Was ist Alphadosimetrie – Definition

Die Alpha-Dosimetrie  ist sehr spezifisch, da Alpha-Partikel nur wenige Zentimeter in der Luft wandern, aber alle ihre Energien auf ihren kurzen Wegen speichern. Die übertragene Energiemenge ist daher sehr hoch. 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-Strahlung sehr schädlich, wenn Alpha-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 niedrig-LET-Strahlen, dh Röntgen- und Gammastrahlen aller Energien sowie Elektronen und Myonen. Eine glatte Kurve, die als Annäherung betrachtet wird, wurde als Funktion der einfallenden Neutronenenergie an die w _R -Werte angepasst . Beachten Sie, dass E _n  ist die Neutronenenergie in MeV.

So führt beispielsweise eine absorbierte Dosis von 1 Gy durch Alpha-Teilchen zu einer äquivalenten Dosis von 20 Sv, und es wird geschätzt, dass eine äquivalente Strahlungsdosis die gleiche biologische Wirkung hat wie eine gleiche Menge an absorbierter Dosis von Gammastrahlen, d. H bei einem Gewichtungsfaktor von 1.

Detektoren der Alpha-Strahlung

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

• Gasionisationsdetektoren
• Szintillationsdetektoren
• Halbleiterdetektoren

Detektion von Alpha-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 . Dies bedeutet jedoch nicht, dass Alphastrahlung von einer Ionisationskammer nicht erfasst werden kann.

In einer Art Rauchmelder können Sie beispielsweise künstliche Radionuklide wie Americium-241 treffen , das eine Quelle für Alpha-Partikel ist. Der Rauchmelder verfügt über zwei Ionisationskammern, eine zur Luft hin offen, und eine Referenzkammer, in die keine Partikel eindringen können. Die radioaktive Quelle emittiert Alpha-Partikel in beide Kammern, die einige Luftmoleküle ionisieren. Die Freiluftkammer ermöglicht den Eintritt von Rauchpartikeln in das empfindliche Volumen und die Änderung der Dämpfung von Alpha-Partikeln. Wenn Rauchpartikel in die Freiluftkammer gelangen, haften einige der Ionen an den Partikeln und sind nicht verfügbar, um den Strom in dieser Kammer zu leiten. Eine elektronische Schaltung erkennt, dass sich zwischen der offenen und der versiegelten Kammer eine Stromdifferenz entwickelt hat, und gibt Alarm.

Detektion von Alpha-Strahlung mit Geiger-Müller-Zähler

Geigerzähler werden aufgrund ihrer Empfindlichkeit, einfachen Zählschaltung und Fähigkeit zur Erfassung von Strahlung mit niedrigem Pegel hauptsächlich für tragbare Instrumente verwendet. Obwohl Geigerzähler hauptsächlich für die Detektion einzelner Partikel verwendet werden, sind sie auch in Gamma-Vermessungsmessgeräten zu finden. Sie können fast alle Arten von Strahlung erfassen, es gibt jedoch geringfügige Unterschiede in der Geiger-Müller-Röhre. Die Geiger-Müller-Röhre erzeugt jedoch eine Impulsausgabe, die für alle detektierte Strahlung gleich groß ist, so dass ein Geigerzähler mit einer Endfensterröhre nicht zwischen Alpha- und Betateilchen unterscheiden kann.

Endfenstertyp

Damit Alpha- und Betateilchen von Geigerzählern erkannt 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 normalerweise aus Glimmer mit einer Dichte von etwa 1,5 bis 2,0 mg / cm ² , damit niederenergetische Beta-Partikel (z. B. aus Kohlenstoff-14) in den Detektor gelangen können. Die Effizienzminderung für Alpha ist auf den Dämpfungseffekt des Endfensters zurückzuführen, obwohl der Abstand von der zu prüfenden Oberfläche ebenfalls einen signifikanten Effekt hat. Idealerweise sollte eine Alpha-Strahlungsquelle aufgrund der Dämpfung in der Luft weniger als 10 mm vom Detektor entfernt sein.

Detektion von Alpha 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. Für diese Zwecke werden verschiedene Szintillatoren verwendet:

Alpha-Teilchen und schwere Ionen . Aufgrund der sehr hohen Ionisierungskraft von Schwerionen sind Szintillationszähler normalerweise nicht ideal für den Nachweis von Schwerionen. Bei gleichen Energien erzeugt ein Proton 1/4 bis 1/2 des Lichts eines Elektrons, während Alpha-Teilchen nur etwa 1/10 des Lichts erzeugen. Bei Bedarf sollten anorganische Kristalle, z. B. CsI ​​(Tl) , ZnS (Ag) (typischerweise in dünnen Schichten als α-Partikelmonitore verwendet) organischen Materialien vorgezogen werden. Reines CsI ist ein schnelles und dichtes Szintillationsmaterial mit relativ geringer Lichtausbeute, das mit dem Abkühlen erheblich zunimmt. Die Nachteile von CsI sind ein hoher Temperaturgradient und eine leichte Hygroskopizität.

Detektion von Alpha 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.

Tragbares Vermessungsgerät

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 vonVor-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  .