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Dosimetrie bis in 30 km Höhe

29.12.2011

Seit Anfang der 90er Jahre führt die PTB dosimetrische Untersuchungen der sekundären kosmischen Strahlung in der Atmosphäre durch [1, 2, 3]. Im Laufe der Zeit wurden dabei die Messgeräte immer kompakter und auch wesentlich kleiner. Die Messungen erfolgten allerdings immer in Reiseflughöhen zwischen 8 km und 12 km. In Kooperation mit dem Meteorologischen Observatorium Lindenberg des Deutschen Wetterdienstes (DWD) konnte ein Messgerät im Juli 2011 in zwei Ballonsondierungen die Höhenabhängigkeit der Ortsdosisleistung bis zu einer Höhe von 30 km. vermessen, also bis in die Stratosphäre hinein.

Das eingesetzte Messgerät "Liulin-6SG", hergestellt vom Solar-Terrestrial Influences Laboratory der Bulgarian Academy of Sciences in Sofia, verwendet einen 2 cm2 großen und 0,3 mm dicken Silizium-Detektor. Die Signale des Detektors werden mittels eines 12 bit Analog-zu-Digital Wandlers digitalisiert und auf eine SD Karte geschrieben. Das Messgerät, dessen Stromversorgung und weitere Sensoren mit Messelektronik zur Erfassung von Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchte, GPS Daten und VHF-Sender wurden in einem wärmeisolierten Gehäuse (Größe ca. 24 cm × 24 cm × 28 cm; Gesamtgewicht ca. 1,3 kg, siehe Abbildung 1) untergebracht, damit bei Außentemperaturen von bis zu -60° C die Temperatur im Gehäuse nicht unter den Gefrierpunkt fällt.

    Abbildung 1

Mit dem Silizium-Detektor kann nur die in Silizium deponierte Energie, bzw. die in Silizium absorbierte Dosis, gemessen werden. Eine Feldkalibrierung in Reiseflughöhen mittels des von der PTB entwickelten Programmes FDOScalc [4] liefert einen konstanten Kalibrierfaktor, mit dem die gemessene absorbierte Dosis in Umgebungs-Äquivalentdosis umgerechnet werden kann. Die Ergebnisse aus den beiden Sondierungen sind in Abbildung 2 dargestellt. Zum Vergleich sind die Daten von Messungen an Bord eines Concorde-Flugzeugs aus den Jahren 1997 - 1999 [5] (korrigiert bzgl. Sonnenaktivität und geografischer Breite) gezeigt. Die PTB-Messungen mit einer Reuter-Stokes-Kammer (RSS+n) [6] (korrigiert mit dem erwarteten Neutronenanteil) und Berechnungen mit dem Programm EXPACS der Japan Atomic Energy Agency (JAEA) [7] zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Messdaten. Die Übereinstimmung mit dem PTB-Programm FDOScalc [4] ist durch die Methode der Feldkalibrierung begründet.

Abbildung 2

Literatur

  1. H. Schuhmacher, U. J. Schrewe:
    Dose Equivalent Measurements on Board Civil Aircraft.
    PTB-Bericht PTB-N13 (1992)
  2. U. Schrewe:
    Global Measurements of the Radiation Exposure of Civil Air Crew from 1997 to 1999.
    Radiation Protection Dosimetry 91, pp 347-364 (2000)
  3. F. Wissmann:
    Long-term Measurements of H*(10) at Aviation Altitudes in the Northern Hemisphere.
    Radiation Protection Dosimetry 121, 347-357 (2006)
  4. F. Wissmann, M. Reginatto, T. Möller:
    Ambient Dose Equivalent at Flight Altitudes: A Fit to a Large Set of Data using a Bayesian Approach.
    Journal Radiological Protection 30, 513-524 (2010)
  5. D. T. Bartlett:
    Radiation Protection Aspects of the Cosmic Radiation Exposure of Aircraft Crew.
    Radiation Protection Dosimetry 109, 349-355 (2004)
  6. F. Wissmann, A. Rupp, U. Stöhlker:
    Characterization of dose rate instruments for environmental radiation monitoring.
    Kerntechnik 72, 192-198 (2007)
  7. T.Sato, K.Niita:
    Analytical Functions to Predict Cosmic-Ray Neutron Spectra in the Atmosphere.
    Radiation Research 166, 544-555 (2006)