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Entwicklung eines mobilen Puls-Elektrometers zur Messung von kleinen Ionisationskammerströmen in kontinuierlichen und gepulsten Strahlungsfeldern

23.12.2020

Aufbauend auf den langjährigen Erfahrungen und Entwicklungen des Fachbereichs 6.3 bzgl. der Messung sehr kleiner Ionisationskammerströme (im Bereich einiger 10-15 Ampere) wurde im Rahmen einer Technikerarbeit ein kompaktes mobiles Messgerät konstruiert. Hierfür wurde ein innovatives Messprinzip der gleichzeitigen Strom- als auch Ladungsmessung weiterentwickelt. Zusätzlich wurde aktuelle Kommunikationstechnik (WiFi) in ein kompaktes Messgerät integriert. Damit wird erstmalig die gleichzeitige mobile Messung der Dosis- und der Dosisleistung in kontinuierlichen und gepulsten Strahlungsfeldern ermöglicht.

Luftionisationskammern werden aufgrund Ihres weitgehend unabhängigen Ansprechvermögens bzgl. der Strahlungsenergie in der Photonen‑Strahlenschutzdosimetrie als Sekundärnormal eingesetzt. Die Eigenschaften dieser Kammern erlauben es auch in nahezu unbekannten Strahlungsfeldern zuverlässige Messungen hinsichtlich der Strahlenschutzmessgrößen durchzuführen. In besonderen Fällen und im Rahmen von Projektarbeiten führt auch die PTB Messungen an Fremdanlagen mit oftmals unbekannten Strahlungsfeldern durch, wobei hier die entsprechenden Messgeräte möglichst mobil gestaltet sein müssen.

Für diesen Einsatzbereich wurde ein neues mobiles Puls‑Elektrometer entwickelt, welches durch mehrere gleichzeitig aktive Ladungsmessbereiche insbesondere für das Vermessen unbekannter gepulster Strahlungsfelder eine wichtige Neuerung darstellt.

Die bei gepulster Strahlung notwendige Messung einer unbekannten Dosis erfolgt über mehrere parallele Elektrometerbereiche, während gleichzeitig die Dosisleistung eines kontinuierlichen Strahlungsfeldes über die Messung des Stromes über einen shunt‑Widerstand realisiert ist. Somit ist die Beschränkung der bisherigen Messtechnik auf nur ein Messverfahren aufgehoben und bei einem vollständig unbekannten Strahlungsfeld eine sofortige zuverlässige Messung möglich.

Ein energiesparender Mikroprozessor (Silicon Labs Giant Gecko ARM-M4) wurde ausgewählt, um die analogen Ausgangssignale der beschriebenen Elektronik zu erfassen. Zusätzliche Module zur Erzeugung der Kammer-BIAS-Spannung sowie zur Temperatur- und Luftdruckmessung wurden in die Firmware ebenfalls integriert. Die Realisierung der Datenverbindung zu einem Endgerät wurde über einen HTML‑Server auf einem in das Messgerät integrierten ESP32 Mikroprozessor realisiert. So sind als Endgerät alle browser‑fähigen Geräte wie PC, Tablet oder Handy verwendbar.

Diese Technikerarbeit zur Realisierung der beschriebenen Weiterentwicklung/ Maßnahmen wurde in Zusammenarbeit mit der Technikakademie der Stadt Braunschweig durchgeführt.

 

mobiles Puls-Elektrometer

 

 

Abbildung 1:  Im Messbetrieb befindliches mobiles Puls-Elektrometer mit browser-fähigem Endgerät (Laptop) zur Darstellung der Messwerte und zur Steuerung (des mobilen Puls-Elektrometers). Angeschlossen ist die Sekundärnormal‑Ionisationskammer HS01, die für die Messung der Umgebungsäquivalentdosis H*(10) optimiert ist.

 

Ansprechpartner:

Opens local program for sending emailJ. Roth, Fachbereich 6.3, Arbeitsgruppe 6.35

Opens local program for sending emailH. Zutz, Fachbereich 6.3, Arbeitsgruppe 6.31

Opens local program for sending emailO. Hupe, Fachbereich 6.3