2.4 Festkörperdetektoren

2.7 Kalorimeter, Lyolumineszenz- und Exoelektronendetektoren 205
Messung ist, daß bei der Bestrahlung der überwiegende Anteil der absorbierten Energie tatsächlich
in Wärme umgesetzt wird und die nicht zur Erhöhung der Temperatur verbrauchte Energie entwe-
der verschwindend gering oder sehr genau bekannt ist. Werden reale Absorber bestrahlt, so wird
allerdings je nach Material und seiner physikalischen und chemischen Beschaffenheit ein Teil der
absorbierten Energie tatsächlich in chemischen Umwandlungen oder für strukturelle Veränderun-
gen im Kristallgitter verbraucht. Dieser Anteil, der sogenannte kalorische Defekt, verfälscht kalo-
rimetrische Messungen. Im Idealfall findet man eine strenge Proportionalität von Dosis und Tempe-
raturdifferenz. Die Temperaturdifferenz ist bei einer gegebenen Energiedosis um so größer, je klei-
ner die Masse und die spezifische Wärmekapazität des Absorbers ist.
Mit Hilfe des massenspezifischen Energiebedarfs zur Temperaturerhöhung um 1° C, dem soge-
nannten mechanischen Wärmeäquivalent (spezifische Wärmekapazität), kann man die Größenord-
nung einer Temperaturerhöhung bei der Bestrahlung eines Probekörpers abschätzen. Sein Zahlen-
wert ist für Wasser 4186.8 J/(K⋅kg), für Graphit beträgt er nur 700 J/(K⋅kg). Bei einer Energiedosis
von beispielsweise 1 Gy = 1 J/kg in Wasser, erhöht sich die Wassertemperatur um 1/4186.8
(K⋅Gy⋅kg/J) = 0.00024 K, in Graphit dagegen um etwa 0.0014 K, also um fast das Sechsfache. Sol-
che kleinen Temperaturdifferenzen sind nur mit großem Aufwand exakt zu messen. Sollen z. B. die
Temperaturunterschiede mit nur 1% Fehler bestimmt werden, müssen die Temperaturen mit etwa
10 -6 bis 10 -5 K Genauigkeit gemessen werden. Kalorimetrische Methoden sind deshalb keine dosi-
metrischen Routineverfahren für die alltägliche Praxis, sondern werden vor allem in der Fundamen-
taldosimetrie und zu Eich- und Kalibrierzwecken verwendet.
In der praktischen Kalorimetrie werden meistens Graphit oder Wasser als Probekörper benutzt.
Graphit hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine kleine spezifische Wärmekapazität und einen ver-
schwindend kleinen kalorischen Defekt. Dies führt einerseits zu einem vergleichsweise schnellen
thermischen Ausgleich im Probekörper und andererseits zu deutlichen Temperaturdifferenzen. Al-
lerdings müssen Graphitprobekörper wegen der guten Wärmeleitfähigkeit thermisch gut gegen die
Umgebung isoliert werden. Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist dagegen fast um den Faktor 200
kleiner, seine spezifische Wärmekapazität aber um den Faktor 600 größer. Es zeigt wegen der be-
kannten Radikalbildung auch einen deutlichen kalorischen Defekt. In Wasserprobekörpern findet
der thermische Ausgleich deshalb langsamer statt, die absorbierte Energie bleibt über eine bestimm-
te Zeit lokal "gespeichert". Der Isolieraufwand ist bei Wasser wegen der schlechteren Wärmeleitfä-
higkeit auch wesentlich einfacher als bei Graphit. Die Temperaturerhöhung ist dagegen kleiner und
die erforderlichen Korrekturen des kalorischen Defektes erhöhen die Meßunsicherheit. Die Tempe-