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Determination of response functions with the aid of unfolding procedures

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  • Metrology for Society
18.03.2004

In dem von der EC unterstützten Vorhaben EVIDOS ("Evaluation of Individual Dosimetry in Mixed Neutron and Photon Radiation Fields") sind sieben Europäische Institute beteiligt (PTB, IRSN, DIMNP, NRPB, SCK-CEN, SSI, PSI). Dessen Ziel ist die Optimierung der Personendosimetrie für Neutronenstrahlung an Arbeitsplätzen des nuklearen Brennstoffzyklus. Ein Teilaspekt des Projekts besteht in der Untersuchung von Dosimetern in ausgewählten Arbeitsplatzfeldern an kerntechnischen Einrichtungen in Europa und die Bewertung ihres Verhaltens. Dafür wurden neue Verfahren der Datenanalyse entwickelt, um die vollständigen Ansprechfunktionen von Dosimetern zu bestimmen.

Das vollständige Ansprechvermögen von Dosimetern kann im Prinzip experimentell durch Messungen mit monoenergetischen Neutronen ermittelt werden. Dabei ist es erforderlich, dass eine große Anzahl von Messungen vorliegt und dass der gesamte Energiebereich überdeckt wird, der in der Praxis relevant ist. Da jedoch Kalibrierfelder mit monoenergetischen Neutronen im intermediären Energiebereich (von thermischen Neutronen bis zu Energien von 24 keV) nicht vorhanden sind, ist ein solchen Ansatz nicht durchführbar. Zur Lösung dieses Problems wurde ein Verfahren entwickelt, das zusätzliche Information berücksichtigt, zum Beispiel aus Kalibriermessungen mit breiten Energieverteilungen, z.B. mit Radionuklid-Neutronenquellen.

Das Verfahren nutzt zwei Arten von Daten: von Messungen mit monoenergetischen Neutronen und von Messungen mit breiter Energieverteilung. Für die meisten der untersuchten Dosimeter gibt es leider keine verlässliche Abschätzung des Ansprechvermögens von Rechnungen, die den gesamten Energiebereich überdecken. Daher wurde eine Methode entwickelt, die solche Information nicht benötigt, sie jedoch nutzen kann, wenn sie vorhanden ist. Die Ansprechvermögen werden mit einem Minimum an Annahmen ermittelt: sie sollten mit den experimentellen Daten innerhalb der experimentellen Unsicherheit übereinstimmen und sie sollten nahe an einer einfachen Interpolation der experimentellen Daten liegen. Die Ansprechvermögen der Dosimeter werden durch ein parametrisches Modell beschrieben. Die Lösung ergibt sich aus der maximalen Entropie des Entfaltungsproblems, welches das Ansprechvermögen für breite Spektren bestimmt und bei dem die Messungen mit monoenergetischen Neutronen als erste Annahme genutzt werden. Die besten Werte der Parameter dieses Modells werden mit einem Programm ermittelt, das Bayessche Parameterabschätzung verwendet und das speziell für diese Anwendung mit dem Softwarepaket WinBUGS geschrieben wurde.

Ergebnisse dieser Arbeit wurden bei dem IRPA 11 Kongress in Madrid, Spanien, im Mai 2004 für die Dosimeter Aloka PDM-313, DIMNP HpSLAB, PSI DISN, PTB DOS-2002, Saphydosen und Siemens EPD-N2 vorgestellt. Für diese Analyse wurden experimentelle Daten aus Messungen mit Energien En = 24, 70, 144, 250, 560 keV und 1.2, 2.5, 5, 14.8 MeV, mit dem thermischen Neutronenstrahl der GKSS in Geesthacht und mit ISO Neutronenquellen (252Cf, moderiertes 252Cf (mit und ohne Cadmium-Abschirmung) und 241Am-Be) verwendet.

Die linke Seite zeigt das ermittelte Ansprechvermögen bezüglich der Tiefen-Personendosis HP(10) des Dosimeters PTB DOS-2002 als Funktion der Neutronenenergie (blaue Kurve), zusammen mit den Ergebnissen der Messungen mit monoenergetischen Neutronen (rote Symbole). Die rechte Seite zeigt das Ansprechvermögen dieses Dosimeters für Strahlungsfelder mit breiter Energieverteilung. Die Messergebnisse (hellgrau) sind den berechneten Daten (dunkelgrau) gegenübergestellt.

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