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Kalibrierung von Großflächenstrahlern nach Klasse 1 gemäß ISO8769

20.12.2019

Großflächen-Referenzquellen werden überwiegend für die Kalibrierung von Kontaminationsmonitoren benötigt, mit denen Oberflächen auf Kontaminationen durch alpha-, beta- und gammastrahlende Radionuklide geprüft werden. In der Arbeitsgruppe 6.11 werden zwei Großflächenproportionalzähler zur Messung von Oberflächenemissionsrate und Aktivität von flächenhaften Alpha- und Betastrahlern betrieben. Für gammastrahlende Nuklide wird ein kalibrierter, großvolumiger NaI-Detektor eingesetzt. Alterungsbedingte Probleme wie Instabilitäten in der Zählrate, oder eine Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses und der spektroskopischen Auflösung machten eine grundsätzliche Modernisierung wesentlicher Komponenten der Großflächenproportionalzähler erforderlich.

Im Zeitraum 2018-2019 wurde der Messstand vollständig erneuert: Die zwei Großflächenproportionalzähler des Messtandes wurden durch eine externe Firma generalüberholt und mit neuen Zähldrähten ausgestattet. Die Gasversorgung wurde durch ein neues System ersetzt, wobei nur Edelstahlkomponenten benutzt wurden, um künftig Verunreinigungen durch Alterung von Gummidichtungen und PVC-Schläuchen zu vermeiden. Die Einstellung des gewünschten Gasflusses erfolgt durch einen digitalen Durchflussregler, wobei der Volumenstrom sowohl vor als auch nach dem Detektor ermittelt wird.

Die Datenerfassung des Messstandes wurde umgebaut und auf Digitizer-Basis umgestellt. Der eingesetzte Digitizer hat eine Abtastrate von 100 MHz und zwei analoge Eingänge. Die nötige Hochspannung für die Detektoren und die 12 V Niederspannung für die Vorverstärker werden durch dasselbe Modul erzeugt, was einen sehr kompakten und wartungsarmen Aufbau erlaubt.

Um eine optimale Kopplung zwischen Detektor und Digitizer zu gewährleisten, wurde in der Arbeitsgruppe ein dedizierter Vorverstärker entwickelt. Das Design basiert auf einem neuen, durch Texas Instruments entwickelten, besonders rauscharmen Operationsverstärker, der zusätzlich einen großen dynamischen Bereich aufweist. Datenerfassung, Gasversorgung und Ansteuerung mechanischer Komponenten werden durch eine LabView-basierte Mess- und Kontrollsoftware gesteuert.

Eine weitere wichtige Kenngröße von Großflächenstrahlern ist die Gleichförmigkeit der Quelle nach ISO8769, die ein Maß für die Homogenität der Emission über die Fläche ist. Diese wird mit einem kommerziellen Radiographiesystem bestimmt, wobei Inhomogenitäten von Film und Gerät durch eigens entwickelte Prozeduren korrigiert werden.

Eine Sonderstellung nehmen Klasse 1-Strahler nach ISO8769 ein, die besonders hohe Anforderungen an Unsicherheiten und Gleichförmigkeit bei der Kalibrierung einer Quelle stellen. Diese Quellen sind vor allem für den Einsatz an anderen Metrologieinstituten als Sekundärnormale und an akkreditierten Labors gedacht. Auf dieser Basis werden dann Quellen für den praktischen Einsatz im Strahlenschutz hergestellt und kalibriert.

Die PTB ist somit eines der wenigen Metrologieinstitute weltweit, das über ein umfassendes Kalbrierangebot für Großflächenstrahler nach Klasse 1 für fast alle relevanten Nuklide verfügt.