Kapitel 7.4: Nachweismethoden für ionisierende Strahlung - PTB

450 7.4 Nachweismethoden für ionisierende Strahlung
in starken Neutronenfeldern können Halbleiterdetektoren schon in kurzer Zeit durch Strahlenschäden
unbrauchbar werden.
Zusammenfassende Literatur zu 7.4.6.1: Becker u. Scharmann (1975), Bertolini u. Coche(1968), Bueker
(1971), Kuhn (1969), Knoll (1992), Tait(1980).
7.4.6.2 Elektrische Leitfähigkeit in Kristallen, Isolatoren und Flüssigkeiten
Isolierende Kunststoffe, dielektrische Flüssigkeiten und Kristalle (z. B. CdS, CdSe und
CdTe) ändern bei Bestrahlung durch die Erzeugung von Ladungsträgerpaaren ihre
elektrische Leitfähigkeit. Der bei Anlegen einer Spannung entstehende Strom ähnelt in
seinem Verhalten in vielen Fällen nicht dem einer Festkörper-Ionisationskammer,
sondern dem von Zählrohren mit Verstärkungsfaktoren bis zu 10"^ (ausführliche
Erläuterungen s. Fowler (1966)). Das Ansprechvermögen der Kristalle hängt stark von
den Herstellungsbedingungen ab, bei ''"Co-Gammastrahlung können Werte bis zu
10 ' Ah/Gy erreicht werden. Die angelegte Spannung beträgt 100 V, der Dunkelstrom
liegt bei etwa 10 'A.
Nach Fowler (1966) liefert ein CdS-Einkristall bei einer "Co-Gammastrahlung mit der
Dosisleistung 10 mGy/rain einen Strom von 5 nA. Das Zeitintervall, innerhalb dessen die Anzeige
nach Beendigung der Strahlung auf 1/10 abfällt, beträgt bei lOmGy/min 1 bis 5 s. Die
Stromanstiegs- und -abfallzeit läßt sich durch Vorbestrahlung wesentlich vermindern, z. B. durch
Aufbewahrung des Detektors in der Nähe eines radioaktiven Präparates (Turner u. a. (1963)).
Nachteilig für die allgemeine Anwendung in der Dosimetrie mit Photonenstrahlung ist
die starke Energieabhängigkeit des Ansprechvermögens der CdS-Kristalle. Das Ansprechvermögen
bei 0,1 MeV ist etwa 50mal größer als das bei 2 MeV.
Für Isolierstoffe wie Polyethylen, Polytetrafluorethylen (Teflon) und Polymethylmethacrylat
(Plexiglas) sind hohe Dosisleistungen erforderlich, um meßbare Ströme zu erreichen; für Proben
von einer Fläche von 1 cm^ und 0,25 mm Dicke liegen die Ansprechvermögen bei 10 '"Ah/Gy.
Gemeinsam mit den Flüssigkeits-Ionisationskammern (Johansson u. Svensson (1982)) haben
diese Detektoren für Anwendungen in der biologischen Forschung den Vorzug der Gewebeäquivalenz.
Über die Anwendung von natürlichen Diamanten als Detektoren zur Messung räumlicher
Dosisverteilungen berichten Vatnitsky u. a. (1993).
7.4.7 Kalorimeter (M. Roos)
Kalorimeter werden in der Radiologie ionisierender Strahlung als Radionuklid-,
Strahlleistungs-, In-Reaktor- und Dosiskalorimeter angewandt (Gunn (1976)). Als
vorteilhaft erweist sich im allgemeinen die einfache, eindeutige Interpretierbarkeit der
Ergebnisse, nachteilig sind eine geringe Empfindlichkeit, hoher apparativer Aufwand
und zeitaufwendige Meßabläufe. Der folgende Abschnitt beschränkt sich auf eine kurze
Darstellung der Dosiskalorimeter.
Dosiskalorimeter Kalorimetrisch läßt sich die Energiedosis ihrer Definition (s. 7.8.1)
entsprechend messen, wenn die übertragene Strahlungsenergie vollständig in Wärme
umgewandelt wird oder die Energieabweichung, der „kalorische Defekt", seiner Größe
nach bekannt ist und korrigiert werden kann. Beträgt die strahlungsinduzierte Temperaturerhöhung
A öl, dann ist die Energiedosis D^ in einem Stoff m mit der spezifischen
Wärmekapazität c^ ohne kalorischen Defekt gegeben durch
= (7.81)