DE1589865B1

DE1589865B1 - Verfahren zur Auswertung von Radiophotolumineszenz-Strahlungsmesselementen und Vorrichtung zu seiner Durchfuehrung

Info

Publication number: DE1589865B1
Application number: DE19671589865
Authority: DE
Inventors: Kiefer Dr Hans; Dipl-Phys Ernst Piesch
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1967-11-28
Filing date: 1967-11-28
Publication date: 1970-06-18
Also published as: NL6816934A; NL163630B; NL163630C; FR1593771A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswer- richtung für verschiedene Strahlungsenergien enttung von Radiophotolumineszenz-Strahlungsmeßele- sprechenden Eichkurven die aufgenommene Dosis menten, bei dem nur ein Teilbereich des Meßelements und/oder Energie der Strahlung ermittelt wird,
dem fluoreszenzauslösenden UV-Licht ausgesetzt Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin-

und/oder das der aufgenommenen Strahlungsdosis 5 dung werden nicht nur zwei Bereiche erfaßt, sondern entsprechende Fluoreszenslicht nur aus einem Teil- es wird durch Abtasten des Meßelements mit einem bereich des Meßelements zur Intensitätsmessung er- zum Fluoreszenzlicht-Detektor führenden Lichtleiter faßt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung oder durch Verschieben einer Blende über die Längsdieses Verfahrens. bzw. Querausdehnung des Elements kontinuierlich

Wenn ein derartiges Meßelement, z. B. ein silber- io eine Intensitätskurve aufgenommen. An Hand des aktiviertes Spezialphosphatglas, einer ionisierenden Kurvenverlaufs, insbesondere der Kurvensteigung, Strahlung ausgesetzt wird, so bilden sich stabile kann dann ebenfalls auf die Strahlungsenergie der Lumineszenzzentren, deren Zahl der absorbierten absorbierten Strahlung geschlossen werden.
Strahlendosis proportional ist. Regt man das be- Sofern die Strahleneinfallsrichtung nicht bekannt

strahlte Meßelement mit einer Ultraviolettstrahlung 15 ist, wird von den Bereichen, die denselben Abstand an, so zeigt es ein Fluoreszenzlicht, dessen Intensität zur Elementoberfläche haben, jeweils derjenige mit mittels eines Lichtdetektors, z.B. mit einem Photo- der maximalen Fluoreszenzintensität ausgewertet. Auf sekundärelektronenvervielfacher, gemessen wird. diese Weise kann dann auch die Strahleneinfallsrich-

Diese Intensität hängt unterhalb einer Energie von tung bestimmt werden.

etwa 200 keV, außer von der Empfindlichkeit des zo Der wesentliche, mit der Erfindung erzielbare Fort-Meßelements, auch noch stark von der Strahlen- schritt besteht unter anderem darin, daß im Gegenenergie ab. Durch Verwendung geeigneter Filter, satz zu bisher bekannten Methoden nur ein einziges z. B. aus Zinn oder Blei, kann diese Abhängigkeit Meßelement verwendet zu werden braucht und auf gemildert werden (vergleiche z.B. deutsche Auslege- die Metallfilterung praktisch verzichtet werden kann, schrift 1240 593). 25 so daß auch sehr weiche y- und Röntgenstrahlung

Häufig ist es jedoch erwünscht, außer über die gut erfaßt werden kann. Als besonderer Vorteil Strahlenenergie eine qualitative Aussage machen zu können des weiteren mit Hilfe dieses neuen Meßverkönnen. Zu diesem Zweck ist es bekannt, mehrere fahrens neben der Bestimmung einer Bestrahlungs-Meßelemente mit unterschiedlichen Metallfiltern dosis zusätzliche Aussagen über die näheren Begleichzeitig derselben Strahlung auszusetzen und 30 strahlungsumstände, insbesondere hinsichtlich der dann die Fluoreszenzintensitäten der einzelnen EIe- Strahlungsqualität und der Strahlenemfallsrichtung mente miteinander zu vergleichen (s. deutsche Aus- gemacht werden,
legeschrift 1249 411). Die Erfindung macht sich nämlich die Erkenntnis

Weiterhin sind Auswertungsverfahren von Radio- zunutze, daß die Verteilung der Lumineszenzzentren photolumineszenz-Strahlungsmeßelementen bekannt, 35 innerhalb des Meßelements, z. B. eines Glases niedbei welchen mittels Blenden nur Teilbereiche des riger mittlerer Ordnungszahl, sehr unterschiedlich Meßelements dem fluoreszenzauslösenden UV-Licht sein kann und sowohl von der Strahlenenergie als ausgesetzt und/oder das der aufgenommenen Strah- auch von der Strahleneinfallsrichtung abhängt. So ist lungsdosis entsprechende Fluöreszenzlicht nur aus z. B. bei niedriger Strahlenenergie die Konzentration einem Teilbereich des Meßelements erfaßt wird 40 der Lumineszenzzentren in einem Bereich, der in der (deutsche Auslegeschrift 1224 411, britische Patent- Nähe der der Strahlung zugewandten Elementoberschrift 1005 948). Diese Auswerteverfahren, bei fläche liegt, verhältnismäßig hoch und fällt nach dem denen eine Ausblendung der anregenden UV-Strah- Elementinneren hin stark ab. Dagegen ist bei hoher lung und/oder des Fluoreszenzlichtes vorgenommen Strahlenenergie dieser Konzentrationsabfall wesentwird, bezwecken jedoch lediglich eine Herabsetzung 45 lieh geringer. Man kann daher auf Grund eines Verdes Streulichtes, um eine Verbesserung der Auswerte- gleichs des Kurvenverlaufs der die relative gemessene genauigkeit zu erreichen. Darüber hinaus können je- Fluoreszenzintensität über der zugehörigen Meßdoch mittels dieser Verfahren keine weiteren Aus- elementtiefe entlang der Einstrahlungsrichtung darsagen über die näheren Bestrahlungsumstände ge- stellenden Kurve mit entsprechenden Eichkurven die macht werden. 50 von menschlichen Organen in einer bestimmten Ge-

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat die webetiefe absorbierte Strahlendosis ermitteln.
Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren und eine Vor- Bei Strahlungsenergien oberhalb etwa 100 keV ist

richtung für die Auswertung strahlenempfindlicher die energieunabhängige Dosismessung ohne zusätz-Meßelemente zu schaffen, die mit geringem Aufwand liehe Kenntnis der Strahlungsenergie für die Organzu verwirklichen sind und die die Verwendung sehr 55 dosisbestimmung im allgemeinen zwar ausreichend, einfach gestalteter Dosimeter gestatten, wobei mög- Bei kleineren Quantenenergien hingegen, wie sie beilichst weitgehende Aussagen sowohl über die Dosis spielsweise an medizinischen und technischen Röntals auch über die Energie der stattgefundenen Be- genanlagen vorkommen, kann die absorbierte Energiestrahlung des Meßfeldes möglich sein sollen. dosis in einem Organ innerhalb des Körpers relativ

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art 60 klein sein, wo hingegen die Dosis an der Körperoberbesteht die Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß fläche bzw. in Gewebetiefen unmittelbar darunter für darin, daß entlang der Einfallsrichtung der zu mes- die Strahlenbelastung bzw. Strahlenschädigung einer senden ionisierenden Strahlung wenigstens zwei Person von Bedeutung ist. Dies gilt außer für /?-Strahgleich große Bereiche des Meßelements getrennt von- lung insbesondere für Quantenstrahlung unterhalb einander für die Fluoreszenzlicht-Intensitätsmessung 65 50 keV, für deren Ermittlung sich die erfindungserfaßt werden, und daß durch Vergleichen der so er- gemäße Auswertungsmethode besonders gut eignet, haltenen Intensitätswerte miteinander und mit dem Vor allem läßt sich auch im Gegensatz zu den rieh-Intensitätsabfall längs der genannten Strahleneinfalls- tungsunabhängigen Dosimetern feststellen, ob die

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Strahlung den Körper des Dosimeterträgers z. B. von ist — gegenüber der Stirnfläche des Meßelements 8

vorn oder von hinten durchdrungen hat. Diese Kennt- bewegt (Fig. 3).

nis ist besonders bei niedrigen Quantenenergien für Selbstverständlich kann man statt dessen auch die

eine richtige Bewertung der Meßergebnisse wichtig. Fluoreszenzblende bzw. einen Lichtleiter als Fluores-

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung 5 zenzlichtempfanger festhalten und einen ausgeblende-

an Hand der Zeichnungen näher erläutert. ten Anregungslichtstrahl bewegen.

F i g. 1 zeigt eine einfache Vorrichtung für die Aus- In Fig. 4 sind die mit einer Vorrichtung nach wertung eines quader- oder würfelförmigen, bestrahl- Fig. 1 ermittelten Intensitätskurven von fünf Meßten Meßelements; . elementen aufgetragen, die jeweils derselben Einheits-

F ig. 2 und 3 zeigen schematisch die Abtastmethode io dosis bei unterschiedlichen Strahlenenergien ausge-

bei einem zylindrischen Meßelement; setzt worden sind. Dabei entspricht die

Fig. 4 zeigt im Diagramm die relative Fluores- .

zenzintensität in Abhängigkeit von der Tiefe im Meß- ^urve A einem mit 46 keV Quanenenergie,

element· Kurve B einem mit 55 keV Quantenenergie,

Fig. 5 zeigt im Diagramm den relativen Fluores- 15 ^urve £ ^€^^m "* Il }^&Z Quantenenergie,

zenzabfall in Abhängigkeit von der Strahlungsenergie. Jurve ζ ^ei^{nem mt} . ψ. ^X Quantenenergie,

In F i g. 1 ist das Meßelement 1, z. B. ein Phosphat- ^Kurve ^E ^{emem mt 110 keV} Quantenenergie

glas, mittels einer Halterung 6 auf einem Schlitten 2 bestrahlten Phosphatglas niederer mittlerer Ordnungs-

montiert, der in einer Grundplatte 3 in Richtung des zahl der Abmessungen 8 · 8 · 4,7 mm. Dabei wurde

Pfeils X gegenüber dieser beweglich geführt ist. Die 20 eine der kleinen Stirnflächen (8 · 4,7 mm) frontal der

Grundplatte 3 trägt außerdem noch eine U-förmige Strahlung ausgesetzt, so daß diese das Glas auf sei-

Haube 4, die das Meßelement 1 bis auf einen schma- ner gesamten Länge von 8 mm durchdrungen hat. Aus

len,. quer zur -ST-Richtung verlaufenden Schlitz 5 ab- der F i g. 4 läßt sich ohne weiteres entnehmen, daß

deckt. Wird das Meßelement 1 mit einer in Y-Rich- die einzelnen Kurven einen für die entsprechende

tung auf den Schlitz 5 gerichteten Ultraviolettstrah- 25 Energie sehr charakteristischen Verlauf aufweisen,

lung angeregt, so kann in Z-Richtung ein Fluores- und zwar sind sie um so steiler, je geringer die absor-

zenzlicht gemessen werden, dessen Intensität derjeni- bierte Quantenenergie war. Außerdem zeigen sie in

gen Strahlendosis entspricht, die in dem durch den der Nähe derjenigen Stirnfläche, die der Strahlung

Schlitz 5 begrenzten Bereich des Meßelements 1 ab- direkt frontal ausgesetzt war, ein ausgeprägtes Maxi-

sorbiert worden ist. 30 mum; d. h., daß man die Strahleneinfallsrichtung

Man kann dann durch Verschieben des Schlittens 2 durch Drehen des Meßelements sehr leicht festhalten

zwei oder mehrere Bereiche des Meßelements 1 ge- kann.

trennt voneinander erfassen und die dabei erhaltenen In Fig. 5 ist der prozentuale Abfall der relativen Intensitätswerte miteinander vergleichen. Man kann Fluoreszenzintensität, bezogen auf 1 mm Zunahme aber auch das Meßelement 1 kontinuierlich unter dem 35 der Meßstifte im Glas, über der zugehörigen Quanten-Schlitz 5 vorbeiführen und den Schlittenantrieb syn- energie aufgetragen; diese Kurve entspricht einfach chron mit dem Diagrammtransportantrieb eines In- logarithmisch aufgetragen annähernd einer Geraden, tensitätsschreibers koppeln, so daß Kurven entstehen, Bei einer beliebigen Meßkurve kann man an Hand wie sie in F i g. 4 dargestellt sind, wobei vorausgesetzt des Intensitätsabfalls mit Hilfe des Diagramms nach ist, daß die Einfausrichtung der radioaktiven Strah- 40 F i g. 5 die effektiven Quantenenergie- bzw. bei Strahlung identisch ist mit der X-Richtung. Die Schlitz- lengemischen die Energieanteile und mit Hilfe einer breite betrug in dem dargestellten Beispiel 0,75 mm. dieser Quantenenergie entsprechenden Eichkurve wie-

AIs Schlittenantrieb, UV-Lichtquelle und Fluores- derum die Strahlendosis ermitteln, oder, anders auszenzlichtdetektor können bekannte Einrichtungen und gedrückt, läßt sich dieser Meßkurve eine Energie-Bauelemente verwendet werden; sie wurden daher 45 dosiskurve zuordnen, die die absorbierte Strahlenaus Gründen der besseren, Übersicht nicht dargestellt. dosis in Abhängigkeit von der Gewebetiefe, also eine

Das in den F i g. 2 und 3 dargestellte zylindrische »Tiefendosisverteilung«, angibt.

Meßelement 8 ist um seine Rotationsachse 9 drehbar Wenn eine große Zahl von Meßelementen auszu-

angeordnet. Es wird über einen Teil seiner Mantel- werten ist, braucht jedoch nicht für jedes Meßelement

fläche in radialer Richtung (Pfeil R) mit einem UV- 50 eine Intensitätskurve aufgenommen zu werden. Viel-

Lichtstrahl angeregt, dessen Querschnitt der schraf- mehr genügt es, wenn zunächst ein Bereich aus einer

fierten Fläche 10 entspricht. vorgegebenen Tiefe des Meßelements herausgegriffen

In der zur Achse parallelen Η-Richtung wird über und die dafür angezeigte Fluoreszenzintensität als andern vom UV-Licht angeregten Meßelementbereich genähertes Maß für die absorbierte Gesamtdosis geein Fluoreszenzlichtbündel der Querschnittsfläche 11 55 nommen wird. Diejenigen Meßelemente, deren so ausgeblendet, dessen Breite der der Fläche 10 ent- näherungsweise ermittelte Gesamtdosis von der zulässpricht und dessen Länge einen Bruchteil des EIe- sigen Dosis abweicht, werden dann durch die Aufmentradius beträgt. nähme der Intensitätskurve einer genaueren Unter-

Durch Drehen des Meßelements 8 um seine Rota- suchung unterzogen.

tionsachse 9 wird zunächst das Fluoreszenzmaximum 60 Sofern außer γ- oder Röntgenstrahlung gleichzeitig

und -minimum in Nähe der Meßelementmantelfläche auch /^-Strahlung austritt, ist es möglich, einen Teil

ermittelt und hieraus wiederum die Hauptstrahlein- des Meßelements mit einer dünnen, die ^-Strahlung

fausrichtung, die auf der Verbindungslinie dieser bei- absorbierenden Folie, z. B. aus Kunststoff, abzudek-

den Extrembereiche liegt. ken und den so abgedeckten Bereich und den freien

Zur Aufnahme der Intensitätskurve wird dann die 65 Bereich getrennt voneinander auszuwerten.

Fluoreszenzblende (Fläche 11) in Pfeilrichtung R ent- Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf

lang der ermittelten Strahleneinfallsrichtung — die die reine Personendosimetrie beschränkt. So läßt sich

nun identisch mit der Richtung des Anregungslichtes mit der Erfindung auch die Qualität einer Röntgen-

bremsstrahlung, ζ. B. bei medizinischen Bestrahlungsanlagen, feststellen.

Bisher geschah dies durch die Ermittlung der ersten und zweiten Halbwertsschicht, kurz »HWS« genannt. Unter der ersten HWS einer Röntgenbremsstrahhmg versteht man diejenige Schichtdicke aus Aluminium oder Kupfer in Millimetern, welche die vorhandene Strahlungsmenge einer Röntgenstrahlung auf ihren halben Wert abschwächt; die zweite HWS entspricht derjenigen zusätzlichen Schichtdicke, die die Ursprungliehe Strahlung auf ein Viertel ihres Ausgangswertes reduziert. Die bisherige Methode erfordert einen hohen Aufwand und ist verhältnismäßig umständlich.

Demgegenüber ist mit der erfindungsgemäßen Methode bei einmaliger Bestrahlung eines Lumineszenzglases und anschließender differentieller Auswertung der Fluoreszenzlichtbeute über die gesamte Glasdicke, d. h. der Darstellung in Form einer bereits erläuterten Meßkurve, die Zuordnung einer HWS möglich.

Da durch die Verteilung der Lumineszenzzentren im Meßelement die Strahlung eindeutig gekennzeichnet ist, läßt sich auch bei inhomogener Strahlung eine Aufteilung in die unterschiedlichen Energiekomponenten (energiearmer, mittelharter und energiereicher Strahlenanteil) erreichen, da der Kurvenverlauf in Nähe des Einstrahlungsbereichs des Meßelements sehr stark von der energiearmen Strahlung, der Kurvenverlauf in größeren Tiefen des Meßelements dagegen stärker von der energiereichen Strahlung bestimmt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Auswertung von Radiophotolumineszenz-Strahlungsmeßelementen, bei dem nur ein Teilbereich des Meßelements dem fluoreszenzauslösenden UV-Licht ausgesetzt und/oder das der aufgenommenen Strahlungsdosis entsprechende Fluoreszenzlicht nur aus einem Teilbereich des Meßelements zur Intensitätsmessung erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Einfallsrichtung der zu messenden ionisierenden Strahlung wenigstens zwei gleich große Bereiche des Meßelements getrennt voneinander für die Fluoreszenzlicht-Intensitätsmessung erfaßt werden und daß durch Vergleichen der so erhaltenen Intensitätswerte miteinander und mit dem Intensitätsabfall längs der genannten Strahlungseinfallsrichtung für verschiedene Strahlungsenergien entsprechenden Eichkurven die aufgenommene Dosis und/oder Energie der Strahlung ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Abtasten des Meßelements mit einem zum Fluoreszenzlicht-Detektor führenden Lichtleiter und/oder durch Verschieben einer Blende für das eintretende UV-Licht bzw. das abgestrahlte Fluoreszenzlicht gegenüber der Längs- bzw. Querausdehnung des Meßelements kontinuierlich eine Intensitätskurve aufgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den Bereichen, die denselben Abstand zur Elementoberfläche haben, jeweils derjenige mit der maximalen Fluoreszenzintensität für den Vergleich bzw. für die Aufzeichnung der Intensitätskurve herangezogen wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der zwischen UV-Lichtquelle und Meßelement einerseits und Meßelement und Fluoreszenzlicht-Detektor andererseits Schlitzblenden angeordnet sind, durch die das UV-Licht bzw. das Fluoreszenzlicht hindurchtritt und die nur Teilbereiche des Meßelements gegen die UV-Lichtquelle und gegen den Fluoreszenzstrahlungs-Detektor hin freigeben, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement in einer tunnelförmigen Haube (4) beweglich geführt ist und daß die Schlitzblenden (5) als quer zur Bewegungsrichtung des Meßelements (1) einander zugeordnet verlaufende, gegen die Abmessung des Meßelements (1) in der Bewegungsrichtung schmale Ausschnitte in der Haube (4) ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Bewegung des Meßelements (1) gegenüber den Schlitzblenden (5) bewirkende Antrieb synchron mit dem Vorschub eines die Fluoreszenzintensität aufzeichnenden Registriergerätes gekoppelt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (8) gegenüber den Blenden (10,11) drehbar angeordnet ist (F i g. 2 und 3).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zur UV-Lichtblende (10) angeordnete Fluoreszenzlichtblende (11) bzw. ein diese Blende ersetzender oder ergänzender Lichtleiter in Richtung des UV-Lichtstrahls gegenüber der Meßelementoberfläche bewegbar ist (Fig. 3).

8. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß über die Verteilung bzw. den Intensitätsabfall des Fluoreszenzlichtes über das Meßelement die Halbwertschicht und das Spektrum einer Röntgenbremsstrahlung bestimmt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen