DE10207723C1 - Verwendung von mit Chrom dotiertem Magnesiumoxid als Referenzsubstanz für die Elektronenspinresonanz (ESR)-Dosimetrie - Google Patents

Abstract

Eine Probensubstanz für ein Elektronenspinresonanz(ESR)-Dosimeter enthält mit Chrom dotiertes Magnesiumoxid. Das Magnesiumoxid ist dabei mit dem Isotop ·52·Cr dotiert. Die Probensubstanz wird als Referenzsubstanz verwendet (Fig. 4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Verwendung von mit Chrom dotiertem Magnesiumoxid als Referenzsubstanz für die Elektronenspinreso­ nanz(ESR)-Dosimetrie.

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 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, eine Probensubstanz der eingangs genannten Art dahingehend weiterzu­ bilden, daß die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll die Erfindung es ermöglichen, eine Referenzsubstanz für die Elektronenspinresonanz-Dosimetrie bereitzustellen, die nur eine einzige, deutlich wahrnehmbare Linie im ESR-Spektrum aufweist, die wiederum ausreichend beabstandet vom Resonanzpunkt eines freien Elektrons (g = 2) ist und deren ESR-Verhalten möglichst gut demjenigen der die Dosimetersubstanz enthaltenen Meßprobe entspricht.

Diese Aufgabe wird bei einer Probensubstanz der eingangs ge­ nannten Art erfindungsgemäß durch die Verwendung von mit Chrom dotiertem Magnesiumoxid mit angereichertem Isotop ⁵²Cr als Referenzsubstanz für die Elektronenspinresonanz-Dosimetrie gelöst.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nämlich überraschen­ derweise festgestellt worden, daß ⁵²Cr:MgO eine einzige, ausge­ prägte ESR-Resonanzlinie aufweist, die hinreichend vom Punkt g = 2 beabstandet ist und deren ESR-Eigenschaften weitgehend derjenigen der üblichen Dosimetersubstanz Alanin entsprechen. Dies betrifft eine vergleichbare Linienbreite (d. h. Modulati­ onssättigungsverhalten), ein vergleichbares Mikrowellensätti­ gungsverhalten, einen vergleichbaren Temperaturkoeffizienten, ein isotropes Verhalten usw.

Zwar ist in der einschlägigen Fachliteratur bereits von ESR- Untersuchungen an mit Chrom dotiertem Magnesiumoxid berichtet worden, weder bei Cr:MgO noch bei dem ebenfalls in der Litera­ tur beschriebenen ⁵³Cr:MgO ist jedoch festgestellt worden, daß ein ESR-Spektrum mit einer einzigen ausgeprägten Linie vorhan­ den ist. Bei ⁵³Cr:MgO ist vielmehr eine ausgeprägte Hyperfein­ struktur, also das genaue Gegenteil, gemessen worden. Ferner ergibt sich aus den in der Literatur beschriebenen Messungen nicht, daß mit Chrom dotiertes Magnesiumoxid hinsichtlich des ESR-Verhaltens Ähnlichkeiten zu Alanin, d. h. zu einer Amino­ säure, aufweist.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ver­ wendung beträgt die Anreicherung mehr als 95%.

Weiterhin ist bevorzugt, wenn der Anteil des Chrom-Kations Cr³⁺ am dotierten Magnesiumoxid ⁵³Cr:MgO zwischen 0,05 und 0,15%, vorzugsweise 0,1%, beträgt.

Diese Zahlenwerte haben sich in der Praxis als besonders vor­ teilhaft erwiesen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten 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 Elektronenspin­ resonanz(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 Informationen 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.

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 das Isotop ⁵²Cr angereichert ist. Bevorzugt wird dieses Isotop in nahezu isotopenreiner Häufigkeit (< 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 Hauptli­ nie 88 und keine Nebenlinie aufweist. Auch das Sig­ nal/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 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 vergleichba­ rer 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 (3)

1. Verwendung von mit Chrom dotiertem Magnesiumoxid (Cr:MgO) mit angereichertem Isotop ⁵²Cr als Referenzsubstanz für die Elektronenspinresonanz(ESR)-Dosimetrie.

2. Verwendung nach Anspruch 1, bei der die Anreicherung mehr als 95% beträgt.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Anteil des Chrom-Kations Cr³⁺ am dotierten Magnesiumoxid (Cr:MgO) zwi­ schen 0,05 und 0,15%, vorzugsweise 0,1% beträgt.