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Albedodosimeterkapselung
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Beschreibung: Die Erfindung betrifft eine Albedodosimeterkapselung
zur Messung von Neutronen- und Gammastrahlung mit mindestens zwei Dosimeterpositionen.
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Zur Neutronendosismessung werden bevorzugt Albedodosimeter verwendet,
die TLD-Detektoren enthalten, welche Gamma-Strahlung und Neutronen in gleicher Weise
registrieren. Zur Trennung des Neutronen-Meßwertanteils benutzt man beispielsweise
6LiF und 7LiF Dosimeterpaa-.
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re, die dieselbe Gamma-Empfindlichkeit, jedoch unterschiedliche Neutronenempfindlichkeit
besitzen. Der Nachweis thermischer Neutronen erfolgt hierbei über die Kernreaktion
6Li (n, bs ) H. Die Meßwertdifferenz eines solchen TLD-Dosimeterpaares ist damit
proportional zur Neutronenfluenz thermischer Neutronen: 0< = «( tiF) - g (7LiF)
Als Albedodosimeter bezeichnet man eine Dosimeterkapselung aus Kadmium oder aus
einem borhaltigen Kunst stoff, in welchem ein Dosimeterpaar bzw. eine Komination
von TLD-Detektoren angeordnet sind. Das Hankins-Einfach-Dosimeter (Hankins, D.E.
Reports LA-5261(1973)) enthält ein Dosimeterpaar in der Mitte eines Polyäthylenmoderators,
der allseitig von Kadmium umhüllt wird.
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Das Karlsruhe Albedo-Neutronendosimeter (Piesch et al, Proc.,Int.Conf.
on Luminecence Dosimetry, Krakow (1974), p.1201) enthält 3 Dosimeterpaare, wobei
neben dem
Albedodosimeter i die Meßwerte zweier Dosimeterpaare m
und a zur Analyse des Neutronenspektrums und damit ur Bestimmung des ortsabhängigen
Kalibrierfaktors für das Albedodosimeter i dienen.
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Vorteil des Einfachdosimeters ist der vernachlässigbare Einfluß des
Abstandes zwischen Dosimeter und dem Körper des Dosimeterträgers, nachteilig eine
bis zu einem Faktor 20 falsche Dosisbestimmung. Im Vergleich dazu kann das Karlsruhe
Albedodosimeter in einem vorgegebenen Streustrahlungsfeld die Neutronenäquivalentdosis
auf + 25 % ermitteln. Körperkontakt, d.h. das Tragen eines Dosimetergürtels ist
hier jedoch erforderlich. Weitere Vorteile ergeben sich durch die öglichkeit, bei
der Phantomkalibrierung mit einer Einkugel-Albedomeßtechnik das Neutronenstrahlungsfeld
zu analysieren (Piesch et al, 5 th Int. Conf. of IRPA, Jerusalem (1980) und Piesch
et al, 8 th DOE Workshop on Personel Dosimetry, PNL-SA-9950, S. 111 - 120) und mit
einem On-line-Computer-Rechenprogramm die Meßdaten über das Neutronenstreustrahlungsfeld
unmittelbar nach Ausmessung der Dosimeter zu erhalten (Piesch et al, Nucl.Instr.
Meth. 175, (1980),p 180 - 182). Nachteilig ist das mühselige Einlegen und Herausnehmen
der Detektoren aus der Kapselung.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, zur Messung
der Personendosis durch Gamma-Strahlung und Neutronen eine Dosimeterkapselung zu
entwickeln, welche universell für verschiedene Dosimetersysteme
anwendbar
ist und welche bevorzugt eine Thermolumineszenz-Dosimeterkarte für eine direkte
automatische Auswertung und eine Gamma-Strahlung-unempfindliche Kernspurdetektorkombination
aufnehmen kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist in den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruches 1 beschrieben.
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Die übrigen Patentansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung wieder.
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Die besonderen Vorteile, welche mit der Erfindung zu erzielen sind,
bestehen darin, daß die Albedodosimeterkapselung zur Messung von Neutronen- und
Gamma-Strahlung für eine universelle Anwendung in der Personenüberwachung es gestattet,daß
- in der Albedodetektorposition i durch Ausblendung des Fensters der Rückseite sowie
durch unterschiedliche Auslegung der Wanddicke bzw. des Neutronenabsorberzusatzes
der Hülle an den Seitenflächen sowie an der Vorder- und Rückseite der Kapselung
energiearme Neutronen in der Weise absorbiert werden, daß vorwiegend vom Körper
einfallende thermische Albedoneutronen möglichst unabhängig vom Abstand Dosimeter
zu Phantom bzw.
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zum Körper nachgewiesen werden und eine Diskriminierung gegenüber
aus dem Strahlenfeld einfallende thermische Neutronen erfolgt, - in der Detektorposition
a durch unterschiedliche Auslegung der Wanddicke bzw. des Neutronenabsorberzusatzes
an
der Vorder- und Rückseite der Dosimeterkapselung energiearme Neutronen in der Weise
absorbiert werden, daß vorwiegend aus dem Strahlungsfeld einfallende Neutronen nachgewiesen
werden und eine Diskriminierung gegenüber vom Körper einfallenden thermischen Neutronen
erfolgt - in Detektorposition i durch die borhaltige Dosimeterkapselung an der dem
Dosimetertrdger zugewandten Seite durch das Fenster vorwiegend aber auch mittelschnelle
Albedoneutronen hindurchgehen, wobei letztere nach einer zusätzlichen Moderierung
innerhalb eines Moderators im Fenster im Bereich der Detektorposition i als thermische
und mittelschnelle Neutronen registriert werden, - Thermolumineszenz- und Kernspurdetektoren
kombiniert eingelegt werden können, - der Kernspurdetektor u.U. mit verschiedenen
(n, i )-Konvertern abgedeckt wird.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
mittels der Figuren 1 bis 3 näher erläutert.
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Die Fig. 1 zeigt im Schnitt die Explosionsdarstellung der Alhedodosimeterkapselung
mit Haltekörper 2 und Boden 1. Der Haltekörper 2 ist vorzugsweise quaderförmig ausgebildet
und besitzt eine Ausnehmung 13, in welche u.a. der (n, i)-Konverter 4 auf einer
Folie 5, eine Makrofol-Folie 6, Studsvik-TLD-Holder 7 oder ein Harshaw-TLD-Holder
8 eingelegt werden können.
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Der Haltekörper 2 deckt ein Dosimeterpaar i derart
ab,
daß es von borhaltigem Plastikmaterial bis auf das Fenster lo auf fünf Seiten umgeben
ist. Er läßt außerdem ein Fenster 9 über der Ausnehmung 13 frei.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden demnach kommerzielle
TLD-Dosimeterkarten bzw. Dosimeterkapselungen eingesetzt, die mindestens 2 Dosimeterpaare
bzw.
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positionen a, i in einer rechteckigen Dosimeterkarte bzw. Dosimeterhalterung
7, 8 möglichst in einer Ebene angeordnet enthalten und die mit kommerziellen Auswertegeräten
automatisch ausgewertet werden. Dies sind Dosimeter 7 z.B. der Firma Harshaw und
Teledyne, in denen 4 Detektoren, z.B. Lithium-Teflon Dosimeter, paarweise in 2 Positionen
angeordnet sind oder Dosimeter 8 der Firma Studsvik und Panasonic, in denen 4 Detektoren
hintereinander angeordnet sind. Die Dosimeterkarten 7, 8 werden direkt in die universelle
Dosimeterkapselung 1, 2 eingelegt und zur automatischen Auswertung der Albedokapselung
entnommen.
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Die Albedodosimeterkapselung 1, 2 enthält also Dosimeterkarten mit
bevorzugt 2 Dosimeterpaaren, die hintereinander bzw. nebeneinander angeordnet sind.
Das konzipierte Albedodosimeterbesteht, wie bereits ausgeführt, aus einer rechteckigen
borhaltigen Plastikkapselung 1, 2,die an der dem Dosimeterträger zugewandten Rückseite
1 unmittelbar an der Dosimeterposition i mindestens eine Fensterausblendung lo und
an der Vorderseite 2 ein Fenster 9 enthält, dessen Form bevorzugt rechteckig oder
rund ist, wobei das eine-Dosimeter~ paar (a) hinter dem Fenster 9, das andere Dosimeterpaar
(i),mit Ausnahme des Fensters lo,von 5 Seiten
durch die borhaltige
Kapselung 1, 2 abgedeckt wird.
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Zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Neutronendosimeters (i) ist unmittelbar
am Dosimeter i ein wasserstoffhaltiger Moderator 11 z.B. aus Polyäthylen in einem
vorzugsweise runden Fenster lo der Rückseite 1 angeordnet, der das Dosimeter (i)
einseitig oder beiderseitig abdeckt und durch Moderierung zusätzliche thermische
Neutronen zum Nachweis im Dosimeter (i) erzeugt.
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Um das Fenster lo kann ein Ring aus bor-oder cadmiumhaltigem Material
zur Kollimierung angeordnet werden.
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Zum Nachweis von -Strahlung enthält der Fensterteil 12 des Haltekörpers
2 im Bereich der Dosimeterposition (a) mindestens eine Öffnung 14. Das Fensterteil
12 kann mittels Verzahnung oder dyl. am Deckelteil 2 gehaltert werden.
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Die Dosimeterkarten 5 bis 8 können erfindungsgemäß bei geöffneter
Dosimeterrückteilseite 1 eingelegt oder auch von der Seite in die geschlossene Kapselung
1, 2 eingeführt werden.
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Das mit TLD-Detektoren beladene Albedodosimeter (a, i) ist ein Gamma-Neutronendosimeter,
für das -wie auch beim Einfachdosimeter nach Hankins- kein Körperkontakt erforderlich
ist, welches jedoch im Gegensatz dazu mit Hilfe beider Dosimeter i und a eine Analyse
des Neutronenstreustrahlungsfeldes d.h. eine ortsabhängige Korrektur der Dosimeterempfindlichkeit
ermöglicht.
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Als Beispiel für die Abhängigkeit der Dosisanzeige vom Abstand des
Dosimeters zur Phantomoberfläche ist in Fig. 2 das entsprechende Ansprechvermögen
des Albedodosimeters i für thermische Neutronen widergeben.
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Diese Meßergebnisse verdeutlichen den Vorteil der neuen Albedokapselung,
bei der experimentell die Fenstergröße an der dem Körper zugewandten Seite auf den
jeweiligen Abstand des Detektors i optimiert wird. Diese Eigenschaft ist von besonderer
Bedeutung in der Personenüberwachung und Ursache für entsprechende Fehlmessungen
bei anderen Dosimeterarten.
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Die Kalibrierung des Albedodosimeters erfolgt bei der PTB Braunschweig.
Die Bestimmung der Äquivalentdosis ergibt sich aus dem Neutronenfluenzwert unter
Berücksichtigung des entsprechenden Fluenz-Aquivalentdosiskonversionsfaktors. Zur
praktischen Anwendung des Albedodosimeters in der Personenüberwachung werden Feldkalibrierungen
im interessierenden Streustrahlungsfeld durchgeführt. Als Referenzmeßgerät zur Bestimmung
der Aquivalentdosis dient ein Remmeter, welches aus einer Polyäthylenkugel von 30
cm besteht.Dieses Referenzgerät ist gleichzeitig Phantom für das Albedodosimeter.
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Als Beispiel wird die Kalibrierung des Albedodosimeters am Kompaktzyklotron
des Heidelberger Krebsforschungszentrums angeführt. Das an verschiedenen Meßorten
für das Albedodosimeter i ermittelte Ansprechvermögen R (Anzeige/l rem Neutronenäquivalentdosis)
ist in Fig.3 in Abhängigkeit von dem Meßwertverhältnis i/a widergegeben. Durch die
gefundenen Meßpunkte wurde eine Gerade
hindurchgelegt. Die so
bestimmte Kalibrierfunktion R=R(i/a) dient zum Einsatz des Albedodosimeters in der
Personendosimetrie zur Korrektur der Ortsabhängigkeit des Ansprechvermögens. Zeigt
ein Personendosimeter bei der Anwendung ein bestimmtes Meßverhältnis i/a, dann wird
mit Hilfe des Kleinrechners der Meßwert o( (i) des Albedodosimeters mit dem entsprechenden
Ansprechvermögen R(i/a) dividiert. Die Aquivalentdosis ergibt sich dann zu: i (i)
H = R(i/a) Die Dosimeterkapselung 1, 2 ist erfindungsgemäß so dimensioniert, daß
neben einer Handauswertung einzelner Dosimeter die meisten kommerziellen Dosimeterkarten
verwendet werden können. Nach Entnahme aus der Dosimeterkapselung 1, 2 werden die
Dosimeterkarten z.B. 7, 8 zur Auswertung in einen Auswerteautomaten auf etwa 30oOC
erhitzt, wozu in den vorhandenen Auswertegeräten gewöhnlich Kontaktaufheizung mit
einem Heizfinger, Anblasen mit heißem Stickstoffgas oder Erhitzen mit einem Infrarotblitzlicht
herangezogen wird.
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Die Albedodosimeterkapselung 1, 2 mit den Meßpositionen i und a kann
wahlweise mit einem Kernspurdetektor, unter Umständen auch gleichzeitig mit Kernspurdetektor
und TLD-Detektor,* benutzt werden. Hierbei wird der Kernspurdetektor bevorzugt in
Strahleneinfallsrichtung hinter dem TLD-Dosimeter angeordnet. Der Kernspurdetektor
ist
in der Dosimeterposition i und a von je einer (n, α)-Konverterfolie 4 z.B.
einseitig abgedeckt, welche 6Li bzw. log enthält. Beim Einfang thermischer Neutronen
werden i-Teilchen im Kernspurdetektor registriert, die im Anschluß an eine chemische;bevorzugt
elektrochemische'Ätzung in einem Mikroskop bzw. Bildschirmgerät ausgezählt werden.
Die Konverterfolien 4 können einen unterschiedlichen Anteil an 6Li bzw. 10B enthalten
bzw. mit zusätzlichen α-Absorberfolien 6 abgedeckt sein. Dadurch wird u.a.
das Ansprechvermögen in der Detektorposition i und a gezielt verändert, um - Albedoneutronen
in Meßposition i empfindlicher nachzuweisen als thermische Neutronen aus dem Streustrahlungsfeld
in Meßposition a, - in Ergänzung zum TLD-Dosimeter u.U. auch noch kleinere Neutronendosen
nachzuweisen.
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Der Kernspurdetektor ermöglicht einen zusätzlichen Nachweis schneller
Neutronen >1,5MeV über neutroneninduzierte Rückstoßkerne. Hierzu können ein zusätzlicher
Kernspurdetektor ohne (n,&)-Konverter 4 bzw. das Detektorfeld r (s.Fig.l) zwischen
den Meßpositionen i und a vorgesehen werden. Gegenüber dem TLD-Albedodosimeter ist
das Kernspuralbedodosimeter unempfindlich gegenüber γ-Strahlung, so uaß hierzu
bevorzugt kleine Neutronendosen von etwa lo mrem bei einem entsprechend hohen -Dosisanteil
mit v HnS 3 nachweisbar sind.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß zusätzlich zur energieabhängigen
Albedodosimet eranzeiqe die Squivalentdosis schneller Neutronen oberhalb 1 MeV annähernd.energieunabhängig
angezeigt wird. Ein ent sprechendes Meßwertverhältnis i /r kann hierbei zusätzlich
zur Analyse des Streustrahlungsfeldes bzw.
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ähnlich wie das Meßverhältnis i/a zur Korrektur der ortsabhängiger.
Empfindlichkeit der Dosimeteranzeige herangezogen werden. Hierbei ergibt sich der
Dosisanteil Hth und Hf aus den Meßwerten a und í; der Dosisanteil H. im Energiebereich
1 eVC EL1,5 MeV ergibt sich aus der Gleichung Hi ~ H - Hth - Hf.
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