Kapitel 7.4: Nachweismethoden für ionisierende Strahlung - PTB
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<strong>7.4</strong>.7 Kalorimeter 451<br />
Das strahlungsinduzierte Temperaturprofil entspricht somit der Dosisverteilung im<br />
bestrahlten Material.<br />
Festkörperkalorimeter Bei diesem wird - zur Minimierung von Temperaturverfälschungen<br />
durch Wärmetransport - ein Massenelement A/w von wenigen Gramm (der<br />
„Absorber") thermisch gegenüber dem umgebenden Phantommaterial isoliert.<br />
Die auf den Absorber übertragene <strong>Strahlung</strong>senergie wird durch Vergleich der<br />
strahlungsinduzierten Temperaturerhöhung Ai9, mit der durch elektrisches Heizen mit<br />
der Energie fV^i erzeugten Temperaturerhöhung A^2= f^ei/(Cp m^f) bestimmt. Mit<br />
Gl. (7.81) folgt:<br />
D^ = (^VjAm)(A^,/Aß2). (7.82)<br />
Zur weiteren Verringerung der Meßunsicherheiten durch Wärmetransport ist es<br />
vorteilhaft, das Kalorimeter sowohl bei der Bestrahlung als auch bei der elektrischen<br />
Wärmezufuhr annähernd adiabatisch zu betreiben.<br />
Für die Dosimetrie der Photonen- und Elektronenstrahlung ist Graphit als Festkörpermaterial<br />
besonders gut geeignet, da seine Ordnungszahl der effektiven Ordnungszahl von Gewebe, Wasser<br />
und Luft ähnlich ist, seine gute Wärmeleitfähigkeit <strong>für</strong> einen raschen Temperaturausgleich sorgt<br />
und sein kalorischer Defekt i. allg. vernachlässigbar klein ist.<br />
Graphitkalorimeter werden deswegen von mehreren Nationallaboratorien zur Realisierung der<br />
Einheit der Energiedosis benutzt (s. Domen (1969), Engelke u. Hohlfeld (1971), Guiho u. a.<br />
(1978)).<br />
Das Graphitkalorimeter der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Brauschweig mißt Graphit-Energiedosen<br />
ab 0,5 Gy bei Dosisleistungen ab 0,05 Gy min ' mit einer maximalen Unsicherheit<br />
von 0,5%. Die Umrechnung auf die Wasser-Energiedosis erhöht die Unsicherheit auf etwas<br />
über 1%.<br />
In der Neutronendosimetrie werden Festkörperkalorimeter aus gewebeähnlichen Kunststoffen<br />
verwendet (McDonald (1976)), da Graphit <strong>für</strong> Neutronenstrahlung nicht hinreichend<br />
gewebeähnhch ist. Als nachteilig erweist sich die geringe Temperaturieitfähigkeit (langsames<br />
Ausgleichen von Temperaturgradienten im Absorber) und der im allgemeinen vorhandene<br />
kalorische Defekt (McDonald u. Goodman (1982)).<br />
Wasser-Dosiskalorimeter Während die Funktionsfähigkeit von Festkörperkalorimetern<br />
eine hinreichend gute Temperaturleitfähigkeit voraussetzt, nutzt man beim Wasser-<br />
Dosiskalorimeter die sehr geringe Temperaturleitfähigkeit von Wasser (Domen(1982)).<br />
Wird Konvektion durch mechanische Vorkehrungen oder durch Betrieb des Kalorimeters<br />
bei einer Wassertemperatur von 4°C verhindert (siehe z. B. Domen u. a. (1991)), so<br />
bleibt die strahlungsinduzierte Temperaturerhöhung in vielen Fällen hinreichend lange<br />
erhalten, um die dosisproportionale lokale Erwärmung messen zu können. Ohne<br />
kalorischen Defekt ergibt sich die Wasser-Energiedosis daraus unmittelbar nach<br />
Gl. (7.81). Das Kalorimeter (s. Fig. <strong>7.4</strong>6) besteht im wesentlichen aus einem wassergefüllten<br />
PMMA-Behälter, der gegenüber seiner Umgebung thermisch isoliert ist. Die<br />
<strong>Strahlung</strong> fällt durch ein Eintrittsfenster (mit Durchstrahlung der Isolation) auf die<br />
gesamte Stirnfläche des Wasserphantoms. Die strahlungsinduzierte Temperaturerhöhung<br />
Ai?|(A!?|/Z)„ = 0,24mK/Gy) wird mit kalibrierten Thermistoren gemessen. Die<br />
Wassertemperatur beträgt etwa 4°C; vor Beginn der Bestrahlung können Temperaturgradienten<br />
durch mechanisches Rühren oder durch Gaszufuhr aus feinen Düsen<br />
beseitigt werden.