-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung von Schutzgehäusen, insbesondere die von Ultrakurzpuls-Lasermaschinen auf ihre abschirmende Wirkung bei ionisierender Strahlung geringer Dosisleistung und geringer Photonenenergie.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders für ein handgehaltenes Messmittel, um den Messabstand konstant zu halten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht auch seitlich eintretende Strahlung zu erfassen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein aufsteckbares Zusatzteil für ein Handmessgerät.
-
In den staatlichen Gesetzen und Verordnungen zum Schutz von Personen ist vorgeschrieben, dass im Abstand von 100 mm, aber nicht näher und nicht weiter von der berührbaren Fläche des Schutzgehäuses entfernt, die Exposition der ionisierenden Strahlung bestimmt werden muss. Die dazu benutzbaren Messgeräte und das Verfahren werden nicht benannt und sind den Gutachtern überlassen. Das Einhalten des geforderten Messabstandes ist insbesondere bei handgehaltenen Geräten schwierig. Mit dem Messgerät muss im konstanten Abstand zwischen dem Detektor und der zu prüfenden Wand von exakt 100 mm die gesamte Schutzumhausung per Hand abgefahren werden. Versehentliche Änderungen des Messabstandes, wie es bei handgeführten Messgeräten häufig der Fall ist, verursachen große Messfehler. Das führt entweder zur Unter- oder zur Überschätzung einer prinzipiell gefährlichen Situation.
-
Auch kürzere oder weitere konstante Messabstände können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisiert werden.
-
Mit der Erfindung soll der Messablauf und die Gewinnung zuverlässiger Ergebnisse beim Bestimmen von kleinen Dosisleistungen verbessert werden.
-
Die Empfangsfläche des mindestens einen Detektor hat einen konstanten Abstand bis zur Frontfläche des Strahlungsmessgerätes, vorzugsweise einen Abstand von 100 mm. Die Frontfläche des Strahlungsmessgerätes hat beim Messen einen flächigen Kontakt mit der zu untersuchenden Schutzwand. Ein Gleitring an der Frontseite der Vorrichtung verhindert Kratzer auf der Oberfläche der zu prüfenden Schutzwand. Seitlich eintretende Strahlung gelangt ungehindert zum Detektor, so dass auch die Ortsdosisleistung bestimmt werden kann.
-
Im Boden der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich mindestens ein Detektor zum Nachweis der einfallenden ionisierenden Strahlung. Die Vorrichtung ist bei Nichtbenutzung mit einem abnehmbaren Deckel verschlossen. Dieser Deckel enthält Referenzstrahler, mit denen im eingeschalteten Zustand die Funktionen der im Boden befindlichen Detektoren überprüft werden kann.
-
In
DE 945110 wird eine Messvorrichtung beschrieben, mit der unter einem einstellbaren Raumwinkel die räumliche Intensitätsverteilung der radioaktiven Strahlung bei der Therapie der Schilddrüse bestimmt werden kann. Der Empfangswinkel des Strahlungsdetektors wird durch ein Verschieben des Detektors auf der Längsachse in einem Abschirmrohr verändert. Befindet sich der Detektor im hinteren Abschnitt des Abschirmrohres, ist der Raumwinkel klein und der Detektor erhält eine geringere Dosisleistung der radioaktiven Strahlung. Wird der Detektor nach vorn geschoben, ist der Raumwinkel größer und der Detektor empfängt mehr Strahlung vom radioaktiven Jod. Nachteile ergeben sich aus dem Verschieben des Strahlungsdetektors, denn mit kürzer werdenden Abständen zur Strahlungsquelle nimmt die Anzahl der messbaren Strahlungsquanten etwa quadratisch zu. Der Nachteil, der sich aus dem Verschieben des Detektors ergibt, wird in
DE 945110 durch einen Abstandshalter kompensiert. Der Abstandshalter ist an einer Schiene befestigt und parallel zum Abschirmrohr ausgerichtet. Die Abstandsänderung des Detektors im Abschirmrohr wird durch ein Verstellen des Abstandshalters ausgeglichen. Ein weiterer nicht beseitigter Nachteil in
DE 945110 ist das Eindringen von Streustrahlung aller Art in das Abschirmrohr bei herausgefahrenem Abstandshalter. Durch das Ausfahren des Abstandshalters sitzt das Abschirmrohr nicht mehr dicht auf dem strahlenden Objekt auf und seitliche Streustrahlung gelangt zum Detektor. Außerdem kann durch die fehlende Abdichtung infolge der Benutzung des Abstandshalters das Bedienpersonal durch die radioaktive Strahlung gefährdet sein. Die Vorrichtungen nach
DE 945110 ist für hochenergetische, intensive radioaktive Strahlung ausgelegt und nicht für niederenergetische ionisierende Photonenstrahlung. In der Patentschrift
DE 1143276 wird eine Einrichtung zur Bestimmung der Tiefenlage von radioaktiven Isotopen im Menschen beschrieben. Mindestens
2 Messköpfe erfassen die Strahlungsquelle aus unterschiedlichen Richtungen, indem jedem Messkopf ein Satz von unterschiedlichen konischen Kollimatoren zugeordnet ist. Nachteile der Erfindung
DE 1143276 sind der Einsatz von gleichzeitig zwei Messköpfen, die unterschiedliche Messachsen haben, das Fehlen der Einstellbarkeit des Gesichtsfeldwinkels des Zählrohres und die fehlende Anwendbarkeit bei optischer Strahlung. Die in der Schilddrüsentherapie verwendeten Isotope haben hohe Strahlungsenergien. Die Messgeräte für den Nachweis der hochenergetischen Strahlung der in der Medizin eingesetzten Isotope sind nicht für den Nachweis von niederenergetischer Photonenstrahlung aus Lasermaschinen geeignet.
-
Neue Anforderungen an die Prüfung von Schutzgehäusen ergeben sich aus der Entwicklung von immer stärkeren Lasermaschinen. Hochleistungslaser mit ultrakurzen Laserpulsen können ionisierende Störstrahlung erzeugen. Diese Störstrahlung entsteht, wenn der fokussierte Laserstrahl auf das zu bearbeitende Material trifft. Das blau leuchtende Plasma emittiert zunächst nur inkohärente kurzwellige optische Strahlung im UV-Bereich und im Lichtbereich. Mit zunehmender Energie des Laserpulses wird das Plasma aufgeheizt. In der Folge wird für den Menschen ionisierende Photonenstrahlung emittiert, die die Eigenschaften von Röntgenstrahlung aufweist. Die Photonen dieser laserinduzierten ionisierenden Strahlung sind energieärmer als bei Isotopen oder medizinischen oder technischen Röntgengeräten. Im Übergangsbereich, in dem die ersten Röntgenphotonen entstehen, ist die Dosisleistung der ionisierenden Strahlung gering. Eine kurzzeitige Bestrahlung stellt keine Gefahr für den Mensch und lebenden Zellen dar. Für die Grenzwerte bei der Bestrahlung der Haut und des Körpers durch ionisierende Strahlung wurde im Gesetz zum Schutz vor schädlicher Wirkung ionisierender Strahlung (Strahlenschutzgesetz - StrlSchG) mit Wirkung vom 27.6.2017 festgelegt, dass die Organ-Äquivalentdosis für die Haut über eine Fläche von 1 cm2 gemittelt werden muss. Der minimale Messabstand von einer berührbaren Fläche ist auf 100 mm festgelegt. Bedingungen für den Grenzempfangswinkel beim Messen der ionisierenden Strahlung wurden nicht festgelegt Einen konstanten Abstand von 100 mm mit einem handgeführten Strahlungsmessgerät einzuhalten, ist ohne Messhilfsmittel nicht möglich. Befände sich der Detektor des Strahlungsmessgerätes im Abstand von nur 90 mm vor der berührbaren Fläche, würde ein viel zu hoher Messwert bei kleinen Strahlungsquellen angezeigt. Im Gegensatz dazu sinkt der Messwert auf 69%, wenn der Detektor sich im Abstand von 120 mm befinden würde. Dadurch würde die Strahlungsexposition unterschätzt und Gefahren könnten nicht rechtzeitig erkannt werden.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Messen von ionisierender Strahlung bei Lasermaschinen mit ultrakurzen Laserpulsen unter Einhaltung eines konstanten Messabstandes anzugeben. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Funktionsfähigkeit des Strahlungsmessgerätes mit Kalibrierstrahlern zu prüfen. Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Prüfung der Schutzwirkung von Gehäusen, Behältern, Räumen oder Wänden, die im Inneren Strahlungsquellen enthalten, wird der Messabstand zur Expositionsfläche konstant gehalten beim berührenden Abfahren der Schutzumhausung mit einem Handgerät, ohne einen Anstieg von abstandsbedingten Messfehlern zuzulassen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Boden, in dem mindestens ein Detektor für ionisierende Strahlung montiert ist. Die Seitenwände der erfindungsgemäßen Vorrichtung behindern nicht seitlich eindringende Strahlung. Der Wellenlängenbereich der ionisierenden Strahlung reicht von 10 pm bis 1 nm, das entspricht einer Photonenenergie von 124 keV bis 1,24 keV.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
- 1 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer beispielhaften Anwendung beim Prüfen eines Schutzgehäuses.
- 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer luftdicht verschließenden Kunststofffolie. 2a ist die linke Draufsicht der 2.
- 3 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem luftoffenen Messraum und einer abschirmenden Platte gegen die frontale Strahlung. 3a ist die linke Draufsicht der 3.
- 4 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem luftoffenen Messraum und einem abschirmenden Zylinder gegen die seitliche Strahlung.
- 5 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem luftoffenen Messraum und drei unterschiedlichen Detektoren.
- 6 ist eine Ausführung eines auf die Vorrichtung aufgesetzten Deckels mit Referenzstrahlern zur Funktionsprüfung der Detektoren und mit einem den Messabstand verlängernden Handgriff mit Auslöseschalter.
-
Bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und der Figuren können gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauteile bezeichnen. Zusammenfassende Bezugszeichen werden für Objekte verwendet, die mehrfach auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Bauteile, die mit gleichen Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes ergibt.
-
1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) in der Seitenansicht mit einem Detektor (2) und dem zu prüfenden Schutzgehäuses (3) einer Lasermaschine. Im Inneren der Lasermaschine erzeugt der Laserstrahl ionisierende Strahlung (25). Diese Strahlung breitet sich nach allen Seiten aus und erreicht auch das Loch (4) und das unzureichend schürzende Fenster (5). Die Strahlungsanteile (7) dringen frontal in die Vorrichtung (1) ein und erreichen ungeschwächt den Detektor (9). Die seitliche Strahlungsanteile (8) gelangen durch die Öffnungen der Gitterstruktur (11) ungehindert zum Detektor (2). Strahlungsanteile (8), die die Gitterstruktur treffen, werden nur gering geschwächt, weil die Gitterstruktur eine Massenbelegung von weniger als 400 mg je cm2 besitzt. Das Gitter besteht beispielsweise aus Kohlefaserverbundwerkstoff oder aus dünnen Polymethylmethacrylat-Stäben. Im Boden (12) befinden sich mindestens ein Detektor (9) für ionisierende Strahlung. Der Messabstand (10) zwischen dem Messschwerpunkt (13) des Detektors (9) und der Anlagefläche an dem zu prüfenden Schutzgehäuse (3) beträgt in dem Beispiel 100 mm. Durch eine längere oder kürzere Gitterstruktur (11) ist auch ein anderer Abstand möglich. Der Innenraum des Abstandshalters (1) ist luftoffen und somit für Strahlung frei zugänglich. Das mit der Hand geführte Strahlungsmessgerät berührt mit dem Gleitring (14) die Oberfläche des zu prüfenden Schutzgehäuses (3). Die Anlagefläche des Abstandshalters ist Frontebene des Gleitringes (14). Sie liegt ca. 3 mm vor der Eintrittsöffnung (17). Durch das Verschieben des Abstandshalters (1) per Hand auf der Wand des Schutzgehäuses wird nacheinander die Strahlungsexposition aus den Löchern und dann auch die das Gehäuse durchdringende Strahlung im konstanten Abstand von 100 mm erfasst. Mindestens ein Segment (14a) des Gleitring betätigt beim Andrücken an die Schutzgehäusewand einen darunterliegenden Druckschalter (15). Im Fall des betätigten Druckschalters (15) wird der gespeicherte Messwert mit dem Wert des Abstandes (10) ergänzt. Beim Abfahren des Schutzgehäuses gibt das Strahlungsmessgerät (2) einen Ton ab, dessen Tonhöhe mit dem empfangenen Photonenfluss der Strahlung korreliert.
-
2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer luftdicht verschließenden Kunststofffolie (16). Die Massenbelegung der aus Polyester bestehenden Kunststofffolie (16) beträgt weniger als 3 mg je cm2. 2a ist die linke Draufsicht der 2. Der Innenraum des Abstandshalters (1) ist als Ionisationskammer ausgebildet. Zur Verbesserung der Anzeigeempfindlichkeit ist der Innenraum mit dem Edelgas Argon gefüllt. 3 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem luftoffenen Messraum und einer abschirmenden Platte (18) gegen die frontale Strahlung. Die abschirmende Platte (18) besteht beispielsweise aus 2 mm dickem Stahlblech oder 1 mm dickem Blei oder Zinn. 3a ist die linke Draufsicht der 3. Die offene Gitterstruktur (11) lässt die seitliche Strahlung (8) und die Umgebungsstrahlung zum Detektor (9) hindurch. 4 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem luftoffenen Messraum und einem abschirmenden Zylinder (19) zum Sperren der seitlichen Strahlung (8). Der abschirmende Zylinder besteht beispielsweise aus 2 mm dickem Stahlblech oder 1 mm dickem Blei oder Zinn. Die direkte Strahlung (7) gelangt ungehindert zum Detektor (9). 5 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem luftoffenen Messraum und drei unterschiedlichen Detektoren. Der Detektor (9a) registriert die Ortsdosisleistung und der Detektor (9b) die gerichtete Äquivalentdosisleistung. Das Spektrometer (9c) erfasst das Photonenspektrum der ionisierenden Strahlung. Durch einen offenen Zylinder aus Wolfram oder Blei mit einer Wandstäke von ca. 2 mm, der den jeweiligen Detektor dicht umgibt, wird die seitliche Einstrahlung von ionisierender Strahlung (8) unterbunden. Die Richtungsempfindlichkeit des jeweiligen Detektors wird dadurch verbessert.
-
In 5. ist ein ausziehbarer Handgriff (23) am Boden (12) befestigt. Mit dem ausgezogenen Handgriff (23) ist eine Abstandsvergrößerung zwischen der bedienenden Person und der Strahlungsquelle (25) bzw. dem zu untersuchenden Schutzgehäuse (3) einstellbar. Der größere Personenabstand ist von Vorteil, weil die Dosisleistung umgekehrt zum Quadrat der Messentfernung abnimmt. Bei einer Verdreifachung des Abstandes vom Schutzgehäuse (3) bis zur Hand der Person, sinkt die Körperdosisleistung an der Hand des Bedieners auf ungefähr 1/9 des Ausgangswertes. Das ist ein großer Vorteil bei Erstmessungen an unbekannten Strahlungsquellen. Der ausziehbare Handgriff (23) besitzt in Nähe der Hand des Bedieners einen Schalter (24), mit dem die Messung ausgelöst wird. Durch das Ausziehen des Handgriffes (23) sind in der Praxis Entfernungen von über 1,5 m zwischen der Hand und dem Abstandshalter (1) erreichbar. Der Abstandshalter (1) mit eingebauten Detektoren (9), aber ohne Handgriff (23), hat etwa die folgenden Abmessungen: Außendurchmesser ca. 80 mm und Länge ca. 140 mm. In 6 ist ein Deckel 20) mit den Referenzstrahlern (21) und (22) auf dem Abstandshalter (1) zur Kontrolle der ordnungsgemäßen Funktion aufgesetzt. Der Strahler (21) ist beispielsweise ein Aktivitätsnormal mit dem Isotop Cd-109 mit einer Aktivität von < 300 Bq, die unter der gesetzlichen Freigrenze liegt und deshalb ohne besondere Genehmigung benutzt und transportiert werden darf. Das Isotop emittiert Strahlung mit einer Energie von 20,1 keV und 25,01 keV. Seine Halbwertszeit beträgt 462,1 Tage. Das Aktivitätsnormal (22) aus dem Isotop Ba-133 emittiert seine Strahlung zum Beispiel bei der Energie von 30,85 keV und 35,14 keV mit einer Aktivität von < 300 kBq. Seine Halbwertszeit beträgt 10,54 Jahre. Die anfängliche Strahlungsemission der Referenzstrahler (21) und (22) ist aus dem behördlichen Prüfbescheid bekannt. Die Halbwertszeit der Referenzstrahler ist ebenfalls bekannt, so dass zu jedem Zeitpunkt die tatsächliche Dosisleistung der Referenzstrahler als Funktion der Zeit und des Abstandes von den Detektoren (9) berechnet werden kann. Der berechnete Referenzwert wird mit dem angezeigten Wert der Dosimeter (9) verglichen, so dass eine fehlerhafte Messwertausgabe ermittelt werden kann. Der Deckel mit den Referenzstrahlern wird vor und nach der Durchführung einer Messreihe zur Bestimmung der Strahlungssicherheit von Schutzgehäusen benutzt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Abstandshalter
- 2
- Strahlungsmessgerät
- 3
- Schutzgehäuse
- 4
- Loch
- 5
- Fenster
- 6
- Innere Strahlung
- 7
- direkter Strahlungsanteil
- 8
- seitlicher Strahlungsanteil
- 9
- Detektor
- 9a
- Detektor für Ortsdosisleistung
- 9b
- Detektor für Äquivalentdosisleistung
- 9c
- Spektrometer
- 10
- Abstand
- 11
- Gitterstruktur
- 12
- Boden
- 13
- Messschwerpunkt
- 14
- Gleitring
- 14a
- Segment des Gleitrings
- 15
- Druckschalter
- 16
- Kunststofffolie
- 17
- Eintrittsöffnung
- 18
- Platte
- 19
- Zylinder
- 20
- Deckel
- 21
- Strahler für ionisierende Strahlung
- 22
- Aktivitätsnormal für ionisierende Strahlung
- 23
- Handgriff
- 24
- Schalter
- 25
- strahlende Quelle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 945110 [0008]
- DE 1143276 [0008]
