DE2829960C2 - Neutronen-Personendosimeter - Google Patents

Neutronen-Personendosimeter

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DE2829960C2 DE19782829960 DE2829960A DE2829960C2 DE 2829960 C2 DE2829960 C2 DE 2829960C2 DE 19782829960 DE19782829960 DE 19782829960 DE 2829960 A DE2829960 A DE 2829960A DE 2829960 C2 DE2829960 C2 DE 2829960C2
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Setsuko Saito
Sinso Takeda
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DORYOKURO KAKUNENRYO KAIHATSU JIGYODAN TOKIO/TOKYO JP
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    • G01T1/02—Dosimeters
    • G01T1/10—Luminescent dosimeters
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Description

Die Erfindung betrifft ein Neutronen-Personendosimeter der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art. Ein derartiges, aus der DE-OS 27 55 995 bekanntes Dosimeter liefert ausgezeichnete Ergebnisse und kann getrennt die Bestrahlungsdosen von thermischen Neutronenstrahlen und schnellen Neutronenstrahlen messen.
Aus der US-PS 37 61 710 ist ein weiteres Personendosimeter mit. mehreren Dosimetereinheiten bekannt, bei dem ein Bleifilter oder ein Kupferfilter vorgesehen ist, das dazu dient, weiche Gammastrahlen abzuschirmen sowie Betastrahlen zurückzuhalten. Dieses bekannte Dosimeter kann schnelle Neutronenstrahlen nicht messen, da nur ein Dosimeterelement vorgesehen ist, das für thermische Neutronen und Gammastrahlen empfindlich ist.
Aus der US-PS 37 25 659 ist es weiterhin bekannt, bei einem Personendosimeter Zinn- und Cadmiumfilter zu verwenden, um eine Information über die Höhe und das Energiespektrum von Gammastrahlen zu erhalten, indem Filter mit verschiedener Stärke verwandt werden. Die dabei verwandten thermolumineszenten \ Dosimeterelemente sir.d für ?--eutronenstrahIen unempfindlich, wobei die thermische Neutronenstrahlung ™ über eine (n, y)-Reaktior. des Neutroneneinfangs gemessen wird. Dieses bekannte Dosimeter ist hauptsächlich zur Messung der Gammast ihlung bestimmt.
Aus der US-PS 35 62 480 ist ein Personendosimeter zum Messen von Neutronenstrahlen bekannt, bei dem die schnellen Neutronen und die epithermischen Neutronen mit einer Energie über der Cadmiumgrenzenergie zu thermischen Neutronen moderiert werden und die sich daraus ergebenden thermischen Neutronen mit dafür empfindlichen Detektoren gemessen werden. Bei einem derartigen Aufbau werosn die Dosis der schnellen Neutronen und eine gewisse Energieinformation über die Neutronenstrahlen unter Ausnutzen der verschiedenen Empfindlichkeiten von Dosimeterelementen erhalten.
Da die einfallenden thermischen Neutronenstrahlen durch Cadmium blockiert werden und durch das Dosimeter nicht gemessen werden, kann die Dosis der thermischen Neutronen bei diesem bekannten Dosimeter nicht getrennt gemessen werden. Weiterhin werden sowohl die epithermischen als auch die schnellen Neutronenstrahlen gleichzeitig zu thermischen Neutronenstrahlen moderiert, so daß es unmöglich ist zu be- &
stimmen, welche Neutronenstrahlen zu der gemessenen Neutronendosis beitragen, und somit eine separate |
Messung der Neutronen in den drei verschiedenen Energiebereichen nicht möglich ist.
Beim Messen der persönlichen Gesamtbestrahlungsdosis von Neutronenstrahlen unter Verwendung eines Neutronenstrahlendosimeters ist es jedoch wichtig, eine Energieinformation über die auftretenden Neutronenstrahlen zu erhalten. Bei den bekannten Neutroneadosimetern ist es jedoch schwierig, eine Information über die Energieverteilung der Neutronenstrahlen zu erhalten, da es unter anderem unmöglich ist, den Einfluß der epithemiischen Neutronenstrahlen auf das Dosimeterelement für die Ermittlung der Dosis der schnellen Neutronenstrahlen auszuschalten. |
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, ein Neutronen-Personendosimeter der E
im Oberbegriff des Patentanspruches angegebenen Art so weiterzubilden, daß es auch den Anteil der Dosis dr.r epithermischen Neutronen und deren Anteil in der Energieverteilung getrennt mißt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Kennzeichhens des Patentanspruchs gelöst.
Da bei dem erfindungsgemäßen Personendosimeter das Dosimeterelement der vierten Dosimetereinheit für thermische und epithermische Neutronen sowie für Gammastrahlen empfindlich und zwischen Cadmium-
filtern angeordnet ist, erzeugen die schnellen Neutronen, die beim Auftreflen auf den menschlichen Körper, g
ί an dem das Personendosimeter getragen wird, abgebremst und somit in thermische und epithermische ■· -M Neutronen umgewandelt werden, die gestreut werden und von der Rückseite wieder auf die Dosimeterein- |
heiten fallen, eine Thermolumineszenz am Dosimeterelement der vierten Dosimetereinheit nur aufgrund des Anteils der epithermischen Neutronen, während andererseits das Dosimeterelement der zweiten Dosimeter-
einheit eine Thermolumineszenz aufgrund des Anteils der thermischen sowie der epithermischen Neutronen |
erzeugt, die durch das zugeordnete Zinnfilier hindurchgehen. In dieser Weise wird im Rückschluß über die |
Messung der vom menschlichen Körper reflektierten thermischen und epithermischen Neutronen der Anteil der auf den menschlichen Körper fallenden schnellen Neutronen gemessen.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:
Fig. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dosimeters in einer schematischen Ansicht.
Fig. 2 zeigt eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Beispiels der ersten Dosimetereinheit.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, besteht das Ausfuhrungsbeispiel aus vier Dosimetereinheiten, d.h. aus einer ersten bis vierten Dosimetereinheit, die nebeneinander angeordnet sind. Die erste Dosimetereinheit I besteht aus einem Zinnfilter 11, einem Dosimeterelement 21, das sowohl für thermische Neutronen- als auch für Gammastrahlen empfindlich ist, und aus einem Kadmiumfilter 31, die in der angegebenenen Reihenfolge angeordnet sind. Bei der zweiten Dosimetereinheit II ist die relative Lage der Bestandteile der Anordnung bei der ersten Dosimetereinheit I entgegengesetzt. D. h., daß das Kadmiumfilter 32, das Dosimeterelement 22, das sowohl für thennische Neutronen- als auch für Gammastrahlen empfindlich ist, und das Zinnfüter 12 in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Die dritte Dosimetereinheit III besteht aus einem Dosimeterelement 23, das sowohl für thermische Neutronen- als auch für Gammastrahlen empfindlich ist, sowie aus Kadmiumfiltern 33 und 34, die an der Vorderseite und der Rückseite des Dosimeterelementes 23 angeordnet sind. Die vierte Dosimetereinheit IV besteht aus einem Dosimeterelement 44, das für Gammastrahlen empfindlich ist und aus Zinnfiltern 13 und 14, die an der Vorderseite und der Rückseite des Dosimeterelementes 44 angeordnet sind.
Als thermolumineszente Dosimeterelemente 21, 22, 23, die sowohl für thermische Neutronen- als auch für Gammastrahlen empfindlich sind, kann ein Gemisch aus Li6F- und CaSO4(Tm)-Pulverr ■ erwendet werden. Wenn thermische Neuironensirahien auf diese therrnöilüoreszenien Dcsirneterelernentc 21. 22 und 23 fallen, wird aufgrund der Li6(w, a)H3 Reaktion des Li6 eine Thermofluoreszenz erhalten, die proportional zur thermischen Neutronenfiuenz ist. Der Wirkungsquerschnitt von Li6, bezogen auf thermische Neutronen, ist sehr groß und beträgt etwa 1000 Barn, d.h. 10~21 cm2. D.h., daß dieses Material für thermische Neutronen-Strahlen hochempfindlich ist. Der Wirkungsquerschnitt von Li6 für schnelle Neutronen mit einer Energie von beispielsweise 1 MeV ist jedoch extrem niedrig und beträgt nur 0,3 Barn, d.h. 0,3 χ 10"24 cmJ. Die Dosimeterelemente können daher als für schnelle Neutronen unempfindlich angesehen werden. Als Element 44, das für Gammastrahlen empfindlich ist, kann ein Pulvergemisch aus Li7F und CaSO4(Tm) verwandt werden. Dieses Element 44 wird zur Kompensation der Gammastrahlen zur Zeit der Messung der Neutronenstrahlen verwandt.
Fig. 2 zeigt eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der ersten Dosimetereinheit I gemäß der Erfindung. Die erste Dosimetereinheit I umfaßt vertikal geteilte halbzylindrische Filtersegmente aus Zinn 11 und Kadmium 31. Das Dosimeterelement 21 ist in dem hohlzylindrischen Körper eingeschlossen, der von den halbzylindrischen Filtersegmenten 11 und 31 gebildet wird. Die anderen Dosimetereinheiten II, III und IV haben denselben Aufbau. Dieser Aufbau ermöglicht es, den Einfluß von Streustrahlungen und von aus querverlaufenden Richtungen kommenden Strahlungen so klein wie möglich zu halten und dadurch die Meßgenauigkeit zu erhöhen.
Die oben beschriebenen vier Dosimetereinheiten sind üblicherweise im Gehäuse einer Plakette enthalten, so daß sich ein Personenstrahlungsdosimeter für Neutronenstrahlen ergibt, das an die Brust einer der Strahlung ausgesetzten Arbeitsperson geheftet wird. Nach der Benutzung über eine bestimmte Zeitdauer werden die Dosimetereinheiten aus der Plakette einzeln herausgen· .mmen, um die Thermolumineszenz jedes Dosimeterelementes zu messen und seine Strahlungsdosis zu berechnen.
Im folgenden wird die Arbeitsweise eines in dieser Weise aufgebauten Personenstrahlungsdosimeters für Neutronenstrahlen sowie die Art beschrieben, in der die Strahlungsdosen der verschiedenen Neutronenstrahlen berechnet werden. Wenn ein Strahlungsgemisch aus Gammastrahlen y, thermischen Neutronenstrahl nlh, epithermischen Neutronenstrahlen nep und schnellen Neutronenstrahlen nf von vorne auf das Personenstrahlungsdosimeter fällt, zeigt jedes der Dosimeterelemente 21, 22, 23, 44 eine jeweils andere Thermolumineszenz.
Wenn beispielsweise zuerst Gammastrahlen auf jede Dosimetereinheit I, II, III und IV fallen, ergibt sich kein Unterschied in der Abschirmung der Gammastrahlen zwischen den Zinnfiltern 11, 13 und den Kadmiumfiltern 32 und 33. Unter der Annahme, daß die Stärke der Thermolumineszenz jedes Dosimeterelementes 21, 22, 23, 44 aufgrund des Beitrags der Gammastrahlen jeweils L, (γ), L2(γ), L}(y), L4(Y) ist, ergibt sich die folgende Beziehung
L1(Y) = L2M = Li(y)^ L4(Y) (D
Unter der Annahme, daß danach thermische Neutronenstrahlen aufallen, ergibt sich am Dosimeterelement 21 eine Thermolumineszenz mit einer Stärke, die von den durch das Zinnfilter 11 hindurchgehenden thermischen Neutronenstrahien abhängt. Da das Dosimeterelement 22 uabei von dem Kadmiumfilter 32 überdeckt ist, ist es im wesentlichen für die auffallenden Strahlen unempfindlich, wobei jedoch die thermisehen Neutronenstrahlen, die vom menschlichen Körper oder ähniichern reflektiert werden, durch das 3innfilter 12 gehen und eine Thermolumineszenz hervorrufen. Da das Dosimeterelement 23 sowohl/an seiner Vorderseite als auch seiner Rückseite durch Kadmiumfilter 33 und 34 abgeschirmt ist, tritt keine Thermolumineszenz aufgrund der thermischen Neutronenstrahlen auf. Da das Dosimeterelement 44 selbst für thermische NeuXronenstrahlen unempfindlich ist, liefert es keine Thermolumineszenz.
Wenn weiterhin epithermische Neutronenstrahlen auftreffen, tritt am Dosimeterelement 21 eine Thermolumineszenz auf, die /on den durch das Zinnfilter 11 hindurchgehenden epithermischen Neutronenstrahlen abhängt, während am Dosimeterelement 22 durch das Kadmiumfilter 32 hindurch und aufgrund der
epithermischen Neutronen, die vom menschlichen Körper oder ähnlichem reflektiert werden, durch das Zinnfilter 12 hindurch eine Thermolumineszenz auftritt. Obwohl am Dosimeterelement 23 durch das Kadmiumfilter hindurch eine Thermolumineszenz auftritt, ist am Dosimeterelement 44 keine Thermolumineszenz festzustellen, da das Element 44 selbst für epithermische Neutronenstrahlen unempfindlich ist.
Wenn schließlich schnelle Neutronenstrahlen auftreffen, dringen die schnellen Neutronen durch die Dosimeterelemente 21, 22, 23 hindurch, ohne eine wesentliche Thermolumineszenz hervorzurufen, da der Wirkungsquerschnitt von Li6 dieser Elemente Pur schnelle Neutronenstrahlen klein ist, wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde. Da die schnellen Neutronenstrahlera durch den menschlichen Körper oder ähnliches jedoch abgebremst und gestreut werden und in thermische Neutronenstrahlen und epithermische Neutronenstrahlen umgewandelt werden, fällt eine reflektierte Strahlungsmenge wiederum von der Rückseite auf die Elemente. Da in diesem Fall die Dosimeterelemente21,23 durch die Kadmiumfilter31 und 34 abgeschirmt sind, erzeugen sie eine Thermolumineszenz nur aufgrund des Anteils der epi thermischen Neutronenstrahien. Die am Dosimeterelement 22 auftretende Theimolumineszenz berulht andererseits auf dem Anteil der thermischen Neutronenstrahlen sowie der epithermischen Neutronenstraltilen, die durch das Zinnfilter 12 hindurchgehen.
Da jedoch das Dosimeterelement 44 auch für schnelle Neutronenstrahien unempfindlich ist, tritt an diesem Element keine Thermolumineszenz auf.
Es ist somit möglich, die Dosis jeder Neutronenstrahlung dadurch zu bestimmen, daß die Stärke der Thermolumineszenz des Kornpensationseiementes 44 für Gammastrahlen von der Stärke der Thermolumineszenz der Dosimeterelemente 21, 22, 23 abgezogen wird. Die Gesamtstärke L), L2, L) und L4 der Thermolumineszenz der Dosimeterelemente 21, 22, 23, 44 läßt sich die durch die folgenden Beziehungen ausdrucken:
L1 = AnD11, + AnDep + An(E)D,+K Φγ (2)
L2 = A11D11, + A11D,,, + An(E)Dx + ΚΦγ (3)
L3 = AnD11, + An (E)Dj- +ΚΦγ (4)
L4 = ΚΦγ (5) wobei
AnD111 = L(D11,) (6)
AnD^ = L(Drp) (7)
A1AE)D1 = L(D}-,J (8)
- UD;h) (9)
A12D11, = L(Drp) + L(D'!p-,h) (10)
An(E)D, = L(D',-ep) + L(Df.,h) (11)
AnDn, = LU)9) (12)
An(E)D1 = L(D',-ep) (13)
Aus den Gleichungen (7) und (12) und aus den Gleichungen (8) und (13) ergibt sich
An = A^ (14)
An(E) = An(E) (15)
Li Lichtemission des Elementes / (mRad)
Df schnelle Neutronendosis (mRem)
Drp epithermische Neutronendosis (mRem)
D,h thermische Neutronendosis (mRem)
Φ γ γ Strahlungsdosis (mR)
K Empfindlichkeit jedes Elementes für Gammastrahlen (mRad y/mR)
Anti Empfindlichkeit des Detektors m für thermische Neutronenstrahien (mRad y/mRem)
Am2 Empfindlichkeit des Detektors m für epithermische Neutronenstrahien (mRad y/mRem)
Amx Empfindlichkeit des Detektors m für schnelle Neutronenstrahien (mRad y/mRem)
D'j-ep Äquivalentdosis aufgrund des Anteils epithermischer Neutronen aus der Reflexion und Abbremsung
der schnellen Neutronenstrahien durch den menschlichen Körper oder ähnliches
D,-,h Äquivalentdosis aufgrund des Anteils thermischer Neutronen aus der Reflexion und Abbremsung der schnellen Neutronenstrahien durch den menschlichen Körper oder ähnliches
D'rp-,„ Äquivalentdosis aufgrund der thermischen Neutronenstrahlen aus der Reflexion und Abbremsung der epithermischen Neutronen durch den menschlichen Körper oder ähnliches
D\„ Äquivalentdosis aufgrund der thermischem Neutronenstrahlen aus der Reflexion und Abbremsung
der thermischen Neutronenstrahlen durch den menschlichen Körper oder ähnliches
L(Dn) Lichtemission aufgrund des Anteiles jeder Neutronenstrahlenart Dn (mRad y).
£ie Stärken Q1, Q1 und Q3 der Thermolumineszenz der Dosimeterelemente 21, 22,23 nach Abzug des Anteils aufgrund der Gammastrahlen und die Stärke der Thermolumineszenz Q4 aufgrund der thermischen !Neutronenstrahlen ergeben sich aus den folgenden Gleichungen:
10 Q1= L1-L4 = AnD11, + A12Drp + An(E)D, (16)
Q1 = L1-L4 = A11D1n + A22Drp + A23(E)D, (17)
Q3 = L3-L4 = A32Dep + A33(E)D, = A12Dcp + An(E)D, (18)
Q4 = L1-L3 = Q1-Q3= AnD1n (19) Aus Gleichung (19) ergibt sich die Strahlungsdosis D1n für thermische Neutronenstrahlen als
D111= -^. (20)
Aus Gleichung (16) ergibt sich die Äquivalentdosis D, für schnelle Neutronenstrahlen als:
n _ Qi- AnD1n -Ay1D1, _ Q3-A12Drp .
D/ Jn-(E) TnU) · (21)
Aus Gleichung (17) ergibt sich:
D = Qi- A11D11,- A21Drp = Qi-ß,nQ4-A12Dep (22)
f A23(E) A13(E)
ß:k - -T--An
Durch Gleichsetzen der Ausdrücke in Gleichung (21) und Gleichung (22) ergibt sich die Äquivalentdosis Dep der thermischen Neutronenstrahlen als:
= A23 (E) Q3-An (E) Q2 + ß,„An (E) Q4 = A23 (E) Q3-An (E) Q2 + ß,hAn (E) Q4 " A12-An(E)-A13(E)-A22 A11(A13(E)-ßepAn(E))
wobei
In diesem Fall geben j8,Ä und ß,h jeweils die Albedoverhältnisse der thej mischen Neutronenstrahlen und der epithermischen Neutronenstrahlen für den menschlichen Körper wieder.
* Die Äquivalentdosis Df für schnelle Neutronenstrahlen kann aus den Gleichungen (21) und (23) erhalten werden:
Q3-AnDep = Q2-ßepQ3-ßlhQ4 inA^
A13(E) A23(E) -JJ^13 (£)'
Aus den Gleichungen (20), (23) und (24) können schließlich die Dosen für thermische Neutronenstrahlen, epithermische NeutronenstraMen und schnelle Neutronenstrahlen für den menscMichen Körper erhalten werden, indem die Empfindlichkeiten Amu Am1, Am3 jedes Elementes für NeutronenstraMen bestimmt werden.
Im folgenden wird dargestellt, wie die oben erwähnten Empfindlichkeiten Am\, Am1, Am3 bestimmt werden. Wenn das PersonenstraMungsdosimeter zunächst nur mit einer gegebenen StraMungsdosis thermischer NeutronenstraMen bestraMt wird, lassen sich die Gesamtstärken der Thermolumineszenz L1 (DJ, L1(DJ, L3 (DJ und L4 (DJ der Elemente 21,22,23 und 44 durch die folgenden Gleichungen ausdrücken:
L2(DJ = A21D11,
A,,) = ο
L4(Aa) = C
Somit ist
Λ _ /-ι (A*)
Aa
A/, = 421 =
L2(Aa)
Wenn anschließend die Bestrahlung unter Verwendung von epithermischen Neutronenstrahlen mit bekannter Dosis erfolgt, ergeben sich die Gesamtstärken der Thermolumineszenz der Dosimeterelemente 21, 22, 23, 44 als:
Li(Ap) L2(D1.,,) =
L3(A,)=
L4(Ap) - 0.
Aus Gleichung (14) ergibt sich somit:
wobei vorausgesetzt wird, daß keiner der Werte Au, A2\,An,A22 und ^32 von der Neutronenenergie abhängt. Wenn weiterhin eine Bestrahlung nur durch schnelle Neutronenstrahlen mit bekannter Dosis erfolgt, ergeben sich die Gesamtstärken der Thermolumineszenz der Dosismeterelemente als:
L2(Df) = A23(E) Df L3(Pf) = A33(P)Pf
L4(A-) = o.
Aus Gleichung (15) ergibt sich dann:
j m _ , m _ Li(A) _ L3(Pf) AnKt) - Ayii,L·) -
A23(E)
wobei vorausgesetzt wird, daß A π (E), A13 (E) und A23 (E) von der Energie der schnellen Neutronenstrahlen abhängen.
In dieser Weise ist es möglich, die Empfindlichkeit jedes Dosimeterelementes für Neutronenstrahlen zu bestimmen. Unter Verwendung der in dieser Weise erhaltenen Empfindlichkeiten ist es auch möglich, die Dosen für thermische Neutronenstrahlen, epithermische Neutronenstrahlen und schnelle Neutronenstrahl in der oben beschriebenen Weise zu ermitteln. Das erfindungsgemäße Personendosimeter für Neutronenstrahlen ermöglicht somit eine getrennte Erfassung der Strahlungsdosen für thermische Neutronenstrahlen, epithermische Neutronenstrahlen und schnelle Neutronenstrahlen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 60

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Neutronen-Personendosimeter mit einer ersten Dosimetereinheit (I) aus einem für thermische und epithermische Neutronen und y-Strahlen empfindlichen thermolumineszenten Dosimeterelement (21), das zwischen einem Zinnfilter (11) und einem Kadmiumfilter (31) angeordnet ist, mit einer daneben vorgesehenen zweiten Dosimetereinheit (II) aus einem für thermische und epithermische Neutronen und y-Strahlen empfindlichen thermolumineszenten Dosimeterelement (22), das zwischen einem Kadmiumfilter (32) und einem Zinnfilter (12) angeordnet ist, wobei sich das Zinnfilter (11) der ersten Dosimei »,reinheit (I) und das Zinnfilter (12) der zweiten Dosimetereinheit (II) jeweils auf verschiedenen Seiten der zugeordneten Dosimeterelemente (21, 22) befinden, mit einer daneben vorgesehenen dritten Dosimetereinheit (IV) aus einem nur für y-Strahien empfindlichen thermoiumineszenten Dosimetereiement (44), das zwischen Zinnfiltern (13, 14) angeordnet ist, und mit einer neben den anderen Dosimetereinheiten (I, II, FV) vorgesehenen vierten Dosimetereinheit (III) aus einem Dosimeterelement (23), das zwischen Filtern aus gleichem Metall angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosimeterelement
    (23) der vierten Dosimetereinheit (III) für thermische und epithermische Neutronen sowie für y-Strahlen empfindlich und zwischen Kadmiumfiltern (33, 34) angeordnet ist.
DE19782829960 1977-07-07 1978-07-07 Neutronen-Personendosimeter Expired DE2829960C2 (de)

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