Direct comparison of the free-air chambers of PTB and NPL

Die Freiluft-Ionisationskammern (kurz: Freiluftkammern) des National Physical Laboratory (NPL), Großbritannien, und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) zur Darstellung der Einheit der Luftkerma für Röntgenstrahlungen mit Erzeugerspannungen von 40 kV bis 300 kV wurden in den Röntgenstrahlungsfeldern der PTB direkt miteinander verglichen. Das NPL verwendet als Primärnormal-Messeinrichtung eine Parallelplattenkammer, die PTB eine Freiluftkammer mit zylindrischem Design. Aufgrund der typischerweise großen äußeren Abmessungen und des erheblichen Gewichtes (ca. 450 kg) solcher Freiluftkammern werden Vergleiche normalerweise nur indirekt mittels einer kompakten Transfer-Ionisationskammer durchgeführt. Das NPL hat eine modulare und damit transportable Freiluftkammer (siehe Abbildung 1) gebaut, mit der sie jedes Jahr einen direkten bilateralen Vergleich mit der entsprechenden Primärnormal-Messeinrichtung eines Nationalen Metrologischen Institutes weltweit durchführen will. Den Anfang dieser Vergleichsserie machte in diesem Jahr die PTB. Ein direkter Vergleich hat den Vorteil, dass die Unsicherheiten erheblich kleiner sind. In dem aktuellen Vergleich betrugen die relativen Standard-Messunsicherheiten des Verhältnisses der Luftkermawerte der PTB und des NPL nur 0,2 % bis 0,4 %. Die Ergebnisse erlauben damit eine Überprüfung der Richtigkeit der verwendeten Korrektionsfaktoren für die unterschiedlichen Typen von Freiluftkammern. Solche Korrektionsfaktoren werden zum großen Teil mit Hilfe von Monte Carlo Methoden berechnet und sind in der Regel nicht direkt messbar. Die Ergebnisse dieses Vergleiches (Abbildung 2) zeigen eine gute Übereinstimmung. Abweichungen größer als die Standardmessunsicherheit ergaben sich nur für besonders hart gefilterte Röntgenstrahlungen mit kleinen Luftkermaleistungen, weil in diesen Fällen die Leckströme der Freiluftkammern einige Prozent des Signalstroms ausmachen aber nicht genau genug gemessen werden können.

Abbildung 1: Die modulare Freiluft-Ionisationskammer des NPL während der Aufbauphase in der PTB. Zu sehen sind der Rahmen und die Halterung für die Potentialführungschienen.

Abbildung 2: Das Verhältnis R_K der Luftkermawerte, die mit den Freiluftkammern des NPL und der PTB in den Referenzstrahlungsfeldern der PTB gemessen wurden, als Funktion der mittleren Photonenenergien der verwendeten Röntgenstrahlungsqualitäten aus der Röntgendiagnostik (RQR, RQA), dem Strahlenschutz (ISO-N) und den so genannten BIPM Qualitäten, die bei den bilateralen Schlüsselvergleichen von Nationalen Metrologischen Instituten mit dem BIPM verwendet werden.