Kapitel 7.4: Nachweismethoden für ionisierende Strahlung - PTB

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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.
7.4.5 Nachweis mittels photographischer Emulsionen 445 7.4.5.2 Filme in Strahlentherapie und -diagnostik Photoemulsionen werden in der Strahlentherapie angewandt, wenn relative Dosisverteilungen über größere Flächen gemessen werden müssen. Das räumliche Auflösungsvermögen der Filmmethode ist unübertroffen. Die punktweise Messung der Dosisverteilung z. B. mit Thermolumineszensdosimetern (s. 7.4.3.2) würde viel zeitaufwendiger sein. Die Bestimmung der Wasser-Energiedosis D an einem Punkt in der Tiefe eines Phantoms mit einer relativen Gesamtunsicherheit von weniger als 5% ist nur bei günstiger Kombination von Film und Entwickler und optimalen Entwicklungsbedingungen möglich (Rassow (1980), Fehrentz u. Zunter (1968), Rassow u. Strüter (1971)). Der optischen Dichte des Meßfilms wird mit Hilfe der bei einer Bezugsstrahlung gemessenen Dichtekurve der mitentwickelten Probefilme eine Energiedosis Z)ref zugeordnet. Durch Multiplikation mit dem Quotienten h der Ansprechvermögen bei der Primärstrahlung und bei der Bezugsstrahlung (bei gleicher optischer Dichte) und dem Phantomtiefenfaktor k^, der das mit der Phantomtiefe veränderliche lokale Photonenspektrum und die damit verbundenen Änderungen des Filmansprechvermögens berücksichtigt, ergibt sich D=D„ihkp. Rdntgenrohne Bleiblenden Streustrahlung Fig. 7.45 Aufbau einer Röntgendurchstrahlungseinrichtung in der Diagnostik nach Lang (1979) primäres Röntgenstrohlungsbündel Zur diagnostischen An wendung von Röntgenstrahlung werden Einrichtungen nach Fig. 7.45 benutzt (Johns u. Cunningham (1983), Lang (1979)). Die durch das Objekt hindurchgehende primäre Röntgenstrahlung erzeugt das Bild auf dem Film, während die Streustrahlung größtenteils durch das aus Bleilamellen bestehende Raster absorbiert wird. Zwischen Raster und Film befindet sich meist eine in der Figur nicht eingezeichnete Ionisationskammer zur Belichtungssteuerung des Films. Die photographische Wirkung der Röntgen- und Gammastrahlung läßt sich durch Verstärkerfolien erheblich erhöhen (DIN 6830, Teil 1 (1975)). Zur Qualitätskontrolle diagnostischer Röntgenanlagen dienen Konstanzprüfungen (Margraf und Bork (1991) gemäß § 16 der Röntgenverordnung (RöV (1987)). 7.4.5.3 Filme im Strahlenschutz Filmdosimeter werden zur Einzelüberwachung der äußeren Strahlenexposition von Personen nach der Röntgenverordnung (RöV (1987)) und der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV (1989)) benutzt. Sie werden von zentralen Meßstellen ausgewertet. In den für
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