Kapitel 7.4: Nachweismethoden für ionisierende Strahlung - PTB

7.4.4 Nachweis mittels chemischer Reaktionen und Elektronenspinresonanz 441
F ist ein für die Lösung charakteristischer Umrechnungsfaktor (Übersichtsartikel s.
Matthews (1982)).
Am ausführlichsten wurde die schon 1927 von Fricke vorgeschlagene Eisensulfatlösung
(Fricke u. Hardt (1966)) untersucht. Als Dosimeter dienen mit der Lösung
gefüllte Ampullen mit Volumina zwischen 1 und 10 ml. Eisensulfatlösung eignet sich zur
Messung von Energiedosen im Bereich von 10 Gy bis 400 Gy. In Verbindung mit
elektrischen Meßverfahren, mit denen die eingestrahlte Energie bestimmt wird, kann sie
zur Absolutbestimmung der Wasser-Energiedosis in einem Wasserphantom verwendet
werden (Feist (1982)).
Ausgangssubstanz ist eine luftgesättigte 0,4-molare H2S04-Lösung, die 10 ^ bis 10 ^mol FeS04
und lO ^mol NaCl enthält. Durch Bestrahlung werden Fe^*-Eisenionen praktisch irreversibel zu
Fe^'-Eisenionen oxydiert. Die der erzeugten Energiedosis proportionale Konzentration der
dreiwertigen Eisenionen wird nach Gl. (7.74) bei einer Lichtwellenlänge /1, = 304nm bestimmt
(Ellis (1977), DIN 6800, Teil 3 (1980)). Der molare Extinktionskoeffizient e^ für Fe^ '-Ionen bei der
angegebenen Lichtwellenlänge und bei 25°C beträgt 21901mol 'cm ' = 219m2mol '. Er besitzt
einen Temperaturkoeffizienten von 0,69%/K. Der Ausbeutefaktor G(Fe'") hängt von der
Strahlenart und -qualität ab. Für Photonenstrahlung mit Energien unter 1 MeV geben die ICRU
Reports 14 (1967) und 17 (1970) folgende Werte an:
Effektive Photonenenergie in keV: 5 50 100 '"Cs ""Co
Ausbeutefaktor ^(Fe^O in umol/J: 1,30 1,49 1,52 1,58 1,61
Die Unsicherheit liegt bei etwa ±2%. Für Photonen- und Elektronenstrahlen mit Energien größer
als 1 MeV wird angenommen, daß der G-Wert energieunabhängig (1,61 +0,02)nmol/J beträgt
(s. Svensson u. Brahme (1979); Nahum u. a. (1981)). Der Temperaturkoeffizient des G-Wertes
ist kleiner als 0,1 %/K. Der Umrechnungsfaktor F in Gl. (7.75) beträgt nach Pettersson u.
Hettinger (1967) für Eisensulfatlösung bei Photonen- und Elektronenenergien oberhalb 1 MeV
energieunabhängig 1,004. Dieser Wert wurde mit Rechnungen nach der Monte-Carlo Methode für
Photonen von 1 bis 24MeV zu 1,003 bestätigt (Ma u. Nahum (1992)).
Strahleninduzierte Reaktionen in chemischen Lösungen sind sehr empfindlich gegenüber Verunreinigungen.
Bei Verwendung von dreifach destilliertem Wasser, von Substanzen der Qualität
..Pro Analysi" und von sehr gut gereinigten Bestrahlungsgefäßen kann bei der Reproduktion der
gemessenen Energiedosis eine Standardabweichung kleiner als +1% erreicht werden. Kunststoffgefäße
sind nur verwendbar, wenn die Lösung sofort nach der Bestrahlung ausgewertet
wird; besser sind Glasampullen. Reaktionen an der Gefäßwand können durch Vorbestrahlung
der mit Dosimeterlösung gefüllten Gefäße mit einer zehmal höheren als der zu messenden Dosis
Und mit anschließender mehrfacher Spülung mit unbestrahlter Dosimeterlösung verhindert
werden.
In metrologischen Staatsinstituten wird die Eisensulfatlösung ohne NaCl verwendet. Der Zusatz
von NaCl wird als Test für die Qualität der Eisensulfatlösung angesehen; Sie ist gut, wenn sich das
Verhältnis der optischen Dichte zur Dosis durch Zusatz von Kochsalz nur sehr wenig ändert.
Abgeschmolzene Glasampullen werden als chemische Dosimeter im Postversand bei zentraler
Auswertung benutzt (Schneider (1994)).
Bei sehr hohen Dosisleistungen oder Dosen je Strahlungsimpuls aus Beschleunigern von
mehr als 10 Gy reicht die Sauerstoffkonzentration der luftgesättigten Eisensulfatlösung
für den normalen Reaktionsablauf nicht mehr aus. Der G-Wert kann bis auf die Hälfte
absinken. Durch Erhöhung der Fe^'-Konzentration auf das Zehnfache sowie Sättigung
der Lösung mit reinem Sauerstoff (Super-Fricke-Lösung) läßt sich der Meßbereich
bis auf ca. 100 Gy pro Puls erweitern (s. ICRU 34 (1982)).