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Precise dose determination with alanine for absorbed dose up to 5 Gy

Categories:
  • Fundamentals of Metrology
18.03.2004

Eine Sekundärnormal-Messeinrichtung für die Wasser-Energiedosis Dw befindet sich im Aufbau. Die Grundlage des Verfahrens bildet der Nachweis strahlungsinduzierter Alanin-Radikale mithilfe der Elektronen-Spin-Resonanz (ESR). Um die angestrebte relative Standard-Messunsicherheit von ≤0,5% erreichen zu können, wird ein Relativmessverfahren verwendet, bei welchem gleichzeitig mit der bestrahlten Alanin-Sonde eine Referenzsubstanz gemessen wird. Die für die Dosimetrie verwendete Messgröße ist das Verhältnis der ESR-Signal-Amplituden von Alanin und Referenzsubstanz bezogen auf die Masse der Alaninsonde.

Bei diesem Messverfahren ist die relative Positionierung von Alanin und Referenzsubstanz sowie das Verhältnis der Amplituden der Referenzsignale zu den Amplituden, die von Alaninsonden mit den zu untersuchenden Dosen erzeugt werden, von besonderer Bedeutung. Um diese Einflüsse zu quantifizieren, wurden Messreihen in unterschiedlichen Dosisbereichen durchgeführt (10 Gy bis 50 Gy, 5 Gy bis 25 Gy und 2 Gy bis 12 Gy). Die untere Grenze des Dosisbereichs, in dem bisher eine Wiederholstandardabweichung von ≤0,5% erreicht wird, ist 5 Gy. Die Wiederholstandardabweichung nimmt mit zunehmender Dosis ab, im Bereich oberhalb von 20 Gy werden typischerweise 0,3% erreicht. Die Amplituden der zu untersuchenden Dosen müssen dabei in einem Bereich liegen, der zwischen 20% und 50% der Amplitude des Referenzsignals beträgt. Die angegebenen Werte für die Unsicherheiten gelten für den Fall, dass die auszuwertenden Sonden (Testsonden) zum gleichen Zeitpunkt bestrahlt wurden wie die Sonden, die zur Kalibrierung verwendet werden.

In der Praxis müssen meist Sonden ausgewertet werden, die nicht zur gleichen Zeit wie die zur Kalibrierung verwendeten Sonden bestrahlt wurden. In diesem Fall muss eine weitere Einflussgröße berücksichtigt werden: der Verlust der Dosisinformation in der Zeit zwischen Bestrahlung und Auswertung. Für die verwendeten Sonden beträgt er ca. 2% bis 3% pro Jahr. Der Einfluss dieses sog. Fadings konnte mit einem neu entwickelten Mess- und Auswerteverfahren nahezu vollständig eliminiert werden; die "Fading-Kompensation" führt lediglich zu einem zusätzlichen Beitrag im Unsicherheitsbudget von 0,16% (relative Standardunsicherheit).

Zusätzlich wurde die Abhängigkeit der Alanin-Amplitude von der Temperatur bei der Bestrahlung untersucht. Der Temperaturkoeffizient für die verwendeten Sonden wurde als 0,19%/K ± 0,04%/K ermittelt (erweiterte Messunsicherheit, k=2).

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