28.04.2010
Die bisher genutzte Messtechnik für den Strahlenschutz basiert auf Dosimetern, die für kontinuierliche Strahlung entwickelt und geprüft wurden. In den letzten Jahren hat sich jedoch in allen Bereichen, d. h. in der Medizin, der Industrie und der Forschung, ein Wandel hin zu gepulsten Feldern vollzogen, wobei gleichzeitig die Entwicklung im Bereich der Messtechnik zu elektronischen Dosimetern ging. Die dadurch bedingten messtechnischen Probleme in gepulsten Feldern ionisierender Strahlung sind inzwischen offensichtlich geworden und haben das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) dazu veranlasst, die Verwendung elektronischer Dosimeter in gepulsten Strahlungsfeldern einzuschränken.
Als Reaktion auf diese messtechnische Problematik hat die PTB eine Anlage zur definierten Erzeugung gepulster Röntgenstrahlung aufgebaut (Abb. 1). Diese Puls-Röntgenanlage wurde in enger Zusammenarbeit mit der Firma Siemens aus einem modernen medizinischen Serienprodukt entwickelt und wird es erstmalig ermöglichen, die Eignung von Dosimetern für Messungen in gepulsten Strahlungsfeldern zu prüfen.
In dieser Anlage wird eine spezielle Drehanoden-Röntgenröhre (Abb. 2) eingesetzt. Bei dieser wird der Röhrenstrom und damit die ionisierende Strahlung durch ein Gitter ein- und ausgeschaltet und die Hochspannung liegt dauerhaft an, dies wird als Gitterpulsung bezeichnet. Hierdurch ist es möglich geworden, Strahlungspulse mit sehr kurzen Anstiegs- und Abfallzeiten im Bereich um 50 µs zu erzeugen. Nahezu ausschließlich wird bisher zur Erzeugung gepulster Strahlung die Hochspannung ein- und ausgeschaltet und kein Gitter verwendet, diese Methode wird als primärseitige Generatorpulsung bezeichnet. Die letztgenannte Methode hat den Nachteil, dass die Anstiegs- bzw. Abfallzeiten für die Röhrenhochspannung, bedingt durch z.B. Kabelkapazitäten, im Bereich von ca. 300 µs bis zu einigen Millisekunden liegen.
Bei der verwendeten spezielle Drehanoden-Röntgenröhre konnte durch eine kleine Modifikationen die Verwendung der Gitterpulsung bis zu einer Hochspannung (Beschleunigungsspannung) von 125 kV erreicht werden. Somit sind zum Einen sehr kurze Pulse im Bereich um 200 µs möglich und zum Anderen wird während der Anstiegs- bzw. Abfallzeit des Pulses keine unerwünschte Spannungs- bzw. Energie-Rampe durchlaufen. Dies ist deshalb notwendig, da bei einer Prüfung nur die Abhängigkeit des Ansprechvermögens von der Pulsdauer und nicht gleichzeitig die Energieabhängigkeit beurteilt werden soll.
Abbildung 1 : Die Puls-Röntgenanlage besteht aus dem Generator (links), dem Strahlerzeuger (Mitte) mit Drehanoden-Röntgenröhre, Verschluss, Filterrad und verschiedenen einschiebbaren Blenden und dem verschiebbaren Bestrahlungstisch (rechts). Als Prüfling ist hier die Sekundärnormal-Ionisationskammer für die Tiefen-Personendosis Hp(10) aufgebaut.
Die einstellbare Röhrenhochspannung liegt im Bereich von 40 kV bis 125 kV, der Röhrenstrom ist im Bereich von 0,1 mA bis 800 mA wählbar. Bei elektrischen Leistung bis 4 kW ist ein Dauerbetrieb möglich, darüber nur Pulsbetrieb. Bei der maximal möglichen Leistung von 80 kW beträgt die maximale Pulslänge noch 300 ms. Die Möglichkeit, Dauerstrahlung zu erzeugen, ist für den Anschluss an die bisherigen Prüfanlagen notwendig. Die Pulswiederholrate kann bis zu 100 Hz betragen, wobei neben periodischen Pulsfolgen auch frei wählbare unperiodische Pulsabfolgen einstellbar sind. Als wesentlicher Vorteil gegenüber medizinischen Serienprodukten bietet diese Anlage die Möglichkeit, alle physikalischen Parameter des Strahlungspulses nahezu unabhängig voneinander einzustellen. Der Bestrahlabstand kann im Bereich von 30 cm bis zu 300 cm verändert werden. Durch das Filterrad und die Auswahl verschiedener Röhrenhochspannungen ist die Einstellung verschiedener Strahlungsqualitäten möglich.
Abbildung 2 : Die in der Anlage verwendete, gittergesteuerte Drehanoden-Röntgenröhre. Durch eine kleine Modifikation des Serienproduktes ist es gelungen, die Gitterpulsung bis zu Röhrenspannungen von 125 kV zu verwenden.
Die Anlage soll sowohl zur Prüfung von Strahlenschutzdosimetern hinsichtlich ihrer Eignung für Messungen in gepulsten Strahlungsfeldern, als auch für die Forschung und Entwicklung bezüglich Dosimetrie in gepulsten Feldern genutzt werden.
Als nächstes ist es notwendig, neue elektronische Dosimeter und geeignete Prüfverfahren zu entwickeln, damit der Strahlenschutz auch in gepulsten Feldern ionisierender Strahlung sichergestellt werden kann.