Retrospektive Strahlendosimetrie unter Verwendung gepulster Photonen-stimulierter Lumineszenz (PPSL). Erweiterung des Messbereiches hin zu Dosen < 1mGy bei Anwendung an grobkeramischem Material [online]

Zusammenfassung

Allen in der retrospektiven Strahlendosimetrie verwendeten Verfahren ist gemeinsam, dass jeweils zu der zu bestimmenden Unfalldosis ein Beitrag detektiert wird, der auf der Dosisleistung durch natürliche Strahlenexposition und dem Alter des jeweiligen Dosimetermaterials beruht. Diese unfalldosisunabhängige Hintergrunddosis, die sog. Altersdosis (1) setzt sich - je nach Dosimetermaterial - aus den alpha, beta­ und gamma-­Dosisleistungen der natürlichen Radionuklide und aus der Höhenstrahlung zusammen. Für seine Bestimmung war in der Vergangenheit in jedem Einzelfall eine Vielzahl verschiedener Messmethoden notwendig (alpha-­Spektrometrie, beta-­Zählung, gamma-­Spektrometrie). Zudem mussten verschiedene Annahmen (z.B. bzgl. des radiologischen Gleichgewichts in der Probe) getroffen werden.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es nun, für Lumineszenz­Messverfahren anhand grobkeramischer Materialien (z.B. Mauerziegel) diese Kombination aus verschiedenen Messmethoden auf ein einziges zu reduzieren. Grobkeramische Materialien bieten sich für die Anwendung in der retrospektiven Dosimetrie aufgrund ihrer fast flächendeckenden Verfügbarkeit in besonderer Weise an. ... mehrVoraussetzung für die Anwendung ist es, Dosen, die in verhältnismäßig kurzen Zeiträumen akkumuliert werden, messen zu können. Bei typischen natürlichen Dosisleistungen in grobkeramischen Materialien von 2,5 ··· 4,5mGy/Jahr und möglichen Messzeiträumen von 1­2 Monaten, ist es unerlässlich, Dosen im Dosisbereich von <1mGy sicher bestimmen zu können. Mithilfe der bisher in der retrospektiven Dosimetrie anhand grobkeramischer Materialien angewandten Verfahren konnten Nachweisgrenzen bis herab zu 10mGy erreicht werden. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Verfahren entwickelt, das nach Exposition gegenüber gamma-­Strahlung die Messung kleiner Strahlendosen in der retrospektiven Dosimetrie anhand moderner Ziegel erlaubt (bis hin zu 500µGy). Das Verfahren beruht auf dem der Photonen­stimulierten Lumineszenz (PSL), bei dem die Information über die Höhe einer Dosis, der das Probenmaterial zuvor ausgesetzt war, durch Stimulation der Probe mit Photonen abgerufen wird. Die Information über die Höhe einer Dosis ist dabei in Form von auf energetisch ausgezeichnete Niveaus angeregten Elektronen im Probenmaterial gespeichert. Eine besondere Eigenschaft des hier verwendeten Verfahrens ist die dosis- und probenunabhängige Art der Unterdrückung des Messuntergrundes durch Pulsung des Stimulationslichtes: gepulste Photonen­stimulierte Lumineszenz - PPSL. Bei dieser Methode wird der Untergrund zeitnah zur Messung des Gesamtsignals, das während der Pulse gemessen wird, in den Zeiträumen zwischen den Pulsen ermittelt. Dies reduziert die Notwendigkeit von Einzelfallbetrachtungen und bildet so die Voraussetzung für die Standardisierung der erarbeiteten Messvorschrift. Die in der vorliegenden Arbeit vollzogene Weiterentwicklung der bisher bekannten Messverfahren ist die Nutzbarma­chung einer Messtechnik, die ursprünglich für die Überprüfung von Lebensmitteln auf Behandlung mit ionisierender Strahlung entwickelt wurde. (2) Die Nutzbarmachung beruht auf der Entwicklung geeigneter Probenpräparationsverfahren, der Entwicklung geeigneter Verfahren für die notwendige, der eigentlichen Messung vorgeschaltete Vorbehandlung der Proben sowie der Untersuchung, inwiefern sich die ermittelten Messparameter verallgemeinern lassen.
Weiterhin wurde eine Reihe von Proben moderner Ziegel auf regionale Übereinstim­mung in ihren dosimetrischen Eigenschaften geprüft. Diese ist sowohl für eine Standardi­sierung des Messverfahrens als auch für die Frage nach der zu erwartenden Empfindlich­keit der Probe und mithin der Planung einer Messung von großer Bedeutung.
(1) Der Begriff der Altersdosis wurde bereits früher in dem hier verwendeten Sinne angewandt, wurde aber durch die ICRU (International Commission for Radiation Units) durch den Begriff der Hintergrunddosis ersetzt. In dieser Arbeit soll er aber dennoch Anwendung finden, da er die physikalischen Gegebenheiten (den durch das Alter eines Ziegels gegebenen, nicht unfalldosisabhängigen Anteil an der Gesamtdosis in einer Ziegelsteinprobe) nach Ansicht des Autors in diesem konkreten Fall besser beschreibt.
(2) Eine derartige Behandlung mit ionisierender Strahlung wird gelegentlich bei bestimmten Lebensmitteln wie Gewürzen, einigen Sorten Obst sowie Meeresfrüchten zur Verlängerung der Haltbarkeit durchgeführt. Sie ist nach EU­Recht erlaubt, aber kennzeichnungspflichtig.