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Entwicklung eines Photodioden-Messsystems zur zeitaufgelösten Messung von gepulster und kontinuierlicher Röntgenstrahlung

23.12.2020

Das neu entwickelte Strahlungspuls-Messsystem ermöglicht mit einem einzigen Detektor die Messung von Strahlungspulsen verschiedenster Pulsdauern und Intensitäten. Der Intensitäts- bzw. Dosisleistungsverlauf kann mit einer Zeitauflösung von einigen ns dargestellt werden. Es sind Messungen in einem weiten Dosisleistungsbereich von wenigen mGy/h in kontinuierlichen Strahlungsfeldern bis zu einigen MGy/h Pulsdosisleistung in gepulsten Feldern möglich.

Gepulste Strahlungsfelder kommen in verschiedensten Disziplinen und Anlagen vor, wie z. B. an Teilchenbeschleunigern im Forschungsbereich sowie in der medizinischen Röntgendiagnostik. Die Dosisleistung und die zeitliche Verteilung der Pulse variierten dabei jeweils sehr stark um einige Größenordnungen. Um unter diesen verschiedenen Strahlungsbedingungen Messungen der Dosisleistung mit hoher Zeitauflösung und gleichzeitiger Signalanpassung durchführen zu können, sind entsprechende elektronische Beschaltungen in Form von Messmodi in einem Messgerät realisiert worden. Die möglichen Frequenzbänder, in denen das Gerät betrieben werden kann, sowie die möglichen Dosisleistungen können der Abbildung 2 entnommen werden. Das System eignet sich insbesondere für Messungen kurzer Pulse mit höheren Pulsdosisleistungen, kann aber auch in kontinuierlichen Strahlungsfeldern mit ausreichender Dosisleistung eingesetzt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft gegenüber sogenannten zählenden und spektrometrischen Systemen, welche bei hohen Dosisleistungen mit Totzeit- und Pile‑Up‑Effekten behaftet sind. Die Messbereiche decken sich in großen Teilen auch mit den Anlagenparametern der Referenzstrahlungsfelder des Fachbereichs 6.3, so dass hier erste Messungen durchgeführt werden konnten. Charakterisiert und rückgeführt wurde die Schaltung über optischen Methoden, da als Sensor eine 300 µm Silizium PIN‑Photodiode eingesetzt wird.

Für die Anwendung in unbekannten Strahlungsfeldern wird durch die einfache Messmodi‑Umschaltung der Messablauf stark vereinfacht.

Die Arbeiten wurden im Rahmen einer Bachlorarbeit in Zusammenarbeit mit der Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften in Wolfenbüttel durchgeführt.

 

Abb. 1: Messaufbau mit Messelektronik und Oszilloskop

 

Abb. 2: Frequenz und Intensitäts‑Messbereiche der Schaltungsmodi, Zeitauflösung ta ≈0,35/fg

 

Ansprechpartner:

Opens local program for sending emailJ. Koll, Fachbereich 6.3, Arbeitsgruppe 6.35

Opens local program for sending emailJ. Roth, Fachbereich 6.3, Arbeitsgruppe 6.35