Nationalbibliografie;
Detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.
1. Auflage 2011
© 2011 by Verlag: Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft Service GmbH, Gießen
Printed in Germany
ISBN 978-3-86345-0
Verlag: DVG Service GmbH Friedrichstraße 17
35392 Gießen 0641/24466 geschaeftsstelle@dvg.net
www.dvg.net 33-5
Tierärztliche Hochschule Hannover
Vergleich und Optimierung der Messeigenschaften von Thermolumineszenzdosimetern der neuartigen Typen
GR – 200 und MCP–100D
INAUGURAL – DISSERTATION
zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
( Dr. med. vet. )
vorgelegt von Tehnja Christina Stock
Wittmund
Hannover 2011
Fachgebiet Allgemeine Radiologie und Medizinische Physik
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. H. Seifert 2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. H.C. Krebs
Tag der mündlichen Prüfung: 18.05.2011
Für meine Eltern
1. Einleitung ... 1
2. Literaturübersicht ... 3
2.1 Strahlenphysikalische Grundlagen ... 3
2.1.1 Der Strahlungsbegriff ... 3
2.1.2 Ionisierende Strahlung ... 3
2.1.3 Dosisbegriffe ... 4
2.1.3.1 Energiedosis ... 4
2.1.3.2 Ionendosis ... 5
2.1.3.3 Kerma ... 6
2.1.3.4 Äquivalentdosis ... 7
2.1.3.5 Dosisleistung ... 7
2.1.3.6 Strahlenschutzrelevante Dosisgrößen ... 8
2.1.4 Dosimetrie und Dosimeter ... 9
2.1.4.1 Physikalische Grundlagen der Dosimetrie ... 10
2.1.4.1.1 Das Bändermodell ... 10
2.1.4.2 Ionisationskammer ... 12
2.1.4.3 Zählrohre ... 13
2.1.4.4 Halbleiterdetektor ... 16
2.1.4.5 Szintillationszähler ... 17
2.1.4.6 Thermolumineszenzdosimeter ... 18
2.1.5 Auswertung der TL-Dosimeter ... 21
2.1.5.1 Readout der TLD ... 21
2.1.5.2 Annealing der TLD ... 23
2.1.5.3 Glühkurven der TLD ... 24
2.1.6 Initialisierung der TLD ... 26
2.1.7 Untere Nachweisgrenze der TLD ... 27
2.1.7.1 Bestimmung der unteren Nachweisgrenze ... 28
2.2 Das TL-Material LiF:Mg,Cu,P... 28
2.2.1 Entwicklungsgeschichte des Materials LiF:Mg,Cu,P ... 28
2.2.2 Grundlegende Eigenschaften von LiF:Mg,Cu,P ... 29
2.2.3 Hersteller und Materialien ... 30
2.3 Beeinflussung der Dosimetereigenschaften durch äußere Parameter .. 31
2.3.1 Einfluss des Annealings ... 31
2.3.2 Einfluss des Readouts ... 34
2.3.3 Einfluss der Heizrate ... 36
2.3.4 Glühkurven... 37
2.3.5 Einfluss der äußeren Parameter auf die untere Nachweisgrenze ... 39
2.4 Dosismessbereich und Linearität von TLD ... 42
2.5 Energieabhängigkeit des Ansprechvermögens ... 44
3. Material und Methoden ... 46
3.1 Materialien ... 46
3.1.1 Dosimeter ... 46
3.1.2 Aufbewahrung der TLD ... 47
3.1.3 Auslesegerät ... 49
3.1.3.1 TLD Reader Typ 5500 ... 49
3.1.3.2 Software ... 53
3.1.4 Temperofen... 54
3.1.5 Bestrahlung der TLD mit einer Referenzdosis ... 55
3.1.5.1 Irradiator ... 55
3.1.6 Verwendete Materialien zur Bestimmung der Energieabhängigkeit der TLD ... 57
3.2 Untersuchungsablauf ... 59
3.2.1 Initialisierung der TLD ... 59
3.2.1.1 Initialisierung im Reader ... 59
3.2.1.2 Initialisierung im Temperofen ... 60
3.2.2 Untersuchungen zur unteren Nachweisgrenze der TLD ... 62
3.2.2.1 Variation des Parameters Readouttemperatur ... 62
3.2.2.2 Variation des Parameters Annealingtemperatur ... 63
3.2.2.3 Variation des Parameters Heizrate ... 64
3.2.3 Überprüfung der Auswirkungen des Annealings ... 65
3.2.4 Untersuchungen zur Energieabhängigkeit des Ansprechvermögens
der TLD ... 65
3.2.4.1 Auswertung der Untersuchungen zur Energieabhängigkeit des Ansprechvermögens der TLD ... 67
3.2.5 Statistische Verfahren ... 68
4. Ergebnisse ... 70
4.1 Initialisierung ... 70
4.1.1 Initialisierung im Reader ... 70
4.1.1.1 Material MCP-100D (Gruppe 1) ... 70
4.1.1.2 Material GR-200 (Gruppe 2) ... 72
4.1.2 Initialisierung im Temperofen ... 73
4.1.2.1 Material MCP-100D (Gruppe 3) ... 73
4.1.2.2 Material GR-200 (Gruppe 4) ... 75
4.2 Ergebnisse der Untersuchungen zur unteren Nachweisgrenze ... 76
4.2.1 Untere Nachweisgrenze nach verschiedenen Initialisierungsverfahren 77 4.2.2 Variation der Parameter Readout- und Annealingtemperatur ... 78
4.2.2.1 TLD vom Typ MCP-100D ... 78
4.2.2.2 TLD vom Typ GR-200 ... 81
4.2.3 Einfluss der Readout- und Annealingparameter auf das Ansprechvermögen ... 84
4.2.3.1 Ergebnisse der Untersuchungen zum Material MCP-100D ... 84
4.2.3.2 Ergebnisse der Untersuchungen zum Material GR-200 ... 85
4.2.4 Einfluss des Parameters Heizrate ... 86
4.2.4.1 Ergebnisse der Untersuchungen zum Material MCP-100D ... 86
4.2.4.2 Ergebnisse der Untersuchungen zum Material GR-200 ... 89
4.3 Überprüfung der Auswirkungen des Annealings ... 92
4.3.1 TLD vom Typ MCP-100D ... 92
4.3.2 TLD vom Typ GR-200 ... 93
4.4 Energieabhängigkeit des Ansprechvermögens der TLD ... 95
4.4.1 Energieabhängigkeit des Ansprechvermögens von MCP-100D ... 95
4.4.2 Energieabhängigkeit des Ansprechvermögens von GR-200 ... 96
5. Diskussion ... 99
5.1 Initialisierungsverfahren ... 99
5.1.1 Initialisierung im Reader ... 99
5.1.2 Initialisierung im Temperofen ... 100
5.1.3 Vergleich der Initialisierungsverfahren ... 101
5.2 Untersuchungen zur unteren Nachweisgrenze ... 102
5.2.1 Vergleich der unteren Nachweisgrenzen nach Anwendung verschiedener Initialisierungsverfahren ... 102
5.2.2 Einfluss der Readout- und Annealingparameter auf die untere Nachweisgrenze ... 105
5.2.2.1 TLD vom Typ MCP-100D ... 105
5.2.2.2 TLD vom Typ GR-200 ... 111
5.2.3 Einfluss des Parameters Heizrate ... 114
5.2.3.1 TLD vom Typ MCP-100D ... 114
5.2.3.2 TLD vom Typ GR-200 ... 116
5.3 Überprüfung der Auswirkungen des Annealings ... 116
5.3.1 TLD vom Typ MCP-100D ... 117
5.3.2 TLD vom Typ GR-200 ... 119
5.3.3 Vergleichende Beurteilung des Restsignals von MDP-100D und GR-200 ... 120
5.4 Energieabhängigkeit des Ansprechvermögens der TLD ... 121
5.4.1 TLD vom Typ MCP-100D ... 121
5.4.2 TLD vom Typ GR-200 ... 123
5.4.3 Korrektionsfaktor kQ,TLD bei Dosismessungen mit dem Material LiF:Mg,Cu,P ... 123
5.5 Empfehlenswerte Parameter für TLD der Typen MCP-100D und GR-200 im Niedrigdosisbereich ... 124
6. Zusammenfassung ... 126
7. Summary ... 128
8. Anhang ... 130
8.1 In der Dissertation verwendete TTP ... 130
8.2 Ergebnisse zur Initialisierung ... 131
8.2.1 MCP-100D (Gruppe 1) ... 131
8.2.2 MCP-100D (Gruppe 3) ... 134
8.2.3 GR-200 (Gruppe 2) ... 136
8.2.4 GR-200 (Gruppe 4) ... 139
8.3 Ergebnisse der Untersuchungen zur unteren Nachweisgrenze ... 141
8.3.1 MCP-100D ... 141
8.3.2 GR-200 ... 152
8.4 Ergebnisse zu den Auswirkungen des Annealings ... 164
8.4.1 MCP-100D ... 164
8.4.2 GR-200 ... 166
8.5 Ergebnisse zur Energieabhängigkeit ... 169
8.5.1 MCP-100D ... 169
8.5.1.1 Ermittelte Dosiswerte der TLD vom Typ MCP-100D bei verschiedenen Strahlenqualitäten in [nC] ... 169
8.5.1.2 Mittels Unidos ermittelte Referenzdosiswerte in [nC] ... 172
8.5.1.3 Korrektionsfaktoren KQ von MCP-100D bei verschiedenen Strahlenqualitäten ... 172
8.5.2 GR-200 ... 173
8.5.2.1 Ermittelte Dosiswerte der TLD vom Typ GR-200 bei verschiedenen Strahlenqualitäten in [nC] ... 173
8.5.2.2 Mittels Unidos ermittelte Referenzdosiswerte von GR-200 in [nC] ... 176
8.5.2.3 Korrektionsfaktoren KQ von GR-200 bei verschiedenen Strahlenqualitäten ... 176
9. Literaturverzeichnis ... 177
Abkürzungsverzeichnis Abb. Abbildung
°C Grad Celsius
D Energiedosis
DIN Deutsche Industrienorm et al. et alii (lat.: und andere) eV Elektronenvolt
Fa. Firma
Gy Gray
h hour, Stunde
J Joule
ICRP International Commission on Radiological Protection Kap. Kapitel
K Kelvin
mAs Röhrenstrom-Zeit-Produkt, Milliampersekunde
min Minute
ppm parts per million
PTB Physikalisch-Technische Bundesanstalt Q Qualitätsfaktor
RL Richtlinie
RöV Röntgenverordnung
s Sekunde
s. siehe
SI Internationales Einheitensystem (von frz. Système international d’unités) StrlSchV Strahlenschutzverordnung
Sv Sievert
Tab. Tabelle
TiHo Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover TL Thermolumineszenz
TLD Thermolumineszenzdosimeter TTP Time Temperature Profile uNWG untere Nachweisgrenze V Volt Elektrische Spannung
Z Ordnungszahl
1. Einleitung
Mit der Einführung der ersten Röntgenverordnung im Jahre 1973 wurde in der Bundesrepublik Deutschland die Messung, Dokumentation und Aufzeichnung der Personendosis mit Hilfe von Dosimetern vorgeschrieben (§ 40, RöV). Hierbei muss die Messung der Personendosis für alle Personen, die sich im Kontrollbereich aufhalten, durch unlöschbare Dosimeter (Filmdosimeter) erfolgen.
In der tiermedizinischen Röntgendiagnostik gibt es eine Besonderheit im Vergleich zur humanmedizinischen Röntgendiagnostik. Um eine korrekte Lagerung des Tieres zu erreichen, muss dieses durch berufliches Haltepersonal und ggf. den Tierbesitzer während der Röntgenuntersuchung festgehalten werden. Während in Deutschland unter bestimmten Bedingungen sogar die Anwesenheit von Tierbesitzern im Kontrollbereich erlaubt ist, ist in einzelnen Bundesstaaten der USA die Anwesenheit aller Personen im Kontrollbereich verboten. Die Tiere müssen für jegliche Art von Röntgenaufnahmen sediert oder narkotisiert werden. Dies ist zum einen eine Belastung für das Tier, zum anderen macht es in einigen Fällen gute Aufnahmen schwierig. Für eine optimale Thoraxaufnahme muss die maximale Inspiration abgewartet werden, während für eine optimale Abdomenaufnahme die maximale Exspiration abgewartet werden muss. Beides ist nur möglich, wenn die auslösende Person im Raum anwesend ist. Für die Überwachung der Tierhalter sind daher besonders empfindliche Dosimeter notwendig.
Die zur Routineüberwachung beruflich strahlenexponierter Personen eingesetzten, amtlich zugelassenen Personendosimeter werden in der Regel nur einmal monatlich von der amtlichen Messstelle ausgelesen. Zudem werden sie unter der Schutzkleidung an einer repräsentativen Stelle am Körper getragen, so dass das Dosimeter nur Auskunft über die ermittelte Dosis an dieser Stelle gibt. Da in der Tiermedizin jedoch aufgrund der Fixierung des Tieres häufig die Hände in der Nähe des Primärstrahls sind, ist ein zusätzlich an den Händen getragenes Fingerringdosimeter empfehlenswert. Aufgrund der kleinen Abmessungen von Thermolumineszenzdosimetern (TLD) eignen sich diese gut für die Integration in
Fingerringdosimeter. Ein weiterer Vorteil der TLD ist ihre Wiederverwendbarkeit nach einer Dosismessung.
In der vorliegenden Studie sollen zwei neuartige, sehr empfindliche TLD-Typen in Hinblick auf ihre Anwendbarkeit in der Veterinärmedizin untersucht werden. Das Ziel der Untersuchungen ist es, sowohl eine möglichst niedrige untere Nachweisgrenze als auch eine gute Reproduzierbarkeit (s. Kap. 2.2) der Einzelmessung zu erreichen. Hierdurch kann auch bei niedrigen Strahlendosen eine hohe Messgenauigkeit erzielt werden. Die Ergebnisse sollen mit den Messeigenschaften der bisher eingesetzten Thermolumineszenzdosimeter des Typs TLD-100H verglichen werden, um Schlussfolgerungen in Hinblick auf mögliche Anwendungen im Bereich der Veterinärmedizin ableiten zu können.
2. Literaturübersicht
2.1 Strahlenphysikalische Grundlagen 2.1.1 Der Strahlungsbegriff
Mit dem Begriff „Strahlung“ bezeichnet man in der Physik die räumliche Energieausbreitung in Form von Wellen (Wellenstrahlung, z.B. elektromagnetische Wellen) oder Teilchen (Teilchen-, Partikel-, Korpuskularstrahlung, z.B. Betastrahlung) im Vakuum oder im mit Materie erfüllten Raum. Ursprung der Strahlung ist eine Strahlenquelle wie z.B. ein heißer Körper oder radioaktive Materie. Strahlung hat eine Richtung und transportiert immer Energie und Impuls. Im Falle der Teilchenstrahlung werden auch Masse und in einigen Fällen Ladung transportiert. Trifft die Strahlung auf ein Medium, wird sie entweder absorbiert, unbeeinflusst transmittiert, gestreut oder reflektiert (PSCHYREMBEL 1986, REICH 1990, S. 31).
2.1.2 Ionisierende Strahlung
Bei der ionisierenden Strahlung handelt es sich um eine Teilchen- oder elektromagnetische Strahlung, die aus Atomen oder Molekülen ein oder mehrere Elektronen entfernen kann, so dass aus elektrisch neutralen Atomen und Molekülen positiv oder negativ geladene Ionen entstehen (Ionisation).
Zu dieser Strahlungsart werden alle Strahlungen gezählt, deren Energie ausreicht, um Elektronen aus einem Atom oder Molekül herauszulösen. Die ionisierende Strahlung wird in direkt und indirekt ionisierende Strahlung eingeteilt.
Direkt ionisierende Strahlung besteht aus geladenen Teilchen, die die Materie durch Stöße unmittelbar ionisieren können (z.B. Elektronenstrahlung, -Strahlung). Beim Durchgang durch Materie erfahren die Teilchen eine Vielzahl von Wechselwirkungen mit kleinen Energieabgaben, insbesondere Ionisierung und Anregung, wodurch eine nahezu kontinuierliche Energieabnahme entlang der Teilchenbahn erfolgt. Im Gegensatz dazu verlieren ungeladene Teilchen ihre Energie durch einen oder einige wenige Stöße mit einzelnen Atomen oder Atomkernen. Sie können dabei zahlreiche Atome ohne Wechselwirkung passieren. Beim Stoßvorgang wird soviel Energie auf Sekundärteilchen
übertragen, dass diese ihrerseits Ionisierungen und Anregungen auslösen können. Zu der indirekt ionisierenden Strahlung zählen Neutronenstrahlung und Photonenstrahlung, wie zum Beispiel Röntgen- und -Strahlung (VOGT u. SCHULTZ 2007, S. 41 – 42, PSCHYREMBEL 1989, S. 1474)
2.1.3 Dosisbegriffe 2.1.3.1 Energiedosis
Trifft ionisierende Strahlung auf Materie, wird nur die absorbierte Energie biologisch wirksam. Die aus dem bestrahlten Massenelement austretende Strahlungsenergie bleibt wirkungslos. Die Energiedosis D ist ein Maß für die von einem Massenelement absorbierte Energie. Die von einem Medium der Dichte ρ absorbierte Energiedosis wird als Dmed
bezeichnet. Sie berechnet sich entsprechend
dV dE dm
D dE
med abs med abs
med
(1)
aus der absorbierten Energie dEabs und der Masse dmmed des bestrahlten Volumenelements dV. Entsprechend dem internationalen Einheitensystem ergibt sich als abgeleitete SI-Einheit Joule pro Kilogramm (J/kg). Der besondere Einheitenname für die Energiedosis ist Gray, Kurzzeichen Gy. Es ist 1 Gy = 1 J/kg.
Die Strahlungsabsorption ist abhängig von der Art des absorbierenden Stoffes. Die Absorptionswahrscheinlichkeit hängt von der Dichte und der Ordnungszahl des absorbierenden Stoffes ab. Bei gleicher Anzahl an Ionisationen sind die Energiedosen daher in verschiedenen Materialien abhängig von der atomaren Zusammensetzung der Absorber.
Aus diesem Grund muss bei der Angabe der Energiedosis auch angegeben werden, in welchem Stoff die Absorption stattfindet. Die Energiedosis wird aus praktischen Gründen
nicht direkt gemessen, sondern über die Hilfsgrößen Ionendosis oder Kerma bestimmt (KRIEGER 2002, S. 284).
2.1.3.2 Ionendosis
Insbesondere beim Umgang mit Gamma- und Röntgenstrahlung wird auch die Ionendosis verwendet. Die Ionendosis J ist eine physikalische Größe zur Messung ionisierender Strahlung. Sie ist ein Maß für die Menge an ionisierender Strahlung, die beim Durchgang durch ein Kilogramm Luft eine Ladung (eines Vorzeichens) von 1 Coulomb erzeugt. Sie hat also die Dimension Ladung pro Masse und ergibt sich entsprechend
dV dQ dm
J dQ
a a
1 (2)
dQ ist die elektrische Ladung der Ionen eines Vorzeichens, die in Luft (a) in einem Volumenelement dV des Materials durch Strahlung gebildet wird. dma steht für die Masse der bestrahlten Luft. Die Einheit der Ionendosis ist das Coulomb pro Kilogramm (C/kg). Für jede Ionisierung eines Atoms ist eine bestimmte Energie, die so genannte Ionisierungsenergie, notwendig. Es besteht daher zwischen der Energiedosis und der Ionendosis folgender Zusammenhang:
e J
DEion (3)
Dabei bezeichnen Eion die mittlere Ionisierungsenergie für Luft (33,7eV) und e die Elementarladung (Ladung eines Elektrons).
Zur Messung der Ionendosis dienen z. B. Stabdosimeter, Ionisationskammern oder Zählrohre (KRIEGER 2002, S. 284).
2.1.3.3 Kerma
Bei indirekt ionisierender Strahlung erfolgt die Übertragung der Energie auf Materie in zwei Stufen. Zunächst wird über die elementaren Wechselwirkungen ein Fluss an geladenen Sekundärteilchen erzeugt. Die zu dieser ersten Wechselwirkungsstufe gehörende Messgröße ist die Kerma. In einem zweiten Schritt geben die Sekundärteilchen ihre Bewegungsenergie in einer Vielzahl von Wechselwirkungen an das umgebende Medium ab. Dabei werden weitere Elektronen erzeugt, die den größten Teil der Bewegungsenergie der Sekundärteilchen übernehmen. Die zur zweiten Stufe gehörigen Messgrößen sind die Ionendosis (s. Kap.
2.1.3.2) und die Energiedosis (s. Kap. 1).
Der Begriff Kerma ist eine Abkürzung und setzt sich aus den Anfangsbuchstaben der Worte Kinetic Energy realesd per unit mass zusammen. Die Kerma ergibt sich aus der auf die Sekundärteilchen der ersten Generation übertragenen Bewegungsenergie dividiert durch die bestrahlte Masse.
dm
KdEtr (4)
Die SI-Einheit der Kerma ist das Gray (Gy). Da die Kerma vom bestrahlten Medium abhängig ist, muss bei der Messung der Kerma das Umgebungsmaterial berücksichtigt werden. Zur Angabe der Kerma gehört daher auch die Angabe der Umgebung und des Sondenmediums. Eine korrekte Bezeichnung der Kerma würde daher beispielsweise wie folgt lauten: Luftkerma gemessen in Luft: (Ka)a. Der außerhalb der Klammern stehende Index gibt dabei das Umgebungsmaterial, der innerhalb der Klammern stehende Index das Mess- bzw.
Bezugsmedium an (REICH 1990, S. 87 – 89, KIEFER u. KIEFER 2003, S. 28 – 29).
2.1.3.4 Äquivalentdosis
Verschiedene Strahlungsarten haben unterschiedliche biologische Wirksamkeiten.
Alphastrahlung wirkt bei gleicher Energiedosis deutlich stärker als Röntgen- oder Gammastrahlung. Diese Unterschiede werden in der Äquivalentdosis berücksichtigt. Sie ist ein Maß für die biologische Wirkung von ionisierenden Strahlen auf den Menschen. Definiert ist die Äquivalentdosis entsprechend
D Q
H
(5)als die vom Körper aufgenommene Energiedosis D, multipliziert mit einem Qualitätsfaktor Q, der den Einfluss der für die verschiedenen Strahlenarten unterschiedlichen Energieverteilung im zellulären Bereich im bestrahlten Körper berücksichtigt. Die SI-Einheit der Äquivalentdosis ist Joule pro Kilogramm (J/kg), da der Qualitätsfaktor dimensionslos ist. Um den Unterschied zur Energiedosis klarzustellen, hat die Äquivalentdosis eine eigene Einheit erhalten, das Sievert (Sv). Der Qualitätsfaktor beträgt für Röntgen-, Gamma- und Betastrahlung 1, für Neutronenstrahlung 10, für Alphastrahlung und schwere Ionen 20 (KRIEGER 2002, S. 288).
2.1.3.5 Dosisleistung
Will man wissen, wie groß die Exposition durch ionisierende Strahlung an einem bestimmten Ort pro Zeiteinheit ist, wird der Begriff der Dosisleistung entsprechend Dosisleistung = Dosis / Zeit verwendet. Die Einheit der Dosisleistung ist daher Gray pro Sekunde (Gy/s) für die Energiedosisleistung oder, viel häufiger in Verwendung, Sievert pro Sekunde (Sv/s) als Einheit der Äquivalentdosisleistung. Da diese Einheiten meist zu groß sind, arbeitet man mit Teilen bzw. Vielfachen. Gebräuchlich sind in diesem Zusammenhang:
1 Millisievert pro Stunde = 1 mSv/h = 0,001 Sv/h 1 Mikrosievert pro Stunde = 1 µSv/h = 0,000 001 Sv/h (GORETZKI 1987, S. 56, VOGT u. SCHULTZ 2007, S. 74)
2.1.3.6 Strahlenschutzrelevante Dosisgrößen
Um die biologische Wirkung von ionisierender Strahlung und das daraus resultierende Strahlenrisiko abschätzen zu können, wurden weitere Dosisgrößen eingeführt.
Die Organdosis HT ist definiert als die in einem bestimmten Organ, Gewebe oder Körperteil aufgenommene Energiedosis DT durch ionisierende Strahlung, entsprechend
T R
T
w D
H
(6)multipliziert mit dem Strahlungswichtungsfaktor wR. Ihre Einheit ist Sievert (Sv). Ähnlich wie die Äquivalentdosis durch den Qualitätsfaktor, so berücksichtigt die Organdosis die unterschiedliche Wirkung der verschiedenen Strahlungsarten auf das Gewebe mit Hilfe der Strahlungswichtungsfaktoren.
Die Wirkungen räumlich inhomogener Bestrahlungen werden mit der effektiven Dosis beschrieben. Dazu werden die Organdosen jeweils mit einem Gewebewichtungsfakor multipliziert, der umso größer ist, je strahlenempfindlicher ein Organ ist. Die Keimdrüsen beispielsweise haben einen hohen Gewebewichtungsfaktor. Laut der neusten ICRP Publikation liegt dieser für wGonaden bei 0,08 (ICRP 2008). In den Gesetzen und Verordnungen Deutschlands (und Europas) gilt weiterhin der Wert 0,20. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die Empfehlungen der ICRP in den nächsten Jahren in nationales Recht umgesetzt werden. Muskeln oder Nerven haben einen kleinen Gewebe-Wichtungsfaktor (0,05). Die Summe aller Gewebe-Wichtungsfaktoren ist 1.
Die Einheit der effektiven Dosis ist Sievert (Sv). Zur Berechnung der effektiven Dosis (Deff) werden die Organdosen HT entsprechend
T
w
TH
TE
(7)mit dem Gewebewichtungsfaktor wT des Organs T multipliziert. Die Summe der gewichteten Organdosen ergibt dann die effektive Dosis. Die effektive Dosis bezieht also sowohl die unterschiedliche Wirkung verschiedener Strahlungsarten als auch die unterschiedliche Empfindlichkeit der Organe auf ionisierende Strahlung mit ein.
Für Strahlenschutzzwecke werden zusätzlich häufig die Begriffe Personendosis und Ortsdosis verwendet. Die Ortsdosis ist die Äquivalentdosis für Weichteilgewebe, gemessen an einem bestimmten Ort. Als Personendosis wird die Äquivalentdosis für Weichteilgewebe, gemessen an einer für die Strahlenexposition repräsentativen Stelle der Körperoberfläche, bezeichnet.
Die Körperdosis ist ein Sammelbegriff für die Organdosis HT und die effektive Dosis E. Ist also von der Körperdosis die Rede, so ist damit entweder die effektive Dosis oder eine Organdosis gemeint (RÖV 2003).
2.1.4 Dosimetrie und Dosimeter
Als Dosimetrie bezeichnet man die Messung der Dosis bzw. der Dosisleistung in Luft oder in bestrahlten Objekten. Dies geschieht unter Anwendung von Strahlendosismessgeräten (Dosimeter) mit dem Ziel, die durch ionisierende Strahlung auf Materie übertragene Energie zu bestimmen. Hierzu werden physikalische, chemische und biologische Verfahren angewendet (Pschyrembel 1994, S. 341). In der medizinischen Radiologie werden vorwiegend Dosismessverfahren verwendet, die ab Kap. 2.1.4.2 beschrieben sind. Im Strahlenschutz werden so genannte Individual- oder Personendosimeter eingesetzt.
2.1.4.1 Physikalische Grundlagen der Dosimetrie 2.1.4.1.1 Das Bändermodell
Die elektrische Leitfähigkeit von Metallen, Halbleitern und Isolatoren kann mit Hilfe des Energiebänder-Modells beschrieben werden (s. Abb. 4). Nach diesem Modell werden die Energien der Elektronen der Atome aus einem Feststoff-Gitter in zwei Bänder aufgeteilt, in das Valenzband und in das Leitungsband (TAUSCH u. VON WACHTENDONK 1993, S.
360). Auch Thermolumineszenzdosimeter gehören zu den kristallinen Festkörpern. Auf den inneren Schalen eines Atoms bleiben die Elektronen den einzelnen Atomen bzw.
Gitterplätzen eindeutig zugeordnet. Die äußeren Elektronenniveaus werden durch die gegenseitige Wechselwirkung der Kristallatome hingegen energetisch so sehr verbreitert, dass man von Energiebändern spricht. In diesen erlaubten Energiebändern sind die Elektronen den einzelnen Gitterplätzen nicht mehr zuzuordnen. Sie sind also Elektronen „des ganzen Kristalls“. Zwischen den Energiebändern befinden sich energetisch verbotene Zonen, die so genannten Band- oder Energielücken (engl. gaps), in denen sich keine Elektronen aufhalten können (KRIEGER 2001, S. 160 – 167). Als Valenzband wird das Energieband bezeichnet, in dem sich die äußersten Elektronen der Einzelatome (Valenzelektronen) befinden. Das Valenzband ist im Grundzustand des Kristalls normalerweise komplett mit Elektronen besetzt. Energetisch oberhalb dieses Valenzbandes befindet sich ein weiteres Energieband, das Leitungsband. Durch Anregung in Form von Wärme, Licht oder ionisierender Strahlung kann den Elektronen des Valenzbandes genügend Energie zugeführt werden, um in das Leitungsband zu gelangen und sich dann frei im Kristall zu bewegen (s. Abb. 5). Der Kristall wird elektrisch leitend. Aus diesem Grund wird dieses Band als Leitungsband bezeichnet (KRIEGER 2001, S. 160 – 167).
Thermolumineszenzdosimeter sind in der Regel nicht leitende Kristalle. Dies bedeutet, dass das Leitungsband leer, also nicht mit Elektronen gefüllt ist. Alle Elektronen befinden sich im Valenzband. Wird der Kristall ionisierender Strahlung ausgesetzt, können einige Elektronen genügend Energie gewinnen, um in das Leitungsband zu gelangen (KRON 1994).
Bei Isolatoren befinden sich alle Elektronen im Valenzband. Der Energieunterschied ∆E (die
„Bandlücke“) zwischen dem Valenz- und dem Leitungsband ist bei Isolatoren so groß, dass weder durch Wärme noch durch Licht Elektronen ins Leitungsband gehoben werden können.
Bei Halbleitern ist die Bandlücke relativ gering, so dass bereits bei Raumtemperatur einige Valenzelektronen ins Leitungsband gelangen können und für eine begrenzte Leitfähigkeit sorgen. Beim Erwärmen oder beim Bestrahlen mit Licht wird die Anzahl der Elektronen erhöht, die ins Leitungsband gelangen können, so dass der Halbleiter besser leitet (TAUSCH u. VON WACHTENDONK 1993, S. 360). Der Übergang zwischen Isolatoren und Halbleitern ist fließend (KRIEGER 2001, S. 160 – 167).
Bei Metallen überlappen sich das Valenz- und das Leitungsband teilweise. Es gibt bei jeder Temperatur genügend freie Elektronen im Leitungsband (TAUSCH u. VON WACHTENDONK 1993, S. 360).
Wie schon beschrieben, werden die Elektronen durch Anregung aus dem Valenzband entfernt.
Bei diesem Vorgang entsteht neben dem freien Elektron immer auch ein Elektronenloch, das wie eine lokalisierte positive Ladung wirkt (s. Abb. 5). Elektronen und Elektronenlöcher werden also immer paarweise erzeugt. Die Elektronenlöcher werden auch als Defektelektronen bezeichnet. Der Kristall bleibt elektrisch neutral, da zwar das lokale Ladungsgleichgewicht durch die Elektron-Loch-Erzeugung gestört wird, das Elektron den Kristall jedoch nicht verlässt.
Auch für die Elektronenlöcher gibt es nach dem Bändermodell erlaubte und verbotene Energiebereiche, die als Defektelektronenbänder bezeichnet werden. Wie auch die negativ geladenen Elektronen können die positiv geladenen Elektronenfehlstellen durch Übergang von Elektronen zu Atomen auf den benachbarten Gitterplätzen innerhalb dieser Bänder im Kristall wandern. Die dadurch verursachte elektrische Leitung wird als Löcherleitung bezeichnet. Wenn die sich im Leitungsband bewegenden Elektronen auf ein Elektronenloch im Valenzband treffen, können sie dort hin zurückspringen und sich mit dem Elektronenloch wieder vereinigen. Die dabei frei werdende Energie wird als elektromagnetische Strahlung emittiert.
Durch Störungen der Idealstruktur des Kristallgitters entstehen in der verbotenen Zone zwischen Valenz- und Leitungsband zusätzliche Energieniveaus. Diese als Fehlstellen bezeichneten Energieniveaus sind mit Störungen der lokalen Ladungsneutralität verbunden, d.h. sie sind durch einen Überschuss oder einen Mangel an Ladungsträgern gekennzeichnet.
Tragen diese Niveaus eine positive Überschussladung, können sie frei bewegliche Elektronen, die vorher ins Leitungsband angeregt wurden, einfangen. Aus diesem Grund werden die Fehlstellen im Kristall als Elektronenfallen (engl. Traps) bezeichnet. Durch die Verunreinigung (Dotierung) des Kristalls mit Metallatomen entstehen so genannte Leuchtzentren (Aktivatorzentren) im Kristall. Leuchtzentren bestehen oft aus Löchertraps, die durch vorheriges Einfangen von Defektelektronen angeregt wurden. Werden Elektronen beim Rücksprung aus dem Leitungsband in solchen Leuchtzentren eingefangen, so werden diese deaktiviert. Dabei wird die überschüssige Energie in Form von Licht ausgesendet. Die Leuchtintensität hängt von der Konzentration der Leuchtzentren und somit von der Dotierung mit den entsprechenden Fremdatomen ab. Beim Lithiumfluorid, dem derzeit wichtigsten Thermolumineszenzmaterial, übernehmen Mg2+ - Ionen die Rolle der Leuchtzentren (KRIEGER 2001, S. 160 – 167).
2.1.4.2 Ionisationskammer
Bei einer Ionisationskammer handelt es sich um einen Strahlungsdetektor, der aus einem gasgefüllten Kondensator besteht. Zwischen zwei Elektroden befindet sich das Messmedium, häufig Luft. Diese wird durch die einfallende Strahlung ionisiert, wodurch es zur Entstehung positiver Ionen und negativer Elektronen kommt. Wird nun eine Spannung an die Elektroden angelegt, so kommt es zur Wanderung der Elektronen und Gasionen im elektrischen Feld, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird. Der erzeugte Strom ist direkt proportional zu der im Gas absorbierten Dosisleistung. Es kann daher die Dosisleistung gemessen werden oder durch zeitliche Integration die Dosis. Dies ist jedoch nur der Fall, wenn die Spannung so niedrig gewählt wird, dass die erzeugten Ladungsträger keine weiteren Atome ionisieren können. Andererseits muss die Spannung so hoch sein, dass alle entstandenen Ladungsträger die Elektroden erreichen, bevor sie wieder rekombinieren.
Bei der Ionisationskammer handelt es sich um ein sehr zuverlässiges Messverfahren mit einer geringen Energieabhängigkeit des Ansprechvermögens (s. Kap. 2.1.5.2). Darüber hinaus ist die Ionisationskammer auch bei sehr niedrigen Energien einsetzbar (REICH 1990, S. 111, GORETZKI 1987, S. 60 – 64). Das Ansprechvermögen charakterisiert die Empfindlichkeit
eines Dosimeters. Es ist definiert als Verhältnis der Messanzeige zum wahren Dosiswert (MPA NRW 2007).
2.1.4.3 Zählrohre
Ein Zählrohr besteht zumeist aus einem Hohlzylinder mit einem längs der Mittelachse gespannten dünnen Zähldraht, welcher als Anode fungiert. Wie auch die Ionisationskammer ist das Zählrohr mit Gas (z. B. Argon) gefüllt. Den Aufbau eines Zählrohres zeigt Abb. 1. Es unterscheidet sich von der Ionisationskammer durch die Vervielfachung der im Gasraum erzeugten Ladungen.
Abb. 1: Darstellung des Aufbaus eines Zählrohrs aus VOGT u. SCHULTZ (2007, S. 106).
Fällt ein Teilchen oder Gammaquant in das Zählrohr ein, wird entweder direkt oder über Sekundärprozesse (Photoeffekt, Compton-Effekt oder Paarbildung) eine von der Strahlungsart und ihrer Energie abhängige Zahl elektrischer Ladungsträger erzeugt. Die entstandenen Ladungsträger werden so stark beschleunigt, dass sie selbst wieder ionisieren, d.h. weitere Ladungsträger erzeugen können. Dieser Vorgang wird als Gasverstärkung bezeichnet. Ein primär freigesetztes Elektron erzeugt also eine Lawine von Sekundärelektronen, so dass
letztendlich durch ein Strahlungsteilchen eine viel größere Anzahl an Ladungsträgern entsteht als der primären Ionisation entspricht. Der im Zählrohr lokalisierte Zähldraht erfasst die entstandenen Ladungsimpulse, welche proportional zur primären Ionisation sind. Der Gasverstärkungsfaktor hängt von der Zählrohrspannung ab und erhöht sich mit zunehmender Zählrohrspannung. Üblich sind Verstärkungsfaktoren von 102 bis 104.
Je nach angelegter Spannung und registrierter Impulshöhe werden fünf Arbeitsbereiche unterschieden, die auch für die Unterscheidung zwischen den Zählrohrtypen verantwortlich sind. In Abb. 2 ist eine Impulshöhen- und Spannungskurve dargestellt, aus der sich die fünf Arbeitsbereiche ableiten lassen.
Abb. 2: Impulshöhen- und Spannungskurve eines Zählrohrs mit dem Rekombinationsbereich I, dem Sättigungsbereich II, dem Proportionalbereich III, dem Übergangsbereich IV und dem Auslösebereich V (GORETZKI 1987, S. 60 – 64).
Im Rekombinationsbereich (I) ist die angelegte Spannung so niedrig, dass nicht alle Ladungsträger (Elektronen und Ionen) die Elektroden erreichen. Einige der Ladungsträger rekombinieren zu neutralen Teilchen, bevor sie die Elektroden erreichen. Mit steigender Spannung wächst der Anteil an Ladungsträgern, der die Elektroden erreicht.
Zählrohrspannung
Impulshöhe
I II III I
V
V
Im Sättigungsbereich (II) ist die Spannung so gewählt, dass alle durch das Primärteilchen erzeugten Ladungsträger die Elektroden erreichen. Es findet keine Rekombination mehr statt.
In diesem Bereich arbeiten die unter 2.1.4.2 erläuterten Ionisationskammern.
Wird die Spannung über den Sättigungsbereich hinaus erhöht, gelangt man in den Proportionalbereich (III). Die erzeugten Elektronen werden durch die Spannung so stark beschleunigt, dass ihre Energie ausreicht, um weitere Atome zu ionisieren. Der resultierende Messimpuls wird hierdurch mit zunehmender Spannung erhöht. Des Weiteren ist die Impulshöhe umso größer, je größer die Energie des Teilchens oder Photons ist, das den Impuls ausgelöst hat. Ein in diesem Bereich betriebenes Zählrohr wird als Proportionalzählrohr bezeichnet. Da die Ladungsmultiplikation gering ist, muss eine elektrische Verstärkung erfolgen. Um die Gasverstärkung an allen Orten des Zähldrahtes gleich zu erhalten, muss dieser einen kreisrunden und über die gesamte Länge gleichmäßigen Querschnitt besitzen. Die Gasfüllungen bestehen z.B. aus einem Argon-Methan-Gemisch.
Durch die Zusatzgase wird die mittlere Geschwindigkeit der Elektronen herabgesetzt und die Gasverstärkung erhöht. Über die Höhe der Impulse kann die Teilchenart bestimmt werden, da die Anzahl der Sekundärelektronen proportional der Primärelektronenanzahl ist. Das Proportionalzählrohr eignet sich besonders zur Energiebestimmung und zur Teilchenunterscheidung. Es können im Gegensatz zum Auslösezählrohr auch direkt aufeinander folgende Impulse gezählt werden. Da das Zählgas im Proportionalzählrohr nicht zersetzt wird, ist die Lebensdauer unbegrenzt.
An den Proportionalbereich schließt sich mit zunehmender Spannung der messtechnisch uninteressante Übergangsbereich (IV) an. Wird die Zählrohrspannung weiter erhöht, folgt der Auslösebereich (V). In diesem Bereich löst jedes ionisierende Teilchen einen gleich großen Impuls aus. Dabei ist es unbedeutend, wie hoch die Energie des Teilchens ist. Die Impulshöhe ist in diesem Spannungsbereich nicht mehr abhängig von der Spannung oder der Strahlenenergie, da die Gasverstärkung nicht mehr von der Primärionisation abhängt. Schon ein einziges im Gasvolumen erzeugtes Primärelektron löst die Kettenreaktion aus, die sich dann entlang des Zähldrahtes ausbreitet. Die in diesem Bereich betriebenen Zählrohre heißen auch Geiger – Müller – Zählrohre. Sie haben eine sehr hohe Nachweisempfindlichkeit, da jedes Teilchen unabhängig von seiner Energie den gleichen Strom im Zählrohr erzeugt. Jedes
einfallende Teilchen löst eine Kaskade von Sekundärteilchen aus, weshalb es gelingt, selbst Teilchen mit einer niedrigen Energie zu registrieren. Allerdings geht bei dieser Betriebsart der lineare Zusammenhang zwischen Primärionisation und Impulshöhe verloren. Der Messbereich des Geiger – Müller – Zählrohrs ist dadurch begrenzt, dass es zu keiner Kettenreaktion mehr kommt, wenn die meisten Atome des Zählrohrs ionisiert sind. Trifft in diesem Zustand ein ionisiertes Teilchen in das Zählrohr, so findet keine Impulsauslösung statt, da das Zählrohr für eine kurze Zeit für nachfolgende Photonen bzw. Teilchen unempfindlich ist. Diese Zeitspanne heißt Totzeit. Treffen während der Totzeit immer wieder Teilchen auf das Zählrohr, weil die Strahlungsmenge sehr groß ist, wird das Zählrohr eine zu geringe Zählrate anzeigen (REICH 1990, S. 113 – 118, GORETZKI 1987, S. 60 – 64, PSCHYREMBEL 1986, S. 79).
2.1.4.4 Halbleiterdetektor
Ein Halbleiterdetektor ist ein Strahlungs- oder Teilchendetektor, der sich spezielle elektrische Eigenschaften von Halbleitern zu Nutze macht, um ionisierende Strahlung nachzuweisen.
Ladungsträgerpaare entstehen nicht nur in Gasen, sondern auch in festen Stoffen. Die meisten dieser Stoffe können für die Dosimetrie aber nicht genutzt werden, da die Ladungsträgerpaare entweder in Isolatoren unbeweglich sind oder in leitenden Stoffen neben den vorhandenen beweglichen Ladungsträgern nicht nachweisbar sind. Einige als Halbleiter bezeichnete Stoffe wie Silizium und Germanium ermöglichen es, die Anzahl der vorhandenen beweglichen Ladungsträger soweit herabzusetzen, dass die durch ionisierende Strahlung erzeugten Ladungsträgerpaare gemessen werden können. Die Leitfähigkeit lässt sich durch das Einbringen von Fremdatomen (Dotieren) aus einer anderen chemischen Hauptgruppe in weiten Grenzen gezielt beeinflussen.
Bei einer Temperatur in der Nähe des absoluten Nullpunktes ist das Valenzband des Halbleiters voll besetzt und das Leitungsband vollkommen leer von Ladungsträgern.
Unbesetzte Bänder können mangels beweglicher Ladungsträger keinen elektrischen Strom leiten. Im vollbesetzten Valenzband können sich mangels freier Energieniveaus ebenfalls keine Ladungsträger bewegen. Bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt leiten
Halbleiter daher keinen elektrischen Strom. Für den Leitungsvorgang sind teilbesetzte Bänder notwendig.
Ionisierende Strahlung generiert im Halbleitermaterial freie Ladungsträger (Elektronen und Löcher). Wird also ein Elektron aus dem Valenzband in das Leitungsband angeregt, so hinterlässt es an seiner ursprünglichen Stelle ein Defektelektron, auch „Loch“ genannt.
Gebundene Valenzelektronen in der Nachbarschaft solcher Löcher können durch Platzwechsel in ein Loch „springen“, hierbei wandert das Loch. Es kann daher als bewegliche positive Ladung aufgefasst werden. Sowohl die angeregten Elektronen als auch die Defektelektronen tragen also zur elektrischen Leitung bei. Ob bzw. wie viele Elektron-Loch- Paare von einfallender Strahlung generiert werden, hängt maßgeblich von der Bandlückenenergie ab (REICH 1990, S. 118 – 120, VOGT u. SCHULTZ 2007, S. 117).
2.1.4.5 Szintillationszähler
Der Szintillationszähler besteht aus einem Kristall, der von einem meist aus Aluminium bestehenden Mantel und einem Lichtreflektor umgeben ist. Zum Szintillationszähler gehören ein nach geschalteter Photomultiplier, sowie eine angeschlossene Registrierelektronik. Der Aufbau eines Szintillationszählers ist in Abb. 3 dargestellt.
Abb. 3: Aufbau eines Szintillationszählers (VOGT u. SCHULTZ 2007, S. 111 – 115).
Die auftreffende Röntgen- und Gammastrahlung wird im Szintillationskristall durch Photo-, Compton- oder Paarbildungswechselwirkung absorbiert. Durch die Absorption der ionisierenden Strahlung werden im Kristall Elektronen erzeugt, die ihre Energie dann über Anregungsprozesse innerhalb des Kristalls wieder abgeben. Bei der Abgabe der Energie entstehen dann Lichtblitze (Photonen). Als Szintillationsmaterialien sind eine Reihe von anorganischen Stoffen geeignet, z.B. Natriumiodid (NaI), Zinkoxid (ZnO) und Cäsiumiodid (CsI), sowie einige organische Substanzen, z.B. Anthrazen, Stilben und Lösungen fluoreszierender Verbindungen in flüssigen oder festen organischen Lösungsmitteln. Der entstandene sehr schwache Lichtblitz setzt aus der Photokathode des dahinter angebrachten Photomultipliers Elektronen frei (Photoeffekt). Diese Elektronen werden durch Stöße an den Elektroden im Photomultiplier lawinenartig vervielfacht. An der Anode kann dann ein gut messbarer Stromimpuls abgenommen werden. Da die maximale Spannungshöhe proportional zur absorbierten Energie ist, sind Szintillationszähler zur Energiebestimmung (Spektrometrie) geeignet. Vorteile des Szintillationszählers sind das hohe Ansprechvermögen für Gamma- und harte Röntgenstrahlung, die hohe Zählgeschwindigkeit und die Proportionalität zwischen Teilchen- bzw. Quantenenergie und Amplitude der erzeugten Spannungsimpulse (REICH 1990, S. 121, VOGT u. SCHULTZ 2007, S. 111 – 115).
2.1.4.6 Thermolumineszenzdosimeter
Thermolumineszenzdosimeter (TLD) bestehen aus natürlichen oder künstlich erzeugten kristallinen Substanzen, die durch Anwendung ionisierender Strahlung in einen angeregten Zustand versetzt werden, wobei die übertragene Strahlenenergie im TLD gespeichert wird.
Die Grundsubstanz der TLD ist mit verschiedenen Fremdatomen (z.B. Mg, Ti) dotiert, um Fehlstellen im Kristall zu erzeugen. In diesen Fehlstellen (traps) werden die bei der Bestrahlung im Kristall freigesetzten Elektronen eingefangen (s. Abb. 4).
Abb. 4: Energiebändermodell zur Beschreibung der Vorgänge im Kristall bei Energiezufuhr (hier ionisierende Strahlung), vereinfacht nach KRIEGER (2001, S. 186 - 194) (LB:
Leitungsband, VB: Valenzband, T: Traps, LZ: Leuchtzentrum, EL: Elektronenlöcher).
Entsprechend viele Leuchtzentren (Aktivatorzentren) liegen vor. Durch die Bestrahlung des TLD werden im Kristall bewegliche Elektronen-Loch-Paare erzeugt, die sich im Leitungsband (Elektronen) oder Valenzband (Defektelektronen, Löcher) frei bewegen können. Nach kurzer Zeit werden sie entweder in metastabilen Zuständen (Löcher- bzw.
Elektronen-Traps) eingefangen oder sie rekombinieren mit Lochzuständen im Valenzband (s.
Abb. 4). Sie können auch in Leuchtzentren eingefangen werden, die durch die Dotierung mit Metallatomen entstanden sind. Durch das Einfangen von Defektelektronen werden die Leuchtzentren angeregt (aktiviert). Beim Rücksprung aus dem Leitungsband können Elektronen in solchen aktivierten Leuchtzentren eingefangen werden und das Leuchtzentrum dadurch wieder deaktivieren. Infolge dieses Prozesses wird die überschüssige Energie in Form von sichtbarem Licht ausgesendet. Die Rekombination der in Traps eingefangenen Elektronen oder Löcher mit Lochzuständen im Valenzband kann entweder strahlungsfrei oder unter Emission von Fluoreszenzstrahlung erfolgen. Elektronen und Löcher können außerdem in Leuchtzentren eingefangen werden, die vorher bereits durch andere Löcher aktiviert wurden und diese unter Abgabe von Licht deaktivieren.
Die Auswertung der bestrahlten TLD erfolgt durch Aufheizen im Auswertegerät. Erwärmt man die TLD nach einer Strahlenexposition auf Temperaturen zwischen 240 und 400 °C, wird Licht emittiert, dessen Menge (Lichtsumme) ein Maß für die absorbierte Energie und damit die Strahlendosis ist. Die ausgestrahlte Lichtmenge ist direkt proportional zur absorbierten Energie. Die in den Traps eingefangenen Elektronen oder Löcher werden dabei durch die Zufuhr von Energie zurück ins Leitungs- oder Valenzband befördert (s. Abb. 5).
Die Elektronen und Löcher können wieder von Traps oder Leuchtzentren eingefangen werden und diese aktivieren oder direkt strahlend oder strahlungsfrei mit den Löchern im Valenzband rekombinieren. Eine weitere Möglichkeit ist, dass sie in bereits aktivierten Leuchtzentren eingefangen werden und diese unter Abgabe von Licht deaktivieren. Da dieser Vorgang nur nach Übertragung von Wärmeenergie geschieht, wird diese Art der Lumineszenz als Thermolumineszenz bezeichnet (KRIEGER 2001, S. 186 – 194).
Die Thermolumineszenzdosimetrie wird vor allem in der Strahlentherapie verwendet, wobei sie auch bei Strahlenschutzmessungen immer mehr an Bedeutung gewinnt. Dabei sind Eigenschaften, wie die hohe Strahlenempfindlichkeit, der relativ große Messbereich und die hohe Energieunabhängigkeit, das geringe Fading (s. 2.1.5.3) und somit die sehr lange Speicherkapazität, wie auch die kleinen geometrischen Abmessungen, von Vorteil (KRIEGER 2001, S. 186 – 194, VOGT u. SCHULTZ 2007, S. 116).
Abb. 5: Vorgänge im Kristall bei thermischer Erwärmung nach vorheriger Bestrahlung, vereinfacht nach KRIEGER (2001, S. 186 – 194), (LB: Leitungsband, VB: Valenzband, EL:
Elektronenloch, T: Traps, aLZ: aktiviertes Leuchtzentrum).
2.1.5 Auswertung der TL-Dosimeter 2.1.5.1 Readout der TLD
Zum Auswerten der TLD werden diese in einem so genannten Reader ausgeheizt. Dieser setzt sich aus der Lese- und der Heizeinrichtung zusammen. Die beim Ausleseprozess entstehenden Lichtquanten werden von einem Photomultiplier registriert. Die emittierte Lichtintensität bzw. Lichtmenge ist proportional zu der im Photomultiplier erzeugten Ladung. Das Aufheizen der TLD kann mittels einer elektrischen Heizplatte oder mit heißem Gas erfolgen.
Beim Auslesen mit heißem Gas erfolgt eine besonders gleichmäßige und schnelle Erhitzung der TLD. Eine genauere Beschreibung des verwendeten Auslesegeräts erfolgt in Kap. 3.1.3.
Eine komplette thermische Behandlung setzt sich aus der Vorheizphase (Preheat), der Lesephase (Readout) und der Nachheizphase (Annealing) zusammen. Der Ablauf einer kompletten TLD-Messung und der Einfluss der einzelnen Arbeitsschritte auf die Messgenauigkeit sind in Abb. 6 dargestellt.
Abb. 6: Prinzipieller Ablauf einer TLD-Messung und Einfluss der einzelnen Parameter auf die Messgenauigkeit.
Das Annealing kann auch in einem separaten Temperofen erfolgen (s. Kap. 3.1.4). Nach der Strahlenexposition der TLD werden durch die Vorheizphase (Preheat) nahe am Leitungsband liegende Traps gelöscht, die sich bereits bei niedrigen Temperaturen entleeren. Diese Signalbeiträge aus instabilen Zuständen würden zu einer Verschlechterung der Messgenauigkeit führen und das Messergebnis verfälschen, da möglichst nur die Signalbeiträge des Hauptpeaks (s. Kap. 2.1.5.3) in die Auswertungen eingehen sollen. Die Messgenauigkeit wird durch die Verwendung einer Preheatphase somit erhöht. Die Höhe der Preheattemperatur hängt zum einen vom TLD-Material und zum anderen von der angestrebten Messgenauigkeit ab. Nach Beendigung der Preheatphase werden die TLD weiter
Bestrahlung Bestrahlung
Regenerierung im Reader Regenerierung
im Reader
Regenerierung im Ofen Regenerierung
im Ofen Vorheizen im
Reader Vorheizen im
Reader
Vorheizen im Vorheizen im Ofen
Ofen Initialisierung Initialisierung
Unbehandeltes TLD - Material Unbehandeltes TLD - Material
Auslesen im Reader Auslesen im
Reader
Geringeres Fading, Reduzierung der Niedrigtemperatur-
peaks Stabilisierung der Empfindlichkeit und
des Hintergrundes Unterschiedliche Empfindlichkeit und
Hintergrund
Löschung von Restsignalen Regeneration der
Trapstrukturen Bestrahlung
Bestrahlung
Regenerierung im Reader Regenerierung
im Reader
Regenerierung im Ofen Regenerierung
im Ofen Vorheizen im
Reader Vorheizen im
Reader
Vorheizen im Vorheizen im Ofen
Ofen Initialisierung Initialisierung
Unbehandeltes TLD - Material Unbehandeltes TLD - Material
Auslesen im Reader Auslesen im
Reader
Geringeres Fading, Reduzierung der Niedrigtemperatur-
peaks Stabilisierung der Empfindlichkeit und
des Hintergrundes Unterschiedliche Empfindlichkeit und
Hintergrund
Löschung von Restsignalen Regeneration der
Trapstrukturen Unterschiedliches Ansprechvermögen und Hintergrund
Stabilisierung des Ansprechvermögens und des Hintergrundes
Geringeres Fading, Reduzierung der Niedrigtemperaturpeak s
Löschung von Rest- signalen, Regeneration der Trapstrukturen
aufgeheizt, bis die gewünschte Readouttemperatur erreicht ist. Das emittierte Licht wird im Photomultiplier registriert. Die Verweildauer bei der maximalen Temperatur und die Höhe der Temperatur sind vom jeweiligen Material, der Heizrate und dem zu untersuchenden Dosisbereich abhängig. Werden die TLD auf einer Heizplatte mit einer linearen Heizrate aufgeheizt, ermöglicht der damit verbundene lineare Temperaturanstieg eine direkte Zuordnung der Glowkurvenpeaks zu den Temperaturen der TLD, da Zeit und Temperatur zueinander proportional sind (KRIEGER 2001, S. 249 – 258, KRON 1994).
2.1.5.2 Annealing der TLD
Unter dem Begriff „Annealing“ versteht man das Ausheizen von TLD-Materialien bei einer bestimmten Temperatur, um alle Traps zu entleeren. Es werden auch die Begriffe
„Regeneration“ und „Tempern“ verwendet. Das Annealing findet auch Verwendung, um das TLD-Material zu stabilisieren. Das Backgroundsignal soll möglichst gering gehalten werden.
Darunter versteht man das Signal, das ausgegeben wird, wenn die TLD ohne vorherige Bestrahlung ausgelesen werden. Des Weiteren soll durch das Annealing erreicht werden, dass das Ansprechvermögen, also das erzielte TL-Signal pro absorbierter Dosis, möglichst hoch ist und auch über viele Verwendungsdurchgänge stabil bleibt (KRIEGER 2001, S. 249 – 258).
Durch das Annealing werden verschiedene Effekte im TLD-Material ausgelöst. Die Elektronenfallen werden von so genannten „Restsignalen“ befreit, so dass das Background- Signal bei der nächsten Verwendung möglichst gering ausfällt. Außerdem kommt es zu einer Stabilisierung der Elektronenfallen, und das Ansprechvermögen des Materials bleibt konstant.
Es wird ein Gleichgewicht der Fehlerstellen im Kristall hergestellt, um das Ansprechvermögen des Materials zu verbessern.
Vor der ersten Verwendung kann ein Annealing bei hoher Temperatur durchgeführt werden, um die richtige räumliche Aufteilung der für die Elektronenfallen benötigten Fehlerstellen zu schaffen. Ist das Ansprechvermögen eines Materials im gewünschten Bereich, so ist ein weiteres Annealing bei hohen Temperaturen nicht wünschenswert, da es zu einer weiteren Veränderung der räumlichen Aufteilung der Fehlerstellen führen würde. Es werden nur noch Standard-Annealingprozeduren durchgeführt, die dazu dienen, die Stabilität und das
Ansprechvermögen des Materials zu erhalten. Die in der Literatur üblicherweise verwendeten Annealingparameter sind in Kap. 2.3.1 beschrieben. Die in der vorliegenden Studie verwendeten Annealingparameter sind in den Heizprofilen im Anhang (s. Kap. 8.1) angegeben.
2.1.5.3 Glühkurven der TLD
Wie schon beschrieben, werden die TLD im Auslesegerät zur Auswertung ausgeheizt. Die in den Traps eingefangenen Elektronen oder Löcher gewinnen dadurch Energie, wodurch sie zurück ins Leitungs- oder Valenzband gelangen können. Durch die Dotierung des TLD- Materials mit Fremdatomen werden mehrere metastabile Energieniveaus (Traps) in der Energielücke zwischen Valenz- und Leitungsband geschaffen. Einige der Traps liegen näher am Leitungsband als andere (s. Abb. 7). Um die eingefangenen Elektronen aus diesen nah am Leitungsband gelegenen Traps zu befreien, ist eine relativ geringe Energiedosis nötig. Die Elektronen können bereits bei Raumtemperatur ins Leitungsband gelangen, so dass ihre Dosisinformationen für die Auswertung verloren sind. Dieses Phänomen wird als Fading bezeichnet. Weiter vom Leitungsband entfernt liegende Traps haben tiefere Energieniveaus.
Es ist eine höhere Energiezufuhr nötig, um die Elektronen aus diesen zu befreien. Trägt man beim Auslesen der TLD die Lichtintensität in Abhängigkeit von der Zeit auf, erhält man eine so genannte Glühkurve (s. Abb. 7). Da es verschiedene energetische Lagen von Traps innerhalb eines TLDs gibt, enthalten Glühkurven in der Regel mehrere Intensitätsmaxima, die als Peaks bezeichnet werden. Die Fläche unter der Glühkurve entspricht der Lichtausbeute und ist ein Maß für die absorbierte Dosis. Die Lage der Peaks entspricht der energetischen Lage der Traps in der verbotenen Zone. Die Form der Glühkurven hängt vor allem vom verwendeten TLD-Material ab. Auch die thermische Vorgeschichte und die Strahlungsvorgeschichte des Dosimeters sowie die Heizrate und die Abkühlgeschwindigkeit nach dem Annealing haben Einfluss auf die Form und Größe der Peaks. Die Amplituden der Glühkurven werden umso höher, je schneller die Heiztemperatur erhöht wird. Meist werden nicht die Amplituden, sondern die Fläche unter den Glowpeaks zur Berechnung der gespeicherten Energie verwendet. Diese Flächen sind proportional zu dem Zeitintegral über den Lichtstrom im Auswertgerät, also proportional zur Lichtsumme.
Abb. 7: Zusammenhang zwischen der energetischen Tiefe der Traps und der Lage der Glühkurvenpeaks auf der Temperaturskala, vereinfacht nach KRIEGER (2001, S. 186 – 194), (LB: Leitungsband, VB: Valenzband, 1 – 3 Elektronentraps und dazugehörige
Glühkurvenpeaks.
In Abb. 8 ist exemplarisch eine Glühkurve des Materials GR-200 dargestellt. Auf der Abszisse ist die Zeit aufgetragen. Der Zeitraum des Readouts wird in 200 Zeitabschnitte (Kanäle, engl.: channel) unterteilt. Das TL-Signal und die Gastemperatur werden in Abhängigkeit von der Zeit auf der Ordinate dargestellt.
Abb. 8: Exemplarische Glühkurve von GR-200 bei einer Auslesetemperatur von 250 °C.
2.1.6 Initialisierung der TLD
Vor der Anwendung als Dosimeter dient eine Initialisierungsprozedur dazu, ein Material zu erzeugen, das auch bei mehreren Nutzungsdurchgängen ein konstantes Ansprechvermögen und niedrige Hintergrundschwankungen aufweist (DRISCOLL et al. 1986).
In einer Studie aus dem Jahre 1990 machten PITERS und BOS verschiedene Versuche zur Wiederholbarkeit der mit dem Material LiF:Mg,Cu,P erzielten Ergebnisse. Dosimeter vom Typ GR-200 aus zwei unterschiedlichen Herstellerchargen wurden bei 240 °C für 10 Minuten regeneriert (annealed). Nach Abschluss des Annealings wurden Abkühlraten von 1 bis 230 K / min angewendet. Die TLD wurden mit einer Dosis von 1 mGy bestrahlt und anschließend bei 240 °C für 14 s ausgelesen. Zum Erreichen der Readouttemperatur wurde eine Heizrate von 3 K / s gewählt. Dieser Vorgang wurde insgesamt 12-mal wiederholt. Bei beiden Chargen konnte ein relativer Verlust des Ansrpechvermögens im Vergleich zum Referenzmaterial TLD-100 während der ersten Durchgänge festgestellt werden. Beide Chargen wiesen nach dem ersten Auslesedurchgang ein maximales Ansprechvermögen auf, das 33- bis 37-mal höher war als das Ansprechvermögen der gleichen Masse des Materials TLD-100. Während eine Charge nach 8 Durchgängen einen Verlust des Ansprechvermögens von 23 % zeigte, wies die andere Charge nur eine Abnahme des Ansprechvermögens von 3 bis 6 % auf.
Tendenziell wurde bei schnelleren Abkühlraten ein geringerer Verlust des Kanal
TL - Signal
Gastemperatur
Intensität nA Temperatur °C
Ansprechvermögens beobachtet. Im Anschluss an diese Untersuchung wurden die TLD einer Annealingprozedur bei 240 °C für 10 Minuten unterzogen. Nach 10 Durchgängen konnte ein stabiles Ansprechvermögen innerhalb der Standardabweichung für alle Dosimeter erzielt werden. Als Schlussfolgerung aus ihrer Studie empfehlen die Autoren eine Initialisierungsprozedur von mindestens 8 Annealingdurchgängen im Ofen bei 240 °C für 10 Minuten mit anschließendem schnellen Abkühlen der Dosimeter.
In einer anderen Studie (SÁEZ-VERGARA u. ROMERO 1996) mit TLD vom Typ GR-200A konnte bei Readouttemperaturen zwischen 240 °C und 280 °C eine Abnahme des Ansprechvermögens zwischen 5 und 10 % für die ersten 5 Auslesedurchgänge festgestellt werden. Ab dem 6. Durchgang konnten sehr stabile Ergebnisse erzielt werden. In der gleichen Studie wurden verschiedene Initialisierungsprozeduren getestet (240 °C x 1, x 5, x 10 Durchgänge, 10 Minuten, 260 °C x 10 Durchgänge). Manche dieser Prozeduren führten zu einer deutlichen Abnahme des Ansprechvermögens, andere führten zu einer starken Inhomogenität innerhalb der Charge. Aufgrund dieser Ergebnisse wurde eine Initialisierung bei 240 °C für 10 Minuten mit 10 Durchgängen für am besten befunden. Nach dieser Form der Initialisierung konnte bei verschiedenen Gruppen einer Herstellercharge ein stabiles Ansprechvermögen erzielt werden. Signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen wurden reduziert. Als Problem blieb hier bestehen, dass es nach einer Initialisierung im Ofen nach den ersten 5 Auslesedurchgängen zu einem 5 %igen Verlust des Ansprechvermögens kam.
2.1.7 Untere Nachweisgrenze der TLD
Die untere Nachweisgrenze ist nach DIN 6818 als kleinste Dosis definiert, die signifikant (mit einem Vertrauensniveau von 95 %) von der Voranzeige (s. Kap. 2.1.6) unterschieden werden kann. Sie ergibt sich formal aus der mit dem Faktor 2 multiplizierten Standardabweichung der unter Wiederholbedingungen gemessenen Voranzeige.
In der internationalen Literatur (z. B. SHOUSHAN et al. 1986) wird die untere Nachweisgrenze meist nach dem ISO Standard DP-8034 angegeben und berechnet. Hier ist die untere Nachweisgrenze (detection threshold) als die mit dem Faktor 2,26 multiplizierte Standardabweichung der Voranzeige von 10 unbestrahlten TLD definiert.
2.1.7.1 Bestimmung der unteren Nachweisgrenze
Um die untere Nachweisgrenze zu bestimmen, muss zunächst die Voranzeige ermittelt werden. Hierbei handelt es sich um den Messwert, welcher angezeigt wird, wenn unbestrahlte, zuvor unbenutzte TLD ausgelesen werden. Die Voranzeige ist durch den Nulleffekt sowie durch unvollkommene Löschung vorhergegangener Dosisinformationen bedingt. Der Nulleffekt ist der Wert, der vom Auslesegerät angezeigt wird, nachdem ein Messzyklus ohne Dosimeter erfolgt ist (DIN 6816-6). Der Nulleffekt wird durch unvermeidliche Eigenschaften des Detektors und durch immer vorhandene natürliche oder künstliche Strahlenquellen in der Umgebung verursacht.
Die Berechnung der unteren Nachweisgrenze erfolgt in der Einheit Coulomb, da die aus der Lichtemission ermittelte Ladung der Berechnung zugrunde gelegt wird. Anschließend kann der Ladungswert mit Hilfe eines Kalibrierfaktors in die Dosisgröße Energiedosis (Gray) bzw.
Äquivalentdosis (Sievert) umgerechnet werden.
2.2 Das TL-Material LiF:Mg,Cu,P
2.2.1 Entwicklungsgeschichte des Materials LiF:Mg,Cu,P
Im Jahre 1950 wurde Lithiumfluorid in den USA erstmals von Daniels für die Festkörperdosimetrie vorgeschlagen. Eine Veröffentlichung seiner Studie über dieses Material wurde von der Zeitschrift Radiation Research jedoch abgelehnt. Da wenig Interesse an diesem Material bestand und Daniels das Problem des vorhandenen Niedrigtemperaturpeaks nicht lösen konnte, gab er die Forschung auf dem Gebiet der Thermolumineszenzdosimetrie auf. Einige Jahre später entwickelte die Firma Harshaw gemeinsam mit Forschern von der University of Wisconsin das Material TLD-100 auf der Basis von Lithiumfluorid, dotiert mit Magnesium und Titan (CAMERON 1998). Das Material TLD-100 setzte sich unter den verschiedenen TLD-Materialien schnell durch. Dies ergab sich aus der langjährigen Erfahrung der Dosisbestimmung mit diesem Material und dem hohen Entwicklungsstand, der Messungen mit einer hohen Präzision ermöglicht.
Durch andere Dotierungen konnte eine weitere Verbesserung des Materials erreicht werden.
Im Jahre 1978 wurde erstmals von einem neuen hochsensitiven TLD-Material berichtet.
Durch die Dotierung von Lithiumfluorid mit Magnesium, Kupfer und Phosphor konnte eine 23-mal höhere Empfindlichkeit als beim Material TLD-100 erzielt werden (NAKAJIMA et al.
1978). Eine andere Gruppe berichtete sogar von 38 Mal höheren Empfindlichkeiten im Vergleich zum Material TLD-100 (BHUWAN et al. 1982). Trotz der hohen Empfindlichkeit konnte sich das mit Magnesium, Kupfer und Phosphor dotierte Lithiumfluorid zunächst nicht durchsetzen. Dies lag zum einen daran, dass das Material nur in Pulverform erhältlich war.
Dies führte zu einer schlechten Reproduzierbarkeit und einem schwierigen Umgang mit dem Material. Unter einer guten Reproduzierbarkeit versteht man, dass wiederholte Messungen der gleichen physikalischen Größe innerhalb der Fehlergrenzen den gleichen Messwert, also das gleiche Produkt aus Zahlenwert und Einheit der Messgröße liefern (KRIEGER 2001, S. 142).
Zum anderen war das relativ hohe Restsignal von durchschnittlich 7 %, gemessen als das Verhältnis vom zweiten zum ersten Auslesedurchgang, von Nachteil (HOROWITZ u.
HOROWITZ 1990). Mit der Entwicklung fester TLD-Materialien durch das Central Research Laboratory in Beijing, China, konnten die Nachteile der Pulverform umgangen werden (SHOUSHAN et al. 1986). Es blieb jedoch das Problem, dass ein Annealing bei Temperaturen von über 240 °C bei den frühen TLD-Materialien zu starken Empfindlichkeitsverlusten führte (BHUWAN et al. 1982). Durch die Dotierung von GR-200 mit einer vierten unbekannten Komponente konnte die Reproduzierbarkeit und Stabilität verbessert werden (ZHA et al. 1993). OSTER et al. konnten im gleichen Jahr nachweisen, dass ein Auslesen der Dosimeter bei Temperaturen über 240 °C ohne signifikante Empfindlichkeitsverluste möglich ist und das Restsignal bei einer Auslesetemperatur von 270
°C für 12 Sekunden auf 0,6 % reduziert wird.
2.2.2 Grundlegende Eigenschaften von LiF:Mg,Cu,P
Das höhere Ansprechvermögen von LiF:Mg,Cu,P gegenüber TLD-100 ist zum Teil auf eine höhere Konzentration an Dotierungen im Material LiF:Mg,Cu,P zurückzuführen. Dies führt zu einer wesentlich größeren Anzahl von Leuchtzentren im Material LiF:Mg,Cu,P
(SHOUSHAN 1988). Wie KRON (1994) berichtet, ist LiF:Mg,Cu,P mit 50 ppm Kupfer, 100 ppm Phosphor und 2000 ppm Magnesium dotiert.
2.2.3 Hersteller und Materialien
Es gibt viele Materialien, die die Eigenschaft der Thermolumineszenz zeigen. Es sind jedoch nur fünf Materialien für den routinemäßigen Einsatz als Thermolumineszenzdosimeter geeignet. Hierzu gehören drei Materialien mit einer niedrigen effektiven Ordnungszahl, ähnlich der von Gewebe. Dies sind Lithiumfluorid (LiF), Lithiumborat (Li2B4O7) und Berylliumoxid (BeO). Außerdem gibt es noch zwei Materialien mit einer höheren Ordnungszahl, Calciumsulfat (CaSO4) und Calciumfluorid (CaF2). Alle Materialien sind mit
„Verunreinigungen“ dotiert, um für das Material spezifische Thermolumineszenz- Eigenschaften zu erzielen. Jedes dieser Materialien weist unterschiedliche Eigenschaften auf und muss mit individuellen Auslese- und Annealingparametern behandelt werden (DRISCOLL et al. 1986).
TLD-Materialien auf der Basis von Lithiumfluorid wurden seit den sechziger Jahren von der Firma Harshaw Chemical Co, USA (heute Thermo Electron) entwickelt, patentrechtlich geschützt und hergestellt. Marktführend war das unter dem Namen TLD-100 vertriebene, auf LiF:Mg,Ti basierende Dosimeter. Dieses ist nach wie vor in verschiedenen Formen erhältlich, unter anderem als Pulver, Stäbchen oder auch als heiß gepresster Chip. In der Natur kommen die beiden stabilen Isotope 6Li (7,5 %) und 7Li (92,5 %) vor (KUCHLING 1996, S. 665). In TLD-100 liegt das Lithium im natürlichen Isotopenverhältnis vor. Unter der Bezeichnung TLD-600 (95,6 % 6Li + 4,4 % 7Li) und TLD-700 (0,07 % 6Li + 99,93 % 7Li) ist LiF:Mg,Ti auch in anderen Isotopenzusammensetzungen erhältlich (DRISCOLL et al. 1986). Nach Ablauf des Patents durch Harshaw Chemical Co, USA, haben auch andere Firmen TLD- Materialien auf der Basis von Lithiumfluorid entwickelt (s. Tab. 1).
Tab. 1: Wichtige, auf Lithiumfluorid basierende TLD-Materialien und ihre Hersteller.
Bezeichnung Chemische Zusammensetzung
Hersteller
TLD-100 TLD-600 TLD-700
LiF:Mg,Ti Thermo Electron (früher Harshaw Chemical Co) USA
LiF-PL LiF:Mg,Na Desmarquest & CEC, Frankreich LiF-7 LiF:Mg,Ti Vinten Instruments ple, UK
GR-100 LiF:Mg,Ti Solid Dosimetric Detector and Method Laboratory , Beijing 102205, China
GR-200 LiF:Mg,Cu,P Solid Dosimetric Detector and Method Laboratory , Beijing 102205, China
MCP-100D LiF:Mg,Cu,P TLD Poland, Krakau, Polen TLD-100H
TLD-600H TLD-700H
LiF:Mg,Cu,P Thermo Electron, USA
Unter den in Tab. 1 aufgeführten Materialien ist auch das Material LiF:Mg,Cu,P. Dieses weist aufgrund der Dotierung eine gegenüber LiF:Mg,Ti (TLD-100) veränderte Glühkurvenstruktur auf und besitzt eine ca. 35 mal höhere Gesamtlichtausbeute als TLD-100 (WANG et al.
1986).
2.3 Beeinflussung der Dosimetereigenschaften durch äußere Parameter 2.3.1 Einfluss des Annealings
Eine wichtige Eigenschaft von Thermolumineszenzdosimetern ist die Wiederverwendbarkeit des Materials. Zu diesem Zweck werden die TLD in einem speziellen Ofen auf mehrere hundert Grad erhitzt und somit auch die bei der Auswertung eventuell verbliebenen Restinformationen gelöscht. Dieser Prozess der Regenerierung wird in der Literatur sehr unterschiedlich beschrieben. Die am häufigsten empfohlene Annealingprozedur ist das auch vom Hersteller des Materials GR-200 empfohlene Annealing bei 240 °C für 10 Minuten.
Dieses und andere in der Literatur beschriebene Annealingverfahren sowie ihre Einflüsse auf die TLD-Eigenschaften sind in Tab. 2 zusammengefasst.
