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Bestimmung des Massen-Energieabsorptionskoeffizienten von Luft im harten Röntgenbereich

29.09.2008

In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe 7.13 "Röntgenradiometrie" wurden in mehreren Strahlzeiten an der BAMline am Elektronenspeicherring BESSY II in Berlin Vergleichsmessungen der Freiluft-Ionisationskammer PK100 mit dem in 7.13 für den harten Röntgenbereich weiterentwickelten Kryoradiometer SYRES I durchgeführt. Hierzu wurde die Strahlungsleistung der schmalbandigen Photonenstrahlung (relative spektrale Bandbreite in der Größenordnung 10-3) im Energiebereich zwischen 30 keV und 93 keV mit dem Kryoradiometer SYRES I bestimmt und simultan der Ionisationstrom der im Strahlengang davor aufgebauten PK100 gemessen. Für kleinere Photonenenergien zwischen 10 keV und 30 keV musste wegen der größeren Luftabsorption in diesem Spektralbereich die Bestimmung der Strahlungsleistung mit einem anderen Messaufbau erfolgen. In diesem waren die PK100 und mehrere Halbleiterphotodioden, deren spektrale Empfindlichkeit zuvor durch Kalibrierung mit dem Kryoradiometer bestimmt worden war, so auf einem Verschiebetisch angeordnet, dass letztere sich in gleicher Entfernung vom Strahlaustrittsfenster befanden wie die Mitte des Nachweisvolumens in der PK100 und durch seitliche Verschiebung bei jeder Photonenenergie abwechselnd mit dieser bestrahlt werden konnten. Die Messungen mit diesem Aufbau zum indirekten Vergleich mit dem Kryoradiometer wurden auch für höhere Photonenergien bis 80 keV durchgeführt, um im Energiebereich unterhalb der Gold K-Kante, in welchem der aus Gold und Kupfer gefertigte Hohlraumabsorber des Kryoradiometers teilweise durchstrahlt wird, dessen mit Monte-Carlo-Simulationen unter Benutzung von GEANT4 und PENELOPE berechneten Absorptionsgrad über die Anwendung von Detektormodellen abzusichern. Die in den Simulationen verwendeten Materialschichtdicken wurden aus eigens hierfür durchgeführten Transmissionsmessungen an dem Hohlraumabsorber ermittelt.

Aus den Messergebnissen für Strahlungsleistung und Ionisationstrom der PK100 lässt sich aus deren im Zusammenhang mit der Etablierung als Primärnormal für Luftkerma bestimmten Korrektionsfaktoren sowie der bekannten Abmessungen der benutzten Messelektroden der Massenenergieabsorptionskoeffizient bestimmen. Die so gewonnenen experimentellen Werte sind in der Abbildung dargestellt, in welcher auch korrigierte Ergebnisse aus früheren Experimenten für Photonenenergien unterhalb von 10 keV enthalten sind [1]. Die in diesen festgestellte Abweichung von den gängigen Literaturwerten in der Größenordung zwischen 2% und 3% deutet sich auch für höhere Photonenenergien an.

Abbildung : Experimentelle Ergebnisse zum Massenenergieabsorptionskoeffizienten von Röntgenphotonen in Luft. (Rote und grüne Kreise: Ergebnisse dieser Experimente. Dreiecke: Ergebnisse aus Ref. [1].)

Literatur

  1. Büermann, L.; Großwendt, B.; Kramer, H.-M.; Selbach, H.-J.; Gerlach, M.; Hoffmann, M.; Krumrey, M.:
    Measurement of the x-ray mass energy-absorption coefficient of air using 3-10 keV synchroton radiation,
    Physics in Medicine and Biology, 51 (2006), 20, 5125 – 5150