DE2228871A1

DE2228871A1 - Dosimeter

Info

Publication number: DE2228871A1
Application number: DE2228871A
Authority: DE
Inventors: Klaas Dipl Chem Buijs; Bertram Burgkhardt; Ernst Dipl Phys Piesch; Heinz Schrodt; Johannes Pieter Dipl Phy Vaane
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1972-06-14
Filing date: 1972-06-14
Publication date: 1974-01-03
Also published as: GB1407722A; NL7308180A; FR2188173B1; IT986448B; SE380103B; BE800441A; US3878108A; FR2188173A1; JPS4964483A

Description

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 19. Mai 1972

KERNFORSCHUNG MBH PLA 72/28 Ga/sz

Dosimeter

Die Erfindung betrifft ein Dosimeter mit einem Gehäuse, das an einem Finger einer strahlungsexponierten Person tragbar ist.

In vielen radiochemischen Laboratorien stehen seit den letzten Jahren größere Mengen spontan-rspaltender Nuklide zur Verfugung, deren Handhabung eine Messung der Neutronendosis notwendig macht. Die in den Laboratorien bei Arbeiten mit z.B. 244-Cm und 252-Cf gemachten Erfahrungen zeigen, daß insbesondere eine Überwachung der Dosis in den Händen erforderlich ist. Eine vorherige Berechnung oder sogar Messung der Dosisleistung führt - bedingt durch den geringen Abstand zum Material- zu erheblichen FehlSchätzungen, so daß eine Direktmessung während der Arbeit notwendig wird.

Diese Aufgabe kann mit den zur Personendosimetrie benutzten Kernspurfilmen wegen der Gammaempfindlichkeit der Filme sowie des ungünstigen .Filmformates nicht gelöst werden. Die alleinige Verwendung von Gammadosimetern, wie z.B. Lithiumfluorid-Dosiiaeter, ist ebenso ungeeignet, da das Verhältnis von Gammadosis zur Neutroneh-

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dosis in ausgeprägtem Maße vom Abstand zur Quelle und von der Abschirmung abhängt. Mehr Erfolg verspricht die Verwendung von Detektoren zum Nachweis von schnellen Neutronen.

Für den Nachweis von Neutronen eignen sich vor allem nichtphotographische Kernspurdetektoren, beispielsweise spaltbares Material in Kontakt mit einer Kunststoffolie, in welchen, die neutronenimduzierten Spaltfragmente registriert werden. Von den in Frage kommenden (n, f)-Reaktionen in 232-Th, 237'Np und 238-U zeigt 237-Np dxe günstigste Schwelle bei einer Neutronenenergie von 0,75 MeV. Metallisches Neptunium steht jedoch nicht zur Verfügung und bei Verwendung von elektrolytisch aufgetragenen Np⁰ ₂-Schichten ist das Dosimeter für eine Routineüberwachung relativ unempfindlich. Im Gegensatz dazu sind metallisches Thorium und Uran als Blechfolie erhältlich (Schwellwerte 1,2 MeV bzw. 1,5 MeV). 238-U besitzt jedoch eine relativ hohe spontane Zerfallsrate, was zu einer Back-ground-Dosis von 450 m rem/Monat führt. Zum gleichzeitigen Nachweis mittelschnel— ler und thermischer Neutronen kann, wenn die Nachteile einer hohen Nulldosis bei Uran in Kauf genommen werden, abgereichertes Uran verwendet werden, dessen Isotopenzusammensetzung eine dosisrichtige Anzeige von schnellen und thermischen Neutronen ermöglicht. Neben Detektoren mit spaltbarem Material kann beispielsweise auch eine Polykarbonatfolie Neutronen oberhalb 1 MeV über neutroneninduzierte Rückstoßkerne und (n, ⁰^)-Reaktionen nachweisen. Diese Detektoren sind jedoch für eine automatische Auszählung in einem Spark-Counter nicht geeignet.

Da für eine Routineüberwachung eine Nachweisempfindlichkeit von 100 m rem angestrebt wird, müssen für das Ausmessen der Spuren sowohl automatische Zählmethoden, z.B. eine elektrische Entladung in einem Spark-Counfer oder eine optische Auszählung im Fernsehbildschirm (Empfindlichkeitsgewinn durch Auszählung größerer Flächen um einen Faktor 100) eingesetzt, als auch relativ dicke Metallschicht*, verwendet werden (Empfindlichkeitsgewinn um einen Faktor 10). Aktivierungsdetektoren im Energiebereich thermischer und mittelschneller Neutronen wie Gold scheiden wegen einer kurzen Halbwertszeit aus.

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Lithiumfluorid-Dosimeter können hier auch zum Nachweis thermischer Neutronen herangezogen werden. Bei geeigneter Isotopenzusanunensetzung eines Lithium-Dosimeters aus 7-Li und einem geringen Anteil von 6-Li könnte - ähnlich wie bei Phosphatgläsern mit geringer Neutronenempfindlichkeit - bestenfalls eine dosisrichtige Anzeige von thermischen Neutronen und Gammastrahlung erzielt werden. Die alleinige Messung von thermischen und mittelschnellen Neutronen, die in der Glove-Box durch Moderierung und Rückstreuung an den Wänden entstanden sind, ist jedoch keine geeignete Methode zur Messung der Gesamtdosis, weil dann die relativ hohe Dosis schneller Neutronen in unmittelbarer Nähe der Quelle unberücksichtigt bleibt. Mehr Aussicht verspricht hingegen das Prinzip der Albedo-Dosimetrie mit einem Dosimeter am Handgelenk. Damit würde eine ausreichende Empfindlichkeit gegenüber schnellen Neutronen erzielt werden, die Überempfindlichkeit gegenüber mittelschnelleiv Neutronen müßte jedoch in Kauf genommen werden.

Die Erfindung hat nunmehr zur Aufgabe die Erstellung eines für den Routineeinsatz geeignetenNeutronen-Fingerdosimeters, bei dem eine Nachweisgrenze von lOO mrem angestrebt ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Dosimeters eine dem Umfang des Fingers angepaßte Form aufweist, daß in dem Gshäuse eine oder mehrere, der Form der dem Finger gegenüberliegenden Gehäusewandung angeglichene, Spaltfolien und eine oder mehrere Detektorfolien zum Nachweis von aus der Spaltfolie austretenden Spaltfragmenten übereinandergeschichtet angeordnet sind.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Gehäuse die Form eines Kreisausschnittes aufweist, daß' das Gehäuse aus zwei Halbteilen besteht, die über ein Gelenk, z.b; ein Drehgelenk, aneinandergekoppelt sind, daß zwischen den Halbteilen im zusammengefügten Zustand ein Innenraum für die Aufnahme der Spalt- und Detektorfolien ausgespart ist», und daß das Gehäuse verschließbar ist.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Gehäuse die Form eines Ringes aufweist, der aus zwei zusammenfügbaren HaIb-

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teilen besteht, die im zusammengefügten Zustand einen Innenraum zur Aufnahme der Spalt- und Detektorfolien besitzen.

Eine Weiterführung der Erfindung sieht vor_# daß die Spaltfolie ein biegsames Thorium- oder Neptuniumblech ist, das ein- oder beidseitig von jeweils einer oder mehreren, biegsamen und aufeinandergeschichteten Detektorfolien, z.B. Folien aus Makrofol, gleicher oder unterschiedlicher Dicke umgeben ist. Dabei können die Spalt- und Detektorfolien an einem gemeinsamen Ende von einer Klammer gehalten sein, die in den Innenraum des Gehäuses einlegbar und arretierbar ist.

Die Form und Abmessungen des erfindungsgemäßen Dosimeters sind den praktischen Erfordernissen angepaßt. Es ist daher eine Detektorhalterung verwirklicht, die beim Tragen am Finger dessen Beweglichkeit nicht beeinträchtigt, ein problemloses Austauschen der Folien gestattet, die Folien vor Beschädigungen schützt und einen dauernden engen Kontakt der Folien mit der Spaltfolie gewährleistet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbexspiels mittels der Figuren 1 bis 3 und einer Tabelle näher erläutert.

Für die Umrechnung der Neutronen auf eine Äquivalentdosis muß wegen der geringen Masse der Hand von der Erststoß-Dosis und nicht von der in der Ganzkörper-Dosimetrie gebräuchlichen Vielstoßdosis ausgegangen werden. Als Qualitätsfaktor ist Q = 3 für thermische und mittelschnelle Neutronen und Q = 10 für schnelle Neutronen angesetzt. Für die Äquivalentdosis von 1 rem ergeben sich dann die in der Tabelle angeführten Fluenzwerte.

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Energiebereich	Spektrum	NEUTRONENFLUENZ für Energiedosis Äquivalentdosis /cm pro 1 rad /cm pro 1 rem	1,67 - 10¹⁰ 1,3 . 10⁹ 3,3 · 1O⁷
Thermische N. mittelschnelle N. Schnelle N.	Maxwellver teilung ^0,5 eV /E Spektrum 0,5 eV bis 0,75 MeV • Spaltspek trum ■> 0,75 MeV	5,ο - 10¹⁰ 3,9 - 1O⁹ 3,3 · 10⁸

Aufgrund von Messungen kann die Neutronen-Äquivalentdosis an den Fingern mit Neptunium ( > 0,75 MeV) oder Thorium (>· 1,2 MeV) als Detektor bestimmt werden. Da im Gegensatz zu Neptunium Thorium als Metallfolie leicht erhältlich ist, ist vorzugsweise als Detektor eine Thoriumfolie verwendet worden. Bei der Auswertung wird dann eine Korrektur für den Neutronenenergxebereich von 0,75 bis 1,2 MeV erforderlich.

Zur Berechnung der Xquivalentdosis schneller Neutronen müssen bei der Verwendung der Thoriumfolie in Kontakt mit einer Makrofolie folgende Kalibrierfaktoren berücksichtigt werden:

1. Äquivalentdosisfaktor für schnelle Neutronen ('Spaltspektrum .

=^0,75 MeV) s 3,3 · lo⁷ m/cm² · rem

2. Kalibrier faktor für Thoriumblech (E "5-1,2 MeV) bei mikroskopischer Auszählung bzw. Auswertung im Spark-Counters 1,4 · 10 Spuren/Neutronen bzw. 0,65 · 1O~⁶ Löcher/Neutron

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3. Korrekturfaktor zur Berücksichtigung des Neutronenanteiles im Energiebereich von o,75 bis 1,2 MeV, bezogen auf ein 252-Cf-Spektrura D ( > 0,75 MeV) entspricht 1,75 · D { > 1,2 MeV).

Für die Berechnung der Äquivalentdosis wird aus der Zählrate der Spark-Counter-Auswertung unter Berücksichtigung der angeführten Faktoren für einen Thoriumdetektor 13 Löcher/cm .. rem erhalten. Dieser Wert steht in guter Übereinstimmung zu Angaben, die für ein Unfalldosiraeter unter Zugrundelegung der Vielstoßdosis 40 Spuren/cm rem gefunden haben.

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dosimeters beschrieben. Der Detektor bzw. die Spaltfolie 1 für das entwickelte Neutronen-Fingerdosimeter 2 ist eine Thoriumfolie von

0,12 5 mm Dicke und einer Fläche von 2 cm , die zum Nachweis der neutroneninduzierten Spaltfragmente beiderseitig mit einer Makrofolfolie 3 und 4 von 0,012 mm bzw. 0,3 mm abgedeckt wird. Die dünnere Makrofolfolie 3 dient zur Routinernessung kleinerer Dosen im Spark-Counter (nicht näher dargestellt), die dickere Folie 4 kann bei größeren Dosen mikroskonisch ausgezählt werden. Die dünne Folie 3 wird zur Vermeidung ve η Beschädigung nochmals mit einer Makrofolfolie 5 von o,3 mm abgedeckt, in der bei Bedarf auch neutroneninduzierte Rückstoßkerne nachweisbar sind.

In der Figur 1 ist das Dosimeter 2 im geöffneten Zustand dargestellt und die Spaltfolie 1 (es können auch mehrere Spaltfolien neben- und übereinander angeordnet sein) sowie die Detektorfolien 3 bis 5 sind aus dem Dosimetergehäuse herausgenommen. Die gebogene, die Form eines Kreisausschnittes aufweisende, dem Fingerumfang angepaßte Dosimeterhalterung besteht aus zwei Halbteilen 6 und 7 aus O,5 mm dickem Stahlblech. Beide Halbteile 6 und 7 sind über ein Drehgelenk 8 miteinander verbunden und können übereinandergelegt werden. Im zusammengefügten bzw. übereinandergelegten Zustand weisen sie einen Innenraum auf, der von den beiden Halbteilen 6 und 7 sowie jeweils einer Seitenwandung 9 und 10 an jeweils einem Halbteil 7 und 6 gebildet wird. In diesen Zwischenraum bzw. Innenraum können die Spalt- und Detektorfolien 1 bis 5, die biegsam sind, eingelegt werden. Ver-

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schlossen wird das Dosimeter 2 an dem dem Drehgelenk 8 gegenüberliegenden Ende mittels eines Stiftes 11 (siehe Figur 2), der durch zwei Bögen 12, 13 (siehe auch Figur 2) des Halbteils 6 und den einen am Halbteil 7 befestigten Hohlzylinder 14 (siehe auch Figur 2) hindurchgeführt werden kann.

Auf der Innenwandung 15 des Halbteils 7, der auf dem nicht dargestellten Finger zur Auflage kommt, ist zusätzlich eine 0,2 mm dicke Bleifolie 16 zur besseren Abschirmung der vom Thoriumblech 1 emittierten Gammastrahlung angeordnet. .

Die Spalt- und Detektorfolien 1 bis 5 werden durch eine federnde Klammer 17 an ihrem einen Ende zusammengehalten und als Kombination in das Gehäuse 6, 7 eingelegt. Damit wird das Ein- und Auslegen der Folien 1 bis 5 wesentlich erleichtert und der enge. Kontakt der Makrofolfolien 3 bis 5 mit der Spaltfolie 1 in der geschlossenen Halterung gesichert.

In Figur 2 ist "das Dosimeter nochmals in räumlicher Darstellung dargestellt, wobei insbesondere der Verschlußmechanismus mit dem Stift 11, den Ösen 12, 13 und dem Hohlzylinder 14, sowie das Drehgelenk 8 dargestellt sind. V7eiterhin sind in den Seitenwandungen 9 und 10 an dem dem Drehgelenk zugewandten Ende jeweils eine Aussparung 18 und 19 eingefügt (siehe auch Figur 1), die zur Aufnahme der Klammer 17 dienen. Die Abmessungen der Klammer 17 sind dabei derart bemessen, daß ihre Breite etwas größer ist als die Breite der Folien 1 bis 5, so daß sie etwas übersteht. Die überstehenden Teile sind dann im geschlossenen Zustand des Dosimeters in den Ausnehmungen 18 und 19 arretierbar.

Das Dosimeter 2 nach Figur 1 und 2 kann auch zu einem Ring ausgebildet sein, wobei dieser Ring wiederum aus zwei Halbteilen besteht, die zusammengefügt werden können. Diese beiden Halbteile können dabei einen geschlossenen Zwischenraum oder nur Teilräume bilden, in denen dann den Folien 1 bis 5 in Figur 1 und 2 entsprechende Folien einlegbar sind. Der obere Halbteil kann auch zur Aufnahme eines γ -Dosimeters vorgesehen sein, beispielsweise einem LiF-Dosimeter

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der Größe 3 · 3 · 1 nun . Dieser Ring kann dann über einen Finger einer menschlichen Hand gestreift werden.

Das Fingerdosimeter 2, wie es in Figur 1 und 2 dargestellt ist, kann auf die Unterfläche eines Fingers aufgelegt werden, wie es in Figur 3 dargestellt ist. Über das Dosimeter 2 und den Finger bzw. die ganze Hand wird dann ein nicht näher dargestellter Handschuh geschoben, so daß das Dosimeter 2 während der Tätigkeit der Personen stets engen Kontakt mit dem Finger behält.

In das Dosimeter können außer Thorium auch andere Detektorkombinationen eingelegt werden, die zusätzliche Informationen über das Neutronenspektrum, insbesondere bei hohen Dosen, ermöglichen. Eine mögliche Detektoranordnung enthält zusätzlich 237-Np, und falls erwünscht 235-U, welche jeweils auf eine Seite einer Goldfolie elektrolytisch aufgetragen werden können. Nach Zwischenfällen kann unter Umständen auch die Goldaktivierung zum Nachweis thermischer und mittelschneller Neutronen herangezogen werden.

Die kleinste nachweisbare Dosis wird durch die Nulleffektzählrate bestimmt. Aufgrund der spontanen Spaltrate von 232-Th sind inner-

halb eines Zeitraumes von zwei Wochen etwa O,O2 Spuren/cm zu erwarten. Eine 14-tägige Exposition von je 5 Thorium— und Uranfolien zeigten bei einer Auszählung im Spark-Counter folgende Ergebnisse_

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Makrofolfolie unbestrahlt: O-Löcher/cm

2 Makrofolfolie in Kontakt mit Th-BIeC¹U O-Löcher/cm

. 2 Makrofolfolie in Kontakt mit U-Blech·(abgereichert): 4-6.Löcher/cm

Daraus ergibt sich die kleinste nachweisbare Dosis für eine Detek-

2
torfolie von 2 cm und einer 14-tägigen Tragedauer bei Thorium zu 80 m rem und bei Uran zu 240 m rein. Die maximale Spurendichte, die bei einer automatischen Auswertung im Spark-Counter und bei einer mikroskopischen Auszählung noch meßbar ist, entspricht einer Äquivalentdosis von 200 rem bzw. BOO rem. Die vom Thorium ausgesandte Gammastrahlung führt an der Oberfläche des Fingerdosimeters 2 zu einer Dosisleistung von 1,3 mR/h. Bei einer Tragdauer von IO Stunden pro Woche entspricht dies einer Fingerdosis von 13 m rem. Der

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Nachweis von Spaltfragmenten ist von der Strahleinfallsrichtung abhängig. Durch die gebogene Form des Fingerdosimeters 2 wird dieser Einfluß verringert, er beträgt weniger als 20 %.

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Claims

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Patentansprüche;

osimeter mit einem Gehäuse, das an einem Finger einer strahlungsexponierten Person tragbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6, 7) des Dosimeters (2) eine dem Umfang des Fingers(20) angepaßte Form aufweist, daß in dem Gehäuse (6, 7) eine oder mehrere, der Form der dem Finger (20) gegenüberliegenden Gehäuse wandung (15) angeglichene, Spaltfoli en (1) und eine oder mehrere Detektorfolien (3 bis 5) zum Nachweis von aus der Spaltfolie (1) austretenden Spaltfragmenten übereinandergeschichtet angeordnet sind.
2. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6, 7) die Form eines Kreisausschnittes aufweist, daß das Gehäuse (6, 7) aus zwei Halbteilen (6 und 7) besteht, die über ein Gelenk (8), z.B. ein Drehgelenk, aneinandergekoppelt sind, daß zwischen den Halbteilen (6 und 7) im zusammengefügten Zustand ein Innenraum für die Aufnahme der Spalt- und Detektorfolien (1 bis 5) ausgespart ist und daß das Gehäuse (6, 7) verschließbar ist.
3. Dosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6, 7) die Form eines Ringes aufweist, der aus zwei zusaramenfügbaren Halbteilen (6.und 7) besteht, die im zusammengefügten Zustand einen Innenraum zur Aufnahme der Spalt- und Detektorfolien (1 bis 5) besitzen.
4. Dosimeter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Spaltfolie (1) ein biegsames Thorium-oder Neptuniumblech ist, das ein- oder beidseitig von jeweils einer oder mehreren, ebenfalls biegsamen und aufeinandergeschichteten Detektorfolien (3 bis 5), z.B. Folien aus Makrofol, gleicher oder unterschiedlicher Dicke umgeben ist.
5. Dosimeter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalt- und Detektorfolien (1 bis 5) an einem gemeinsamen Ende von einer Klammer (17) gehalten sind, die

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in den Innenraum des Gehäuses (6, 7J einlegbar und arretierbar ist.
6. Dosimeter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite. (15) der dem Finger (20) zugewandten Gehäusewandung des Halbteiles (7) eine Bleifolie (16) angeordnet ist.
7. Dosimeter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6_# 7) aus Stahl besteht*,
8. Dosimeter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6, 7) an dem dem Gelenk (8) gegenüberliegenden Ende mittels eines Stiftes (H'/ , der gemeinsam in Ösen (12, 13) und in einen Hohlzylinder (14) beider Halbteile (6 und 7) einschiebbar ist, verschließbaj; ist.

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L e e r s e i t e