TRANSFEROBJEKT. Marlies Luszik-Bhadra, Wilfried Wendt, Mathias Weierganz. IHK Technologie-Transferpreis 2007

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1 TRANSFEROBJEKT Neutronen-Personendosimeter für Kerntechnik, Medizin und Umwelt Marlies Luszik-Bhadra, Wilfried Wendt, Mathias Weierganz Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig 1 IHK Technologie-Transferpreis 2007

2 ÜBERSICHT Was ist Strahlung? Wie misst man Neutronenstrahlung? Das Dosimeter Die Innovation Meilensteine des Industrietransfers Ausblick Astronautendosimeter Zusammenfassung und Danksagung 2

3 ÜBERSICHT Was ist Strahlung? Wie misst man Neutronenstrahlung? Das Dosimeter Die Innovation Meilensteine des Industrietransfers Ausblick Astronautendosimeter Zusammenfassung und Danksagung 3

4 WAS IST STRAHLUNG? Strahlung ist der Transport von Energie (Ref WEKA) Energie Elektromagnetische Strahlung: γ-strahlung Röntgen UV-Strahlung Licht Infrarotstrahlung Mikrowellen Radiowellen α-strahlung Neutronen β-strahlung Materiestrahlen: Ionisierende Strahlung ( ) Wasserstrahlen Sandstrahlen 0 Teilchengröße 4

5 STRAHLENWIRKUNG DNA Ionisierende Strahlung kann zu Doppelstrangbrüchen der DNA führen Mögliche Wirkung: Krebs 5

6 QUALITÄTSFAKTOR Energiedosis D = de /dm (Joule/kg, Gray) Äquivalentdosis H = D Q (Joule/kg, Sievert) Qualitätsfaktor Q berücksichtigt biologische Wirkung Strahlenschutzgeräte messen Äquivalentdosis 6

7 DOSIMETRIE IN DEUTSCHLAND Überwachte Personen Ca mit passiven Photonendosimetern (Film, ) Ca mit passiven Neutronendosimetern Direkt anzeigende elektr. Photonendosimeter an Kernkraftwerken Dosiswerte Mittlere Dosis der Bevölkerung (nat. + med.) Grenzwert für beruflich Strahlenexponierte Mittlerer Dosiswert durch berufl. Exposition Messschwellen von Dosimetern Untere Messschwelle passiver Dosimeter Messschwelle elektr. Dosimeter (Photonen) 4.1 msv/jahr 20 msv/jahr 0.8 msv/jahr 0.1 msv msv Neutronenstrahlung Keine geeigneten direkt anzeigenden Dosimeter (2000) 7

8 ÜBERSICHT Was ist Strahlung? Wie misst man Neutronenstrahlung? Das Dosimeter Die Innovation Meilensteine des Industrietransfers Ausblick Astronautendosimeter Zusammenfassung und Danksagung 8

9 MESSPRINZIP Materie Detektor Elektronik Anzeige Neutronen elektrisch neutral, indirekt ionisierende Strahlung Geladene Teilchen durch Kernreaktionen in Materie Detektor liefert Puls proportional zum Energieübertrag Elektronik verstärkt und zählt Pulse Dosisanzeige über geeignete Kalibrierfaktoren und Algorithmen 9

10 PROBLEME DER NEUTRONENMESSUNG Großer Energiebereich der Neutronenstrahlung 7800 Geschwindigkeit (km/h) 50 Mio. 5% Lichtgeschw Energie (MeV) thermisch? schnell Geeignete Kernreaktionen nur für thermische und schnelle Neutronen 6 Lithium Alpha Neutron Proton Triton Exotherme Einfangreaktion mit 6 Li 10 Elastischer Stoß mit Protonen (H)

11 INTERMEDIÄRE NEUTRONEN Der Körper hilft mit! Neutronen werden im Körper mehrfach an Protonen (Wasserstoff) gestreut und dadurch verlangsamt thermalisierte Neutronen können wieder mit 6 Li nachgewiesen werden 11

12 ÜBERSICHT Was ist Strahlung? Wie misst man Neutronenstrahlung? Das Dosimeter Die Innovation Meilensteine des Industrietransfers Ausblick Astronautendosimeter Zusammenfassung und Danksagung 12

13 DAS DOSIMETER DIE INNOVATION Schnelle Neutronen CH 2 + Si-Det. Intermediäre Neutronen Absorber + 6 LiF + Si-Det. Thermische Neutronen 6 LiF + Si-Det. + Absorber Photonen Gewebeäquiv.+ Si-Det. Die Innovation: Nutzung nur eines Halbleiterdetektors mit optimierten Konvertern für die Messung von Photonen- und Neutronendosis im gesamten Energiebereich 13

14 PATENTE UND PROTOTYP 2001: 1. Patentanmeldung für Deutschland Anschließend Patentanmeldungen in Europa, USA, Japan : Aufbau eines Prototypen mit Unterstützung des BMU/BfS 1000 mal kleiner 1000 mal weniger Stromverbrauch Laborelektronik DOS

15 ÜBERSICHT Was ist Strahlung? Wie misst man Neutronenstrahlung? Das Dosimeter Die Innovation Meilensteine des Industrietransfers Ausblick Astronautendosimeter Zusammenfassung und Danksagung 15

16 KNOW HOW UND BEGLEITUNG WICHTIG Weltweiter Verkauf von Personendosimetern Einer der Weltmarktführer MGP Instruments / Frankreich und USA Francis Schulcz und Pascal Martin RADOS /Finnland und Deutschland Dirk Freynhagen und Stefanie Traud Ende 2003: Lizenzvertrag mit SYNODYS Exklusive Lizenz Übergabe von Dokumenten Begleitung bei der Implementation in bestehendes Dosimetersystem 16

17 VIELE ÄNDERUNGEN Unsere Neutronensonde mit MGPI-Elektronik Detektor kostengünstiger Integration mit ASIC auf einer Platine Andere Konverter und Absorber Andere Abschirmung Der erste Prototyp ist nach einem halben Jahr fertig 17

18 Produktion, Verkauf und Arbeitsplätze Produktion Prototyp-Serie: geringe g Stückzahl, noch Änderungen, aber schon Werbung bei Kunden Vorserie: etwas größere Stückzahl, dient dem Aufbau von Qualitätsmanagement Industrielle Serie: größere Stückzahl, weltweite Logistik Verkauf 2006 ca Dosimeter Ab 2008 erwarteter Verkauf von ca Dosimetern/Jahr erwarteter Umsatz von ca. 2 Mio. Arbeitsplätze Etwa 5 Arbeitsplätze im Bereich der Hochtechnologie In der Entwicklungsphase vorwiegend in Frankreich In der Produktions- und Vertriebsphase weltweit (Logistik) 18

19 ÜBERSICHT Was ist Strahlung? Wie misst man Neutronenstrahlung? Das Dosimeter Die Innovation Meilensteine des Industrietransfers Ausblick Astronautendosimeter Zusammenfassung und Danksagung 19

20 ASTRONAUTEN Astronauten auf der ISS sind einer hohen Strahlenbelastung ausgesetzt Optimierung i des Strahlenschutzes h t durch direkt anzeigende Dosimeter möglich ESA Projekt (European Crew Personal Active Dosimeters, erste Vorstudie) mit PTB- Beteiligung 20

21 ÜBERSICHT Was ist Strahlung? Wie misst man Neutronenstrahlung? Das Dosimeter Die Innovation Meilensteine des Industrietransfers Ausblick Astronautendosimeter Zusammenfassung und Danksagung 21

22 Neutronen-Personendosimeter Zusammenfassung über Neutronen-Personendosimeter für Kerntechnik, Medizin und Umwelt: Patentierte Idee der PTB Aufbau von Prototypen t an der PTB Transfer von Technologie und Know - how an Synodys DMC 2000 GN derzeit kleinstes Dosimeter für Neutronen und Photonenstrahlung Ansprechvermögen für Neutronenstrahlung t vergleichbar oder besser als das anderer Hersteller Gute Marktchancen Zukünftige Weiterentwicklung: Hochenergiebeschleuniger, ISS 22

23 Danksagung Unser Dank gilt: Der IHK Der Jury (Prof. Werner Gramm) SYNODYS (Francis Schulcz, Pascal Martin, Dirk Freynhagen, Stefanie Traud) Der PTB (viele Mitarbeiter der Abteilung 6, Helmut Schuhmacher, Wolfgang Alberts, Günther Dietze, Jürgen Böhm, Manfred Gahrens, Barbara Tafel, Bernhard Smandek) Dem BMU /BfS (Arnd Rimpler) 23