Darstellung und Weitergabe der Einheit Sievert für ... - PTB

Darstellung und Weitergabe
der Einheit Sievert
für Neutronenstrahlung
Inhalt:
Helmut Schuhmacher
Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Fachlaboratorium „Neutronendosimetrie“
Wie wird die Einheit dargestellt?
Welche Referenz-Strahlungsfelder stehen der PTB zur
Verfügung?
Wie werden Kalibrierungen und Vergleichsmessungen
durchgeführt?

Konzept der Darstellung
Problem
Die direkte Bestimmung von Orts- und Personendosis erfordert
die Messung der Energiedosis D als Funktion des linearen
Energieübertragungsvermögens L am Referenzort im Phantom
Dafür gibt es kein geeignetes Messverfahren
Lösung
Bestimmung von physikalischen Ausgangsgrößen
Berechnung der Dosisgrößen
dD
H = ∫ Q(
L)
dL
dL
H. Schuhmacher, PTB 6.42 2

Physikalische Ausgangsgröße
Vollständige Beschreibung eines Strahlungsfeld durch
Spektrale Neutronenfluenz ΦΦΦΦ als Funktion von Energie
E und Richtung ΩΩΩΩ
d Φ
2
dE
Bestimmung durch Messungen in einem
Strahlungsfeld (incl. begleitende Rechnungen)
⇒ Referenz-Strahlungsfeld
d
Unterschiedliche Verfahren für die verschiedenen
Strahlungsfelder erforderlich
→
Ω
H. Schuhmacher, PTB 6.42 3

Von der physikalischen
Ausgangsgröße zur Messgröße
Konversionskoeffizienten verknüpfen
physikalische Ausgangsgröße (Fluenz)
und
Messgröße
Sie sind eine Funktion von
Energie E bzw. Energie E und Richtung ΩΩΩΩ
Umgebungs-
Äquivalentdosis
* dΦ
H * ( 10)
= ∫ hΦ
dE
dE
H
Tiefen-
Personendosis
2
d Φ
( 10)
= hp,
Φ dE
dΩ
dE
dΩ
p ∫∫
H. Schuhmacher, PTB 6.42 4

Konversionskoeffizienten:
Berechnung
Simulation der Bestrahlung durch
Transport-Rechnungen Transport
für Neutronen und
Photonen
- Streuung im Phantom
- Erzeugung von Photonen
Transport der Photonen
⇒ spektrale n/γ Fluenz am Referenzort
Energiedepositions-Rechnungen
Energiedepositions
- Erzeugung geladener Sekundärteilchen am
Referenzort
⇒ Kerma (Energiedosis) als Funktion von L
Werte durch internationale
Vereinbarung (ICRU/ICRP) festgelegt
10 mm
H. Schuhmacher, PTB 6.42 5

Konversionskoeffizienten:
Energieabhängigkeit
h * Φ(10) / (pSv . cm 2 )
10 3
10 2
10 1
10 0
10 -1
10 -2
10 -2
10 -1
h * h Φ(10)
* Φ(10)
d * d Φ(10)
* Φ(10)
k Φ
10 0
Quality Factor
Multiple Scattering
10 1
10 2
Einfluss des Phantoms (Vielfach-Streuung) und des
Qualitätsfaktors auf den Konversionskoeffizienten
H. Schuhmacher, PTB 6.42 6
10 3
E / eV
10 4
10 5
10 6
10 7
10 3
10 2
10 1
10 0
10 -1
10 -2
(d * Φ(10) , k Φ ) / (pGy . cm 2 )
ICRU, 2001

Strahlungsfelder der PTB: Übersicht
Bestrahlungseinrichtung für
Radionuklid-Neutronenquellen
Beschleunigeranlage
... und externe Anlagen für thermische
und hochenergetische Neutronen
H. Schuhmacher, PTB 6.42 7

Radionuklid-Neutronenquellen
Radionuklid-Neutronenquellen
Referenz-Strahlungsfelder mit breiter Energieverteilung:
E ϕ E / ϕ
von direkten Neutronen und von gestreuten Neutronen
(ISO Standard 8529-1) hinter einem Schattenkörper
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
10 -9
10 -8
241 AmBe(α,n)
252 Cf(sf)
10 -7
10 -6
10 -5
Eingesetzt für
252 Cf(sf), moderiert mit 15 cm D 2 O + 1 mm Cd
10 -4
E / MeV
10 -3
10 -2
Direkt
Kalibrierungen von Ortsdosimetern
10 -1
10 0
10 1
H. Schuhmacher, PTB 6.42 8
E ϕ E / ϕ
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
10 -9
10 -8
10 -7
10 -6
10 -5
10 -4
E / MeV
Vergleichsmessungen amtlicher Personendosimeter
Eingestreut
10 -3
10 -2
10 -1
10 0
10 1

Beschleunigeranlage
Referenz-Strahlungsfelder mit (nahezu)
monoenergetischen Neutronen
10 verschiedene
Energien nach ISO
Standard 8529-1
von 24 keV bis
19 MeV
Beispiel:
E = 2,5 MeV
D. Schlegel, persönl. Mitt.
Eingesetzt zur Bestimmung der Energieabhängigkeit
H. Schuhmacher, PTB 6.42 9

Kalibrierung von Ortsdosimetern
Kalibrierung ist durchzuführen bezüglich der
Neutronen von der Quelle
dadurch ist Ergebnis unabhängig von den Eigenschaften des
Bestrahlungsraums
ISO empfiehlt mehrere Verfahren zur Korrektur bezüglich
gestreuter Neutronen
Standard-Verfahren in der PTB: Schattenkegel-Verfahren
Quelle
Messgerät
H. Schuhmacher, PTB 6.42 10

Energieabhängigkeit (1)
Arbeitsplatzfelder zeigen sehr unterschiedliche
spektrale Verteilungen in einem großen Energiebereich
Kerntechnik: thermisch bis etwa 10 MeV
Flughöhen und Teilchenbeschleuniger: thermisch bis etwa 200
MeV
E ΦΦΦΦ E / cm -2
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11
0
E / eV
ICRU, 2001
H. Schuhmacher, PTB 6.42 11

Energieabhängigkeit (2)
R H
5
2
1
0.5
0.2
10 -2
10 -1
Äquivalentdosis-Ansprechvermögen verschiedener Bauarten von
Ortsdosis-Messgeräten („rem counter“)
⇒ Anzeige stark energieabhängig
10 0
10 1
10 2
H. Schuhmacher, PTB 6.42 12
10 3
E / eV
10 4
10 5
10 6
10 7
10 8
ICRU, 2001

Energieabhängigkeit (3)
Konsequenz der Energieabhängigkeit
Kalibrierung mit Unsicherheiten von etwa 3-7% (k=2), aber:
Dosismessungen in Arbeitsplatzfeldern können bis zu einem
Faktor 2 falsch sein
kalibrierte Geräte unterschiedlicher Bauart können im gleichen
Strahlungsfeld signifikant unterschiedliche Anzeigen liefern
Lösungswege
Falls Energieverteilung des Arbeitsplatzfeldes bekannt:
Bestimmung eines Energie-Korrektionsfaktors k,
H*(10) = M * N * k
Falls Energieverteilung unbekannt:
Bonner-Kugel Spektrometer (∆H/H = 10-20%)
als Transfernormal
H. Schuhmacher, PTB 6.42 13

Vergleichsmessungen
Jährliche Vergleichsmessungen der
amtlichen Personendosimeter
HMST/HPTB
4
3
2
1
Vergleichsbestrahlungen 2001, Albedodosimeter
Messgröße: Hp(10) , kleine Zeichen: Wiederholbedingungen
N2 isotrop
N1 isotrop
N3 0 o / N3 60 o
N3 0 o / N3 60 o
0
0,1 0,5 1
HPTB/mSv
5 10
N2 isotrop isotrop
N3 0 o
N3 0 o
N1 0 o
N1 0 o
N1 0 o
N1 0 o
Bedingung: 90% der Werte innerhalb „Trompetenkurve“
H. Schuhmacher, PTB 6.42 14
N3 0 o
N3 0 o