DE3100868C2

DE3100868C2 - Thermolumineszenzdosimeter zur Ermittlung der Dosis in Abhängigkeit von der Gewebetiefe

Info

Publication number: DE3100868C2
Application number: DE3100868A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. 5170 Jülich Keller
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1981-01-14
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1986-07-24
Also published as: FR2497959B1; DE3100868A1; US4506157A; FR2497959A1

Abstract

Zur Ermittlung der Dosis in Abhängigkeit von der Gewebetiefe, insbesondere der Äquivalenzdosis in einer Gewebetiefe von 70 μm, wird gemäß der Erfindung ein Thermolumineszenzdosimeter mit einer als β-Fenster wirkenden dünnen Abdeckung mit zumindest einer, vorzugsweise jedoch drei, Thermolumineszenzdosimeterscheiben vorgesehen, die deckungsgleich angeordnet sind und ein Dickenverhältnis von etwa 1 : 3 : 7 aufweisen. Besonders zweckmäßige praktische Ausgestaltungen, insbesondere für die Dosimetrie an Händen, werden angegeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Thermolumineszenzdosimeter mit einer als ß- Fenster wirkenden dünnen Abdeckung mit einer Dicke von maximal etwa mg/cm² und einer daran angrenzenden dünnen Thermolumineszenzdosimeterscheibe sowie zwei nachfolgenden weiteren TLD-Scheiben von größerer Dicke, von denen die vom Fenster aus gerechnet letzte eine Dicke von mindestens 90 mg/cm² aufweist.

Thermolumineszenzdosimeter sind bekannt und bestehen aus einem Material, das durch Einstrahlung von Kernstrahlung, wie insbesondere ß- oder ^Strahlung, in einen energiereichen, angeregten Zustand versetzt und durch Erwärmen in den Grundzustand zurückgebracht wird. Das dabei ausgesandte Licht wird erfaßt und dient zur Bestimmung der empfangenen Dosis. Als gewebeäquivalentes Detektormaterial eignen sich u. a. in Teflon eingebettete LiF-Kristalle.

Bei der Überwachung von Personen, die einer Strahlung mit nur relativ geringer Eindringtiefe, wie /?-Strahlung, ausgesetzt sind, ist nun die Kenntnis des Dosisverlaufs in der Haut wichtig, wobei insbesondere die Bestimmung der empfangenen Dosis in der für besonders strahlungsempfindlich gehaltenen Basaltschicht der Keimschicht (Stratum germinativum) von Bedeutung ist, die sich in einer Tiefe von etwa 70 μπι von der Hautoberfläche befindet.

Da die Eindringtiefe der /-Teilchen unterschiedlich und das Energiespektrum der zu erfassenden ^-Strahlung im allgemeinen nicht bekannt ist, wird die Ermittlung der Strahlenbelastung in einer bestimmten Tiefe unter der Hautoberfläche problematisch:

Theoretisch müßte eine unendlich dünne Dosimeterscheibe hinter einem entsprechend der interessierenden Tiefe unter der Hautoberfläche angepaßten Absorber verwendet werden. In der Praxis ist eine solche Anordnung jedoch wegen der dann viel zu geringen Meßempfindlichkeit und der unzureichenden Nachweisgrenze völlig unbrauchbar. Man verwendet daher in der Praxis Scheiben endlicher Dicke und nimmt bewußc gewisse Meßfehler in Kauf; dabei ist bei relativ dicken Scheiben zwar die Meßempfindlichkeit größer und die Nachweisgrenzen günstiger, jedoch wird die Aussage über die in einer bestimmten Tiefe empfangene Dosis um so stärker verfälscht, je höher der Anteil an niederenergetischen /-Teilchen ist, deren Reichweite geringer ist als die Dicke der Dosimeterscheibe, während mit zu dünnen Detektor-Scheiben Meßfehler wegen der Unempfindlichkeit in Kauf genommen werden müssen und wegen der statistisch bedingten schlechten Nachweisgrenze kleine Dosiswerte nicht mehr erfaßt werden können.

Bislang wird die empfangene Dosis mit Thermolumineszenzdosimeterscheiben ermittelt, deren Dicke von den verschiedenen Stellen unterschiedlich gewählt wird, und zwar werden entweder dünne Scheiben mit einem Flächengewicht um 5—10mg/cm², d.h. einem der zu betrachtenden Tiefe unter der Hautoberfläche entsprechenden Flächengewicht, verwendet oder aber relativ dicke Scheiben von z. B. ca. 240 mg/cm² Flächengewicht hinter einem dünnen Fenster von ca. 5 mg/cm² (siehe H.W. Julius u.a. in Nucl. fcstr. a-.,d Meth. 175 (1980) 153—155). Mit solchen dicken TLD-Scheiben kann zwar die insgesamt im Volumen der Scheibe empfangene /-Dosis, nicht aber die Dosis in der gesetzlich vorgesehenen Tiefe mit hinreichender Genauigkeit ermittelt werden.

Für die Bestimmung der ß- und γ- Dosis wird von G. Uchrin in Nucl. Instr. and Meth. 175 (1980) 173-175 ein Dosimeter mit drei TLD-Scheiben beschrieben, bei dem hinter einem dünnen Fenster von 1 mg/cm² eine erste /-empfindliche TLD-Scheibe von ca. 53 mg/cm² angeordnet ist, an die ein Al-Filter, eine zweite TLD-Scheibe von ca. 210 mg/cm² und ein Pb-Filter und eine dritte TLD-Scheibe von ca. 210 mg/cm² anschließen.

Wie Modellrechnungen zeigen, ist der Fehler der mit einer solchen /-empfindlichen TLD-Scheibe mittlerer Dicke ermittelten Gewebedosis, insbesondere bei Einstrahlung weicher/-Energien (< 0,2 MeV), noch relativ groß.

In der nachveröffentlichten US-PS 42 86 165, Sp. 2, Z. 36-51, ist die Druckschrift Charles »The Development of a Practical 5 mg/cm² Skin Dosimeter« in Proc. of the 5^th Internat Conf. on Lumin. Dosimetry, Sao Paulo, Brasilien 1977, Seiten 313—323 erwähnt, aus der es bekannt ist, daß auch Differenzmessungen mit zwei nebeneinander hinter einem 5 mg/cm²- bzw. 10 mg/ cm²-Fenster angeordneten dicken TLD-Scheiben für eine empfindliche und einigermaßen genaue Ermittlung der Gewebedosis nicht befriedigend sind.

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Ziel der Erfindung ist daher ein Thermolumineszenzdosimeter, das eine präzisere Ermittlung der in der Basalschicht empfangenen Dosis zuläßt und zusätzlich einen besseren Einblick in den Verlauf der Dosis in der Haut gewährt

Das zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Thermolumineszenzdosimeter der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß die an das /?-Fenster angrenzende Scheibe eine Dicke von 15 bis 30 mg/ cm² und die an oie erste Dosimeterscheibe unmittelbar angrenzende zweite Dosimeterscheibe eine Dicke im Bereich von 30 bis 90 mg/cm² hat, wobei die drei Scheiben deckungsgleich übereinander angeordnet sind.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß für eine Extra- bzw. Interpolation einer Tiefendosiskurve vorzugsweise drei Meßwerte, also drei hintereinanderliegende Thermolumineszenz-Detektoren bzw. -Scheiben, vorgesehen werden sollten, wobei für die Brauchbarkeit der so gebildeten Anordnung die Festlegung der Schichtdicken der Scheiben und der Abdeckfolie entscheidend ist. Diese hängt wiederum von der Energie der einfallenden Strahlung ab sowie von den gewünschten Auswertergebnissen.

Dazu ist es notwendig, daß mit einer — bezogen auf die gewünschte »Meßtiefe« von 7 mg/cm² — relativ dikken ersten Dosimeterscheibe von etwa 15 bis 30 mg/cm² in Kombination mit einem dünnen /-Fenster (z. B. Abdeckfolie) von etwa 1 mg/cm² eine hinreichend genaue Bestimmung der Dosis in 7 mg/cm² Tiefe möglich ist.

Dieses sei wie folgt erläutert: Verwendet man z. B. eine Dosimeterscheibe von 14 mg/cm², so ergibt sich bei vernachlässigbarer Absorption durch das dünne ^-Fenster für den höherenergetischen ß-Anteil des Spektrums — d. h. für/-Teilchen mit einer Energie, die den Detektor durchdringen — in der Dosimeterscheibe zur Tiefe hin ein quasi-linearer Dosisabfall. Die gemessene, über das Dosimetcrvolumen gemittelte Dosis entspricht daher einer Dosis in einer Tiefe von 7 mg/cm². Der immer vorhandene niederenergetische /-Anteil im Energiespektrum, der sich dem höherenergetischen /-Anteil überlagert, bewirkt jedoch, daß sich eine durchhängende Kurve für den Dosisverlauf über die Dosimetertiefe ergibt. Dieses hat zur Folge, daß bei Verwendung einer 14 mg/cm² dicken Dosimeterscheibe, kombiniert mit einem dünnen /-Fenster, die gemessene Dosis bezogen auf die gesuchte Dosis in 7 mg/cm² Tiefe zu einer Überbewertung führt. Daraus folgt, daß die Dosimeterscheibe dicker als 14 mg/cm² sein muß.

Verwendet man hingegen eine sehr dicke Dosimeterscheibe von z. B. 90 mg/cm², so hat dieses andererseits zur Folge, daß die mit dieser Dosimeterscheibe gemessene Dosis, bezogen auf die gesuchte Dosis in 7 mg/cm² Tiefe, stark unterbewertet wird.

Hieraus folgt, daß es für die erste Dosimeterscheibe eine optimale Dicke geben muß, bei der die Dosis in 7 mg/cm² Tiefe mit hinreichender Genauigkeit bestimmt werden kann. Versuche haben ergeben, daß die optimale Dicke der ersten Dosimeterscheibe etwa zwischen 15 mg/cm² bis 30 mg/cm² liegt.

Für die Ermittlung der Körperdosis ist es u. a. wegen der stark variierenden Dicke der Epidermis, insbesondere bei Dosisüberschreitungen weiter wichtig, den Tiefendosisverlauf genauer zu kennen. Es ist also erforderlich, die Dosis noch in verschiedenen Gewebetiefen zu messen. Dieses geschieht gemäß der Erfindung durch die zweite und dritte Dosimeterscheibe. Damit läßt sich durch Extra- bzw. Interpolation der Dosistiefenverlauf feststellen, was für die Beurteilung der erhaltenen Körperdosis notwendig ist.

Ein weiterer Vorteil für die Praxis besteht darin, daß durch mehrere Dosimeterscheiben die gemessenen Dosimeterwerte besser abgesichert sind und damit die Zuverlässigkeit der Dosimeterbestimmung mit Thermolumineszenzdosimetern wesentlich verbessert wird. Insbesondere wird durch die zweite Scheibe eine Kontrolle und eine Empfindlichkeitssteigerung gegenüber dem Meßergebnis der ersten Scheibe erreicht, was speziell bei einer von der ersten Scheibe festgestellten Überdosis wichtig ist. Mit der dritten Scheibe wird harte /-Strahlung mit größerer Reichweite erfaßt und zusätzlich eine gewisse >«-Korrektur der Meßwerte.

Die Wahl des Flächengewichtes der zweiten und dritten Dosimeterscheibe ist weniger kritisch, in der Praxis hat es sich gezeigt, daß es genügt für die zweite und dritte Dosimeterscheibe zwei gleich dicke Scheiben von z. B. ca. 90 mg/cm² zu verwenden.

Soll die Dosis in größerer Gewebetiefe bestimmt werden, so ist es zweckmäßig, zwischen die 2. und 3. Dosimeterscheibe noch eine gewebeäqiv--diente Absorberscheibe einzufügen, so daß ein extra ciickfts Scheibchen nicht erforderlich ist. Ein extra dicker 3. Detektor hätte für die Dosisbestimmung in tieferen Gewebeteilen jedoch den Vorteil einer sehr tiefen Nachweisgrenze und hoher M ^empfindlichkeit.

Meßtechnisch sind Dosimeter zweckmäßig, die als /-Fenster eine relativ dünne Abdeckfolie aufweisen und drei Thermolumineszenzdosimeterscheiben von unterschiedlicher Dicke, etwa im Verhältnis 1:3:7 besitzen, wobei die dem /-Fenster zugewandte Dosimeterscheibe das geringste Flächengewicht aufweist. Das Dickenverhältnis von 1:3:7 ergibt sich, wenn man in Annäherung einen exponentiellen Abfall der Dosis mit der Tiefe annimmt, der Dosisabfall eine Größenordnung betragen und dabei der Dosisabfall in den Dosimeterscheiben in drei gleich hohen Stufen erfolgen so!!.

Abgesehen von der richtigen Dimension der Scheibendicke ist es erforderlich, daß drei Scheiben auf einfache Weise deckungsgleich übereinander angeordnet in gut handbare Form gebracht werden. Bei einer mit einfachen Mitteln leicht herstellbaren Ausführungsform kann die Deckungsgleichheit mit Hiife eines Paßringes erreicht werden, in den die Dosimeterscheiben überdeckt von der Abdeckfolie eingepaßt bzw. eingepreßt werden. Die Unterseite kann eine zusätzliche Bodenplatte erhalten, die ebenfalls in den Paßring eingepreßt werden kann.

Für die Befestigung der Kapsel in einer Kapselhalterung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, an der Bodenplatte zusätzlich eine elastische Lasche anzubringen. Die Lasche kann z. B. an die Bodenplatte angeklebt oder angeschweißt werden (F ig. 1). Eine andere für die Herstellung an größere Stückzahlen gebundene Ausführungsform besteht darin, die Dosimeterscheiben in Folien einzuschweiße;*, derart, daß eine etwas dickere Folie als Träger dient, auf die eine dünne, als /-Fenster dienende Folie aufgeschweißt wird (F i g. 2).

Die auf diese Weise erhaltene Kapsel kann in einen Fingerring oder einen Fingerhut mit entsprechender Öffnung zur Aufnahme der Kapsel eingesetzt werden.

Gemäß einer anderen Variante kann die Kapsel in eine Art Heftpflaster eingesetzt oder in tin mit Kliitt- oder Laschenverschluß versehenes, mehr oder minder langes Band eingelegt werden.

Entsprechende Ausführungsarten solcher Kapseln und Kapselhalterungen werden durch die Zeichnungen veranschaulicht; es zeigt

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Fig. 1 a die Elemente der Kapsel vor dem Zusammenfügen;

Fig. Ib die fertige Kapsel mit eingepaßten Dosimeterscheiben;

F i g. 2 in Folien eingeschweißte Dosimeterscheiben in einer fertigen Kapsel;

F i g. 3 verschiedene Ausführungsformen von Kapselhalterungen.

Die Fig. la und 1 b zeigen den Aufbau einer Dosimeterkapsel mit anhaftender Bodenlasche. Die Einzelteile sind in der beim fertigen Dosimeter gewünschten Reihenfolge in Fig. la !dargestellt, wonach über der (bei Anwendung der Haut am nächsten) Lasche 1 eine Bodenplatte 2 und darüber drei Dosimeterscheiben 3 von unterschiedlicher Dicke angeordnet und von einem ß-Fenster 4 überdeckt werden. Die gesamte Anordnung wird auf einfache Weise in den Paßring 5 eingepreßt, wodurch eine deckungsgleiche Anordnung der Dosimeterscheiben 3 übereinander ohne weiteres gewährleistet wird. Die fertig zusammengesetzte Anordnung ist in Fig. Ibdargestellt.

F i g. 2 zeigt eine Variante, bei der die Bodenplatte 2 und der Paßring 5 weggelassen sind und die Dosimeterscheiben 3 mit Hilfe der etwas verbreiterten, als //-Fenster wirkenden Folie: 4 mit der Bodenlasche 1 verschweißt oder verklebt sind.

Die so hergestellte Anordnung kann leicht in unterschiedliche Halterungen eingesetzt werden, wie sie in F i g. 3 dargestellt sind, die von oben nach unten einen Fingerring, einen Fingerhut, ein Heftpflaster, ein Heftpflaster mit Klettverschluß sowie ein solches mit Laschenverschluß zeigt. Die Bodenlasche I gewährleistet ohne weiteres, daß die Kapsel nicht durch die öffnung der Halterung hindurchfällt. Man könnte jedoch auch durch entsprechende Maßnahmen an der Halterung, wie Vorsprünge oder dergleichen, für einen sicheren Sitz einer gegebenenfalls auch ohne Lasche erzeugten

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

31 OO Patentansprüche:

1. Thermolumineszenzdosimeter mit einer als ß-Fenster wirkenden dünnen Abdeckung mit einer Dicke von maximal etwa 1 mg/cm² und einer daran angrenzenden dünnen Thermolumineszenzdosimeterscheibe sowie zwei nachfolgenden weiteren TLD-Scheiben von größerer Dicke, von denen die vom Fenster aus gerechnet letzte eine Dicke von mindestens 90mg/cm² aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die an das ^"-Fenster angrenzende Scheibe eine Dicke von 15 bis 30 mg/cm² und die an die erste Dosimeterscheibe unmittelbar angrenzende zweite Dosimeterscheibe eine Dicke im Bereich i^ von 30 bis 90 mg/cm² hat, wobei die drei Scheiben deckungsgleich übereinander angeordnet sind.

2. Dosimeter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen der 2. und 3. Dosimeterscheibe eingefügte gewebeäquivalente Absorberscheibe, deren Dicke so bemessen ist, daß die von der 3. Dosimeterscheibe registrierte Dosis der in einer bestimmten interessierenden Tiefe aufgenommenen Dosis entspricht.

3. Dosimeter nach einem der vorangehenden An-Sprüche, gekennzeichnet durch eine Kapselung der Dosimeterscheiben mittels Einschweißen bzw. Verkleben zwischen einer dünnen als /-Fenster dienenden Folie und einer als Träger wirkenden dickeren Folie, auf welche die dünnere aufgeschweißt bzw. aufgeklebt ist.

4. Dosime;er nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kapselung der Dosimeterscheiben mittels der als /f-Fenster dienenden Abdeckfolie in einem eng ar-'iegenden Paßring.

5. Dosimeter nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Kapsclbodcn, der in den Paßring eingepreßt ist.

6. Dosimeter nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine mit dem Kapselboden verbundene elastisehe Lasche.

7. Dosimeter nach Anspruch 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine Kapselhalterung in Form eines Fiirgerringes, Fingerhutes oder eines Heftpflasters.

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