DE1589988C

DE1589988C - Device for measuring the dose rate equivalent of a mixed gamma and neutron radiation

Info

Publication number: DE1589988C
Application number: DE19671589988
Authority: DE
Inventors: Stanisllaw Dipl Ing Warschau Pszona
Original assignee: Instytut Badan Jadrowych
Current assignee: Instytut Badan Jadrowych
Priority date: 1966-12-23
Filing date: 1967-12-22
Publication date: 1973-08-02

Description

Rl 0,9 K' Rl 0.9 K '

stehen, worin K' eine Konstante bedeutet.stand, in which K 'means a constant.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen des Dosisleistung-Äquivalents einer gemischten Gamma- und Neutronenstrahlung.The invention relates to a device for measuring the dose rate equivalent of a mixed Gamma and neutron radiation.

In Strahlungsschutz-Angelegenheiten wird der Grad der Strahlungsgefährdung durch Messung des Dosisäquivalents bewertet. Das Dosisäquivalent (DE) ist gemäß der Definition der Internationalen Kommission für Strahlungseinheiten und Strahlungsmessungen (ICRU Report 10 a) das Produkt der absorbierten Dosis (D), des Qualitätsfaktors (QF) und des Verteilungsfaktors (DF): In radiation protection matters, the degree of radiation hazard is assessed by measuring the dose equivalent. According to the definition of the International Commission for Radiation Units and Radiation Measurements (ICRU Report 10 a), the dose equivalent (DE) is the product of the absorbed dose (D), the quality factor (QF) and the distribution factor (DF):

= D-QF-DF.= D-QF-DF.

Die Bewertungsmethode des Verteilungsfaktors DF ist bis jetzt noch nicht bestimmt, und es ist angenommen worden, daß dieser Faktor gleich Eins zu setzen ist. Somit ist die Leistung des Dosisäquivalents (DjB') gleich dem Produkt aus der absorbierten Dosisleistung (P) und dem Qualitätsfaktor (QF). Der Qualitätsfaktor (QF) ist eine Funktion der linearen Energieübertragung (LET) und ist für die relative biologische Wirksamkeit des Strahlungsschutzes maßgebend. Die Einheit des Dosisäquivalents ist das »rem«.The evaluation method of the distribution factor DF has not yet been determined, and it has been assumed that this factor is to be set equal to one. Thus the power of the dose equivalent (DjB ') is equal to the product of the absorbed dose rate (P) and the quality factor (QF). The quality factor (QF) is a function of the linear energy transfer (LET) and is decisive for the relative biological effectiveness of the radiation protection. The unit of the dose equivalent is the "rem".

Die bisherigen Meßmethoden zur Bestimmung des Dosisäquivalents einer gemischten Strahlung beruhen auf einer Messung der Strahlungskomponenten, nämlich der Gammastrahlung und der Neutronenstrahlung, mit Hilfe getrennter Vorrichtungen. Solche bekannte Vorrichtungen weisen gewebeäquivalente Ionisationskammern oder von einem Neutronen-Moderator umgebene Detektoren, z. B. Neutronenzählrohre oder Szintillationsdetektoren, auf und sind etwa in dem Buch »Neutron Dosimetry; Proceedings of a Symposium at Harwell September 10 to 14, 1962«, Verlag International Atomic Energy Agency, Wien 1963, Bd. II, S. 87 bis 95 und 123 bis 127, in der Zeitschrifi . »Nucleonics«, Bd. 14, 1956, Nr. 2, S. 32 bis 37, oder in ■ der Zeitschrift »Nuclear Instruments and Methods«, Bd. 45, 1966, Nr. 1, S. 151 bis 156, beschrieben·. Die ■ genannten Detektoren messen das Dosisäquivalent der Neutronenstrahlung in einem nur begrenzten Bereich der Neutronenenergie von 100 KeV bis 10 MeV, wobei zusätzliche Einrichtungen für Neutronenenergie außerhalb dieses Bereichs erforderlich sind.The previous measurement methods for determining the dose equivalent of a mixed radiation are based on a measurement of the radiation components, namely gamma radiation and neutron radiation, with the help of separate devices. Such known devices have tissue-equivalent ionization chambers or detectors surrounded by a neutron moderator, e.g. B. Neutron counter tubes or scintillation detectors, and are about in the book »Neutron Dosimetry; Proceedings of a Symposium at Harwell September 10 to 14, 1962 «, Verlag International Atomic Energy Agency, Vienna 1963, Vol. II, pp. 87 to 95 and 123 to 127, in the journal. "Nucleonics", Vol. 14, 1956, No. 2, pp. 32 to 37, or in ■ of the journal "Nuclear Instruments and Methods", Vol. 45, 1966, No. 1, pp. 151 to 156. The ■ These detectors measure the dose equivalent of the neutron radiation in only a limited range the neutron energy from 100 KeV to 10 MeV, with additional facilities for neutron energy outside this area are required.

Eine Ionisationskammer zur Messung des Dosisäquivalents einer gemischten Strahlung, deren Wirkungsweise auf dem Prinzip der Säulenrekombination ' in Gasen beruht, ist in dem Report CERN 63-17, Verlag CERN, Genf, 1963, beschrieben; dieses Verfahren _; befindet sich jedoch noch im Anfangsstadium seiner Entwicklung. Dieses Verfahren, das kurz auch als Rekombinationsverfahren bezeichnet wird, besitzt eine nur begrenzte Meßdynamik bis lOrem/h; es ist ferner auf die Anwendung in Impulsfeldern beschränkt und erfordert wegen der Druckgasfüllung der Kammer eine dickwandige Konstruktion, was die Messung von Gamma- und Neutronenstrahlung geringer Energie schwierig macht.An ionization chamber for measuring the dose equivalent of mixed radiation, the mode of action of which is based on the principle of column recombination in gases, is described in the report CERN 63-17, Verlag CERN, Geneva, 1963; this procedure _; however, it is still in the early stages of its development. This method, which is also referred to as the recombination method for short, has only limited measurement dynamics up to lOrem / h; it is also limited to use in pulsed fields and, because of the pressurized gas filling of the chamber, requires a thick-walled construction, which makes the measurement of low-energy gamma and neutron radiation difficult.

Aus dem Buch von W. J. Price, »Nuclear Radiation Detection«, 1958, S. 266 und 267, sowie aus der Zeitschrift »Nucleonics«, Bd. 21, 1963, Nr. 3 S. 78 und 80, sind ferner Einrichtungen mit einer Ionisationskammer und einem zweiten Strahlungsdetektor bekannt, deren Ausgänge über einer Widerstandsschaltung mit einem Elektrometer oder einem sonstigen Meßinstrument verbunden sind, an dem die Differenz zweier den Ausgangsströmen der beiden Detektoren proportionaler Größen anliegt. Bei diesen beiden bekannten Einrichtungen dient jedoch die ZusammenschaltungderbeidenDetektoren dazu, die Gammastrahlung zu kompensieren, so daß an dem Meßinstrument nur die Neutronenstrahlung bestimmt wird.
Aus dem Buch von H. K i e f e r und R. M a u shart, »Strahlenschutzmeßtechnik«, 1964, S. 84 bis 87, ist es schließlich bekannt, gewebeäquivalente Ionisationskammern zur Bestimmung der Gesamtdosis des gemischten Strahlungsfeldes zu verwenden; auf Seite 62 dieses Buches ist auch ein Szintillationsdetektor mit organischem Szintillator als Neutronendetektor beschrieben. From the book by WJ Price, "Nuclear Radiation Detection", 1958, pp. 266 and 267, and from the journal "Nucleonics", Vol. 21, 1963, No. 3, pp. 78 and 80, there are also devices with an ionization chamber and a second radiation detector, the outputs of which are connected via a resistance circuit to an electrometer or some other measuring instrument to which the difference between two of the output currents of the two detectors is applied. In these two known devices, however, the interconnection of the two detectors serves to compensate for the gamma radiation, so that only the neutron radiation is determined on the measuring instrument.
From the book by H. Kiefer and R. Maushart, "Strahlenschutzmeßtechnik", 1964, pp. 84 to 87, it is finally known to use tissue-equivalent ionization chambers to determine the total dose of the mixed radiation field; on page 62 of this book there is also a description of a scintillation detector with an organic scintillator as a neutron detector.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zu schaffen, das ohne zusätzliche Rechenoperationen mit einem möglichst einfachen Aufbau eineThe invention is based on the object of creating a device which, without additional arithmetic operations with the simplest possible structure

direkte Ablesung für das Dosisleistungs-Äquivalent einer gemischten Gamma- und Neutronenstrahlung liefert.direct reading for the dose rate equivalent of a mixed gamma and neutron radiation supplies.

Ausgehend von einer Einrichtung mit einer Ionisationskammer und einem weiteren Strahlungsdetektor, deren Ausgänge über eine Widerstandsschaltung derart mit einem Elektrometer verbunden sind, daß am Elektrometer die Differenz zweier den Ausgangsströmen der beiden Detektoren proportionalen GrößenStarting from a device with an ionization chamber and another radiation detector, the outputs of which are connected to an electrometer via a resistance circuit in such a way that on Electrometer is the difference between two quantities proportional to the output currents of the two detectors

anliegt, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ionisationskammer gewebeäquivalent ausgebildet ist, daß der zweite Detektor ein Szintillationsdetektor mit organischem Szintillator und mit einem im Strombetrieb arbeitenden Fotovervielfacher ist, so daß dessen Ausgangsstrom eine lineare Funktion des Qualitätsfaktors der gemischten Strahlung ist, daß ferner die Widerstandsschaltung aus zwei in Reihe liegenden Widerständen R₁ und R₂ besteht und mit den Detektorausgängen derart verbunden ist, daß der Ausgangsstrom der Ionisationskammer die Reihenschaltung R₁ und R₂ beider Widerstände, der Ausgangsstrom des Fotovervielfachers dagegen nur den Widerstand R₂, und zwar in dem des Ionisationskammerstromes entgegengesetzten Sinn, durchfließt, und daß die Werte der Widerstände so gewählt sind, daß die an der Reihenschaltung .R₁ und R₂ entstehende, die Eingangsgröße des Elektrometers bildende Spannung ein direktes Maß für das Dosisleistungs-Äquivalent ist.is present, this object is achieved according to the invention in that the ionization chamber is designed to be tissue equivalent, that the second detector is a scintillation detector with an organic scintillator and a photomultiplier working in current mode, so that its output current is a linear function of the quality factor of the mixed radiation, that also The resistance circuit consists of two resistors R ₁ and R ₂ in series and is connected to the detector outputs in such a way that the output current of the ionization chamber connects the series circuit R ₁ and R _{2 of} both resistors, while the output current of the photomultiplier only has resistance R ₂ , namely in the opposite sense of the ionization chamber current, and that the values of the resistors are chosen so that the _{voltage generated at the series circuit .R 1} and R ₂ , which forms the input variable of the electrometer, is a direct measure of the dose rate equivalent.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert, in derThe invention is explained below with reference to the drawing in which

F i g. 1 ein Diagramm des Verhältnisses zwischen der relativen Szintillations-Detektor-Anzeige und dem Qualitätsfaktor ist undF i g. 1 is a graph of the relationship between the relative scintillation detector reading and the Quality factor is and

F i g. 2 eine Anordnung zur unmittelbaren Messung des Dosisäquivalents einer gemischten Strahlung zeigt.F i g. Figure 2 shows an arrangement for direct measurement of the dose equivalent of mixed radiation.

Die Detektoranordnung nach F i g. 2 besteht aus einer zylindrischen gewebeäquivalenten Ionisationskammer 1 und einem organischen Szintillator 2. Der organische Szintillator bildet zusammen mit einem Fotovervielfacher 3 einen Szintillations-Detektor, der im Strombetrieb arbeitet. Konstruktionsmäßig ist der organische Szintillator innerhalb einer zentralen Elektrode der Ionisationskammer angeordnet. Mit Hilfe eines Elektrometers 4 wird die Differenz der Spannungen gemessen, die über gemäß den nachstehenden Gleichungen bemessenen Widerstände ^₁ und R₂ an dessen Eingang entsteht.The detector arrangement according to FIG. 2 consists of a cylindrical tissue-equivalent ionization chamber 1 and an organic scintillator 2. The organic scintillator, together with a photomultiplier 3, forms a scintillation detector that works in current mode. In terms of construction, the organic scintillator is arranged within a central electrode of the ionization chamber. With the help of an electrometer 4, the difference between the voltages is measured, which arises at its input _{via resistors ^ 1} and R _{2 measured according to the equations below.}

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung wird die lineare Abhängigkeit ausgenutzt, die zwischen dem Verhältnis der Anzeige// des Szintillationsdetektors zur absorbierten Dosisleistung P und dem Qualitätsfaktor QF besteht. Diese in F i g. 1 gezeigte Abhängigkeit wird ausgedrückt durch die GleichungIn the device designed according to the invention, use is made of the linear dependency that exists between the ratio of the display // of the scintillation detector to the absorbed dose rate P and the quality factor QF. These in FIG. The dependency shown in Fig. 1 is expressed by the equation

QF= Wl-0,9 tf^-QF = Wl-0.9 tf ^ -

worin K eine Konstante ist. Da die absorbierte Dosisleistung P mit dem Strom der Ionisationskammer h nach der Formel P = ah zusammenhängt, wobei a eine weitere Konstante bedeutet, ist die Dosisäquivalentleistung where K is a constant. Since the absorbed dose rate P with the current of the ionization chamber according to the formula h = P ah related, where a is a constant other means, the dose equivalent capacity

DE' = P-QF= (h - 0,9 K' If) 10«; DE '= P-QF = (h - 0.9 K' If) 10 ";

mit K' = —.
a with K ' = -.
a

Aus dieser Gleichung geht hervor, daß DE' proportional ist zur linearen Differenz zwischen dem Strom der Ionisationskammer und einem Teil des Stromes des Fotovervielfachers. Die Messung von DE' kann vor sich gehen, indem man den Eingangswiderstand R des Elektrometers nach den GleichungenFrom this equation it can be seen that DE 'is proportional to the linear difference between the current of the ionization chamber and part of the current of the photomultiplier. The measurement of DE ' can be done by taking the input resistance R of the electrometer according to the equations

R = R₁ + R₂;
R₂ = 0,9 K¹R R = R ₁ + R ₂ ;
R ₂ = 0.9 K ¹ R

wählt. Eine derartige Schaltung ergibt die unmittelbare Messung der Dosisäquivalentleistung in rem/h.elects. Such a circuit results in the direct measurement of the dose equivalent rate in rem / h.

Der Anwendungsbereich der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung erstreckt sich auf gemischte Gamma- und Neutronenstrahlung von thermischen bis schnellen einschließlich relativistischen Neutronen in beliebiger Zusammensetzung. Änderungen in der Art der Ablesung der Meßergebnisse am Elektrometer ermöglichen die Messung des Qualitätsfaktors QF der gemischten Strahlung.The area of application of the device designed according to the invention extends to mixed gamma and neutron radiation from thermal to fast including relativistic neutrons in any composition. Changes in the type of reading of the measurement results on the electrometer enable the quality factor QF of the mixed radiation to be measured.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung hat noch einige zusätzliche Vorteile, nämlich: starke Abhängigkeit vom QF der Strahlung, leichter Ausgleich der Empfindlichkeit beider Detektoren durch Änderung der Verstärkung des Fotovervielfachers, unbegrenzter Meßbereich in Richtung großer Dosisleistungen, Wirkungsmöglichkeit in starken Impulsfeldern, Möglichkeit der Anwendung einer dünnwandigen Konstruktion je nach den Aufgaben der Messung.The device designed according to the invention has some additional advantages, namely: strong dependence on the QF of the radiation, easy compensation of the sensitivity of both detectors by changing the amplification of the photomultiplier, unlimited measuring range in the direction of high dose rates, possibility of action in strong pulse fields, possibility of using a thin-walled construction depending on the tasks of the measurement.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung eignet sich besonders im Strahlungsfeld von Kernreaktoren, Beschleunigern und zu anderen Arbeiten unter Anwendung von Neutronenquellen. Die Einrichtung kann als transportable oder stationäre Apparatur ausgeführt sein.The device designed according to the invention is particularly suitable in the radiation field of nuclear reactors, Accelerators and other work using neutron sources. The facility can be used as a portable or stationary equipment.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

_ 1. Device for measuring the dose rate equivalent of a mixed gamma and neutron radiation with an ionization chamber and a second radiation detector, the outputs of which are connected to an electrometer via a resistance circuit in such a way that the difference between two quantities proportional to the output currents of the two detectors is present at the electrometer input , characterized in that the ionization chamber (1) is designed to be tissue equivalent, that the second detector is a scintillation detector with an organic scintillator (2) and a photomultiplier (3) operating in current mode, so that its output current is a linear function of the quality factor of the mixed radiation is that the resistor circuit also consists of two series resistors R ₁ and R ₂ and is connected to the detector outputs in such a way that the output current of the ionization chamber (1) the series circuit .R _1. and R _{2 of} both resistors, the output current of the Photomultiplier (3), however, only the resistor R _2, in which the Ionisationskammerstromes opposite direction, flows through, and that the values of the resistors are chosen so that the resultant of the series circuit R ₁ and R _2, the input of the electrometer (4 ) forming voltage is a direct measure of the dose rate equivalent.

2. Device according to claim 1, characterized in that the resistance values of the two resistors R ₁ and R ₂ in the ratio

RlRl

0.9 K '