Was ist Beta-Dosimetrie – Beta-Dosimeter – Definition

Die Beta-Dosimetrie  ist sehr spezifisch, da Beta-Partikel eindringender sind als Alpha-Partikel. Andererseits kann eine dünne Aluminiumplatte sie aufhalten.

Alpha- und Betateilchen stellen im Allgemeinen keine Gefahr für die Exposition von außen dar, da die Teilchen im Allgemeinen nicht durch die Haut dringen. Andererseits ist Alpha- und Betastrahlung sehr schädlich, wenn ihre Radionuklide aufgenommen oder eingeatmet werden. Interne Exposition  ist gefährlicher als externe Exposition, da wir die Strahlungsquelle in unserem Körper tragen und keine der  Strahlenschutzprinzipien  (Zeit, Entfernung, Abschirmung) anwenden können.

Studien haben gezeigt, dass Alpha- und Neutronenstrahlung bei einer bestimmten Energiedeposition pro kg Gewebe einen größeren biologischen Schaden verursachen als Gammastrahlung. Es wurde festgestellt, dass die biologischen Auswirkungen von Strahlung   mit dem  linearen Energietransfer  (LET) zunehmen . Kurz gesagt, der biologische Schaden durch  Strahlung mit hohem LET  ( Alphateilchen ,  Protonen  oder  Neutronen ) ist viel größer als der durch  Strahlung mit niedrigem LET  ( Gammastrahlen)). Dies liegt daran, dass das lebende Gewebe Schäden durch Strahlung, die sich über eine große Fläche ausbreitet, leichter reparieren kann als solche, die sich auf eine kleine Fläche konzentriert. Da bei gleicher physikalischer Dosis (dh gleicher Energieeintrag pro Masseeinheit des Gewebes) mehr biologische Schäden verursacht werden, ist ein Grau Alpha- oder Neutronenstrahlung schädlicher als ein Grau Gammastrahlung. Diese Tatsache, dass Strahlungen unterschiedlicher Art (und Energie) bei gleicher Energiedosis unterschiedliche biologische Wirkungen haben, wird anhand von Faktoren beschrieben, die als  relative biologische Wirksamkeit  (RBE) und  Strahlungsgewichtungsfaktor  (w _R ) bezeichnet werden.

Strahlungsgewichtungsfaktoren – ICRP

Für Photonen- und Elektronenstrahlung hat der  Strahlungsgewichtungsfaktor den Wert 1 unabhängig von der Strahlungsenergie und für Alpha-Strahlung den Wert 20. Für Neutronenstrahlung ist der Wert energieabhängig und beträgt 5 bis 20.

2007 veröffentlichte das ICRP einen  neuen Satz von Strahlungsgewichtungsfaktoren (ICRP Publ. 103: Die Empfehlungen der Internationalen Strahlenschutzkommission von 2007). Diese Faktoren sind unten angegeben.

Wie in der Tabelle gezeigt, gilt aw _R  von 1 für alle Strahlungen mit niedrigem LET, dh Röntgen- und Gammastrahlen aller Energien sowie Elektronen und Myonen. Eine glatte Kurve, die als Annäherung betrachtet wird, wurde an die w _R -Werte als Funktion der einfallenden Neutronenenergie angepasst . Beachten Sie, dass E _n  ist die Neutronenenergie in MeV.

So führt beispielsweise eine von Alpha-Partikeln absorbierte Dosis von 1 Gy zu einer äquivalenten Dosis von 20 Sv, und es wird geschätzt, dass eine äquivalente Strahlungsdosis den gleichen biologischen Effekt hat wie eine gleiche absorbierte Dosis von Gammastrahlen bei einem Gewichtungsfaktor von 1.

Detektoren der Beta-Strahlung

Detektoren können auch nach empfindlichen Materialien und Methoden kategorisiert werden, die zur Durchführung einer Messung verwendet werden können:

• Gasionisationsdetektoren
• Szintillationsdetektoren
• Halbleiterdetektoren

Detektion von Beta-Strahlung mit Ionisationskammer

Damit  Alpha-  und  Betateilchen  durch Ionisationskammern nachgewiesen werden können, müssen sie mit einem dünnen Fenster versehen sein. Dieses „Endfenster“ muss dünn genug sein, damit die Alpha- und Betateilchen eindringen können. Ein Fenster mit nahezu beliebiger Dicke verhindert jedoch, dass ein Alpha-Partikel in die Kammer gelangt. Das Fenster besteht üblicherweise aus Glimmer mit einer Dichte von ca. 1,5 – 2,0 mg / cm ² .

Die Ionisationskammer kann beispielsweise zur Messung von Tritium in der Luft verwendet werden. Diese Geräte werden als Tritium-in-Air-Monitore bezeichnet. Tritium  ist ein radioaktives Isotop, emittiert jedoch eine sehr schwache Form von Strahlung, ein energiearmes  Beta-Teilchen  , das einem Elektron ähnlich ist. Es ist ein reiner Beta-Emitter (dh Beta-Emitter ohne begleitende  Gammastrahlung ). Die kinetische Energie des Elektrons variiert mit durchschnittlich 5,7 keV, während die verbleibende Energie vom nahezu nicht nachweisbaren Elektronenantineutrino  abgeführt wird. Eine so sehr niedrige Elektronenenergie führt dazu, dass das Elektron die Haut nicht durchdringen kann oder sich in der Luft nicht sehr weit bewegt. Beta-Partikel aus Tritium können nur etwa 6,0 mm Luft durchdringen. Es ist praktisch unmöglich, einen Detektor zu entwerfen, dessen Wände diese Beta-Partikel durchdringen können. Stattdessen pumpt der Tritium-in-Luft-Monitor die mit Tritium kontaminierte Luft direkt durch eine Ionisationskammer, so dass die gesamte Energie der Beta-Partikel sinnvollerweise in Ionenpaare innerhalb der Kammer umgewandelt werden kann.

Nachweis der Beta-Strahlung mit dem Szintillationszähler

Szintillationszähler  werden zur Messung der Strahlung in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, einschließlich handgehaltener Strahlungsmessgeräte, Personal- und Umweltüberwachung auf  radioaktive Kontamination , medizinische Bildgebung, radiometrische Untersuchung, nukleare Sicherheit und Sicherheit von Kernkraftwerken. Sie sind weit verbreitet, weil sie kostengünstig und dennoch mit guter Effizienz hergestellt werden können und sowohl die Intensität als auch die Energie der einfallenden Strahlung messen können.

Szintillationszähler können verwendet werden, um Alpha- ,  Beta- und  Gammastrahlung zu erfassen  . Sie können auch zum  Nachweis von Neutronen verwendet werden . Zu diesem Zweck werden verschiedene Szintillatoren verwendet.

• Beta-Partikel . Zum Nachweis von Beta-Partikeln können organische Szintillatoren verwendet werden. Reine organische Kristalle umfassen Kristalle von Anthracen, Stilben und Naphthalin. Die Abklingzeit dieser Art von Leuchtstoff beträgt ungefähr 10 Nanosekunden. Diese Art von Kristall wird häufig zum Nachweis von Beta-Partikeln verwendet. Organische Szintillatoren mit einem  niedrigeren Z  als anorganische Kristalle eignen sich am besten zum Nachweis von Beta-Partikeln mit niedriger Energie (<10 MeV).

Detektion von Beta-Strahlung mit Halbleitern – Siliziumstreifendetektoren

Detektoren auf Siliziumbasis eignen sich sehr gut zur Verfolgung geladener Teilchen. Ein Siliziumstreifendetektor ist eine Anordnung von streifenförmig geformten Implantaten, die als Ladungssammelelektroden wirken.

Siliziumstreifendetektoren 5 x 5 cm ²in area sind weit verbreitet und werden in Reihe (genau wie Ebenen von MWPCs) verwendet, um Trajektorien geladener Teilchen mit Positionsgenauigkeiten in der Größenordnung von mehreren μm in Querrichtung zu bestimmen. Diese Implantate werden auf einem niedrig dotierten, vollständig abgereicherten Siliziumwafer platziert und bilden eine eindimensionale Anordnung von Dioden. Durch Verbinden jedes der metallisierten Streifen mit einem ladungsempfindlichen Verstärker wird ein positionsempfindlicher Detektor aufgebaut. Zweidimensionale Positionsmessungen können durch Aufbringen einer zusätzlichen streifenartigen Dotierung auf die Waferrückseite unter Verwendung einer doppelseitigen Technologie erreicht werden. Solche Vorrichtungen können verwendet werden, um kleine Aufprallparameter zu messen und dadurch zu bestimmen, ob ein geladenes Teilchen aus einer Primärkollision stammt oder das Zerfallsprodukt eines Primärteilchens war, das eine kleine Strecke von der ursprünglichen Wechselwirkung zurückgelegt und dann zerfallen ist.

Tragbare Vermessungsmesser

Tragbare Vermessungsmessgeräte  sind  Strahlungsdetektoren,  mit denen radiologische Techniker die Umgebungsdosisleistung messen  . Diese tragbaren Instrumente haben normalerweise Geschwindigkeitsmesser. In kerntechnischen Anlagen werden diese tragbaren Vermessungsmessgeräte  in der Regel von Strahlenschutztechnikern verwendet, die für die Verfolgung von Vor-Ort-  Operationen verantwortlich sind, um sicherzustellen, dass Strahlenschutzrichtlinien durchgeführt und Aufträge gemäß dem  ALARA-Prinzip ausgeführt werden . Ihre Aufgaben umfassen:

• Unterstützung und Beratung der Arbeitnehmer, um sie zu motivieren, ein ALARA-Verhalten anzunehmen.
• Befolgen Sie die Arbeiten, um die Einhaltung der Sicherheits- und Strahlenschutzverfahren zu gewährleisten.
• In einigen Werken ist die Einstellung der Arbeit bei schwerwiegenden Abweichungen von den dosimetrischen Zielen oder wenn das radiologische Risiko für die Arbeitnehmer erheblich zunimmt.

Das typische Strahlungsmessgerät ist beispielsweise das  RDS-31 , ein Mehrzweck-Strahlungsmessgerät, das einen  GM-Detektor verwendet . Es verfügt über optionale externe Alpha-, Beta- und Gamma-Sonden. Es misst 3,9 x 2,6 x 1,3 Zoll und kann in der Hand gehalten oder per Tasche, Gürtelclip oder Tasche getragen werden. Es verfügt über ein fünfstelliges, hintergrundbeleuchtetes LCD-Display. Geigerzähler arbeiten mit einer so hohen Spannung, dass die Größe des Ausgangsimpulses immer gleich ist, unabhängig davon, wie viele Ionenpaare im Detektor erzeugt wurden. Geigerzähler werden  aufgrund ihrer Empfindlichkeit, einfachen Zählschaltung und Fähigkeit zur Erfassung von Strahlung mit niedrigem Pegel hauptsächlich für tragbare Instrumente verwendet  .

Filmabzeichen Dosimeter

Filmabzeichen-Dosimeter sind nur zur einmaligen Verwendung bestimmt und können nicht wiederverwendet werden. Ein Filmabzeichen-Dosimeter ist ein Dosimeter, das von der überwachten Person an der Körperoberfläche getragen wird und die empfangene Strahlendosis aufzeichnet. Das Filmabzeichen dient zur Messung und Aufzeichnung der Strahlenexposition durch  Gammastrahlen ,  Röntgenstrahlen  und  Betateilchen . Das Abzeichen enthält eine  Reihe von Filtern (Blei, Zinn, Cadmium und Kunststoff) zur Bestimmung der Strahlungsqualität. Zur Überwachung der Beta-Partikelemission verwenden die Filter verschiedene Dichten aus Kunststoff oder sogar Etikettenmaterial. Es ist typisch, dass ein einzelnes Abzeichen eine Reihe von Filtern unterschiedlicher Dicke und unterschiedlicher Materialien enthält. Die genaue Wahl kann von der zu überwachenden Umgebung bestimmt werden.

Beispiele für Filter:

• Es gibt ein  offenes Fenster  , durch das schwächere Strahlungen den Film erreichen können.
• Ein  dünner Kunststofffilter,  der Betastrahlung abschwächt, aber alle anderen Strahlungen durchlässt
• Ein  dicker Kunststofffilter,  der alle Photonenstrahlung bis auf die niedrigste Energie durchlässt und alle bis auf die höchste Betastrahlung absorbiert.
• Ein  Durafilter,  der Photonenstrahlung bei Energien unter 65 keV sowie Betastrahlung progressiv absorbiert.
• Ein  Zinn / Blei-Filter  mit einer Dicke, die eine energieunabhängige Dosisreaktion des Films über den Photonenenergiebereich von 75 keV bis 2 MeV ermöglicht.
• Ein  Cadmium-Bleifilter  kann zur  Detektion thermischer Neutronen verwendet werden . Das Einfangen von Neutronen ((n, Gamma) -Reaktionen) durch  Cadmium erzeugt Gammastrahlen, die den Film schwärzen und so die Beurteilung der Exposition gegenüber Neutronen ermöglichen.