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Unsicherheit der auf Alanin basierenden Sekundärnormal-Messeinrichtung für die Wasser-Energiedosis DW zwischen 2 Gy und 25 Gy

15.01.2007

Um die Wiederholstandardabweichung im Dosisbereich bis 2 Gy zu ermitteln, wurden umfangreiche Messreihen durchgeführt. Diese waren mit der Hoffnung verbunden, dass durch eine Anpassung der Amplitude der Referenzsubstanz an den Bereich von Dosen unterhalb von 10 Gy und durch eine erneute Modifikation des Referenzprobenhalters die Messunsicherheit verringert werden könne. Anders als erwartet zeigten die Messergebnisse, dass, zumindest bei vergleichbarem Zeitaufwand, ein fester Betrag der Messunsicherheit nicht unterschritten werden kann.

Die Grenze wird zum Einen durch das Untergrundsignal der unbestrahlten Alanin-Sonden bestimmt, zum anderen (vermutlich größeren) Teil durch langsame Änderungen der Empfindlichkeit des Spektrometers, die u.a. zu einer sog. base line drift führen, die von Spektrum zu Spektrum unterschiedlich ausfällt. Verschiedene Datenanalysewerkzeuge wie Singulärwertzerlegung, Fourier- und Wavelet-Transformierte wurden verwendet, um das durch individuellen Untergrund und base line drift verursachte Signal auf rechnerischem Weg zu eliminieren. Es zeigte sich, dass diese zusätzlichen Maßnahmen dazu beitragen können, Sonden, welche bisher wegen zu hohen Untergrundsignals gar nicht nutzbar waren, zu verwenden, so dass zumindest „Totalausfälle“ vermieden werden können. Ein Durchbruch zu noch geringeren Unsicherheiten konnte allerdings auch mit mathematischen Mitteln nicht erreicht werden. Schlussfolgernd wurde die Entwicklung des Mess- und Auswerteverfahrens für Alanin als abgeschlossen betrachtet. Grafische Nutzeroberflächen für die Auswertesoftware wurden erstellt. Das Unsicherheitsbudget wurde noch einmal einer Revision unterzogen und das Ergebnis veröffentlicht.

Die Berechnung der Unsicherheit erfolgt in zwei Schritten: zunächst wird die Unsicherheit der mit dem an der PTB erweiterten NPL-Verfahren ermittelten Amplitude bestimmt. Durch eine geeignete Normierung erhält diese so genannte dosisnormierte Amplitude AD die Einheit Gy. Für die Wiederholstandardabweichung von AD ergibt sich für den gesamten Dosisbereich von 2 Gy bis 25 Gy ein konstanter Wert von 20 mGy, entsprechend einer relativen Wiederholstandardabweichung von 1% bei 2 Gy bzw. 0,1% bei 20 Gy. Weitere Beiträge zur Unsicherheit von AD resultieren aus den Unsicherheiten der Massen der Sonden, der Bestrahlungstemperatur, der Wiederholstandardabweichung bei der Bestrahlung sowie der Unsicherheit des Primärnormals.

Die Dosisbestimmung erfolgt mithilfe einer Kalibriergeraden, die aus fünf (DW,AD )-Paaren berechnet wird. Die Unsicherheit der berechneten Dosis ergibt sich aus den Unsicherheiten der Parameter der Kalibriergeraden (die aus den Unsicherheiten der AD -Werte zu bekannter DWberechnet werden) und den Unsicherheiten der AD -Werte mit unbekannter Dosis. Die erreichbaren Unsicherheiten der mit Alanin/ESR bestimmten Dosis sind in Abbildung zusammengefasst.

Zusätzlich wurden Untersuchungen zum Ansprechvermögen des Alanindosimeters für hochenergetische Elektronen sowie zu möglichen Einflüssen von verschiedenen Umgebungsmaterialien bei der Bestrahlung durchgeführt. Alaninsonden aus eigener Herstellung wurden ebenfalls erfolgreich eingesetzt. Weiterhin wurden mögliche Alternativen zu Alanin als Detektorsubstanz untersucht. Eine Steigerung der Empfindlichkeit und damit eine Verringerung der Unsicherheiten bei kleinen Dosen ist wird bei Verwendung von Lithium-Formiat-Monohydrat anstelle von Alanin erwartet. Mess- und Auswerteverfahren müssten dazu nur geringfügig angepasst werden.

Abb.:Relative Standard-Messunsicherheit der mit Alanin/ESR bestimmten Dosis (ohne Unsicherheit des Primärnormals von 0,2%) als Funktion der applizierten Dosis DW. In rot: für den Fall, dass Kalibrier- und Testsonden zur gleichen Zeit bestrahlt wurden; in blau: Zeitdifferenz zwischen Bestrahlung von Kalibrier- und Testsonden bis zu 8 Monaten.