DE1639423A1

DE1639423A1 - Strahlungsdosimeter

Info

Publication number: DE1639423A1
Application number: DE19681639423
Authority: DE
Inventors: Stapleton Geoffrey Brian; Morris Ann Swain Geb; Robert Sheldon
Original assignee: Science Research Council
Current assignee: Science Research Council
Priority date: 1968-02-12
Filing date: 1968-03-09
Publication date: 1971-02-04
Also published as: CH471391A; BE712012A; FR1556119A; NL6803394A

Description

Strahlungsdosimeter

Die Erfindung bezieht sich auf Strahlungsdosimetergeräte, die einen Behälter mit im wesentlichen konstantem Volumen und in den Behälter eingeschlossenen'Stoff"aufweisen, der bei Bestrahlung Gas entwickelt.

Es ist bekannt, daß bei der Bestrahlung von Polymethylmethacrylat Gas entwickelt wird, und daß die durch aufgebrochene Ketten verursachte Veränderung der Viskosität dieses kettenbildenden Stoffes zur Messung der Dosen hochenergetischer Strahlung im Bereich von über 1.000.000 Röntgen ausnutzbar ist ο

Es ist fernerhin bekannt, daß der Zerfall von Lachgas (NpO) im Stickstoff, Sauerstoff und Stickoxid (NO₂) sich zum Zwecke der Messung von Strahlungsdosen ausnutzen läßt.

Neu· Unterlagen (Art7Sl Ab8.2Nr.l.Satr3d»i Ändert!.-^:*V.4. fi. \,,,.

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Fernerhin sind Ionisationsmanometer als solche bekannt, wobei ein Behälter oder Gefäß mit einem Raum in Verbindung steht, dessen Gasdruck gemessen werden soll, und wobei unterschiedliche Elektroden in dem Behälter angeordnet sind. =

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kleines, einfaches billiges, schnell ablesbares und leicht benutzbares Bestrahlungsdosimeter-zu schaffen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Stoff fest ist und bei Bestrahlung Gas in einer in Beziehung zur Bestrahlungsdosis stehenden Menge entwickelt, und daß die Bestrahlungsdosis durch Messung der Gasmenge nach Bestrahlungen des Behälters bestimmbar ist.

Wenn die zu messende Strahlung hpchenergetisch, z.B. Gamma- oder Protonenstrählung ist, wird als Stoff oder Material zweckmäßig Polyäthylen in Form von Pulver oder Film gewählt, in welchem Fall das entstehende Gas vorwiegend Wasserstoff ist. Die Gasmenge oder der Gasdruck kann durch einen herkömmlichen Gasdruckmesser, beispielsweise einen Bourdon-Druckmesser, gemessen werden, der mit dem Inneren des Behälters in Verbindung steht. Alternativ kann der Behälter versiegelt in eine Einrichtung mit konstantem Volumen eingebracht werden, die mit einem Druckmesser verbunden ist, und der Behälter kann dann zerbrochen werden, um so das Gas in die Einrichtung zu entlassen, wodurch die Menge des entwickelten Gases und somit auch die integrierte oder aufsummierte Dosis über den angezeigten Druck abgeleitet werden kann. Ein Behälter, der in dieser Weise zer- oder aufgebrochen werden kann, kann aus Glas oder Quarz bestehen und mit einer ab- oder aufbrechbaren Spitze versehen sein.

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Gemäß einer Abänderung bestellt der Behälter aus einer gläsernen oder ähnlichen gasdichten Kapsel und Elektroden innerhalb der Kapsel, die mit Anschlüssen außerhalb der Kapsel verbunden sind, wodurch der Grad der Ionisierung und somit die Menge des vom Material in der Kapsel entwickelten Gases bestimmt werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die für höhere Dosisraten noch besser geeignet ist, werden zwei einfache Elektroden zur Bildung einer Funkenstrecke im Behälter vorgesehen, und der Gasdruck wird durch Messen des Zündpotentials bestimmt.

Dosimeter gemäß der Erfindung werden nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung naher beschrieben, und zwar zeigt bzw. zeigen

Pig, 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Behälters und einer Ablesevorrichtung mit konstantem Volumen,

die Fign, 2 und 3 Ansichten — ähnlich Fig. t—von abgeänderten Behälterformen, die mit entsprechenden elektrischen Ablese-Ermittlungsvorrichtungen verbünden sind, während

Fig.. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren

Behälterform mit einer direkt arbeitenden Ablese- - vorrichtung wiedergibt.

sich aus Fig. 1 ergibt, auf welche nunmehr Bezug genommen wird, weist der Behälter eine Glaskapsel 1 auf, die eine Rolle 2 aus Polyäthylenfilm, etwa 0,003 Zoll (0,0762 mm) stark, enthält. Die Kapsel ist evakuiert und abgedichtet, um so einen Zapfen 3 zu bilden. .

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Bei Gebrauch wird die Kapsel 1 an der Stelle angeordnet, wo die Dosis gemessen werden soll, und wenn die Zeitspanne, die zur Aufsummierung der Dosis vorgesehen ist, verstrichen ist, wird die Kapsel entfernt und in einer Einrichtung mit konstantem Volumen angelegt, die im wesentlichen ein abdichtbares Gefäß "a" aufweist, das mit einem Druckmesser "b" verbunden ist. Das Gefäß "a" wird dann evakuiert und die Spitze der Kapsel abgebrochen, beispielsweise durch ruckartiges Bewegen des Gefäßes. Es ist offensichtlich, daß — unter entsprechender Berücksichtigung des Volumens des Polyäthylens ψ und des Glases der Kapsel —- die Menge des entwickelten Wasserstoffes vom Druck, welcher durch die Einrichtung angezeigt wird, abgeleitet werden kann. Das Gerät eignet sich zur Verwendung über einen großen. Bereich von Dosisraten und kann für , sehr unterschiedliche bzw. weit auseinanderliegende Dosisbereiche vorgesehen oder verwendet werden.

Die entsprechende, anhand der Fig. 1 beschriebene Vorrichtung ist zur Verwendung über einen Bereich von 0,1. bis Megarad vorgesehen und enthält etwa 1,0 Gramm Polyäthylen. Zum Messen höherer Dosen wird die Menge des Polyäthylens verringert, so daß die Druckerhöhung für eine gegebene Dosis . reduziert wird. Natürlich führt dies zu einem geringen Verlust an Sensitivität bei geringen Dosen. Zum Messen geringerer Dosen wird die Menge des Polyäthylens, vergrößert.

In Pig. 2, auf welche nunmehr Bezug genommen wird, weist der Behälter wiederum eine Glaskapsel oder eine Hülle 1 auf, die eine Rolle 2 etwa 0,003 Zoll (0,0762 mm) starken Polyäthylenfilms enthält. Die Hülle weist jedoch einen abzweigenden Teil 4 auf, an dessen Ende ein Glühfaden 5 und eine Kollektorelektrode 6 vorgesehen sind. Drei Anschlüsse zu dem Faden und der Elektrode treten durch einen Fuß 7 hemis. Die Hülle ist evakuiert und bei 3 abgedichtet.

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Beim Gebrauch, wird die Vorrichtung der.zu messenden Strahlung während der Zeitspanne, in welcher die Dosis integriert bzw. aufsummiert werden .soll, ausgesetzt und dann von der Meßstelle entfernt und mit einer Ablesevorrichtung verbunden, die im wesentlichen ein Meßgerät 8 .und.eine.Stromquelle 9 für den Glühfaden aufweist. Das Meßgerät 8 zeigt unmittelbar den Grad der Ionisierung an und somit die Menge des vorhandenen Gases. Diese wiederum kann als proportional der integrierten auf die Vorrichtung auftreffenden_vStrahlungsdosis> angesehen werden. Wenn die Vorrichtung an ,der --Ablegevorrichtung während einer Zeitspanne von beispielsweise etwa dreißig , Minuten — abhängig vom Druck in der Kapsel — angeschlossen bleibt, wirken die Elektroden als Ionenpumpe und beseitigen den Wasserstoff voll undganz /clean up all the hydrogen/. Somit kann die Vorrichtung der Fig. 2 wiederbenutzt werden.

Die Vorrichtung nach FIg, 2 ist besonders für Hiederbereich-Dosimetrie geeignet und mißt integrierte Dosen.von 1 Had aufwärts. Pur den Bereich 1 bis 1000 Had wird etwa 1 Gramm Polyäthylenfilm benötigt, für höhere Bereiche jedoch weniger. .;

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3, auf welche nunmehr Bezug genommen wird, weist der Behälter eine Kapsel 1 auf, die eine Holle 2 aus Polyäthylenfilm aufweist, wiederum ähnlich der Ausführungsform der Fig. 1. An dem einen Ende der Kapsel befinden sich zwei Elektroden 10 und 11, deren„Anschlüsse durch einen Fuß 12 aus der Kapsel heraus geführt werden»

Beim Gebrauch wird die ,Vorrichtung nach der Bestrahlung mit einer Ablesevorrichtung verbunden, welche im wesentlichen eine Potentialquelle 13, eine Meßvorrichtung H sowie einen

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variablen Widerstand 15 aufweist. Letzterer wird zur Erhöhung des an den Elektroden 10 und 11 angelegten Potentials eingestellt, bis sich ein Überschlag ereignet. Die Ablesung an der Meßvorrichtung 14 ist somit eine Messung des Überschlagpotentials, wodurch die Menge des Wasserstoffs, der vom Polyäthylen durch die ausgesetzte Strahlung entwickelt worden ist, abgeleitet werden kann.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 eignet sich mehr für mittlere Dosen, und für den Bereich von 100 bis 10 000 Rad wird etwa 1 Gramm Polyäthylenfilm benötigt.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei jeder der beiden unmittelbar vorbeschriebenen Ausführungsformen die herkömmliche Technik der Lampen- oder Ventilherstellung bei der Konstruktion der Elektroden und des Fußes und bei der Evakuierung der Hülle oder Kapsel angewendet werden können.

Es sei außerdem darauf hingewiesen, daß eine Fernablesung der die Vorrichtungen nach den Fign. 2 und 3, und zwar über Drähte, die über eine beträchtliche Entfernung von der Kapsel 1 nach der Ablese- oder Ermittlungsvorrichtung führen, vorgesehen sein kann. Dies ist von besonderem Nutzen und Vorteil im Fall der wiederverwendbaren Vorrichtung nach Fig. 2.

Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung ist eine Vorrichtung zur kontinuierlichen direkten Ablesung. Sie weist einen Edelstahlzylinder 21 auf, der etwa vier Zoll (101,6 mm) lang ist und einen Zoll (25,4 mm) Durchmesser aufweist und der an den Enden durch Endstopfen oder Endverschlüsse 22 und 23 geschlossen ist, welche mit dem Zylinder 21 elektronenstrahlverschweißt sind. Der Endstopfen 22 weist eine Öffnung auf, die mit einem Kupferrohr 24 mit kleinem Durchlaßquerschnitt in Verbindung .. steht, welches mit einem Bourdon-Druckmeeser 26 verbunden ist.

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Während des betriebs wird der Zylinder 21 so angeordnet, daß er der zu messencen Strahlung ausgesetzt ist, und das Meßgerät 26 wird an einer Stelle angeordnet, wo es sicher und bequem abgelesen werden kann. Das Rohr 24 kann daher einige Fuß Länge aufweisen.

Der Zylinder 21 wird mit Polyäthylenpulver 28 gefüllt, mit Ausnahme eines kleinen Volumens angrenzend an den Endstopfen 22, wo ein Glasfaserstopfen 29 vorgesehen ist, um das Polyäthylenpulver 28 daran zu hindern, in das Rohr 24 einzudringen. Das Polyäthylenpulver 28 hat ein großes Verhältnis Oberfläche zu Volumen, wobei die individuellen Partikelchen einen Durchmesser von wenigen Tausendstel Zoll aufweisen.

Vor der Verwendung wird das Innere des Dosimeters evakuiert und dann mit trockenem Wasserstoff gefüllt, und zwar bis auf einen Druck von etwa vier Pfund pro Quadratzoll, und wird dann abgedichtet.

Wenn während des Gebrauchs der Zylinder 21 einer hochenergetischen Strahlung, beispielsweise einer Gamma- oder Protonenstrahlung, ausgesetzt ist, wird Wasserstoff aus dem Polyäthylenpulver 28 entwickelt, und die resultierende Druckerhöhung wird durch das Meßgerät 26 angezeigt. Wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist dieser angezeigte Druck im wesentlichen der integrierten Strahlungsdosis über einen weiten Bereich von Dosisraten proportional. Das Meßgerät 26 kann daher leicht so kalibriert werden, daß es direkte Ablesungen in Rad oder Megarad liefert.

Das anhand der Pig. 4 beschriebene besondere Dosimeter ist zur Verwendung über einen Bereich von 0 bis 100 Megarad

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vorgesehen und enthält etwa 16 Gramm Polyäthylenpulver 28. Zum Messen höherer Dosen wird die Menge des Polyäthylenpulvers verringert, so daß der Druckanstieg für eine gegebene Dosis reduziert wird. Natürlich führt dies zu etwas Verlust an Sensitivität bei geringeren Dosen.

Zum Messen niedrigerer Dosen ist es erwünscht, daß die Menge des Polyäthylens im Zylinder 21 vergrößert wird, so daß es einen größeren Anteil des Volumens innerhalb des Zylinders 21 einnimmt als etwa das eine Drittel, das durch das PoIyäthylenpulver 28 eingenommen wird. Dies kann nicht dadurch erreicht werden, daß man festes Polyäthylen verwendet, weil die Diffusion des entwickelten Wasserstoffes so langsam wäre, daß das Dosimeter wertlos gemacht würde. Die gewünschte Erhöhung kann jedoch dadurch erreicht werden, daß eine Rolle Polyäthylenfilm mit einer Stärke von beispielsweise 0,003 Zoll (0,0762 mm), wie bei den Ausführungsformen der Fign. 1 bis 3, verwendet wird. -

Zum Anzeigen des Drucks in den Behältern der Erfindung können weitere Verfahren verwendet werden. Z.B. können elektrische Geräte zur Messung des elektrischen Widerstandes an den Wänden des Behälters angebracht werden, oder die Behälter können mit einer Trennwand versehen werden, deren Deformierung gemessen wird.

Außerdem können andere Stoffe als KLyäthylen verwendet werden, sofern das Material ein Gas mit geeigneter Geschwindigkeit entwickelt, wenn es von der zu messenden Strahlung bestrahlt wird. Wasserstoff ist jedoch ein ganz besonders geeignetes Gas, mit dem man gut arbeiten kann, und Polyäthylen ist ein sehr geeignetes Material für das Entwickeln von Wasserstoff unter Gammastrahlung.

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Die obere Temperaturgrenze, mit bzw. bis zu welcher die Vorrichtungen arbeiten, kann durch Vorbestrahlung des Polyäthylens — zur Erhöhung seines Schmelzpunktes — weiter ausgedehnt werden. Außerdem können die Vorrichtungen für niederenergetische Neutronen dadurch sensitiv gemacht werden, daß in das RLyäthylen ein Element, beispielsweise Bor, eingebracht wird, welches Sekundäretrahlung liefert, welche Wasserstoff zu entwickeln vermag.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen —oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims

68 030 Zw/Schm Patentansprüche

1. Strahlungsdosimeter, welches einen Behälter mit im wesentlichen konstantem Volumen und in dem Behälter eingeschlossenem Stoff aufweist, der bei Bestrahlung Gas entwickelt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff (2) fest ist und bei Bestrahlung Gas in einer in Beziehung zur Bestrahlungsdosis stehenden Menge entwickelt, und daß die Bestrahlungsdosis durch Messung der Gasmenge nach Bestrahlung des Behälters (1) bestimmbar ist.

2. Strahlungsdosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff Polyäthylen ist, welches in einer für rasche Diffusion des entwickelten Gases geeigneter Form, insbesondere in Pulver- oder dünner Filmform, vorliegt.

3. Strahlungsdosimeter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie innerhalb einer Einrichtung (a) mit konstantem Volumen zur Bestimmung der Gasmenge zerbrochen werden kann.

4. Strahlungsdosimeter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Elektroden (5,6) im Behälter (1) und mit außerhalb des Behälters reichenden Klemmen, wodurch der Grad der Ionisierung und somit die Gasmenge bestimmt werden kann.

Unterlagen iÄit7iiAb=.: ·: .i s.-.: 3 009886/0654

5. Strahlungsdosimeter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Elektroden (10, 11) im Behälter, die im Hinblick zur Bildung einer Funkenstrecke zueinander angeordnet sind, wobei der Gasdruck durch Messung des Überschlagpotentials bestimmt wird.

6. Strahlungsdosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Behälter ein Bourdon-Druckmesser zum kontinuierlichen Anzeigen des Drucks innerhalb des Behälters verbunden ist.

7. Strahlungsdosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßvorrichtung zur Messung des elektrischen Widerstandes an den Behälter angeschlossen ist, und zwar zum kontinuierlichen Anzeigen des Drucks innerhalb des Behälters.

8. otrahlungsdosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trennwand im Behälter vorgesehen ist, deren Deformierung zur bestimmung des Druckes im Behälters gemessen wird.

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