Was ist Gammadosimetrie – Gammadosimeter – Definition

Gammadosimetrie  ist die Messung, Berechnung und Bewertung der absorbierten Dosen und die Zuordnung dieser Dosen zu Einzelpersonen. Es ist die Wissenschaft und Praxis, die versucht, bestimmte in einem Strahlungsfeld vorgenommene Maßnahmen quantitativ mit chemischen und / oder biologischen Veränderungen in Beziehung zu setzen, die die Strahlung in einem Ziel hervorrufen würde.

Da es zwei Arten von Strahlenexposition gibt, externe und interne Exposition, kann die Dosimetrie auch wie folgt eingeteilt werden:

• Externe Dosimetrie . Externe Exposition ist Strahlung, die von außerhalb unseres Körpers kommt und mit uns interagiert. In diesem Fall analysieren wir vorwiegend die Exposition durch  Gammastrahlen  und  Betateilchen , da  Alphateilchen im Allgemeinen kein äußeres Expositionsrisiko darstellen, da die Teilchen im Allgemeinen nicht durch die Haut dringen. Da Photonen und Beta durch elektromagnetische Kräfte und Neutronen durch Kernkräfte zusammenwirken, unterscheiden sich ihre Nachweismethoden und Dosimetrie erheblich. Die Strahlungsquelle kann beispielsweise ein Gerät sein, das die Strahlung wie ein Behälter mit radioaktiven Stoffen oder wie ein Röntgengerät erzeugt. Die externe Dosimetrie basiert auf Messungen mit einem  Dosimeteroder aus Messungen abgeleitet, die mit anderen Strahlenschutzinstrumenten durchgeführt wurden.
• Interne Dosimetrie . Wenn die Strahlungsquelle  in unserem Körper ist , sagen wir, ist es  innere Exposition . Die Aufnahme von radioaktivem Material kann auf verschiedenen Wegen erfolgen, z. B. durch Aufnahme von radioaktiver Kontamination in Lebensmitteln oder Flüssigkeiten. Der Schutz vor innerer Exposition ist komplizierter. Die meisten Radionuklide geben Ihnen viel mehr Strahlendosis, wenn sie irgendwie in Ihren Körper eindringen können, als wenn sie draußen bleiben würden. Die Beurteilung der internen Dosimetrie beruht auf einer Vielzahl von Überwachungs-, Bioassay- oder Strahlungsbildgebungstechniken.

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 Gammastrahlung

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

• Gasionisationsdetektoren
• Szintillationsdetektoren
• Halbleiterdetektoren

Detektion von Gammastrahlung mit Ionisationskammer

Gammastrahlen  haben nur sehr geringe Probleme, die Metallwände der Kammer zu durchdringen. Daher können Ionisationskammern verwendet werden, um Gammastrahlung und Röntgenstrahlen zu erfassen, die zusammen als Photonen bekannt sind, und hierfür wird die fensterlose Röhre verwendet. Ionisationskammern reagieren über einen weiten Energiebereich gleichmäßig gleichmäßig auf Strahlung und sind das bevorzugte Mittel zur Messung hoher Gammastrahlungswerte. Einige Probleme werden durch die Tatsache verursacht, dass Alpha-Partikel stärker ionisieren als Beta-Partikel und als Gammastrahlen, so dass im Bereich der Ionisationskammer durch Alpha mehr Strom erzeugt wird als durch Beta und Gamma. Gammastrahlen lagern deutlich weniger Energie im Detektor ab als andere Partikel.

Der Wirkungsgrad der Kammer kann durch die Verwendung eines Hochdruckgases weiter gesteigert werden. Typischerweise kann ein Druck von 8 bis 10 Atmosphären verwendet werden, und verschiedene Edelgase werden eingesetzt. Beispielsweise sind  Hochdruck-Xenon (HPXe) -Ionisationskammern  ideal für den Einsatz in unkontrollierten Umgebungen, da sich gezeigt hat, dass die Reaktion eines Detektors über große Temperaturbereiche (20–170 ° C) gleichmäßig ist. Der höhere Druck führt zu einer größeren Gasdichte und damit zu einer größeren Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit dem Füllgas und der Erzeugung von Ionenpaaren durch einfallende Gammastrahlung. Aufgrund der erhöhten Wandstärke, die erforderlich ist, um diesem hohen Druck standzuhalten, kann nur Gammastrahlung erfasst werden. Diese Detektoren werden in  Vermessungsmessgeräten  und zur Umweltüberwachung eingesetzt.

Detektion von Gammastrahlung mit Geigerzähler

Der Geigerzähler  kann ionisierende Strahlung wie  Alpha-  und  Betateilchen ,  Neutronen und  Gammastrahlen  mithilfe des Ionisierungseffekts erfassen , der in einer Geiger-Müller-Röhre erzeugt wird, die dem Instrument seinen Namen gibt. Die Spannung des Detektors wird so eingestellt, dass die Bedingungen der  Region Geiger-Müller entsprechen .

Der  hohe Verstärkungsfaktor  des Geigerzählers ist der Hauptvorteil gegenüber der Ionisationskammer. Der Geigerzähler ist daher ein viel empfindlicheres Gerät als andere Kammern. Aus diesem Grund wird es häufig zum Nachweis von Gammastrahlen und Beta-Partikeln mit niedrigem Pegel verwendet.

Detektion von Gammastrahlung mit 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.

• Gammastrahlen . High-Z-Materialien  eignen sich am besten als Szintillatoren zur Detektion von Gammastrahlen. Das am häufigsten verwendete Szintillationsmaterial ist  NaI (Tl)  (Thallium-dotiertes Natriumiodid). Das Jod liefert den größten Teil der Bremskraft in Natriumjodid (da es einen hohen Z = 53 hat). Diese kristallinen Szintillatoren sind durchhohe Dichte,hohe Ordnungszahl gekennzeichnet, undImpulsabfallzeiten von etwa 1 Mikrosekunde (~ 10 ^-6 sec). Die Szintillation in anorganischen Kristallen ist typischerweise langsamer als in organischen. Sie weisen eine hohe Effizienz für die Detektion von Gammastrahlen auf und sind in der Lage, hohe Zählraten zu verarbeiten. Anorganische Kristalle können auf kleine Größen geschnitten und in einer Array-Konfiguration angeordnet werden, um eine Positionsempfindlichkeit bereitzustellen. Dieses Merkmal wird in der medizinischen Bildgebung häufig verwendet, um Röntgen- oder Gammastrahlen zu erfassen. Anorganische Szintillatoren können Gammastrahlen und Röntgenstrahlen besser erfassen. Dies ist auf ihre hohe Dichte und Ordnungszahl zurückzuführen, die eine hohe Elektronendichte ergibt.

Detektion von Gammastrahlung mit Halbleitern – HPGe-Detektoren

Hochreine Germaniumdetektoren  ( HPGe-Detektoren ) sind die beste Lösung für präzise  Gamma- und Röntgenspektroskopie .

Wie bereits geschrieben, wird das Studium und die Analyse von Gammastrahlenspektren für wissenschaftliche und technische Zwecke als Gammaspektroskopie bezeichnet, und Gammastrahlenspektrometer sind die Instrumente, die solche Daten beobachten und sammeln. Ein Gammastrahlenspektrometer (GRS) ist ein hoch entwickeltes Gerät zur Messung der Energieverteilung von Gammastrahlung. Für die Messung von Gammastrahlen über mehreren hundert keV gibt es zwei Detektorkategorien von großer Bedeutung,  anorganische Szintillatoren wie NaI (Tl) –  und  Halbleiterdetektoren . Wenn eine  perfekte Energieauflösung  erforderlich ist, müssen wir einen Detektor auf  Germaniumbasis wie den  HPGe-Detektor verwenden. Halbleiterdetektoren auf Germaniumbasis werden am häufigsten dort eingesetzt, wo eine sehr gute Energieauflösung erforderlich ist, insbesondere für die  Gammaspektroskopie sowie für die  Röntgenspektroskopie . In der Gammaspektroskopie wird Germanium bevorzugt, da seine Ordnungszahl viel höher als die von Silizium ist und die Wahrscheinlichkeit einer Gammastrahlenwechselwirkung erhöht. Darüber hinaus hat Germanium eine niedrigere durchschnittliche Energie, die zur Erzeugung eines Elektron-Loch-Paares erforderlich ist, nämlich 3,6 eV für Silizium und 2,9 eV für Germanium. Dies bietet letzteren auch eine bessere Energieauflösung. Das FWHM (volle Breite bei halbem Maximum) für Germaniumdetektoren ist eine Funktion der Energie. Für ein 1,3-MeV-Photon beträgt die FWHM 2,1 keV, was sehr niedrig ist.

Ein  elektronisches Personendosimeter  ist ein modernes Dosimeter, das die kumulative Dosis  und die  aktuelle Dosisrate kontinuierlich auslesen  und die Person, die es trägt, warnen kann, wenn eine  bestimmte Dosisrate  oder eine  kumulative Dosis  überschritten wird. EPDs sind besonders nützlich in Bereichen mit hoher Dosis, in denen die Verweilzeit des Trägers aufgrund von Dosisbeschränkungen begrenzt ist.

Eigenschaften von EPDs

Das  elektronische Personendosimeter EPD kann  einen direkten Messwert  der erkannten Dosis oder Dosisrate in Echtzeit anzeigen  . Elektronische Dosimeter können sowohl als zusätzliches Dosimeter als auch als primäres Dosimeter verwendet werden. Die passiven Dosimeter und die elektronischen Personendosimeter werden häufig zusammen verwendet, um sich zu ergänzen. Um wirksame Dosen abzuschätzen, müssen Dosimeter an einer Position des Körpers getragen werden, die für seine Exposition repräsentativ ist, typischerweise zwischen Taille und Hals, an der Vorderseite des Rumpfes, gegenüber der radioaktiven Quelle. Dosimeter werden normalerweise an der Außenseite der Kleidung, um die Brust oder den Oberkörper getragen, um die Dosis für den „ganzen Körper“ darzustellen. Dosimeter können auch an den Extremitäten oder in der Nähe des Auges getragen werden, um die äquivalente Dosis zu diesen Geweben zu messen.

Das Dosimeter kann in der Regel nach einer Messung zu Aufzeichnungszwecken zurückgesetzt und dadurch mehrfach wiederverwendet werden. Die EPDs verfügen über ein oben angebrachtes Display, damit sie gut lesbar sind, wenn sie an Ihrer Brusttasche befestigt werden. Die Digitalanzeige gibt sowohl  Informationen zur Dosis  als auch zur  Dosisleistung an, normalerweise in mSv und mSv / h. Die EPD verfügt über einen  Dosisleistungsalarm und einen  Dosisalarm . Diese Alarme sind programmierbar. Für verschiedene Aktivitäten können unterschiedliche Alarme eingestellt werden.

Beispielsweise:

• Dosisleistungsalarm bei 100 μSv / h,
• Dosisalarm: 100 μSv.

Wenn ein Alarmsollwert erreicht ist, blinkt die entsprechende Anzeige zusammen mit einem roten Licht und es wird ein ziemlich durchdringendes Geräusch erzeugt. Sie können den Dosisleistungsalarm löschen, indem Sie sich in ein niedrigeres Strahlungsfeld zurückziehen. Sie können den Dosisalarm jedoch erst löschen, wenn Sie zu einem EPD-Lesegerät gelangen. EPDs können auch einen Piepton für jede von ihnen registrierte 1 oder 10 μSv abgeben. Dies gibt Ihnen einen hörbaren Hinweis auf die Strahlungsfelder. Einige EPDs verfügen über drahtlose Kommunikationsfunktionen. EPDs sind in der Lage, einen weiten Strahlungsdosisbereich von Routinewerten (μSv) bis zu Notfallwerten (Hunderte mSv oder Einheiten von Sieverts) mit hoher Präzision zu messen und können sowohl die Expositionsrate als auch die akkumulierten Expositionswerte anzeigen. Von den Dosimetertechnologien sind elektronische Personendosimeter im Allgemeinen die teuersten, größten und vielseitigsten.