DE1589865C - Verfahren zur Auswertung von Radio photolumineszenz Strahlungsmesselementen und Vorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents

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 fiuoreszenzauslösenden 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 Intensitätsinessung 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, ζ. B. ein silber- ίο 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 20 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 1 240 593). 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 Strahleneinfallsrichtung 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, ζ. Β. 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 Fluoreszenzlicht 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 1 005 948). 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 Organ- %M 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 Rönt-• als auch über die Energie der stattgefundenen Be- genanlagen vorkommen, kann die absorbierte Energie-. strahlung 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 Körperoberbesleht 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/?-Strahglcich 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, haitenen Intensitätswerte miteinander und mit dem Vor allem läßt sich auch im Gegensatz zu den rich-Intensitätsabfall längs der genannten Sirahleneinfalls- tungsunabhängigen Dosimetern feststellen, ob die

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Strahlung den Körper des Dosimeterträgers z. B. von vorn oder von hinten durchdrungen hat. Diese Kenntnis ist besonders bei niedrigen Quantenenergien für eine richtige Bewertung der Meßergebnisse wichtig.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine einfache Vorrichtung für die Auswertung eines quader- oder würfelförmigen, bestrahlten Meßelements;

F i g. 2 und 3 zeigen schematisch die Abtastmethode bei einem zylindrischen Meßelement;

F i g. 4 zeigt im Diagramm die relative Fluoreszenzintensität in Abhängigkeit von der Tiefe im Meßelement;

F i g. 5 zeigt im Diagramm den relativen Fluoreszenzabfall in Abhängigkeit von der Strahlungsenergie.

In F i g. 1 ist das Meßelement 1, z. B. ein Phosphatglas, mittels einer Halterung 6 auf einem Schlitten 2 montiert, der in einer Grundplatte 3 in Richtung des Pfeils X gegenüber dieser beweglich geführt ist. Die Grundplatte 3 trägt außerdem noch eine U-förmige Haube 4, die das Meßelement 1 bis auf einen schmalen, quer zur AT-Richtung verlaufenden Schlitz 5 abdeckt. Wird das Meßelement 1 mit einer in Y-Richtung auf den Schlitz 5 gerichteten Ultraviolettstrahlung angeregt, so kann in Z-Richtung ein Fluoreszenzlicht gemessen werden, dessen Intensität derjenigen Strahlendosis entspricht, die in dem durch den Schlitz S begrenzten Bereich des Meßelements 1 absorbiert worden ist.

Man kann dann durch Verschieben des Schlittens 2 zwei oder mehrere Bereiche des Meßelements 1 getrennt voneinander erfassen und die dabei erhaltenen Intensitätswerte miteinander vergleichen. Man kann aber auch das Meßelement 1 kontinuierlich unter dem Schlitz 5 vorbeiführen und den Schlittenantrieb synchron mit dem Diagrammtransportantrieb eines Intensitätsschreibers koppeln, so daß Kurven entstehen, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind, wobei vorausgesetzt ist, daß die Einfallsrichtung der radioaktiven Strahlung identisch ist mit der Z-Richtung. Die Schlitzbreite betrug in dem dargestellten Beispiel 0,75 mm.

Als Schlittenantrieb, UV-Lichtquelle und Fluoreszenzlichtdetektor können bekannte Einrichtungen und Bauelemente verwendet werden; sie wurden daher aus Gründen der besseren Übersicht nicht dargestellt.

Das in den F i g. 2 und 3 dargestellte zylindrische Meßelement 8 ist um seine Rotationsachse 9 drehbar angeordnet. Es wird über einen Teil seiner Mantelfläche in radialer Richtung (Pfeil R) mit einem UV-Lichtstrahl angeregt, dessen Querschnitt der schraffierten Fläche 10 entspricht.

In der zur Achse parallelen Η-Richtung wird über dem vom UV-Licht angeregten Meßelementbereich ein Fluoreszenzlichtbündel der Querschnittsfläche 11 ausgeblendet, dessen Breite der der Fläche 10 entspricht und dessen Länge einen Bruchteil des Elementradius beträgt.

Durch Drehen des Meßelements 8 um seine Rotationsachse 9 wird zunächst das Fluoreszenzmaximum und -minimum in Nähe der Meßelementmantelfläche ermittelt und hieraus wiederum die Hauptstrahleinfallsrichtung, die auf der Verbindungslinie dieser beiden Extrembereiche liegt.

Zur Aufnahme der Intensitätskurve wird dann die Fluoreszenzblende (Fläche 11) in Pfeilrichtung R entlang der ermittelten Strahleneinfallsrichtung — die nun identisch mit der Richtung des Anregungslichtes

ist — gegenüber der Stirnfläche des Meßelements 8 bewegt (Fig. 3).

Selbstverständlich kann man statt dessen auch die Fluoreszenzblende bzw. einen Lichtleiter als Fluoreszenzlichtempfänger festhalten und einen ausgeblendeten Anregungslichtstrahl bewegen.

In Fig. 4 sind die mit einer Vorrichtung nach Fig. 1 ermittelten Intensitätskurven von fünf Meßelementen aufgetragen, die jeweils derselben Einheitsdosis bei unterschiedlichen Strahlenenergien ausgesetzt worden sind. Dabei entspricht die

Kurve A einem mit 46 keV Quantenenergie,

Kurve B einem mit 55 keV Quantenenergie,

Kurve C einem mit 71 keV Quantenenergie,

Kurve D einem mit 87 keV Quantenenergie,

Kurve £ einem mit 110 keV Quantenenergie

bestrahlten Phosphatglas niederer mittlerer Ordnungszahl der Abmessungen 8 · 8 · 4,7 mm. Dabei wurde eine der kleinen Stirnflächen (8 · 4,7 mm) frontal der Strahlung ausgesetzt, so daß diese das Glas auf seiner gesamten Länge von 8 mm durchdrungen hat. Aus der F i g. 4 läßt sich ohne weiteres entnehmen, daß die einzelnen Kurven einen für die entsprechende Energie sehr charakteristischen Verlauf aufweisen, und zwar sind sie um so steiler, je geringer die absorbierte Quantenenergie war. Außerdem zeigen sie in der Nähe derjenigen Stirnfläche, die der Strahlung direkt frontal ausgesetzt war, ein ausgeprägtes Maximum; d. h., daß man die Strahleneinfallsrichtung durch Drehen des Meßelements sehr leicht festhalten kann.

In F i g. 5 ist der prozentuale Abfall der relativen Fluoreszenzintensität, bezogen auf 1 mm Zunahme der Meßstifte im Glas, über der zugehörigen Quantenenergie aufgetragen; diese Kurve entspricht einfach logarithmisch aufgetragen annähernd einer Geraden.

Bei einer beliebigen Meßkurve kann man an Hand des Intensitätsabfalls mit Hilfe des Diagramms nach Fig. 5 die effektiven Quantenenergie- bzw. bei Strahlengemischen die Energieanteile und mit Hilfe einer dieser Quantenenergie entsprechenden Eichkurve wiederum die Strahlendosis ermitteln, oder, anders ausgedrückt, läßt sich dieser Meßkurve eine Energiedosiskurve zuordnen, die die absorbierte Strahlendosis in Abhängigkeit von der Gewebetiefe, also eine »Tiefendosisverteilung«, angibt.

Wenn eine große Zahl von Meßelementen auszuwerten ist, braucht jedoch nicht für jedes Meßelement eine Intensitätskurve aufgenommen zu werden. Vielmehr genügt es, wenn zunächst ein Bereich aus einer vorgegebenen Tiefe des Meßelements herausgegriffen und die dafür angezeigte Fluoreszenzintensität als angenähertes Maß für die absorbierte Gesamtdosis genommen wird. Diejenigen Meßelemente, deren so näherungsweise ermittelte Gesamtdosis von der zulässigen Dosis abweicht, werden dann durch die Aufnahme der Intensitätskurve einer genaueren Untersuchung unterzogen.

Sofern außer γ- oder Röntgenstrahlung gleichzeitig auch /^-Strahlung austritt, ist es möglich, einen Teil des Meßelements mit einer dünnen, die /^-Strahlung absorbierenden Folie, z. B. aus Kunststoff, abzudekken und den so abgedeckten Bereich und den freien Bereich getrennt voneinander auszuwerten.

Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf die reine Personendosimetrie beschränkt. So läßt sich 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 Röntgenbremsstrahlung 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 (8)

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 (S) 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 (F i g. 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