DE2534710A1

DE2534710A1 - Dosimeter fuer ionisierende strahlung

Info

Publication number: DE2534710A1
Application number: DE19752534710
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Phys Dr Bauser; Friedrich Dipl Phys Dolezalek; Helmut Dipl Phys Dr Rabenhorst; Werner Ing Grad Ronge
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1975-08-04
Filing date: 1975-08-04
Publication date: 1977-02-17

Description

Dosimeter für ionisierende Strahlung Die Erfindung bezieht sich auf ein für die Messung ionisierender Strahlung vorgesehenes Dosimeter, das eine geschlossene, gasgefüllte Kammer besitzt, in der ein statisches elektrisches Feld besteht und in der die zu messende Strahlung Ladungspaare erzeugt, welche durch das elektrische Feld getrennt werden, wobei die erzeugte Ladung meßbar ist. Es handelt sich also um ein Dosimeter auf der Basis einer gasgefüllten Ionisationskammer, das z.B. zur Überwachung strahlengefährdeter Personen in Isotopen- und Röntgenlabors eingesetzt werden kann. Vom Aufbau und der Dimensionierung des Dosimeters hängt es ab, ob es sich zur Routineüberwachung (Meßbereich 10 4 bis 10 1 J/kg, entsprechend etwa 10 mrem bis 10 rem) oder als Unfalldosimeter (Meßbereich 101 bis 10 J/kg, entsprechend 10 bis 1000 rem) verwenden läßt.
Zur Dosimetrie wird heute eine Reihe verschiedener Meßprinzipien angewandt (z.B. Filmschwärzung, Thermolumineszenz oder Radiolumineszenz in Festkörpern, Ionisationskammern).
Zu den für die Personendosimetrie verwendeten Geräten gehört die Taschenionisationskammer (in zylindrischer Ausführungsform auch Füllhalterdosimeter" genannt). Sie enthält einen Kondensator, der vor der Messung aufgeladen wird und bei Bestrahlung durch die im Gasraum gebildeten Ionen seine Ladung verliert. Im Gegensatz zu vielen der anderen bekannten Dosimeter ist auch bereits mit der Taschenionisationskammer eine nichtlöschende Zwischenablesung und eine einfache sowie rasche Auswertung der Meßergebnisse möglich.
Wichtig ist weiterhin, daß sie durch Wahl der Gasfüllung eine Einstellung der Energieabhängigkeit ermöglicht (Gewebeäquivalenz).
Dennoch ist der Einsatzbereich einer solchen Taschenionisationskammer aus verschiedenen Gründen beschränkt. Vor allem kann sie nicht zur Langzeitüberwachung eingesetzt werden, weil sie u.a. die folgenden nachteiligen Eigenschaften aufweist: - hoher Selbstablauf (d.h. Entladung ohne Bestrahlung) in der Größenordnung von etwa 0,2 bis 2 % der Ladung pro Tag infolge begrenzter elektrischer Isolationsmöglichkeit.
Daraus ergibt sich die Notwendigkeit regelmäßiger Aufladung; in der Praxis ist eine tägliche Nachladung erforderlich.
- kleiner Meßbereich von 1 : 10 bis 1 : 20 für eine Einzelkammer.
- Meßwertveränderung bei Fremdablesung (d.h. Ablesung durch ein Gerät.
- geringe mechanische Stabilität.
- Feuchtigkeitsempfindlichkeit.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Dosimeter zu entwickeln, das zwar die angedeuteten vorteilhaften Eigenschaften einer Ionisationskammer, nicht aber deren Nachteile besitzen sollte; auch die Überwindung einiger, nicht aller, der oben aufgezählten Schwierigkeiten würde eine wichtige Bereicherung der Technik bedeuten, Es hat sich nun gezeigt, daß die vorgenannte Aufgabe mit dem im beigefügten Anspruch 1 beschriebenen Dosimeters in überraschend einfacher Weise gelöst werden kann. In den Unteransprüchen 2 bis 8 sind einige vorteilhafte Weiterbildungen beschrieben.
Im Gegensatz zu der bekannten Ionisationskammer wird also erfindungsgemäß das elektrische Feld nicht durch (mit Hilfe einer äußeren Spannungsquelle aufgebrachte) Ladungen auf Kondensatorelektroden erzeugt, sondern durch die eingeprägten Ladungen (von mehreren Ladungen) von mehreren Elektreten oder - in einer anderen Ausführungsart der Erfindung - durch die Ladung eines Elektreten in Verbindung mit der influenzierten Gegenladung auf einem metallischen Element, wobei insbesondere in diesem Fall außer der (in den beigefügten Abbildungen dargestellten) planaren Anordnung auch eine koaxiale Anordnung möglich ist.
Zur Erzeugung eines ausreichend großen Feldes in der erfindungsgemäß vorgesehenen Ionisationskammer befindet sich in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung an dem nach außen (d.h. vom Kammerninneren weg) weisenden Elektretfeld eine dünne, strahlendurchlässige Metallschicht (z.B. aus Aluminium).
Eine isolierende Zwischenschicht zwischen dem Elektret und der Metallschicht ist erforderlich, wenn die Ladungsdichte auf dem Elektreten relativ hoch ist, d.h. größer als etwa As/cm2, um ein Übertritt von Ladung auf die Metallschicht zu verhindern. Die Influenzladungen in der Metallschicht binden sozusagen die Feldlinien von den Ladungen an den Außenseiten der Elektrete (bzw. des Elektrets), so daß die von den Ladungen an den Innenseiten der Elektrete ausgehenden Feldlinien zum großen Teil die Ionisationskammer durchsetzen.
Zweckmäßigerweise ist diese Metallschicht an der Innenseite einer strahlendurchlässigen Kapsel mit Deckel angebracht.
Zur Messung der erzeugten Ladung wird der Deckel und damit die Metallschicht an dem oder einem der Elektrete entfernt.
Über eine äußere Feldsonde kann dann berührungsfrei die erzeugte Ladung gemessen werden Bei der Dimensionierung, die den nachstehend beschriebenem und in den beigefügten Abbildungen gezeigten Ausführungsbeispielen zugrunde liegt, läßt sich die erzeugte Ladung mit größerer Empfindlichkeit als die Elektretladung messen Durch diesen Effekt wird die Messung genauer als bei einer Differenzmessung der Ladungen, wie sie bei der üblichen Ionisationskammer angewandt wird.
Vorteilhafte Elektretmaterialien sind bekanntlich PTFE (Polytetrafluoräthylen), FEP (Polyfluoräthylenpropylen) und andere, die mit stabilen Ladungsdichten bis zu 8 . 10-8 As/cm2 beaufschlagt werden können. Diese Materialien halten ihre Ladung über Jahrzehnte.
Mit dem erfindungsgemäßen Dosimeter werden die zuvor genannten Nachteile bekannter Geräte auf der Basis von Taschenionisationskammern überwunden und gleichzeitig deren prinzipielle Vorteile ungemindert beibehalten0 Gegenüber einer Taschenionisationskammer besitzt das erfindungsgemäße Dosimeter - größere elektrische Stabilität, doho geringerer Selbstablauf (unter 0,03 % pro Tag); es ist eine wichtige Voraussetzung, um das Dosimeter ohne Nachladung über einen längeren Zeitraum von zoB mehreren Monaten einsetzen zu können, - Außerdem ist bei dem erfindungsgemäßen Gerät der Meßbereich erheblich größer, mit der Folge, daß sich der gesamte geforderte Meßbereich mit einem vergleichsweise kompakten, nur aus wenigen Elementen bestehenden Meßgerät erfassen läßt - Bei Fremdablesung erfolgt keine Meßwertveränderung.
- Die Feuchtigkeitsempfindlichkeit ist vergleichsweise sehr gering, was insbesondere bei Langzeitbetrieb wichtig ist - Das Ladungsbild läßt sich bei Bedarf auch xerografisch entwickeln, so daß neben der Gesamtdosis auch die räumliche Dosisverteilung der Strahlung ermittelt werden kann0 Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Erläuterung weiterer Einzelheiten sowie aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Abbildungen hervor.
Es zeigen in schematischer Vereinfachung: Figur 1 den Querschnitt durch ein flaches, zylinderförmiges Dosimeter gemäß einer Ausführungsart der Erfindung, und Figur 2 in gleicher Darstellung eine weitere Ausführungsart der Erfindung.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 stehen sich zwei Elektrete 4', 4'i mit ihren ungleichnamig geladenen Flächen gegenüber; sie sind durch einen Distanzring 5 getrennt, Die Elektrete 4', 4'2 und der Distanzring 5 bilden die Begrenzung der gasgefüllten Ionisationskammer 12. Die Elektrete 4', 4" sind nach außen mit einer hochisolierenden Zwischenschicht 3', 3'' abgedeckt und durch einen Spannring 2 befestigt Die Anordnung befindet sich in diesem Beispiel in einer allseits strahlendurchlässigen Kapsel, an deren Innenseite ein strahlendurchlässiger Metallbelag 7, nämlich ein Aluminiumbelag, aufgebracht ist; der Deckel 1 dieser Anordnung ist abnehmbar ausgebildet, weil er zur Messung der erzeugten Ladung entfernt werden mußO Das hier bevorzugte Dosimeter besaß einen Durchmesser von D = 30 mm und eine Höhe von H = 10 mm.
Die durch die Strahlung erzeugten Ionen in der gasgefüllten Ionisationskammer 12 wandern im elektrischen Feld an die Elektretoberfläche und neutralisieren dort, doh. an der Innenseite der Elektrete, die Ladung0 Als Folge hiervon entsteht nach Abnehmen des Deckels 1 zwischen dem darunterliegenden Elektret 4' und einer (nicht gezeigten) zur Messung in bestimmtem Abstand darüber angebrachten Feldsonde ein größeres Feld als vor der Bestrahlung Wurde die Elektretdicke wesentlich kleiner als der Abstand zwischen den Elektreten gewählt, war die durch die Ionenladung erzeugte Komponente des äußeren Feldes relativ größer als die von der Elektretladung herrührende. Infolgedessen kann die Strahlendosis, zu der die Ionenladung proportional ist, mit höherer Genauigkeit ermittelt werden - im Vergleich zu dem Fall, daß das äußere Feld nur zur Differenz zwischen Elektretladung und Ionenladung proportional wäre Der Grund hierfür liegt darin, daß im Falle der Elektretladung der Abstand zur Gegenladung (auf der anderen Seite des Elektrets)kleiner ist als im Falle der lonenladung (Gegenladung am anderen Elektret) In der folgenden Tabelle werden die Meßbereiche für Gammastrahlen angegeben, die bei einer Anordnung nach Figur 1 erhalten wurden, Dabei betrug die Dicke der Elektrete 4', 4' und der isolierenden Zwischenschichten jeweils 0,13 mm und der Abstand der äußeren Meßsonde vom oberen Elektret 4' (nach Entfernen des Deckels 1) 7 mm. Als Meßsonde wurde eine Feldsonde mit dem Meßbereich 0,01 bis 40 kV/cm benutzt.

Meßbereiche für Gammastrahlen

Dicke der gasgefüllten Kammer

(= Abstand zwischen den Elektreten 4', 4'

in Figur i)

= 8 mm 4 mm ~~ 1 mm

= 10 Acm2 0,005 - 0 8 rem 0 02 - 2 rem 0,2 - 7 rem

1

= 5.10-9 0,03 - 9 rem 0,1 - 18 rem 2 - 70 rem

(1 t1 : 300) (1 : 180) (1 : 35)

+a

+ 10'8 - 0 3 - 90 rem 1 - 180 rem 20 - 700 rem

0,3

(1 : 300) (1 : 180) (1 : 35)

Der Durchmesser D der gesamten Dosimeterzelle lag in diesem Beispel zwischen 30 und 60 mm, und die Höhe H, je nach Elektretabstand zwischen 5 bis 15 mm.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zwar nicht gezeichnet ist, aber anhand der beigefügten Figur 1 näher erläutert, wird der untere Elektret 4" in Figur 1 weggelassen. Dadurch entstanden auf der unteren Metallschicht 7 Influenzladungen als Folge der Elektretladungen, so daß sich zwischen dem Elektret 4' und der Metallschicht 7 (und zwar die untere Metallschicht) das für die Ionisationskammer 12 benötigte Feld aufbaut.
Die Ionisationskammer 12 könnte auch zylinderförmig aufgebaut werden - und nicht planar, wie in den Zeichnungen -wobei dann ein Elektret als Zylindermantel und in der Zylinderachse ein Draht als metallisches Element angeordnet werden könnte. Das Elektret wird in diesem Fall zweckmäßigerweise mit einer strahlendurchlässigen Metallschicht umgeben, die mit dem konzentrierten Draht leitend zu verbinden wäre.
Eine weitere Ausführungsart der Erfindung ist in Figur 2 dargestellt. Hier ist die Ionisationskammer 13 durch eine isolierende Folie oder Platte unterteilt, die in ihrer Fassung 9 herausnehmbar ist. Dadurch wird der Meßbereich der Dosimeterzelle im Vergleich zu der Ausführungsart nach Figur 1 erweitert. Wird nämlich als Elektret 4', 4" ein hochaufgeladener Elektret verwendet, so kann man in der bisher beschriebenen Weise relativ hohe Strahlungsdosen messen, während die Messung niedrigerer Werte verschlechtert wird, vergleiche hierzu die vorangegangene Tabelle. Die beidseitigen Distanzringe sind in Figur 2 mit 10 bezeichnet.
Wird die herausnehmbare Isolierfolie oder Isolierplatte 8 vorher nicht oder nur wenig aufgeladen, kann man nach dem Herausnehmen zusätzlich auch kleine Ladungen und damit relativ kleine Strahlungsdosen mit hoher Empfindlichkeit messenO Mit einer solchen Anordnung läßt sich ein Gesamt - Meßbereich 1 : 1000 oder sogar noch ein größerer Bereich erreichenO Ein ähnlicher Effekt wie bei der Anordnung nach Figur 2 läßt sich auch dadurch erzielen, daß im Inneren der Ionisationskammer 12 eine herausnehmbare Zwischenfolie oder Platte auf einem der beiden Elektrete 4' oder 4" aufgelegt wird, wobei man dann wieder nach dem Herausnehmen dieser Folie oder Platte die erzeugte Ladung mit einer Meßsonde ermittelt.

Claims

Patentansprüche

1. Dosimeter für ionisierende Strahlung, mit einer geschlossenen, gasgefüllten Kammer, in der ein statisches elektrisches Feld besteht und in der die zu messende Strahlung Ladungspaare erzeugt, die durch das elektrische Feld getrennt werden, wobei die erzeugte Ladung meßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des elektrischen Feldes ein oder mehrere Elektrete (4', 4") vorhanden sind und daß die erzeugte Ladung durch die geänderte Feldstärke zwischen dem oder einem der Elektrete (4') und einer äußeren Meßsonde feststellbar ist.

2o Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld zwischen einem Elektreten (4', 4") und einem metallischen Element verläuft.

3. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld zwischen zwei Elektreten (4', 4") verläuft.

4. Dosimeter nach einem der Ansptüche 1 - so dadurch gekennzeichnet, daß die gasgefüllte Kammer (13) zwischen den Elektreten (4', 4") durch eine mittels einer Fassung (9) herausnehmbare isolierende Folie oder Platte (8) unterteilt ist, an der nach Herausnehmen die erzeugte Ladung mit einer Meßsonde meßbar ist.

5. Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß im Inneren der Kammer (12) eine herausnehmbare Zwischenfolie oder -platte auf eine der beiden Elektrete (4', 4") aufliegt, an der nach Herausnehmen aus der Kammer die erzeugte Ladung mit einer Meßsonde meßbar ist.

6. Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Elektrete (4', 4") auf ihrer Außenfläche, d.ho auf der von der gasgefüllten Kammer (12, 13) abgewandten Seite, mit einem strahlungsdurchlässigen Metallbelag (7) versehen sind und daß zur Messung der Metallbelag von demjenigen Elektreten (4') entfernbar ist, dessen äußeres Feld zur Meßsonde gemessen wird.

7. Dosimeter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektreten (4', 4") und den jeweiligen Metallbelägen (7) zusätzlich eine elektrisch isolierende Zwischenschicht (3', 3") eingefügt ist.

8. Dosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gezeichnet, daß die gesamte Anordnung in einem allseitig strahlungsdurchlässigen Gehäuse (1, 6) angeordnet ist, dessen Deckel (1) zur Messung der erzeugten Ladung zusammen mit dem Metallbelag (7) für denjenigen Elektreten (4'), dessen äußeres Feld zur Meßsonde gemessen wird, entfernbar ist.

Leerseite