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Neue Grenzwerte für die Augenlinsendosis erfordern die Charakterisierung von Arbeitsplätzen in der Röntgen-Medizin durch ein neuartiges Spektrometer

18.12.2018

Mit Hilfe von Spektrometrie einzelner Röntgenpulse von z.B. medizinischen Röntgenanlagen sollen die Arbeitsplätze in der Röntgenmedizin hinsichtlich der Strahlenbelastung des Personals und der Wirksamkeit von Strahlenschutzmaßnahmen untersucht werden. Die dazu notwendige neuartige Messtechnik basiert auf der Messung von einzelnen Röntgenphotonen mit Hilfe von einem Szintillatorkristall in Verbindung mit einem Geiger-Avalanche-Photodioden-Array.

Durch die gesetzliche Absenkung des Strahlenschutz-Grenzwertes für die Augenlinse ab 2018 sind die Arbeitsplätze in der Medizin hinsichtlich der möglichen Strahlenbelastung des Personals zu untersuchen. Da es sich bei der dort verwendeten Strahlung fast ausschließlich um gepulste Strahlung handelt, sind die typischen Spektrometer nicht verwendbar. Die gepulste Strahlung ist sowohl durch kurze Pulsdauern im Millisekundenbereich - teils nur Einzelpulse, teils wiederholend - und durch hohe Pulsdosisleistungen charakterisiert. Die bisherige Messtechnik kann die damit verbundenen hohen Ereignisraten nicht verarbeiten. Für die Realisierung eines für gepulste Strahlung geeigneten Spektrometers wurde daher ein Detektor auf Basis eines CeBr3-Szintillatorkristalls, der mit einem Geiger-Avalanche-Photodioden-Array gekoppelt ist, erfolgreich entwickelt und charakterisiert. So können Ereignisraten von 8 MHz verarbeitet werden. Dabei dauert das Signal eines einzelnen Röntgenphotons etwa 100 ns und die Abtastrate beträgt 1 GS/s. Damit wird jede Nanosekunde ein Messwert aufgezeichnet. Die notwendige schnelle Datenerfassung und die zugehörige Datenverarbeitung wird mittels eines Field Programmable Gate Arrays (FPGA) durchgeführt.

Mit dieser Technik lassen sich sowohl geringe Dosen als auch hohe Dosisleitungen messen, da das Spektrometer eine hinreichende Effizienz haben kann.

Der Szintillator ist für einen Energiebereich von 15 keV bis 150 keV ausgelegt, was dem Energiebereich der Röntgenstrahlung im medizinischen Anwendungsbereich entspricht. Auf Basis der bereits durchgeführten Messungen können in einem nächsten Schritt Messungen an realen medizinischen Arbeitsplätzen durchgeführt werden.