Messtechnische Probleme elektronischer Dosimeter in gepulsten Strahlungsfeldern. P. Ambrosi

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1 Messtechnische Probleme elektronischer Dosimeter in gepulsten Strahlungsfeldern P. Ambrosi 13. Fortbildungsseminar der APT, 20. Juni, Remscheid-Lennep

2 Inhalt Was ist gepulste Strahlung? Wo kommt gepulste Strahlung vor? Dosimeter und gepulste Strahlung Messergebnisse Gründe für Defizite Mögliche Modifikationen Was sollte ein Personendosimeter können? Ist eine Zwischenlösung (mit vorhandenen elektronischen Dosimetern) möglich?

3 Was ist gepulste Strahlung? Kontinuierliche Strahlung ist für die Orts- und Personendosimetrie solche ionisierende Strahlung, deren Dosisleistung an einem Ort, abgesehen von den Ein- und Ausschaltvorgängen, für längere Zeiten als 10 s konstant ist. Gepulste Strahlung Gepulste Strahlung ist für die Orts- und Personendosimetrie jede ionisierende Strahlung, die nicht kontinuierliche Strahlung ist.

4 Hintergrund zur Definition Technik der Dosimeter: Messzyklus dauert etwa 10 s bei Umgebungsstrahlung Prüfungen und Anforderungen: PTB-Anforderungen und internationale EN/IEC Normen fordern bei sprunghaften Änderungen der Dosisleistung eine Reaktion innerhalb von 10 s Physik: Die Definition basiert nicht auf physikalischen Eigenschaften der Detektoren

5 Wo gibt es gepulste Strahlung? Ca. 70 % der beruflich strahlenexponierten Personen arbeiten in gepulsten Strahlungsfeldern Forschung Werkstoffprüfung Diagnostik gepulst erscheinende Felder Angiographie Katheterarbeitsplatz

6 Parameter gepulster Strahlung Dauer: t Puls < 10 s Gilt nur für Strahlenschutzdosimeter (OD + PD) Med. Röntgenanlagen: 10 s > t Puls > 1 ms Dosis im Puls: bis 1 msv, Einzelpuls Dosisleistung im Puls bis 40 msv/s in 1 m Abstand Max. Dosisleistung kontinuierlicher Rö-Anlagen: 1,5 msv/s in 1 m Abstand Energiebereich: 10 kev bis 100 kev Med./Techn. Beschleuniger: t Puls 1µs Dosis pro Puls: bis 0,1 msv; 400 Pulse pro Sekunde Dosisleistung im Puls bis 10 Sv/s Energiebereich: 1 MeV bis 50 MeV Sonstige (Blitzgeräte, Laser): t Puls 1ps Dosis pro Puls: bis 3 µsv Dosisleistung im Puls bis 100 Sv/s in 1 m Abstand Energiebereich: 10 kev bis 10 MeV

7 Film DIS-1 Glas Dosimeterarten TLD Stabdosimeter DMC 2000S Passive Dosimeter mit integrierenden Detektoren Film-, Glas-, TL-, DIS-Detektor Auswertung erfordert Zusatzgeräte Teilweise Zwischenablesung möglich Aktive (direkt ablesbare) Dosimeter GM-Zähler, Halbleiterdiode, Ionisationskammer Messwert wird direkt am Gerät angezeigt/abgelesen FH40 GL-10 EPD Mk2 Babyline 81 Szintomat 6134 A/H

8 Technische Daten

9 Messergebnisse in gepulsten Feldern Typ Referenz Diagnostikanlage,. 1 Puls T Puls 40 ms, H Puls 4 msv/s Dosis pro Puls 156 µsv Ansprechvermögen Ansprechvermögen 1,00 Röntgenblitzgerät,. 99 Pulse T Puls 50 ns, H Puls 36 Sv/s Dosis pro Puls 1,55 µsv 1,00 PD, passiv 121 µsv 0,78 1,14 µsv 0,74 PD, aktiv 8 µsv 0,05 0 µsv 0,00 OD, aktiv A 1,4 µsv 0,01 0,0002 µsv 0,00 OD, aktiv B 80 µsv 0,51 1,4 µsv 0,90 OD, aktiv C 2,35 µsv 0,02 0,14 µsv 0,09

10 Mögliche Defizite bei Pulsen Ionisationskammer-Dosimeter Sättigungsverluste [DIN ] Messwert zu klein Bei Einzelpulsen ist nur die Dosis pro Puls wichtig Zählende Dosimeter Totzeit: Messwert zu klein Totzeit-Korrektur-Algorithmen gehen von konstanter Dosisleistung während Messzyklus aus Korrektur zu klein Dosimeter ohne Dauermessbetrieb Beispiel: Ein Dosimeter misst nur ca. 10 % der Zeit und multipliziert das Ergebnis dann mit 10 (Energieersparnis) Bei höherer Dosisleistung Umschaltung in Dauermessung Puls während Messpause Messwert Null Fazit Prüfung mit kontinuierlicher Strahlung nur begrenzt aussagefähig Prüfung mit gepulster Strahlung erforderlich

11 Personendosim. Diagnostikdosim. Personendosimeter Messung während gesamter Tragezeit (Wochen bis Monat) Messwert fast nur bei Umgebungsstrahlung kleiner Nulleffekt erforderlich Zählung von Detektor-Pulsen mit genügend hohe Schwelle Diagnostikdosimeter Messung fast nur bei Strahlung (Minuten) Nulleffekt von geringer Bedeutung Integrierende Messung, z.b. Ladungsmessung bei Ionisationskammer oder Halbleiter Eignung für Strahlungspulse Fazit Gepulste Strahlung in der Personendosimetrie erfordert Eigenschaften beider Messmethoden

12 Denkbare Modifikationen Zusätzlicher Pulskanal Oberhalb einer Dosisleistungsgrenze wird mit speziellem Messverfahren (am gleichen/zusätzlichen) Detektor eine Hochdosisleistungs-Messung hinzu addiert Bei geringer Dosisleistung keine Erhöhung des Nulleffekts Viele kleine Detektoren Jeder einzelne Detektor sieht auch im Puls maximal ein Photon Sehr viele kleine Detektoren nötig, um kleine untere Nachweisgrenze zu erhalten, z.b. 256 x 256 Array Detektoren

13 Was sollte ein Personendosim. können? Unfallszenarien geben Bereich vor Medizin(Röntgen-Diagnostik): Direkt-/Streustrahlung Medizin(Therapie)/Beschleuniger: Direkt-/Streustrahlung Sonstige: Direkt-/Streustrahlung Hieraus ergeben sich die folgenden Bereiche Pulsparameter Pulsdauer: 1 ps bis 10 s Dosis pro Puls: 0,1 nsv bis 1 msv Dosisleistung im Puls: 40 msv/s bis 100 Sv/s Pulswiederholrate: bis 400 Pulse pro Sekunde Energiebereich: 10 kev bis 50 MeV

14 Zwischenlösung für vorhandene Dosimeter Idee für f r zählende z elektronische Personendosimeter Dosimeter erkennt selbst, wenn es nicht mehr richtig messen kann Dosimeter warnt akustisch/optisch Überwachte Person kann reagieren: Exposition reduzieren (aus dem Strahl gehen) Richtige Messung veranlassen (Sofortauswertung Film, Messung mit geeignetem (Diagnostik-)Dosimeter) Für Ortsdosimeter weniger sinnvoll, da kein anderes (besseres) Dosimeter für richtige Messung verfügbar Umsetzung möglich?

15 Umsetzung einer Zwischenlösung 1/3 Voraussetzung Dosimeter muss geeignet sein Kontinuierliche Messung ohne Pause Totzeit bekannt und nicht erweiterbar Anzeige strebt bei steigender Dosisleistung im Strahlungspuls gegen Grenzwert Dosis pro Detektor-Puls für elektronisches Dosismeter bekannt Dosisleistungsalarm vorhanden, einstellbar und nur durch Quittierung abstellbar Daten bisher bei BAZ nicht ermittelt Herstellerangaben Zeitliche Pulsparameter des Feldes müssen bekannt sein Länge eines einzelnen Strahlungspulses Pulswiederholrate Dosisleistung in Puls muss nicht bekannt sein

16 Umsetzung einer Zwischenlösung 2/3 Verfahren Dosisleistungs-Alarmschwelle als Kriterium Bis zur Alarmschwelle richtig messen, Technisches Kriterium: Totzeitverlust für Detektorpulse Dosisleistungs-Alarmschwelle ist aber keine dosimetrische Alarmschwelle, sondern wird missbraucht als Zähler für Detektorpulse, d. h. Alarm-D.-Pulszahl Kombination Feld/Dosimeter legt Wert der Dosisleistungs- Alarmschwelle (Alarm-D.-Pulszahl) fest Nicht alle Kombination Feld/Dosimeter sind für Methode geeignet

17 Umsetzung einer Zwischenlösung 3/3 Test mit EPD MK 2.3 in zwei Testfeldern Angiographie: Pulsfolge: Einzelpulsdauer 20 ms Diagnostik: Ergebnisse Prinzip anwendbar Folgefrequenz 3 Hz bis 12 Hz Einzelpuls: Dauer 2 ms und 20 ms Angiographie: Alarm immer aktiviert sofern Alarm-Kriterium erfüllt, Ansprechvermögen mind. 50 % Diagnostik: Alarm aktiviert bis zur 150-fachen Überlast, Anzeige (D.-Pulszahl) nimmt bei sehr hoher Überlast wieder ab Alarm nicht aktiviert bei noch höherer Überlast!!! Details Veröffentlichung bei Rad. Prot. Dosim. in Vorbereitung (mit M. Borowski und M. Iwatschenko)

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Fragen??