DE1589760A1

DE1589760A1 - Strahlungsdosimeter

Info

Publication number: DE1589760A1
Application number: DE19671589760
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Juergen Jaspert; Dipl-Phys Martin Oberhofer
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1966-12-21
Filing date: 1967-11-30
Publication date: 1970-05-14
Also published as: FR1547951A; BE707603A; LU55052A1; US3577161A; NL6617951A; GB1180246A

Description

Strahlungsdos imeter

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahlungsdosimeter und sie betrifft insbesondere ein Dosimeter, das von Personen getragen wird, die mit Kernstrahlung in Berührung kommen* Das Strahlungsdosimeter nach der Erfindung ist ein Thermolumineszenzdosimeter. Bekanntlich haben bestimmte Stoffe, wie beispielsweise Lithiumfluorid, die Eigenschaft, dass sie durch Kernstrahlung, beispielsweise durch Neutronenstrahlung, aktiviert werden* Werden diese Stoffe nun später erwärmt, so strahlen sie sichtbares Licht aus, wobei zwischen der aufgenommenen Stahlungsdosis und der ausgestrahlten Lichtmenge ein linearer Zusammenhang besteht.

Andere bekannte Strahlungsdosimeter beruhen auf der Schwärzung eines Röntgenfilms· Diese Filmdosimeter können Gammastrahlung

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anzeigen und sie lassen sich grundsätzlich durch Aufbringen einer Kadraiumschicht auf den Film zum Anzeigen von thermischen Neutronen geeignet machen» Durch Neoftonenbestrahlung von Kadmium wird Gammastrahlung angeregt, durch welche der darunterliegende Röntgenfilm dann geschwärzt vird_# Zum Anzeigen von schnellen Neutronen verwendet man Kernspurenemulsionen, bei welchen man die Spuren von durch elastische Zusaramenstösse mit den Neutronen entstehenden Rückstqssprotonen nach dem Entwickeln der Emulsion zählen kann» Durch Abschirmen der Emulsion mittels eines die thermischen Neu«· tronen zurückhaltenden Kadmiumfilters lässt sich die Emulsion ausschliesslich für schnelle Neutronen selektiv machen»

Der Nachteil dieser Dosimeter mit Röntgen- oder Kernspurenfilm Üegt darin, dass diese Filme bei Bestrahlung sowohl durch Neutronen als auch durch Gammastrahlung unbrauchbar sind, da sich die Gammastrahlung schwierig abschirmen lässt und die Filme durch die Gammastrahlung in einem solchen Masse geschwärzt werden, dass die Neutronenauswirkungen nicht mehr wahrnehmbar sind» Ferner sind diese Dosimeter für epithermische Neutronen, d»h» für Neutronen mit einer grösseren Energie als die Energie von thermischen Neutronen, jedoch kleiner als einige Hundert keV, nicht ausreichend empfindlich. Diese mittelschnel-len Neutronen stellen jedoch in der Umgebung

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von Kernreaktoren den grössten Teil des Gesamtstrahlungsspektrums dar und können demzufolge den Hauptbestandteil der durch das Betriebspersonal aufgenommenen Strahlung bilden. Ein weiterer Nachteil dieser Dosimeter besteht darin, dass die Filme nur einmal gebraucht werden können. Diesen Nachteil haben Dosimeter auf der Basis von Thermolumineszenz nicht. Wird das empfindliche Material nach seiner Bestrahlung erwärmt, so tritt Lumineszenz auf, die gemessen werden kann» Danach ist das Material wieder zum Gebrauch geeignet und kann es erneut bestrahlt werden.

Als empfindliche Stoffe kommen u.a. (mit Mangan verunreinigtes) für Gammastrahlung empfindliches Kalziumfluorid sowie für thermische Neutronen empfindliches Lithiumfluorid in Frage. Diese Dosimeter sind zum Anzeigen von schnellen und epithermischen Neutronen jedoch nicht geeignet.

Nun hat man festgestellt, dass sich diese Dosimeter auch zum Anzeigen von epithermischen und schnellen Neutronen brauchbar machen lassen, indem man dem empfindlichen Material, das zumindest Lithiumfluorid enthält, Lithiumhydrid zusetzt. Es hat sich herausgestellt, dass schnelle Neutronen in diesem Hydrid durch elastischen Stoss energiereiche Protonen freisetzen, die ihrerseits das vorhandene Lithiumfluorid in den für die Thermolumineszenz notwendigen Anregungszustand

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versetzen» Das zugesetzte Lithiumhydrid dient ferner als Moderator-material, durch welches die schnellen. Neutronen bis auf eine Energie abgebremst werden, mit welcher sie das Lithiumfluorid in den gewünschten Anregungszustand versetzen können.

Ein empfindliches Material lässt sich erzielen, indem man Lithiumhydrid und Lithiumfluorid in Pulverform miteinander vermischt. Das Lithiumfluorid lässt sich für thermische Neutronen empfindlicher machen durch Anreicherung mit Lithium«6~Isotopen, deren Neutroneneinfangquerschnitt grosser ist als der von Lithium~7~Isotopen. Andererseits eignet sich Li F₁ wie das bereits genannte Kalziumfluorid, besser zum Anzeigen von Gammastrahlung. Die Komgrösse des verwendeten Lithiumhydrids hat Einfluss auf die Empfindlichkeit des Dosimeters. Bei abnehmender Korngrösse nimmt die Wahrscheinlichkeit zu, dass in dem Hydrid durch schnelle Neutronen angeregte Rückstossprotonen das Hydridkörnchen verlassen und in einem benachbarten Fluoridkörnchen die gewünschte Wirkung herbeiführen. Vorzugsweise verwendet man also ein Lithiumhydrid von geringer Korngrösse,

Dies bedeutet, dass man durch geeignete Wahl der Ausgangsstoffe ein empfindliches Material zusammenstellen kann, das einen bestimmten Teil des Strahlungsspektrums anzeigt.

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Die in dem Gemisch vorhandene LiF«Menge bestimmt im allgemeinen die Strahlungsempfindlichlceit, wobei die Empfindlichkeit für thermische Neutronen entsprechend dem vorhandenen Lithium-6 zunimmt. Andererseits erhöht sich die Empfindlich-· keit für epithermische und schnelle Neutronen mit der LiH- Menge* Durch Vervendung von Lithium-7-Fluorid und insbesondere durch Abschirmung mit Kadmium oder Bor lässt sich das Dosi« meter für thermische Neutronen völlig unempfindlich machen. Andererseits ist es natürlich auch möglich, ein das gesamte Strahlungsspectrum anzeigendes empfindliches Material her«· zustellen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass das Dosimeter mit einem Träger versehen vird, auf den das empfindliche Material in Zonen aufgebracht ist und bei velchem jede Zone für einen bestimmten Abschnitt des Gesamtspektrums empfindlich ist«

Die Vervendung von Lithiumhydrid als Zusatz zu Lithiumfluorid. hat verschiedene Vorteile. Da es sich hier um Verbindungen aus dem gleichen Metall handelt, besteht bei der zur Herbeiführung der Lumineszenzerscheinung notvendigen Erhitzung eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindungen miteinander eine Reaktion eingehen. Ausserdem hat das Lithium-7 an sich Moderatoreigenschaften, so dass die Wahrscheinlichkeit grosser wird, dass ein (einmal) in ein LiH-Körnchen hineingelangtes schnelles Neutron die gewünschte Reaktion verursachen

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vird. Ein Nachteil des Hydrids ist beispieisveise seine Reaktionsfähigkeit mit Wasser. Deshalb vird das Hydrid vorzugsveise von der Luft abgeschlossen. Dies lässt sich erreichen, indem man auf die Lithiumhydridkörnchen eine dünne Aluminiumschicht aufdampft oder» vie aus nachstehen·* dem Beispiel ersichtlich» das Dosimeter in der Weise aus führt» dass sich das empfindliche Material in einer Atmo sphäre aus inertem Gas» vie beispieisveise Argon, befindet. Wenn die Lithiurahydrid»-»Iörnchen mit einer Schutzschicht versehen sind, ist es sogar möglich, sie mit Hilfe vasser-· haltiger Mittel, beispieisveise Wasserglas, auf einem Träger anzubringen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und vird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilveise aufgebrochene Draufsicht auf ein Strahlungsdosimeter nach der Erfindung» in perspektivischer Darstellung, und

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A^A in Fig. 1#

In den Figuren bedeutet 1 den Körper des Dosimeters, der vorzugsveise aus kaliumfreiem Glas, z.B. aus Borglas, besteht. In diesem Körper ist ein Hohlraum ausgebildet, in welchem

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sich eine inerte Gasatmosphäre befindet. In diesem Hohlraum ist ein Träger 2 angeordnet, der vorzugsweise aus einem Material besteht, das sich elektrisch erwärmen lässt. Auf diesem Träger ist das empfindliche Material angebracht. .Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung besteht der Träger aus einer elektrisch, leitenden Folie, beispielsweise einer Nickel-Chrom—Aufheiz— folie, an welcher Anschlüsse 3 für die Stromzufuhr angebracht sind. Die Durchführungen durch das Glas können aus Kovardraht bestehen. Zur Ermittlung einer Strahlungsdosis lässt sich dieses Dosimeter an eine Stromquelle anschliessen, so dass der Träger erhitzt wird und die Lumineszenzerscheinung auftritt.

Die ausgestrahlte Lichtmenge lässt sich nach Eichung mit im Handel erhältlichen Geräten ermitteln, die in der Lage sind, die Lichtausbeute bei bestimmter Erhitzungsgeschwindig— keit zu untegrieren und aufzuzeichnen»

Die Abmessungen des Dosimeters können so klein gehalten werden, dass es sich zur Personendosimetrie eignet und ggf. mit anderen Dosiraetern in den üblichen Filmhaltern angebracht werden kann. Wie bereits erörtert, lässt sich das Dosimeter auch so ausführen, dass das empfindliche Material auf dem Träger in verschiedene Zonen aufgeteilt ist, die je für

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eine bestimmte Strahlungsart empfindlich sind... So kann eine Zone mit dem Gemisch aus Lithiumhydrid und -fluorid, eine andere Zone mit demselben Gemisch, jedoch bei einem anderen Verhältnis der Bestandteile, wieder eine andere Zone nur mit Lithiumfluorid versehen werden, eine Abschirmung aus Kadmium oder Bor angebracht werden usw« Bei dieser Aufteilung in Zonen ist es besonders vorteilhaft, das Dosimeter mit einem oder mehreren Lichtleitern zu versehen, mittels derer das erhaltene Lumineszenzlicht durch Verwendung verschiedener Photodioden, Verstärker u.dgl. in einem einzigen Gerät analysiert werden kann«

Auf diese Weise ist es möglich, sowohl ein Bild der

empfangenen Gesamtstrahlung als auch eine Übersicht der

verschiedenen Strahlungsarten zu erhalten, die zum Gesamtbild beigetragen haben.

Patentansprüche: Vt/kn - 20 209 -10

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Claims

Patent anspräche :

1, Thermolumineszenz-Strahlungsdosimeter, bei welchem das strahlungsempfindliche Material Lithiumfluorid enthält, dadurch gekennzeichnet, dass als empfindliches Material ein Lithiumfluorid und Lithiumhydrid enthaltendes Gemisch verwendet wird,

2„ Strahlungsdosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das empfindliche Material auf einem Träger (2) angebracht ist, der sich elektrisch erwärmen lässt.

3· Strahlungsdosimeter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger aus einer elektrisch leitenden Folie besteht, an der Anschlüsse (3) für die Stromzufuhr angeschlossen sind.

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4» Strahlungsdosimeter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lithiumhydrid mitiSLs einer Schutzverkleidung der Lithiumhydrid-Körnchen oder durch Unterbringung des Trägers in einer inerten Gas atmosphäre gegenüber der Umgebungsluft abgeschirmt ist,

5· Strahlungsdosimeter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Lithiumfluorid mit Lithium-6-Isotopen angereichert ist.

6. Strahlungsdosimeter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass elix Lithiumhydrid von geringer Korngrös-.e verwendet wird,

7. Strahlungsdosimeter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das empfindliche Material auf dem Träger in verschiedenen Zonen angeordnet ist, die je für eine bestimmte Strahlungsart eine spezifische Empfindlichkeit haben.

8. Strahlungsdosimeter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit jeder Zone übereinstimmende Lichtleiter, angebracht sind.

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