zyklisch in seinem Fotolumineszenzverhalten verändert wird und diese Veränderung zyklisch zurückgesetzt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Leuchtstoff (2) ein thermolumineszierendes Material mit einer Schwellentemperatur von mindestens 125 °C ist, wobei die Schwellentemperatur von einschließlich Schritt B) bis einschließlich Schritt C) nicht überschritten wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Kontrollobjekt (1) nach dem Schritt C) in einem Schritt E) über die Schwellentemperatur erwärmt wird, sodass die im Schritt B) erzielte Veränderung des Fotolumineszenzverhaltens gelöscht wird, wobei das Kontrollobjekt (1) in zumindest einem weiteren Zyklus die Schritte B) und C) erneut durchläuft.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Kontrollobjekt (1) nach dem Schritt C) in einem Schritt G) über die Schwellentemperatur erwärmt wird, sodass das Kontrollobjekt (1) zur Thermolumineszenz angeregt wird, wobei über eine Thermolumineszenzmessung eine Bestimmung der im Schritt B) eingetragenen Dosis erfolgt und hierdurch eine Eichung der im Schritt C) ermittelten Dosis durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Leuchtstoff (2) NaYF₄:Er, Yb umfasst oder ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Leuchtstoff (2) im Schritt A) als Schicht mit einer Dicke zwischen einschließlich 1 µm und 0,2 mm angebracht wird, wobei die Schicht mit dem Leuchtstoff (2) die Strahlung (R) zu höchstens 20 % absorbiert, sodass in Draufsicht gesehen an einer bestimmten Stelle der Schicht eine Dosis über die Schichtdicke hinweg nahezu konstant ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem eine Oberfläche des Kontrollobjekts (1) zu mindestens 90 % mit der Schicht versehen ist und das Kontrollobjekt (1) höchstens eine Symmetrieebene aufweist oder unregelmäßig geformt ist, wobei die Oberfläche im Schritt C) zweidimensional aufgelöst vermessen wird und eine Ortsauflösung bei 1 mm oder weniger liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens der Schritt C) automatisiert durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt B) eine Vielzahl der Kontrollobjekte (1) bestrahlt wird, die sich gemeinsam auf oder in einem Transportträger (3) befinden, wobei in einem Schritt F) zwischen den Schritten B) und C) ein Transportieren der bestrahlten Kontrollobjekte (1) aus der Bestrahlungsanlage (9) heraus und ein Zwischenlagern erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Kontrollobjekt (1) an dem Transportwerkzeug (5) angebracht ist oder das Transportwerkzeug (5) ist.