Kapitel 7.4: Nachweismethoden für ionisierende Strahlung - PTB

444 7.4 Nachweismethoden für ionisierende Strahlung
7.4.5 Nachweis mittels photographischer Emulsionen (J. Böhm)
7.4.5.1 Allgemeines
Photoemulsionen werden durch alle Arten ionisierender Strahlung geschwärzt. Die
photographische Methode erreicht die Empfindlichkeit rein physikalischer Methoden (s.
7.4.2 und 7.4.3); so können durch die Einwirkung nur eines in der Emulsion ausgelösten
Photoelektrons etwa 10^ bis 10" Silberatome nach der Entwicklung ausgeschieden
werden.
Photoemulsionen werden in der Strahlentherapie zur Bestimmung von relativen
Dosisverteilungen in Phantomen (s. 7.8.6.4), in der Strahlendiagnostik und bei
anderen Anwendungen zur Abbildung von Körperstrukturen sowie im Strahlenschutz
für die Personendosimetrie verwendet. Der Meßbereich der Filmdosimeter im
Strahlenschutz liegt mit zwei hintereinanderliegenden Filmen zwischen etwa 10 ^ Sv und
10 Sv (Hübner (1974)). Über Dosimetrie mit photographischen Emulsionen berichtet
zusammenfassend Dudley (1966). Zum Nachweis von Spuren energiereicher geladener
Teilchen spielten früher in der kernphysikalischen Forschung Kernspuremulsionen
eine bedeutende Rolle (Barkas (1963), (1973)). Heute werden sie nur noch für spezielle
Anwendungen benutzt, z. B. zum Neutronennachweis im Strahlenschutz (s. 7.4.5.3,
7.8.7.5).
Einige für die Filmdosimetrie wesentliche Begriffe und Größen sind im folgenden ausgeführt
(s. DIN 6800, Teil 4 (1980); DIN 19040, Teil 12 (1979)):
(Visuelle) optische Dichte (früher: Schwärzung). 5 = lg(0o/^), wobei (Pq der bei der Messung
der optischen Dichte auf die geschwärzte Fläche auffallende, (P der durchgelassene Lichtstrom ist.
Die meßbaren optischen Dichten liegen etwa im Bereich zwischen 0,01 und 6. Eine Änderung der
optischen Dichte um 0,02 ist bei scharfen Übergängen noch mit dem Auge wahrnehmbar.
Die Dichtekurve (früher: Schwärzungskurve) ist die graphische Darstellung der optischen
Dichte S einer bestrahlten und entwickelten photographischen Schicht in Abhängigkeit von der
Energiedosis D im Umgebungsmaterial am Ort des Films. Auch unbestrahlte Filme ergeben beim
Auswerten einen endlichen Wert der optischen Dichte, den Nulleffekt.
Das Ansprechvermögen ist der Quotient der hinsichtlich des Nulleffekts korrigierten optischen
Dichte und der Dosis im Umgebungsmaterial am Ort der Photoemulsion. Das relative Ansprechvermögen
in Abhängigkeit von der Energie fällt bei Photonenstrahlung vom Maximum bei etwa
35 keV auf etwa 1/40 des Maximumwertes bei 500 keV und bleibt dann annähernd konstant. Für
Elektronenstrahlung fällt das Ansprechvermögen vom Maximum bei etwa lOOkeV auf etwa die
Hälfte bei 500 keV und bleibt dann ebenfalls konstant.
Das Ansprechvermögen unterhalb einer bestimmten Dosis, die von der Filmsorte und der
Strahlenqualität abhängt, ist von der Dosisleistung unabhängig. Dies gilt für optisches Licht i. allg.
nicht, worauf bei der Anwendung von Szintillatoren zur Verstärkung der optischen Dichte zu
achten ist (Verstärkerfolien s. 7.4.5.2).
Da die Steilheit der Dichtekurve für eine Emulsion von Charge zu Charge merklich
schwanken kann und die Filmentwicklung die optische Dichte beeinflußt, müssen mit
Probefilmen aus derselben Charge Kalibrierungen für die zu untersuchenden Dosis- und
Energiebereiche durchgeführt werden. Die zur Messung verwendeten Filme sind dann
unter den gleichen Bedingungen zu entwickeln und zu fixieren. Je empfindlicher die
Filme sind, um so stärker ist der Rückgang des latenten Bildes in der Zeit zwischen
Bestrahlung und Entwicklung (Fading). Der Rückgang der optischen Dichte kann bei
etwa 60% relativer Luftfeuchte nach 100 h bis zu 50% betragen.