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Dosimeter für Astronauten

09.08.2007

Die Astronauten auf der internationalen Raumstation ISS sind einer hohen Strahlenbelastung ausgesetzt. Die Äquivalentdosis - gemessen mit einem TEPC innerhalb der Raumstation - beträgt etwa 0,5 mSv pro Tag. Damit kann bei einem mehrmonatigen Aufenthalt der auf der Erde für beruflich Beschäftigte gültige Jahresgrenzwert von 20 mSv deutlich überschritten werden. Dies macht eine besonders intensive Überwachung erforderlich. Messungen mit Spektrometern zeigen, dass etwa ein Drittel der Äquivalentdosis von locker ionisierender Strahlung (im wesentlichen verursacht durch hochenergetische Protonen, LET < 10 keV/µm) herrühren und zwei Drittel von dicht ionisierender Strahlung (Neutronen, schwere Ionen, LET > 10 eV/µm). Dabei ist insbesondere der Neutronendosisanteil nur mit hohen Unsicherheiten bestimmbar. Derzeitige Angaben des Neutronendosisanteils an der Gesamtdosis schwanken zwischen 10% und 30%.

Die PTB war bisher an zwei Missionen zur ISS mit einen Personen-Neutronendosimeter beteiligt. Es wurde dabei ein Neutronendosimeter mit Kernspurdetektoren eingesetzt, bei dem die Neutronendosis sowohl über eine Auswertung der Spuren von Rückstoßprotonen als auch über eine Auswertung der Spuren von Alpha-Teilchen bestimmt wurde. Letztere werden durch vom Körper zurück gestreute thermalisierte Neutronen über eine 10B(n,α)-Reaktion im Dosimeter erzeugt und sind eindeutiger der Neutronenstrahlung zuzuordnen.

Zwei Dosimeter befanden sich im Sommer 2001 für 126 Tage auf der ISS. Die Protonenrückstoßmessung ergab eine Dosisleistung von (28 ± 5) µSv/d, mit der Methode basierend auf Reaktionen am 10B wurden (23 ± 8) µSv/d bestimmt. Die absoluten Werte beinhalten zusätzliche, hier noch nicht ausgewiesene Kalibrierunsicherheiten, da Referenzfelder auf der Erde zur Kalibrierung herangezogen wurden, die sich von den Neutronenstrahlungsfeldern im Weltall unterscheiden.

Vier weitere Neutronendosimeter der PTB befanden sich in der Zeit vom Februar 2004 bis August 2006 an der Außenwand der ISS im Weltraum auf der Weste der Matroshka. Dies ist ein menschähnlicher Körper, der - bestückt mit Strahlenschutzinstrumenten - an die Außenwand der ISS montiert wurde (siehe Abbildung). Die Dosimeter werden derzeit ausgewertet und mit Kalibrierdosimetern verglichen, die im letzten Jahr in den Hochenergie-Referenz-Neutronen-Strahlungsfeldern am CERN (Schweiz)und TLABS (Südafrika) bestrahlt wurden.

Die Astronauten der ISS tragen bisher nur passive Personendosimeter, basierend auf Thermolumineszenz- und Kernspurdetektoren, deren Auswertung erst nach der Mission erfolgt. Längerfristig ist an die Entwicklung von direkt anzeigenden, elektronischen Personendosimetern für Astronauten gedacht. Da die PTB bereits Erfahrungen mit der Entwicklung elektronischer Personendosimeter für gemischte Neutronen/Photonenfelder hat (siehe Jahresbericht 2006), wurde sie an einem von der ESA ausgeschriebenen Vorhaben beteiligt. In einer Vorstudie (Juli 2007 bis Mai 2008) wird ein Überblick über derzeit vorhandene Personendosimeter und Techniken erstellt, werden Machbarkeitsstudien für eine Weiterentwicklung vorhandener Prototypen zu einem Astronautendosimeter durchgeführt und das Ansprechvermögen von Dosimetern im Weltraum durch begleitende Rechnungen bestimmt.

Abbildung : Montage der Matroshka auf der ISS.

Literatur

  1. Reitz, R. Beaujean, E. Benton, S. Burmeister, Ts. Dachev, S. Deme, M. Luszik-Bhadra, P. Olko:
    Space radiation measurements on-board ISS - the DOSMAP experiment.
    Radiat. Prot. Dosim. 116 (2005), Seiten 374-379.