DE10207711C1 - Probenkopf für ein Elektronenspinresonanz-Dosimeter - Google Patents
Probenkopf für ein Elektronenspinresonanz-DosimeterInfo
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Abstract
Ein Probenkopf für ein Elektronenspinresonanz(ESR)-Dosimeter weist einen Resonator (12) und einen in den Resonator (12) hineinreichenden Einsatz (10) auf. Der Einsatz ist mit einem Führungskanal (44) zum Einbringen einer eine Dosimetersubstanz enthaltenden Probe in den Resonator (12) versehen. Eine Drucklufteinheit (51) dient zum Ausblasen der Probe aus dem Resonator (12) nach erfolgter Messung. Der Einsatz (10) weist auf einer oberen Seite des Resonators (12) eine offen zugängliche Öffnung (40) zum manuellen Einbringen von Dosimeterpillen (60) auf. Auf der oberen Seite ist der Einsatz (10) ferner mit einem Druckluftanschluß (50) versehen. Der Druckluftanschluß (50) ist über einen durch den Einsatz (10) führenden Druckluftkanal (54) mit einer Mündung (56) im unteren, ansonsten verschlossenen Boden (46) des Führungskanals (16, 18, 20, 44) verbunden (Fig. 2).
Description
Die Erfindung betrifft einen Probenkopf für ein Elektronenspin
resonanz (ESR)-Dosimeter, mit einem Resonator, einem in den Re
sonator hinein reichenden Einsatz mit einem Führungskanal zum
Einbringen einer eine Dosimetersubstanz enthaltenden Probe in
den Resonator, und mit einer Drucklufteinheit zum Ausblasen der
Probe aus dem Resonator nach erfolgter Messung.
Ein Probenkopf der vorstehend genannten Art ist aus der JP 01 138 484 A
bekannt.
Die Bestrahlung von Produkten aller Art findet in der industri
ellen Praxis zunehmend Anwendung. So werden beispielsweise Pro
dukte aller Art zur Desinfektion bzw. zur Erhöhung der Haltbar
keit bestrahlt. Ein typisches Anwendungsbeispiel hierfür sind
Hygieneartikel, beispielsweise Babywindeln, die im verpackten
Zustand palettenweise bestrahlt werden, um diese Artikel für
den Endverbraucher keimfrei bereitzustellen. Es ist in diesem
Zusammenhang bekannt, die zu bestrahlenden Artikel paletten
weise an einer Strahlungsquelle vorbeizuführen, wobei je nach
gewünschter Bestrahlungsdosis mehrere Durchgänge vorgesehen
werden.
Andererseits ist es üblich, Produkte und Gegenstände zu be
strahlen, um unerwünschte Organismen abzutöten. Dies geschieht
in der Praxis z. B. im Zusammenhang mit Nahrungsmitteln, bei
spielsweise Gewürzen, die mitunter von Krankheitserregern be
fallen sind und vor ihrer Weiterverarbeitung und ihrem Vertrieb
entsprechend behandelt werden müssen.
Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die prophylaktische Bestrah
lung von Gegenständen aller Art im Zusammenhang mit der Verwen
dung von biologischen Kampfmitteln, wenn z. B. Postsendungen aus
Gründen der Vorsicht behandelt werden müssen, da zu befürchten
ist, daß in einzelnen Poststücken Krankheitserreger im Rahmen
terroristischer Anschläge versendet werden.
In all diesen und in vielen anderen Anwendungsfällen von Be
strahlung ist es jedoch erwünscht, das Ausmaß der Bestrahlung
zu erfassen und gegebenenfalls auch zu dokumentieren. Dies gilt
grundsätzlich unabhängig von der Art der Bestrahlung (Gamma
strahlen, Elektronenstrahlen usw.).
Zu diesem Zweck sind innerhalb des Gesamtbegriffs "Dosimetrie"
entsprechende Meßgeräte, Dosimetersubstanzen, Konfektions
verfahren für Dosimetersubstanzen sowie einschlägige Normen
entwickelt worden. In den USA hat beispielsweise die American
Society for Testing and Materials die Norm E 1607-96 "Standard
Practice for Use of the Alanine-EPR Dosimetry System" entwic
kelt und herausgegeben. Dosimetrie-Verfahren werden heutzutage
von verschiedenen staatlichen und anderen Stellen auch zertifi
ziert. Hierzu ist eine Rückverfolgung der Meßproben, d. h. eine
lückenlose Dokumentation, erforderlich.
Herkömmliche Dosimeter, wie sie z. B. auch zum Schutz von Perso
nen in Einrichtungen verwendet werden, in denen mit Strahlen
verschiedener Art gearbeitet wird, bestehen im wesentlichen aus
einem Abschnitt eines handelsüblichen fotografischen Films, der
sich bei Einwirkung von Bestrahlung schwärzt. Die Filmabschnit
te werden nach Ablauf bestimmter Zeitabschnitte fotografisch
entwickelt und dann optisch ausgewertet, wobei der Grad der
Schwärzung des Films einen Rückschluß auf die empfangene Be
strahlungsdosis gestattet. Derartige Film-Dosimeter werden auch
heute noch in großem Umfang im Zusammenhang mit der Erfassung
der Bestrahlungsdosis bei industriellen Bestrahlungsprozessen
eingesetzt.
Film-Dosimeter haben jedoch den Nachteil, daß sie relativ kom
pliziert in der Behandlung und Auswertung sind. Ferner hat sich
gezeigt, daß sie nicht langzeitstabil sind. Eine rasche und zu
verlässige Meßwerterfassung ist daher ebenso wenig möglich wie
eine langfristige Speicherung und Dokumentierung der Original-
Dosimeter. Schließlich entspricht das Verhalten eines fotogra
fischen Films in diesem Zusammenhang bei einer einwirkenden Be
strahlung nicht dem Verhalten von organischem Gewebe.
Es sind daher in zunehmendem Ausmaß herkömmliche Film-Dosimeter
durch sogenannte Alanin-Dosimeter ersetzt worden. Bei diesen
Dosimetern besteht die Dosimetersubstanz aus Alanin, d. h. einer
Aminosäure, deren Ansprechverhalten z. B. auf Gammastrahlen dem
jenigen von organischem Gewebe weit mehr entspricht ("tissue
equivalent") als dies bei einem fotografischen Film der Fall
ist. Alanin ist auch sehr langzeitstabil, so daß bestrahltes
Alanin auch nach längerer Zeit noch ohne Informationsverlust
nachgemessen werden kann. Typische Bestrahlungsdosen liegen da
bei zwischen 400 Gy und 100 kGy.
Wie bereits in der oben erwähnten US-Norm angegeben, wird für
die Auswertung von bestrahlen Alanin-Dosimetern die Technik der
paramagnetischen Elektronenresonanz (EPR) eingesetzt, die auch
als Elektronenspinresonanz (ESR) bezeichnet wird. Bei der Be
strahlung von Alanin entstehen nämlich sogenannte "freie Radi
kale", die bei einer ESR-Messung ein charakteristisches Spek
trum ergeben, bei dem die Amplitude der Hauptlinie des Spek
trums ein Maß für die Bestrahlungsdosis ist.
Aus der DE 196 37 471 C2 sind ein Dosimetermaterial, ein Ala
nin-Dosimeter sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt.
In diesem Zusammenhang wird angegeben, daß Alanin-Dosimeter un
ter Verwendung von tabletten- oder filmförmigen Alaninelementen
in unterschiedlichster Geometrie ausgeführt werden können.
Aus der DE 39 03 113 C2 ist ein Personen-Dosimeter im Strahlen
schutzbereich bekannt, bei dem gleichfalls Alanin-Pillen als
Dosimetersubstanz verwendet werden. Das Dosimeter selbst be
steht aus einem kleinen rahmenförmigen Gebilde, in dem eine
entsprechende Kammer zur Aufnahme der Alanin-Pillen vorgesehen
ist.
Aus der JP 02 173 589 A ist ein weiteres derartiges, mittels
ESR auswertbares Dosimeter bekannt, bei dem die Dosimeter
substanz streifenförmig auf ein kleines, rahmenförmiges Gebilde
aufgetragen wird.
Aus der eingangs genannten JP 01 138 484 A ist eine Proben
zuführvorrichtung für ESR-Dosimeter bekannt. Bei dieser bekann
ten Vorrichtung werden stabförmige Dosimeterelemente in ent
sprechende axial verlaufende Aufnahmen einer rotierenden Schei
be eingesetzt, deren Drehung mittels optischer Sensoren über
wacht wird. Die rotierende Scheibe befindet sich oberhalb einer
ESR-Probenkammer. Durch Verdrehen der Scheibe können nun nach
einander verschiedene Dosimeterelemente oberhalb der ESR-
Probenkammer positioniert und dann in diese abgelassen werden,
wo sie mittels geeigneter Halteelemente in einer Referenzposi
tion gehalten werden.
Von der Unterseite der Probenkammer kann Druckluft zugeführt
werden, um das Dosimeterelement nach abgeschlossener ESR-
Messung auszublasen.
Bei einer ESR-Messung wird das ESR-Signal als elektrische Ver
stimmung eines Resonators gemessen, in dem sich eine zu unter
suchende Probe befindet, die während des Resonanzdurchganges
Energie absorbiert und damit den zuvor abgestimmten Resonator
verstimmt. Hierzu wird üblicherweise das auf den Resonator ein
wirkende magnetische Feld langsam variiert, so daß je nach Pro
benmaterial und Komplexität des ESR-Spektrums eine oder mehrere
Resonanzlinien entstehen.
Die klassische ESR-Spektrometrie beschränkt sich in diesem Zu
sammenhang darauf, die jeweilige Gestalt des Spektrums zu er
fassen, d. h. die Anzahl, Lage und Form der Spektrallinien auf
zuzeichnen und zu analysieren. Zwar spielt auch die Signalin
tensität dabei eine Rolle, diese kann jedoch bei üblichen ESR-
Spektrometern nicht in absoluten Größen erfaßt werden. Dies
liegt daran, daß die Signalamplitude als absolute Größe nicht
nur von reproduzierbar einstellbaren Verfahrensparametern ab
hängt, also von der Mikrowellenfrequenz, der eingestrahlten
Mikrowellenenergie, der Amplitude der Abtastmodulation usw.,
sondern darüber hinaus auch von der Art der Probe, insbesondere
deren dielektrischen Verlusten, der Abstimmung des Resonators,
der Bauart des Resonators usw.
Bei der ESR-Dosimetrie muß hingegen das Signal der die Dosi
meter-Substanz enthaltenden Probe absolut bestimmt werden, und
zwar mit einer Genauigkeit von 1 bis 2%. Dies ist mit herkömm
lichen ESR-Spektrometern nicht möglich.
Auf einem anderen Teilgebiet der magnetischen Resonanz, nämlich
der Kernresonanz (NMR), ist es bekannt, Aussagen über absolute
Signalamplituden dadurch zu treffen, daß zusätzlich zu der zu
untersuchenden Probe und gleichzeitig mit dieser sogenannte
"Standards" vermessen werden, beispielsweise Tetramethylsilan
(TMS). Diese "Standards" können je nach Einzelfall entweder der
Probe beigemengt werden (sogenannter "interner Standard"), oder
sie können separat im Probenkopf angeordnet sein (sogenannter
"externer Standard"). Wenn das Resonanzverhalten und insbeson
dere die Signalamplitude dieses Referenzmaterials bekannt ist,
kann das Signal der zu messenden Probe durch Amplituden
vergleich kalibriert werden.
Im Rahmen von Untersuchungen von Festkörpern, insbesondere
dotierten Festkörpern mittels Elektronenspinresonanz, ist in
großem Umfang auch Magnesiumoxid mit unterschiedlichen Dotie
rungen bzw. Verunreinigungen untersucht worden, beispielsweise
Elektronenspinresonanz von Cr3+ in MgO. Dabei sind auch Substan
zen untersucht worden, bei denen die Chrom-Ionen in Form des
Isotops 53Cr vorlagen. In diesem Fall ergab sich ein isotopes
Spektrum mit ausgeprägter Hyperfeinstruktur, d. h. einer Viel
zahl von spektralen Linien.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen
Probenkopf der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubil
den, daß die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden wer
den. Insbesondere soll die Erfindung es ermöglichen, einen
Probenkopf für ein ESR-Dosimeter zur Verfügung zu stellen, der
in schneller und betriebssicherer Weise die Verarbeitung von
bestrahlen Dosimeterpillen gestattet, wobei auch eine manuelle
Beschickung des Probenkopfes mit Dosimeterpillen durch ungeüb
tes Personal möglich sein soll.
Diese Aufgabe wird bei einem Probenkopf der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Einsatz auf einer
oberen Seite des Resonators eine offen zugängliche Öffnung zum
manuellen Einbringen der Dosimetersubstanz, insbesondere von
Dosimeterpillen aufweist, daß der Ein
satz auf der oberen Seite ferner mit einem Druckluftanschluß
versehen ist, und daß der Druckluftanschluß über einen durch
den Einsatz führenden Druckluftkanal mit einer Mündung im unte
ren, ansonsten verschlossenen Boden des Führungskanals verbun
den ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Wei
se vollkommen gelöst.
Bei der beschriebenen Anordnung ist es nämlich selbst ungeübtem
Personal möglich, die angelieferten bestrahlen Dosimeterpillen
in die offen zugängliche Öffnung einzuwerfen, von wo sie von
selbst, d. h. unter Schwerkrafteinfluß, an den Meßort gelangen
und dann in automatisierter Weise vermessen werden können. Nach
Abschluß der Messung wird dann die vermessene Dosimeterpille
automatisch durch Zuführen von Druckluft entfernt und kann dann
einer Auffangeinrichtung zugeführt werden, in der die Dosime
terpille z. B. verpackt, gekennzeichnet und archiviert werden
kann.
Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Probenkopf alle Zugänge,
Abgänge und Anschlüsse an der Oberseite des Resonators angeord
net sind, läßt sich der Probenkopf bei handelsüblichen ESR-
Resonatoren verwenden, ohne daß der Resonator oder gar das
Magnetsystem, innerhalb dessen sich der Resonator befindet,
verändert werden müßten. Außerdem ist das Führungssystem für
die Proben damit in sich geschlossen, so daß der Innenraum des
Resonators auch gegen das Eindringen von Staub geschützt ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pro
benkopfes ist der Führungskanal im Querschnitt rechteckförmig.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß eine formschlüssige Führung
der Dosimeterpillen innerhalb des Kanals erfolgt und damit re
produzierbare Meßverhältnisse vorliegen.
Dies gilt insbesondere dann, wenn in weiterer Fortbildung der
Erfindung die Öffnung als Schlitz ausgebildet ist.
Dies hat nämlich den Vorteil, daß die zugeführten Dosimeter
pillen bereits bei ihrem Einwerfen in die von oben offen zu
gängliche Öffnung durch deren Schlitzform ausgerichtet werden.
Bei einer weitere Fortbildung der Erfindung ist die Öffnung
seitlich beabstandet vom Führungskanal angeordnet und geht über
eine schräge Führung in den Führungskanal über.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Öffnung sehr gut von
der Seite her zugänglich ist, so daß die Dosimeterpillen ohne
Probleme manuell zugeführt werden können. Durch die schräge
Führung im Übergang von der Öffnung zum Führungskanal ist ge
währleistet, daß die Dosimeterpillen nicht hängenbleiben kön
nen, sondern sicher an ihren Meßort gelangen.
Bei einer weiteren Gruppe von Ausführungsbeispielen geht der
Führungskanal an seinem oberen Ende in einen Ausblaskanal über,
der vorzugsweise als Rohrkrümmer, insbesondere als 180°-Krüm
mer, ausgebildet ist.
Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß die Bahn der ausgeblase
nen Dosimeterpillen definiert ist. Ferner hat die fluchtende
Anordnung zwischen Führungskanal und Ausblaskanal den Vorteil,
daß die Dosimeterpillen während des Ausblasvorganges sicher vom
Führungskanal in den Ausblaskanal gelangen.
Weiterhin ist bei Ausführungsbeispielen der Erfindung bevor
zugt, wenn der Einsatz im Bereich des Bodens mit mindestens
einer Referenzprobe versehen ist, wobei im Falle der Verwendung
von zwei oder mehr Referenzproben solche mit unterschiedlichem
gyromagnetischem Verhältnis verwendet werden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß quantitative Messungen,
d. h. kalibrierte Amplitudenmessungen an den Dosimeterpillen,
möglich sind.
Weiterhin wird eine gute Wirkung dadurch erzielt, daß der Ein
satz mit einem maschinell lesbaren Code-Aufdruck versehen ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bei der Messung und bei der
anschließenden eventuellen Archivierung der Dosimeterpillen al
le erforderlichen Parameter berücksichtigt und archiviert wer
den können, die für die Auswertung des Meßergebnisses von Be
deutung sind.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der bei
gefügten Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge
stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher er
läutert. Es zeigen:
Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein erstes Ausfüh
rungsbeispiel eines Einsatzes für ein Elektronen
spinresonanz (ESR)-Spektrometer für pillenförmige
Alanin-Dosimeter;
Fig. 2 den Einsatz von Fig. 1, im Längsschnitt;
Fig. 3 ein ESR-Spektrum einer ersten Referenzprobe;
Fig. 4 ein ESR-Spektrum einer zweiten Referenzprobe;
Fig. 5 ein ESR-Spektrum, das sowohl die ESR-Signale einer
Referenzprobe wie auch einer eine Dosimetersubstanz
enthaltenden Probe enthält;
Fig. 6 eine Darstellung, ähnlich Fig. 1, jedoch für ein an
deres Ausführungsbeispiel eines Einsatzes für ein
ESR-Spektrometer, der für streifenförmige Alanin-
Dosimeter vorgesehen ist;
Fig. 7 eine Darstellung, ähnlich Fig. 2, jedoch für das
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6.
In Fig. 1 und 2 bezeichnet 10 insgesamt einen Einsatz für ein
Elektronenspinresonanz (ESR)-Spektrometer. Mit 12 ist schema
tisch ein Hohlraumresonator üblicher Bauart angedeutet. Im dar
gestellten Beispiel ist der Hohlraumresonator 12 ein Rechteck
resonator vom Schwingungstyp TE102.
Der Einsatz 10 besteht unterhalb eines Flansches 14 aus einem
Unterteil 16, das wiederum einen oberen Abschnitt 18 und einen
unteren Abschnitt 20 umfaßt. Eine gemeinsame Achse 22, die in
der in Fig. 1 dargestellten Einbaulage vertikal verläuft, defi
niert die Erstreckung des Unterteils 16 sowie eines oberhalb
des Flansches 14 nach oben verlaufenden Oberteils 24.
Der Einsatz 10 ist in vertikaler Richtung in den Hohl
raumresonator 12 eingeführt, bis der obere Abschnitt 18 auf der
Oberseite des Resonators 12 aufsitzt. In dieser definierten
Stellung wird der Einsatz 10 in an sich bekannter Weise am Re
sonator 12 befestigt. Es versteht sich dabei, daß dieser Vor
gang auch automatisiert, also mittels eines Roboters ausgeführt
werden kann. Ein Wechsel des Einsatzes 10 ist daher einfach und
reproduzierbar.
Das Oberteil 24 unterteilt sich in einen vertikalen Abschnitt
26 sowie einen vom vertikalen Abschnitt 26 seitlich abstehenden
horizontalen Abschnitt 28. Der vertikale Abschnitt 26 geht an
seiner Oberseite in einen Rohrkrümmer 30 über, der im darge
stellten Ausführungsbeispiel ein 180°-Rohrkrümmer ist.
Der obere Abschnitt 18 des Unterteils 16 ist mit einer seit
lichen Oberfläche 32 versehen. Auf dieser vorzugsweise ebenen
Oberfläche 32 ist ein Bar-Code Aufdruck 34 angebracht. Dieser
Aufdruck 34 steht in Wechselwirkung mit einem Bar-Code Leser
36, wie in Fig. 1 schematisch mit einem Doppelpfeil angedeutet.
Der Bar-Code Leser 36 kann ein externes Lesegerät sein, es ist
jedoch auch denkbar, den Bar-Code Leser 36 in den Resonator 12
zu integrieren.
Der Bar-Code Aufdruck 34 enthält diverse Informationen, über
die weiter unten noch Näheres ausgeführt werden wird. Er iden
tifiziert insbesondere den jeweiligen Einsatz 10 hinsichtlich
seiner Bauart. Weiterhin können Informationen über unvermeidba
re Grundsignale enthalten sein, die der Einsatz 10 bei einer
ESR-Messung erzeugt und die dann später aus der Messung an
einer Meßprobe herausgerechnet werden können. Schließlich dient
der Aufdruck 34 insbesondere auch zum Bereitstellen von Infor
mationen über eine in den Einsatz 10 integrierte Referenzprobe 38,
wie ebenfalls noch ausgeführt werden wird. Die Zuordnung der
Information kann bevorzugt über eine Referenzdatei erfolgen.
Die Referenzprobe 38 befindet sich bei dem in den Fig. 1 und 2
dargestellten Ausführungsbeispiel am unteren Ende des unteren
Abschnitts 20. Die Referenzprobe 38 kann beispielsweise als
kleine Kugel oder Pille ausgeführt und in einem Kanal 39 einge
gossen sein. Sie befindet sich stets in einer optimalen Rela
tivposition zu der Meßprobe, d. h. die Meßbedingungen sind für
beide Proben möglichst gleich.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einsatz 10 dient zum Ver
messen von pillenförmigen Meßproben, die eine Dosimetersubstanz
enthalten. Als Dosimetersubstanz wird vorzugsweise Alanin ver
wendet, das heutzutage in standardisierter Form zum Messen von
Bestrahlungsdosen eingesetzt wird (vgl. die bereits erwähnte
US-Norm E 1607-96 der American Society for Testing and Materi
als). Alanin-Pillen sind zu diesem Zweck kommerziell erhält
lich. Sie werden an Gütern befestigt, die zum Zweck des Steri
lisierens oder aus anderen Gründen einer Bestrahlung unterwor
fen werden und bei denen man dokumentieren möchte, welche
Strahlungsmenge auf diese Güter ausgeübt worden ist.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einsatz 10 ist an der
Oberseite des horizontalen Abschnitts 28 mit einer Einwurf
öffnung 40 versehen, die als schmaler, vertikaler Schlitz aus
gebildet ist und z. B. als Einführhilfe mit einer Schräge verse
hen sein kann. Die Breite des Schlitzes 40 ist so bemessen, daß
eine Alanin-Pille 60 gerade in vertikaler Position vom Schlitz
40 aufgenommen werden kann. Der Schlitz 40 geht zum vertikalen
Abschnitt 26 des Oberteils 24 hin in eine schräge Führung 42
über, über die die Alanin-Pille 60 in einen vertikalen, flachen
Kanal 44 gelangt. Dessen radiale Querschnittsfläche entspricht
also im wesentlichen der Querschnittsfläche der Alanin-Pille
60, so daß die Alanin-Pille 60 im Kanal 44 formschlüssig ge
führt wird, wenn sie unter Schwerkrafteinfluß nach unten fällt.
Wie mit 60a in Fig. 2 angedeutet, gelangt die Alanin-Pille
schließlich zum Boden 46 des Kanals 44, der zugleich als An
schlag und damit als Referenzposition dient.
Der Einsatz 10 kann ferner Mittel (nicht dargestellt) enthal
ten, mit denen feststellbar ist, ob sich zu Beginn der ESR-
Messung tatsächlich nur eine Alanin-Pille 60a in der Referenz
position befindet oder ob dort aufgrund eines Fehlers keine
oder mehrere Pillen vorhanden sind. Alternativ kann dies durch
eine Detektion der Verschiebung der Referenzfrequenz ermittelt
werden.
Damit die Alanin-Pille 60a nach erfolgter ESR-Messung über den
Rohrkrümmer 30 wieder entsorgt werden kann, ist im oberen Be
reich der schrägen Führung 42 ein Übergang 47 von der flachen
auf eine runde Querschnittsform vorgesehen, der zu einem Innen
raum 48 des Rohrkrümmers 30 führt. Dieser fluchtet in diesem
Bereich entlang der Achse 22 mit dem Kanal 44.
Im Bereich des Flansches 14 ist ein Druckluftanschluß 50 vorge
sehen, der mit einer steuerbaren Drucklufteinheit 51 in Verbin
dung steht. Der Druckluftanschluß 50 ist mit einem Ringraum 52
im Flansch 14 verbunden. Der Ringraum 52 steht seinerseits mit
einem Druckluftkanal 54 in Verbindung, der parallel zum Kanal
44 in den unteren Abschnitt 20 des Unterteils 16 führt, bis zu
einer Mündung 56 im Boden 46 des Kanals 44.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist damit wie folgt:
Wie bereits erwähnt wurde, kann die Alanin-Pille 60 in Richtung eines Pfeils 62 in die Einwurföffnung 40 bzw. den Schlitz ein gebracht werden, und zwar vorzugsweise manuell. Die Alanin- Pille 60 fällt nun in Richtung eines Pfeils 64 im vertikalen Kanal 44 nach unten, bis sie bei 60a den Boden 46 erreicht.
Wie bereits erwähnt wurde, kann die Alanin-Pille 60 in Richtung eines Pfeils 62 in die Einwurföffnung 40 bzw. den Schlitz ein gebracht werden, und zwar vorzugsweise manuell. Die Alanin- Pille 60 fällt nun in Richtung eines Pfeils 64 im vertikalen Kanal 44 nach unten, bis sie bei 60a den Boden 46 erreicht.
Nach erfolgter ESR-Messung wird nun das Druckluftsystem akti
viert und Druckluft in den Ringraum 52 bzw. den Druckluftkanal
54 eingeleitet. Die Alanin-Pille 60a wird auf diese Weise vom
Boden 46 in Vertikalrichtung nach oben geblasen, wie mit einem
Pfeil 66 angedeutet. Sie fliegt nun entlang der Achse 22 nach
oben in den Innenraum 48 des Rohrkrümmers 30 und wird dort um
gelenkt, wie mit einem Pfeil 68 angedeutet. Die im Rohrkrümmer
30 befindliche Alanin-Pille ist in Fig. 2 mit 60b angedeutet.
Sie wird nun, wie mit einem Pfeil 70 angedeutet, wieder verti
kal nach unten umgelenkt und gelangt (Pfeil 72) z. B. in einen
Auffangbehälter 74, der sich unterhalb der Ausmündung des Rohr
krümmers 30 befindet. Dies ist in Fig. 2 mit 60c angedeutet.
Das Führungssystem für die Alanin-Pillen 60 ist damit in sich
geschlossen, so daß der Innenraum des Resonators 12 gegen das
Eindringen von Staub und Pillenabrieb geschützt ist.
Wie bereits erwähnt wurde, dient die ESR-Messung an der Alanin-
Pille 60 der Bestimmung einer Bestrahlungsdosis, der die Ala
nin-Pille 60 zuvor ausgesetzt war.
In diesem Zusammenhang wird gewünscht, daß die Bestrahlungs
dosis mit einer Genauigkeit zwischen 1 und 2% gemessen wird.
Dies ist mit üblichen ESR-Messungen nicht ohne weiteres mög
lich, weil die Amplitude eines ESR-Signals in weiten Bereichen
von den jeweiligen Meßbedingungen abhängt. Hierzu zählen nicht
nur die von außen reproduzierbar einstellbaren Größen, wie
Mikrowellenfrequenz, Mikrowellenintensität, Modulationsamplitu
de, Verstärkungsfaktor usw., sondern auch weniger gut einstell
bare bzw. reproduzierbare Parameter, wie die Eigenschaften des
jeweils verwendeten Resonators, dessen Zusammenwirken mit der
jeweiligen Meßprobe, die Art und Einstellung der Ankopplung des
Resonators an die Mikrowellenleitung usw.
Aus diesem Grunde wird bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestell
ten Einsatz 10 eine Anordnung mit der Referenzprobe 38 verwen
det, die als integrierter Standard verwendet wird, um das ge
messene ESR-Signal der Alanin-Pille 60 zu kalibrieren.
Da die Bestrahlungsdosis bei heutigen industriellen Anwendungen
in der Praxis in weiten Bereichen variiert, typischerweise zwi
schen 400 Gy und 100 kGy, müssen Referenzproben 38 für unter
schiedliche Bestrahlungsbereiche vorgesehen werden. In diesem
Zusammenhang ist es auch möglich, in einem Einsatz mehrere Re
ferenzproben unterschiedlicher Art zu verwenden, wie noch an
hand der Fig. 6 und 7 ausgeführt werden wird.
Es wurde bereits erwähnt, daß der Werkstoff, aus dem die Bau
elemente des Einsatzes 10 hergestellt werden, ein möglichst ge
ringes ESR-Eigensignal aufweisen sollten, damit die eigentliche
Messung der Probe nicht durch ein Störsignal überlagert ist.
Die üblicherweise verwendeten Dosimetersubstanzen, insbesondere
Alanin, haben ein ESR-Signal im Bereich eines gyromagnetischen
Verhältnisses von g = 2. Bei diesem Wert sollte also der Werk
stoff des Einsatzes 10 kein meßbares ESR-Signal aufweisen. Dies
ist beispielsweise für den Werkstoff Polyester der Fall.
Entsprechendes gilt für die Referenzprobe 38. Das ESR-Signal
der Referenzprobe sollte zwar deutlich meßbar sein, jedoch
einen ausreichenden Abstand vom ESR-Signal der Dosimeter
substanz einhalten. Allerdings sollte die Referenzprobe anson
sten möglichst gleiche Eigenschaften wie die Dosimetersubstanz
aufweisen, also beispielsweise eine vergleichbare Linienbreite
(d. h. Modulationssättigungsverhalten), ein vergleichbares
Mikrowellensättigungsverhalten, einen vergleichbaren Tempera
turkoeffizienten, ein isotropes Verhalten usw..
Erfindungsgemäß wird als Referenzprobe ein mit Chrom dotiertes
Magnesiumoxid (Cr:MgO) verwendet. Der Dosierungsgrad beträgt
vorzugsweise 0,1%. Das Chrom-Kation Cr3+ kann in natürlicher
oder in isotopenreiner Häufigkeit verwendet werden, wie noch
erläutert werden wird.
Fig. 3 zeigt das ESR-Spektrum 80 dieses Probenmaterials für eine
Messung im X-Band, d. h. bei einer Mikrowellenfrequenz von ca.
9,8 GHz.
Wie man deutlich aus Fig. 3 erkennt, hat das dort dargestellte
ESR-Spektrum 80 von Cr:MgO eine Hauptlinie 82 sowie eine kleinere
Nebenlinie 84, die jedoch beide ausreichend vom gyromagneti
schen Verhältnis g = 2, d. h. der Resonanzposition eines freien
Elektrons beabstandet sind.
Die von Spitze zu Spitze gemessene Amplitude A1 der Hauptlinie
82 beträgt dabei 38 × 103 Einheiten (arbitrary units).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde nun herausgefunden,
daß insoweit eine erhebliche Verbesserung erzielt werden kann,
wenn statt Cr:MgO eine Referenzprobe verwendet wird, bei der
die Chrom-Ionen in Gestalt des Isotops 52Cr erscheinen. In die
sem Falle wird also das Chrom-Kation in isotopenreiner Häufig
keit (< 95% 52Cr3+) eingesetzt.
Fig. 4 zeigt in analoger Darstellung zu Fig. 3 das ESR-Spektrum
86 von 52Cr:MgO. Man erkennt, daß das Spektrum nur eine Haupt
linie 88 und keine Nebenlinie aufweist. Auch das Si
gnal/Rauschverhältnis ist deutlich günstiger, was sich in einer
Amplitude A2 der Hauptlinie 88 von 2,8 × 106 Einheiten aus
drückt. Das Amplitudenverhältnis A2/A1 beträgt damit etwa 74.
52Cr:MgO ist daher als Referenzprobe für Messungen der hier in
teressierenden Art hervorragend geeignet, weil es nur eine ein
zige klare Hauptlinie 88 im ESR-Spektrum 86 aufweist, die aus
reichend von g = 2 beabstandet ist und auch bei vergleichbarer
Menge eine höhere Amplitude zeigt.
Fig. 5 zeigt nun die eigentliche Dosimeter-Messung, die mit dem
Einsatz 10 gemäß Fig. 1 und 2 unter Verwendung einer Referenz
probe 38 gemäß Fig. 4 oder Fig. 5 ausgeführt werden kann.
Das in Fig. 5 dargestellte dritte ESR-Spektrum 90 zeigt rechts
zunächst eine Hauptlinie 92 der Referenzprobe 38, deren Ampli
tude hier mit A3 angegeben ist. Die Hauptlinie 92 befindet sich
wiederum in einem ausreichenden Abstand D von der Position
g = 2, dem Zentrum des Alanin-Spektrums 94, das aus einer
Hauptlinie 96 sowie zwei symmetrisch dazu angeordneten Neben
linien 98a und 98b besteht.
Zur Kalibrierung des gemessenen Alanin-Signals, das, wie er
wähnt, wiederum ein Maß für die auf die Probe ausgeübte Be
strahlungsdosis ist, wird die Amplitude A4 der Hauptlinie 96
bestimmt und in Relation zu der bekannten Amplitude A3 der
Hauptlinie 92 der Referenzprobe 38 gesetzt, die im Bar-Code
Aufdruck 34 abgespeichert ist. Auf diese Weise ist es also mög
lich, das ESR-Signal der Alanin-Pille 60 zu kalibrieren und da
mit die Bestrahlungsdosis in absoluten Werten (Gy) zu bestim
men. Ferner kann zu diesem Zeitpunkt auch ein eventuell vorhan
denes Eigensignal des Einsatzes 10 herausgerechnet werden, das
gleichfalls im Bar-Code Aufdruck 34 abgespeichert ist.
In den Fig. 6 und 7 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Einsatzes 100 für einen anderen Einsatzfall, nämlich für
die Verwendung streifenförmiger Alanin-Dosimeter dargestellt.
Der Einsatz 100 kann in einen Hohlraumresonator 101 eingeführt
werden, der wiederum als Rechteckresonator angedeutet ist. Auch
in diesem Fall ist der Einsatz 100 mit einem Flansch 102 verse
hen.
Ein Unterteil 104 des Einsatzes 100 unterteilt sich wiederum in
einen oberen Abschnitt 106, der im eingesetzten Zustand des
Einsatzes 100 oben auf dem Resonator 101 aufsitzt, und einen
unteren Abschnitt 108. Der Einsatz kann daher einfach und re
produzierbar gewechselt werden. Der Einsatz 100 erstreckt sich
in der dargestellten vertikalen Einbaulage entlang einer ge
meinsamen Achse 110.
Ein Oberteil 112 steht nach oben vom Flansch 102 ab.
Auf einer Oberfläche 114 des oberen Abschnitts 106 befindet
sich wiederum ein Bar-Code Aufdruck 116 von bereits erwähnter
Art.
In der Oberseite des Oberteils 122 befindet sich eine von oben
zugängliche Einführhilfe oder Öffnung 120, die zu einem verti
kal verlaufenden Kanal 122 führt. Auch der Kanal 122 ist von
flacher, d. h. im Radialschnitt näherungsweise rechteckförmiger
Gestalt. Seine Form ist angepaßt an den radialen Querschnitt
eines Meßstreifens 124, der von oben mittels der Einführhilfe
120 in den Kanal 122 eingeführt werden kann.
Der Meßstreifen 124 ist so lang bemessen, daß er im vollständig
eingeführten Zustand an einem Anschlag 125 in einer Referenz
position am unteren Ende des Kanals 122 aufliegt und (vgl. Fig.
7) gleichwohl noch oben über das Oberteil 112 hinausragt, so daß
der Meßstreifen 124 nach erfolgter Messung dort manuell oder
automatisiert wieder herausgezogen werden kann.
Im Bereich des Kanals 122 unterteilt sich der Meßstreifen 124
in einen unteren Bereich 126 und einen oberen Bereich 128. Im
unteren Bereich 126 ist auf den Meßstreifen 124 eine Dosimeter
substanz aufgetragen, beispielsweise in Form eines Alanin
filmes.
Demgegenüber ist der obere Bereich 128 mit einem weiteren Bar-
Code Aufdruck versehen, der z. B. die jeweilige Batch-Nummer der
bestrahlten Gegenstände, die Zusammensetzung der Dosimeter-
Substanz usw. angibt, also Angaben, die für eine Archivierung
zweckmäßig bzw. im Rahmen einer Zertifizierung notwendig sind.
Wenn der Einsatz 100 zumindest im Bereich des oberen Abschnitts
106 des Unterteils 104 optisch durchlässig ausgebildet ist,
kann der Bar-Code Aufdruck von außen gelesen werden. Zu
diesem Zweck kann entweder eine entsprechende Aussparung in der
Oberfläche 114 des oberen Abschnitts 106 vorgesehen werden,
oder man kann den oberen Abschnitt 106 insgesamt aus einem
transparenten Werkstoff ausbilden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der erste Code-
Aufdruck 116 nur dann mittels eines Code-Lesers ablesbar, wenn
der Meßstreifen 124 sich in einer vorbestimmten Position, z. B.
Vertikalposition, und in vorbestimmter Ausrichtung, z. B. vor
ne/hinten, im Führungskanal 122 befindet.
Hierfür kann insbesondere der optisch durchlässige Bereich des
Einsatzes 100 so ausgebildet sein, daß der erste Code-Aufdruck
116 nur dann mittels eines Code-Lesers ablesbar ist, wenn der
Meßstreifen 124 sich in der vorbestimmten Position und Ausrich
tung im Führungskanal 122 befindet.
Man erkennt aus Fig. 6 deutlich, daß in der Meßposition des
Meßstreifens 124 der Bar-Code Aufdruck im oberen Bereich 128
des Meßstreifens 124 gerade neben dem Bar-Code Aufdruck 116 auf
dem oberen Abschnitt 106 des Einsatzes 100 liegt. Man kann also
in diesem Zustand beide Bar-Code Aufdrucke mit dem
selben Bar-Code Leser abtasten, wie weiter oben bei der Be
schreibung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 bereits ange
deutet wurde.
Schließlich ist auch der Einsatz 100 am unteren Ende des unte
ren Abschnitts 108 mit einer Referenzprobe versehen, wobei im
dargestellten Ausführungsbeispiel von Fig. 7 zwei solche Refe
renzproben 130a und 130b in optimaler Relativpositionierung zum
unteren Bereich 126 vorgesehen sind. Diese beiden Referenz
proben können unterschiedliche Amplituden bei unterschiedlicher
spektraler Lage haben, um den selben Einsatz 100 für Meßstrei
fen 124 unterschiedlicher Signalintensität, d. h. unterschiedli
cher Bestrahlungsdosis, z. B. im Bereich zwischen 400 Gy und
100 kGy, verwenden zu können. Es hat sich gezeigt, daß in der
Praxis für eine Abdeckung dieses Dosis-Bereiches zwei unter
schiedlich starke Referenzproben ausreichend sind.
Claims (10)
1. Probenkopf für ein Elektronenspinresonanz (ESR)-Dosimeter,
mit einem Resonator (12), einem in den Resonator (12) hin
ein reichenden Einsatz (10) mit einem Führungskanal (44)
zum Einbringen einer eine Dosimetersubstanz enthaltenden
Probe in den Resonator (12), und mit einer Druckluftein
heit (51) zum Ausblasen der Probe aus dem Resonator (12)
nach erfolgter Messung, dadurch gekennzeichnet, daß der
Einsatz (10) auf einer oberen Seite des Resonators (12)
eine offen zugängliche Öffnung (40) zum manuellen Einbrin
gen der Dosimetersubstanz, insbesondere von Dosimeterpil
len (60) aufweist, daß der Einsatz (10) auf der oberen
Seite ferner mit einem Druckluftanschluß (50) versehen
ist, und daß der Druckluftanschluß (50) über einen durch
den Einsatz (10) führenden Druckluftkanal (54) mit einer
Mündung (56) im unteren, ansonsten verschlossenen Boden
(46) des Führungskanals (44) verbunden ist.
2. Probenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Führungskanal (44) im Querschnitt rechteckförmig ist.
3. Probenkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Öffnung (40) als Schlitz ausgebildet ist.
4. Probenkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Öffnung (40) seitlich beabstandet vom Führungskanal
(44) angeordnet ist und über eine schräge Führung (42) in
den Führungskanal (44) übergeht.
5. Probenkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskanal (44) an
seinem oberen Ende in einen Ausblaskanal übergeht.
6. Probenkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ausblaskanal durch einen Rohrkrümmer (30) gebildet
wird.
7. Probenkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Rohrkrümmer (30) als 180°-Krümmer ausgebildet ist.
8. Probenkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (10) im Be
reich des Bodens (46) mit mindestens einer Referenzprobe
(38) versehen ist.
9. Probenkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwei Referenzproben mit unterschiedlichem gy
romagnetischem Verhältnis verwendet werden.
10. Probenkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (10) mit einem
maschinell lesbaren Code-Aufdruck (34) versehen ist.
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