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Direkt anzeigende Personendosimeter

Wie hoch ist die aktuelle Strahlenexposition für die Besatzung der ISS? In Zukunft könnten direkt anzeigende Dosimeter eine klare Antwort geben. Bisher wird die Strahlenbelastung der Astronauten lediglich mit passiven Dosimetern gemessen. Eine Auswertung erfolgt erst nachträglich auf der Erde. In der PTB entwickelte Personendosimeter können die Strahlungsbelastung hingegen direkt anzeigen. Ein solches Dosimeter wurde patentiert und ein Prototyp an die Industrie transferiert. Derzeit wird ein neuer Prototyp für einen möglichen Weltraumeinsatz geprüft.

Ein menschenähnliches "Phantom" (Matroshka genannt) auf der Außenseite der ISS trägt zu Testzwecken eine Weste mit diversen Dosimetern. (Fotos: ESA)

Auf der International Space Station (ISS), in einer erdnahen Umlaufbahn von ca. 400 km Höhe, beträgt die Strahlendosis rund 0,5 mSv pro Tag. Die Hälfte dieser Dosis erhalten die Astronauten in den wenigen Minuten, in denen die ISS einige Male am Tag den Strahlungsgürtel der South Atlantic Anomaly durchquert. In Anbetracht dieser recht kurzzeitigen hohen Dosis ist ein Tragen direkt anzeigender Dosimeter mit Alarmfunktion wünschenswert. Die Astronauten könnten sich dann bei Ansteigen der Dosis in besser abgeschirmte Bereiche der Raumstation zurückziehen.

Das für gemischte Strahlenfelder (Neutronen und Photonen) in der PTB entwickelte Prototyp-Dosimeter ist ein handliches Gerät mit Direktanzeige und Alarmfunktion. Während bisher stets mehrere Halbleiterdetektoren für den Aufbau eines Neutronendosimeters verwendet wurden, kommt das Dosimeter mit einem einzigen Detektor aus (40 µm effektive Schichtdicke und 1 cm2 Fläche), der von mehreren dünnen Absorberschichten umgeben ist. Ein auf der PTB-Technologie basierendes, industriell gefertigtes Dosimeter wird in der Kernindustrie bereits eingesetzt. Für Strahlungsfelder mit hohen Neutronenenergien zwischen 1 MeV und 100 MeV, wie sie an Hochenergiebeschleunigern und auch im Weltraum auftreten, variiert jedoch das Äquivalentdosis-Ansprechvermögen um mehr als eine Zehnerpotenz.

Mittlerweile wurde in der PTB ein neues Neutronendosimeter entwickelt, das sich besser für Strahlenfelder mit hohen Energien eignet. Der neue Prototyp unterscheidet sich von dem früheren im Wesentlichen durch den Einsatz eines dünneren und kleineren Halbleiterdetektors (5,6 µm effektive Schichtdicke, 0,25 cm2 Fläche) und die Integration von Pulsen mit kleinerer Pulshöhe (200 keV bis 1 MeV). Das Äquivalentdosis-Ansprechvermögen für Neutronen variiert im Neutronenenergiebereich zwischen 1 MeV und 100 MeV nur um ± 40 % .

Neben Messungen wurden auch Monte-Carlo-Rechnungen zum Ansprechvermögen durchgeführt. Die Ergebnisse stimmen in Anbetracht des großen Energiebereichs, der komplexen Rechenmodelle und des für die Rechnungen vereinfachten Dosimeteraufbaus gut mit den Messungen überein. Das Dosimeter scheint auch für einen Einsatz auf der ISS geeignet. Im Rahmen eines von der ESA geförderten Projektes wird es für einen möglichen Weltraumeinsatz geprüft

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