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Die Erfindung betrifft einen Probenkopf für ein
Elektronenspinresonanz (ESR)-Dosimeter, mit einem Resonator, und mit einem in
den Resonator hinein reichenden Einsatz mit einem Führungskanal
zum Einbringen einer eine Dosimetersubstanz enthaltenden Probe
in den Resonator.
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Ein Probenkopf der vorstehend genannten Art ist aus der JP 01 138 484 A
bekannt.
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Die Bestrahlung von Produkten aller Art findet in der
industriellen Praxis zunehmend Anwendung. So werden beispielsweise
Produkte aller Art zur Desinfektion bzw. zur Erhöhung der
Haltbarkeit 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
palettenweise an einer Strahlungsquelle vorbeizuführen, wobei je nach
gewünschter Bestrahlungsdosis mehrere Durchgänge vorgesehen
werden.
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Andererseits ist es üblich, Produkte und Gegenstände zu
bestrahlen, um unerwünschte Organismen abzutöten. Dies geschieht
in der Praxis z. B. im Zusammenhang mit Nahrungsmitteln,
beispielsweise Gewürzen, die mitunter von Krankheitserregern
befallen sind und vor ihrer Weiterverarbeitung und ihrem Vertrieb
entsprechend behandelt werden müssen.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die prophylaktische
Bestrahlung von Gegenständen aller Art im Zusammenhang mit der
Verwendung 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.
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In all diesen und in vielen anderen Anwendungsfällen von
Bestrahlung ist es jedoch erwünscht, das Ausmaß der Bestrahlung
zu erfassen und gegebenenfalls auch zu dokumentieren. Dies gilt
grundsätzlich unabhängig von der Art der Bestrahlung
(Gammastrahlen, Elektronenstrahlen usw.).
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Zu diesem Zweck sind innerhalb des Gesamtbegriffs "Dosimetrie"
entsprechende Meßgeräte, Dosimetersubstanzen,
Konfektionsverfahren 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"
entwickelt und herausgegeben. Dosimetrie-Verfahren werden heutzutage
von verschiedenen staatlichen und anderen Stellen auch
zertifiziert. Hierzu ist eine Rückverfolgung der Meßproben, d. h. eine
lückenlose Dokumentation, erforderlich.
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Herkömmliche Dosimeter, wie sie z. B. auch zum Schutz von
Personen 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
Filmabschnitte werden nach Ablauf bestimmter Zeitabschnitte fotografisch
entwickelt und dann optisch ausgewertet, wobei der Grad der
Schwärzung des Films einen Rückschluß auf die empfangene
Bestrahlungsdosis gestattet. Derartige Film-Dosimeter werden auch
heute noch in großem Umfang im Zusammenhang mit der Erfassung
der Bestrahlungsdosis bei industriellen Bestrahlungsprozessen
eingesetzt.
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Film-Dosimeter haben jedoch den Nachteil, daß sie relativ
kompliziert in der Behandlung und Auswertung sind. Ferner hat sich
gezeigt, daß sie nicht langzeitstabil sind. Eine rasche und
zuverlässige Meßwerterfassung ist daher ebenso wenig möglich wie
eine langfristige Speicherung und Dokumentierung der Original-
Dosimeter. Schließlich entspricht das Verhalten eines
fotografischen Films in diesem Zusammenhang bei einer einwirkenden
Bestrahlung nicht dem Verhalten von organischem Gewebe.
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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
demjenigen 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
dabei zwischen 400 Gy und 100 kGy.
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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
Bestrahlung von Alanin entstehen nämlich sogenannte "freie
Radikale", die bei einer ESR-Messung ein charakteristisches
Spektrum ergeben, bei dem die Amplitude der Hauptlinie des
Spektrums ein Maß für die Bestrahlungsdosis ist.
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Aus der DE 196 37 471 C2 sind ein Dosimetermaterial, ein
Alanin-Dosimeter sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt.
In diesem Zusammenhang wird angegeben, daß Alanin-Dosimeter
unter Verwendung von tabletten- oder filmförmigen Alaninelementen
in unterschiedlichster Geometrie ausgeführt werden können.
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Aus der DE 39 03 113 C2 ist ein Personen-Dosimeter im
Strahlenschutzbereich bekannt, bei dem gleichfalls Alanin-Pillen als
Dosimetersubstanz verwendet werden. Das Dosimeter selbst
besteht aus einem kleinen rahmenförmigen Gebilde, in dem eine
entsprechende Kammer zur Aufnahme der Alanin-Pillen vorgesehen
ist.
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Aus der JP 02 173 589 A ist ein weiteres derartiges, mittels
ESR auswertbares Dosimeter bekannt, bei dem die
Dosimetersubstanz streifenförmig auf ein kleines, rahmenförmiges Gebilde
aufgetragen wird.
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Aus der eingangs genannten JP 01 138 484 A ist eine
Probenzuführvorrichtung für ESR-Dosimeter bekannt. Bei dieser
bekannten Vorrichtung werden stabförmige Dosimeterelemente in
entsprechende axial verlaufende Aufnahmen einer rotierenden
Scheibe eingesetzt, deren Drehung mittels optischer Sensoren
überwacht wird. Die rotierende Scheibe befindet sich oberhalb einer
ESR-Probenkammer. Durch Verdrehen der Scheibe können nun
nacheinander verschiedene Dosimeterelemente oberhalb der ESR-
Probenkammer positioniert und dann in diese abgelassen werden,
wo sie mittels geeigneter Halteelemente in einer
Referenzposition gehalten werden.
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Von der Unterseite der Probenkammer kann Druckluft zugeführt
werden, um das Dosimeterelement nach abgeschlossener ESR-
Messung auszublasen.
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Bei einer ESR-Messung wird das ESR-Signal als elektrische
Verstimmung eines Resonators gemessen, in dem sich eine zu
untersuchende Probe befindet, die während des Resonanzdurchganges
Energie absorbiert und damit den zuvor abgestimmten Resonator
verstimmt. Hierzu wird üblicherweise das auf den Resonator
einwirkende magnetische Feld langsam variiert, so daß je nach
Probenmaterial und Komplexität des ESR-Spektrums eine oder mehrere
Resonanzlinien entstehen.
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Die klassische ESR-Spektrometrie beschränkt sich in diesem
Zusammenhang darauf, die jeweilige Gestalt des Spektrums zu
erfassen, d. h. die Anzahl, Lage und Form der Spektrallinien
aufzuzeichnen und zu analysieren. Zwar spielt auch die
Signalintensität 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
abhängt, 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.
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Bei der ESR-Dosimetrie muß hingegen das Signal der die
Dosimeter-Substanz enthaltenden Probe absolut bestimmt werden, und
zwar mit einer Genauigkeit von 1 bis 2%. Dies ist mit
herkömmlichen ESR-Spektrometern nicht möglich.
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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
insbesondere die Signalamplitude dieses Referenzmaterials bekannt ist,
kann das Signal der zu messenden Probe durch
Amplitudenvergleich kalibriert werden.
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Im Rahmen von Untersuchungen von Festkörpern, insbesondere
dotierten Festkörpern mittels Elektronenspinresonanz, ist in
großem Umfang auch Magnesiumoxid mit unterschiedlichen Dotierungen
bzw. Verunreinigungen untersucht worden, beispielsweise
Elektronenspinresonanz von Cr3+ in MgO. Dabei sind auch Substanzen
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
Vielzahl von spektralen Linien.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen
Probenkopf der eingangs genannten Art dahingehend
weiterzubilden, daß die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden
werden. 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
bestrahlten Meßproben gestattet, die eine Dosimetersubstanz
enthalten. Dabei soll insbesondere gewährleistet werden, daß die
vorgenommene Messung möglichst umfangreich dokumentiert wird,
damit sie archiviert werden kann. Dies ist für eine
Zertifizierung erforderlich.
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Bei einem Probenkopf der eingangs genannten Art wird diese
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Einsatz mit einem
ersten, maschinenlesbaren Code-Aufdruck versehen ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese
Weise vollkommen gelöst.
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Wenn nämlich der Einsatz mit einem entsprechenden Code-Aufdruck
versehen ist, können diverse Informationen während der Messung
erfaßt und zusammen mit dem Meßergebnis der eigentlichen
Meßprobe archiviert werden. Zu diesen Informationen gehören z. B.
Informationen über die Bauart, Größe usw. des jeweils
verwendeten Einsatzes, Informationen über in gewissem Umfang
unvermeidbare ESR-Grundsignale des Einsatzes, die bei einer späteren
ESR-Messung erzeugt aber anschließend wieder aus der Messung an
einer Meßprobe herausgerechnet werden können, wenn diese
Grundsignale im voraus bekannt sind. Schließlich kann der Code-
Aufdruck Informationen über eine in den Einsatz integrierte
Referenzprobe bereitstellen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dem
ersten Code-Aufdruck ein Code-Leser zugeordnet.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß handelsübliche Geräte mit
geringem wirtschaftlichem Aufwand eingesetzt werden können.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Probe
mit einem zweiten, maschinell lesbaren Code-Aufdruck versehen.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß nicht nur charakteristische
Werte des Einsatzes sondern ebenso Werte der Probe selbst vor
oder während der Messung ausgelesen und entsprechend archiviert
werden können. Dies gestattet eine noch umfangreichere
Dokumentation der die Messung möglicherweise beeinflussenden
Parameter.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die
Code-Aufdrucke nebeneinander angeordnet, wenn die Probe in den
Resonator eingeführt ist, und der Einsatz ist mindestens im
Bereich des zweiten Code-Aufdrucks optisch durchlässig
ausgebildet.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß beide Code-Aufdrucke mit
einem gemeinsamen Code-Leser ablesbar sind.
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Bei einem weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist der erste Code-Aufdruck nur dann mittels eines Code-Lesers
ablesbar, wenn der Meßstreifen sich in einer vorbestimmten
Position und in vorbestimmter Ausrichtung im Führungskanal
befindet.
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Hierfür kann insbesondere ein optisch durchlässiger Bereich des
Einsatzes so ausgebildet sein, daß der erste Code-Aufdruck nur
dann mittels eines Code-Lesers ablesbar ist, wenn der
Meßstreifen sich in einer vorbestimmten Position und in vorbestimmter
Ausrichtung im Führungskanal befindet.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten Zeichnung.
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Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die
nachstehend 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.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein erstes
Ausführungsbeispiel eines Einsatzes für ein
Elektronenspinresonanz (ESR)-Spektrometer für pillenförmige
Alanin-Dosimeter;
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Fig. 2 den Einsatz von Fig. 1, im Längsschnitt;
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Fig. 3 ein ESR-Spektrum einer ersten Referenzprobe;
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Fig. 4 ein ESR-Spektrum einer zweiten Referenzprobe;
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Fig. 5 ein ESR-Spektrum, das sowohl die ESR-Signale einer
Referenzprobe wie auch einer eine Dosimetersubstanz
enthaltenden Probe enthält;
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Fig. 6 eine Darstellung, ähnlich Fig. 1, jedoch für ein
anderes Ausführungsbeispiel eines Einsatzes für ein
ESR-Spektrometer, der für streifenförmige Alanin-
Dosimeter vorgesehen ist;
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Fig. 7 eine Darstellung, ähnlich Fig. 2, jedoch für das
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6.
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In Fig. 1 und 2 bezeichnet 10 insgesamt einen Einsatz für ein
Elektronenspinresonanz (ESR)-Spektrometer. Mit 12 ist
schematisch ein Hohlraumresonator üblicher Bauart angedeutet. Im
dargestellten Beispiel ist der Hohlraumresonator 12 ein
Rechteckresonator vom Schwingungstyp TE102.
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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,
definiert die Erstreckung des Unterteils 16 sowie eines oberhalb
des Flansches 14 nach oben verlaufenden Oberteils 24.
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Der Einsatz 10 ist in vertikaler Richtung in den
Hohlraumresonator 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
Resonator 12 befestigt. Es versteht sich dabei, daß dieser
Vorgang auch automatisiert, also mittels eines Roboters ausgeführt
werden kann. Ein Wechsel des Einsatzes 10 ist daher einfach und
reproduzierbar.
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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
dargestellten Ausführungsbeispiel ein 180°-Rohrkrümmer ist.
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Der obere Abschnitt 18 des Unterteils 16 ist mit einer
seitlichen 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.
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Der Bar-Code Aufdruck 34 enthält diverse Informationen, über
die weiter unten noch Näheres ausgeführt werden wird. Er
identifiziert insbesondere den jeweiligen Einsatz 10 hinsichtlich
seiner Bauart. Weiterhin können Informationen über
unvermeidbare 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
Informationen über eine in den Einsatz 10 integrierte Referenzprobe,
wie ebenfalls noch ausgeführt werden wird. Die Zuordnung der
Informationen kann bevorzugt über eine Referenzdatei erfolgen.
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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
eingegossen sein. Sie befindet sich stets in einer optimalen
Relativposition zu der Meßprobe, d. h. die Meßbedingungen sind für
beide Proben möglichst gleich.
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Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einsatz 10 dient zum
Vermessen von pillenförmigen Meßproben, die eine Dosimetersubstanz
enthalten. Als Dosimetersubstanz wird vorzugsweise Alanin
verwendet, 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
Materials). Alanin-Pillen sind zu diesem Zweck kommerziell
erhältlich. Sie werden an Gütern befestigt, die zum Zweck des
Sterilisierens oder aus anderen Gründen einer Bestrahlung
unterworfen werden und bei denen man dokumentieren möchte, welche
Strahlungsmenge auf diese Güter ausgeübt worden ist.
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Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einsatz 10 ist an der
Oberseite des horizontalen Abschnitts 28 mit einer
Einwurföffnung 40 versehen, die als schmaler, vertikaler Schlitz
ausgebildet ist und z. B. als Einführhilfe mit einer Schräge
versehen 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
geführt wird, wenn sie unter Schwerkrafteinfluß nach unten fällt.
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Wie mit 60a in Fig. 2 angedeutet, gelangt die Alanin-Pille
schließlich zum Boden 46 des Kanals 44, der zugleich als
Anschlag und damit als Referenzposition dient.
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Der Einsatz 10 kann ferner Mittel (nicht dargestellt)
enthalten, mit denen feststellbar ist, ob sich zu Beginn der ESR-
Messung tatsächlich nur eine Alanin-Pille 60a in der
Referenzposition 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.
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Damit die Alanin-Pille 60a nach erfolgter ESR-Messung über den
Rohrkrümmer 30 wieder entsorgt werden kann, ist im oberen
Bereich der schrägen Führung 42 ein Übergang 47 von der flachen
auf eine runde Querschnittsform vorgesehen, der zu einem
Innenraum 48 des Rohrkrümmers 30 führt. Dieser fluchtet in diesem
Bereich entlang der Achse 22 mit dem Kanal 44.
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Im Bereich des Flansches 14 ist ein Druckluftanschluß 50
vorgesehen, der mit einer steuerbaren Drucklufteinheit 51 in
Verbindung 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.
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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
eingebracht 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.
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Nach erfolgter ESR-Messung wird nun das Druckluftsystem
aktiviert 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 33 und wird dort
umgelenkt, 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
vertikal nach unten umgelenkt und gelangt (Pfeil 72) z. B. in einen
Auffangbehälter 74, der sich unterhalb der Ausmündung des
Rohrkrümmers 30 befindet. Dies ist in Fig. 2 mit 60c angedeutet.
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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.
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Wie bereits erwähnt wurde, dient die ESR-Messung an der Alanin-
Pille 60 der Bestimmung einer Bestrahlungsdosis, der die
Alanin-Pille 60 zuvor ausgesetzt war.
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In diesem Zusammenhang wird gewünscht, daß die
Bestrahlungsdosis mit einer Genauigkeit zwischen 1 und 2% gemessen wird.
Dies ist mit üblichen ESR-Messungen nicht ohne weiteres
möglich, 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,
Modulationsamplitude, Verstärkungsfaktor usw., sondern auch weniger gut
einstellbare 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.
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Aus diesem Grunde wird bei dem in den Fig. 1 und 2
dargestellten Einsatz 10 eine Anordnung mit der Referenzprobe 38
verwendet, die als integrierter Standard verwendet wird, um das
gemessene ESR-Signal der Alanin-Pille 60 zu kalibrieren.
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Da die Bestrahlungsdosis bei heutigen industriellen Anwendungen
in der Praxis in weiten Bereichen variiert, typischerweise
zwischen 400 Gy und 100 kGy, müssen Referenzproben 38 für
unterschiedliche Bestrahlungsbereiche vorgesehen werden. In diesem
Zusammenhang ist es auch möglich, in einem Einsatz mehrere
Referenzproben unterschiedlicher Art zu verwenden, wie noch
anhand der Fig. 6 und 7 ausgeführt werden wird.
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Es wurde bereits erwähnt, daß der Werkstoff, aus dem die
Bauelemente des Einsatzes 10 hergestellt werden, ein möglichst
geringes 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
Werkstoff des Einsatzes 10 kein meßbares ESR-Signal aufweisen. Dies
ist beispielsweise für den Werkstoff Polyester der Fall.
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Entsprechendes gilt für die Referenzprobe 38. Das ESR-Signal
der Referenzprobe sollte zwar deutlich meßbar sein, jedoch
einen ausreichenden Abstand vom ESR-Signal der
Dosimetersubstanz einhalten. Allerdings sollte die Referenzprobe
ansonsten möglichst gleiche Eigenschaften wie die Dosimetersubstanz
aufweisen, also beispielsweise eine vergleichbare Linienbreite
(d. h. Modulationssättigungsverhalten), ein vergleichbares
Mikrowellensättigungsverhalten, einen vergleichbaren
Temperaturkoeffizienten, 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.
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Fig. 3 zeigt das ESR-Spektrum dieses Probenmaterials für eine
Messung im X-Band, d. h. bei einer Mikrowellenfrequenz von ca.
9,8 GHz.
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Wie man deutlich aus Fig. 3 erkennt, hat das dort dargestellte
ESR-Spektrum von Cr:MgO eine Hauptlinie 82 sowie eine kleinere
Nebenlinie 84, die jedoch beide ausreichend vom
gyromagnetischen Verhältnis g = 2, d. h. der Resonanzposition eines freien
Elektrons beabstandet sind.
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Die von Spitze zu Spitze gemessene Amplitude A1 der Hauptlinie
82 beträgt dabei 38 × 103 Einheiten (arbitrary units).
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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
diesem Falle wird also das Chrom-Kation in isotopenreiner
Häufigkeit (> 95% 52Cr3+) eingesetzt.
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Fig. 4 zeigt in analoger Darstellung zu Fig. 3 das ESR-Spektrum
86 von 52Cr:MgO. Man erkennt, daß das Spektrum nur eine
Hauptlinie 88 und keine Nebenlinie aufweist. Auch das
Signal/Rauschverhältnis ist deutlich günstiger, was sich in einer
Amplitude A2 der Hauptlinie 88 von 2,8 × 106 Einheiten
ausdrückt. Das Amplitudenverhältnis A2/A1 beträgt damit etwa 74.
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52Cr:MgO ist daher als Referenzprobe für Messungen der hier
interessierenden Art hervorragend geeignet, weil es nur eine
einzige klare Hauptlinie 88 im ESR-Spektrum 86 aufweist, die
ausreichend von g = 2 beabstandet ist und auch bei vergleichbarer
Menge eine höhere Amplitude zeigt.
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Fig. 5 zeigt nun die eigentliche Dosimeter-Messung, die mit dem
Einsatz 10 gemäß Fig. 1 und 2 unter Verwendung einer
Referenzprobe 38 gemäß Fig. 4 oder Fig. 5 ausgeführt werden kann.
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Das in Fig. 5 dargestellte dritte ESR-Spektrum 90 zeigt rechts
zunächst eine Hauptlinie 92 der Referenzprobe 38, deren
Amplitude 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
Nebenlinien 98a und 98b besteht.
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Zur Kalibrierung des gemessenen Alanin-Signals, das, wie
erwähnt, wiederum ein Maß für die auf die Probe ausgeübte
Bestrahlungsdosis 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
möglich, das ESR-Signal der Alanin-Pille 60 zu kalibrieren und
damit die Bestrahlungsdosis in absoluten Werten (Gy) zu
bestimmen. Ferner kann zu diesem Zeitpunkt auch ein eventuell
vorhandenes Eigensignal des Einsatzes 10 herausgerechnet werden, das
gleichfalls im Bar-Code Aufdruck 34 abgespeichert ist.
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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.
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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
versehen.
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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
reproduzierbar gewechselt werden. Der Einsatz 100 erstreckt sich
in der dargestellten vertikalen Einbaulage entlang einer
gemeinsamen Achse 110.
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Ein Oberteil 112 steht nach oben vom Flansch 102 ab.
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Auf einer Oberfläche 114 des oberen Abschnitts 106 befindet
sich wiederum ein Bar-Code Aufdruck 116 von bereits erwähnter
Art.
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In der Oberseite des Oberteils 122 befindet sich eine von oben
zugängliche Einführhilfe oder Öffnung 120, die zu einem
vertikal 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.
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Der Meßstreifen 124 ist so lang bemessen, daß er im vollständig
eingeführten Zustand an einem Anschlag 125 in einer
Referenzposition am unteren Ende des Kanals 122 aufliegt und (vgl. Fig.
7) gleichwohl noch oben über das Oberteil 12 hinausragt, so daß
der Meßstreifen 124 nach erfolgter Messung dort manuell oder
automatisiert wieder herausgezogen werden kann.
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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
Dosimetersubstanz aufgetragen, beispielsweise in Form eines
Alaninfilmes.
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Demgegenüber ist der obere Bereich 128 mit einem weiteren
Barcode 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.
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Wenn der Einsatz 100 zumindest im Bereich des oberen Abschnitts
106 des Unterteils 104 optisch durchlässig ausgebildet ist,
kann der Bar-Code Aufdruck 128 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.
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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.
vorne/hinten, im Führungskanal 122 befindet.
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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
Ausrichtung im Führungskanal 122 befindet.
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Man erkennt aus Fig. 6 deutlich, daß in der Meßposition des
Meßstreifens 124 der Bar-Code Aufdruck 128 im oberen Bereich
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 116 und 128 mit dem
selben Bar-Code Leser abtasten, wie weiter oben bei der
Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 bereits
angedeutet wurde.
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Schließlich ist auch der Einsatz 100 am unteren Ende des
unteren Abschnitts 108 mit einer Referenzprobe versehen, wobei im
dargestellten Ausführungsbeispiel von Fig. 7 zwei solche
Referenzproben 130a und 130b in optimaler Relativpositionierung zum
unteren Bereich 126 vorgesehen sind. Diese beiden
Referenzproben können unterschiedliche Amplituden bei unterschiedlicher
spektraler Lage haben, um den selben Einsatz 100 für
Meßstreifen 124 unterschiedlicher Signalintensität, d. h.
unterschiedlicher 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
unterschiedlich starke Referenzproben ausreichend sind.