e

Stralingsdetectie en meetapparatuur

/stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e

Stralingsmonitoren •

Een stralingsmonitor is slechts geschikt voor het meten van een beperkt – aantal stralingssoorten – energiegebied

•

Een stralingsmonitor is altijd gekalibreerd voor volledige aanstraling van de detector in een isotroop stralingsveld – Indien een detector slechts gedeltelijk wordt aangestraald geeft de monitor een te lage waarde aan

•

Belangrijk om goed na te denken over de keuze en gebruik van een stralingsmonitor bij een bepaalde toepassing


Energiegevoeligheid van stralingsmonitor

Wordt vaak weergegeven in een energie-respons curve


Richtingsgevoeligheid van stralingsmonitor

In een polair diagram


Stralingsmeetapparatuur •

Stralingsmonitoren (surveymonitoren) – sterkte van het stralingsveld – meting van • dosistempo (in µSv/uur) • dosis (in mSv)

•

Besmettingsmonitoren – – – – –

worden gebruikt voor opsporen en vaststellen van besmettingen oppervlaktebesmetting luchtbesmetting inwendige besmetting meting van • aantal geregistreerde pulsen (per seconde) tgv radioactief preparaat • activiteit van bron/preparaat (na kalibratie) in Bq of Bq/cm2


Stralingsmeetapparatuur •

Spectrometers – energie onderscheid via pulsdiscriminatie -> spectrum – nuclide identificatie – activiteitsbepaling

•

Gammaspectrometrie – klassiek: Natrium jodide (NaI), Germanium met Lithiumdope (GeLi) – modern: (High Purity) Germanium (HPGe)

•

Activiteitsbepaling – ionisatiekamer


Stralingseffecten voor detectie van ioniserende straling aard van het effect

type instrument

detectiemateriaal

elektrische lading

gasgevulde detector halfgeleider detector filmdosimeter chemische dosismeter scintillatieteller thermoluminescentiedosimeter calorimeter activeringsdosimeter

gas (lucht) vaste stof fotografische emulsie vaste/vloeibare stof vaste/vloeibare stof

chemische reacties luminescentie

warmte activering

vaste stof vaste/vloeibare stof vaste stof


Detectie van straling •

Hoe detecteer je straling? – Ionisatie van detectormateriaal: ionisatiestroom meten • Gasgevulde (ionisatie)detectoren • Vaste stof (ionisatie)detectoren

– Scintillatiedetectoren elektronen worden geëxciteerd en vallen terug in hun grondtoestand onder uitzending van lichtflitsen: meet het lichtsignaal – Fotografische detectie fotografische emulsies zijn gevoelig voor ioniserende straling


Principe van gasgevulde detector •

Verzamel elektron-ion paren op anode en kathode

•

Stroompuls: evenredig met het aantal ionisaties en dus met de afgegeven energie van straling

•

Ingestelde spanning moet hoog genoeg zijn om recombinatie te voorkomen: alle gevormde elektron-ion paren bereiken de anode/kathode

•

Ionisatiekamer /stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e

Verschillende soorten gasgevulde detectoren •

Ingestelde spanning hoog genoeg om recombinatie te voorkomen (100-250 V): alle paren bereiken elektroden: ionisatiekamer

•

Hogere spanning (250 – 600 V): elektronen worden zo versneld dat ze zelf elektronen vrijmaken en er ontstaat een grotere ladingspuls, versterking is proportioneel dus stroompuls is nog steeds evenredig met afgegeven energie: proportionaalteller

•

Zeer hoge spanning (800- 1000 V): elke ionisatie leidt tot een lawine van nieuwe ionisaties: grote gemakkelijk meetbare puls, geen energie informatie meer Geiger-Muller telbuis (GM buis) /stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e

Vaste stof detectoren •

Bestaan uit halfgeleider materiaal (Germanium of Silicium) waaruit door ionisaties elektronen worden vrijgemaakt en verzameld op kathode: stroompuls.

•

Groot voordeel: weinig energie nodig om elektronen vrij te maken en grote elektronendichtheid Systeem is zeer gevoelig en energie van invallend deeltje kan zeer nauwkeurig worden bepaald: spectroscopie


Scintillatiedetectoren •

• •

In bepaalde materialen worden elektronen geëxciteerd onder invloed van ioniserende straling waarna ze onder uitzending van lichtflitsen (scintillaties) terugvallen in hun grondtoestand Intensiteit van licht is evenredig met geabsorbeerde stralingsenergie Lichtsignaal wordt omgezet in elektrische puls met behulp van photomultiplicator buis (P.M. buis)



Vaste-stof scintillator: NaI detector

•

TLD, thermo luminescentie detector: zenden niet meteen licht uit maar pas na opwarmen (uitstoken) van het materiaal, meestal CaF2 of LiF. Stralingsenergie kan worden opgeslagen en achteraf uitgelezen

•

Vloeistof scintillatoren: – voor meten van zachte beta stralers (3H, 14C) – preparaat wordt in vloeistof opgelost, – optimale energie overdracht naar scintillatiemateriaal.


Fotografische detectie •

Röntgenfoto’s in ziekenhuis (scintillatieschermen ter versterking)

•

Persoonsdosimetrie met filmbadge: komt buiten NL nog veel voor, maar film wordt steeds meer vervangen door TLD dosimetrie, of zelfs OSL (Optisch Gestimuleerde Luminiscentie)

•

Meer weten: dictaat Detectie en meetmethoden op www.tue.nl/sbd onder bibliotheek


Ionisatiekamer • • • •

Gasgevuld, vaak lucht Vrijgemaakte ionen in detectiemateriaal zorgen voor ionisatiestroom Geen gasversterking Ionisatiestroom is erg klein – Niet geschikt voor het meten van afzonderlijke spanningspulsen en dus niet geschikt voor activiteitsbepaling (besmettingsmonitor) – Vooral geschikt om straling met hoge intensiteit te meten

•

Gevoeligheid van ionisatiekamer hangt af van: – Volume van kamer (hoe groter hoe meer gas erin dus ook nauwkeuriger) – Gasdruk (hoge druk is meer gas dus nauwkeuriger meting)

• •

Wordt gebruikt voor (nauwkeurige) meting van dosis en dosistempo van fotonenstraling en bètastraling Buildupkap afhankelijk van stralingssoort en energie


Surveymonitor Babyline •

Ionisatiekamer, V=0.5 liter

•

Geabsorbeerde dosis en dosistempo

•

“buildup” kap filtert zeer lage energie fotonen en betastraling weg, en simuleert “opbouw” effect in weefsel


Activiteitsbepaling mbv ionisatiekamer •

Ar-gas gevulde (put-)ionisatiekamer

•

Snelle respons (<2 sec)

•

Lineaire respons over groot bereik

•

Ook geschikt voor sterke bronnen met hoge activiteit

•

Pb-afscherming in de wand (evt. aanvulling nodzakelijk)

•

Dagelijkse kalibratie


Geiger-Müller-telbuis • •

• • • •

Elk vrijgemaakt elektron geetft volledige ionisatielawine, gemakkelijk te meten puls Pulsgrootte is onafhankelijk van stralingssoort en energie, de GM buis kan dan ook niet tussen verschillende stralingssoorten en energie:en discrimineren Grote “dode tijd” (ca. 10-4 sec: bij hoge teltempi geeft GM buis afwijkingen en kan zelfs dichtslaan) Relatief éénvoudige elektronica, daardoor veel toegepast Eindvenster GM buizen met dunne wand aan één zijde voor detectie van α, β of laag energetische fotonen (röntgen) Zowel in surveymonitor (dosistempo/dosis) als in besmettingsmonitor


Dode tijd

• • •

•

Na een puls in een GM buis duurt het een tijdje voordat de puls is verwerkt en er weer een nieuwe puls gedetecteerd kan worden: dode tijd Hoe groter de dode tijd hoe meer pulsen er verloren gaan In de praktijk: gemeten pulsfrequentie is kleiner dan daawerkelijke pulsfrequentie Bij zeer hoge teltempi krijgt buis 0 100 200 300 400 Time [µs] geen tijd om te herstellen en slaat dood Dode tijd speelt ook bij andere stralingsmeetinstrumenten een rol – GM buis ca. 10-4 sec – Andere monitoren ca. 10-6 sec

pulse height

•

dead time

recovery time

resolving time


Surveymonitor Eberline FH F2 (FAG) •

Geiger-Müller telbuis, V=0,7cm3

•

Dosis en dosistempo

•

Alléén geschikt voor fotonstraling 45 keV - 1,3 MeV

•

Niet geschikt voor bèta straling


Proportionaalteller • • • • • •

Gasgevuld Spanning zo hoog dat er gasversterking plaatsvindt, elk vrijgemaakt elektron maakt tot 1000 andere elektronen vrij Ionisatiestroom groot genoeg voor detecteren van afzonderlijke spanningspulsen: goed bruikbaar voor activiteitsmeting Kan ook discrimineren tussen α, β en fotonenstraling door verschillende pulshoogte Vrijwel altijd gebruikt als besmettingsmonitor Zwaardere edelgassen als vulling voor gevoelige detectie van laagenergetische fotonen


Surveymonitor Eberline FH 40GL •

Proportionaal telbuis

•

Dosis en dosistempo

•

Alléén geschikt voor fotonstraling 36 keV - 1,3 MeV

•

Niet geschikt voor bèta straling


Besmettingsmonitor Contamat •

Xe gevulde proportionaalteller

•

meet teltempo van preparaat na nuclidekalibratie: Activiteit

•

detectoroppervlak: 110 cm2

•

geschikt voor bèta en gamma straling



• • • •

In bepaalde materialen worden elektronen geëxciteerd onder invloed van ioniserende straling waarna ze onder uitzending van lichtflitsen (scintillaties) terugvallen in hun grondtoestand Intensiteit van licht is evenredig met geabsorbeerde stralingsenergie Lichtsignaal wordt omgezet in elektrische puls met behulp van photomultiplicator buis (P.M. buis) Vooral toegepast in besmettingsmonitoren en voor gammaspectrometrie (NaI detector) Medische toepassingen: versterkingsscherm bij het maken van röntgenfoto’s


Besmettingsmonitor PCM 5 met DP2R probe •

Scintillatiedetector – fosfor gecoat plastic (alfa) – opgedampt ZnS (bèta)

•

meet teltempo van preparaat

•

detectoroppervlak: 50 cm2

•

geschikt voor alfa en bèta straling, ook wel gevoelig voor gamma


Monitor voor inwendige besmetting (NaI) •

Scintillatiedetector – NaI (gamma)

•

meet teltempo van inwendige besmetting (schildklier)

•

detectorgrootte: 100 cm3 (2”)

•

geschikt voor gammastraling

•

door kalibratie is conversie van teltempo naar activiteit in schildklier mogelijk. Schatting inname afhankelijk van tijdstip meting /stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e

Persoonsdosismeters •

TLD persoonsdosismeter (badge) – – – –

•

4 TLD pilletjes (LiF) dosisregistratie alléén achteraf uit te lezen NL: standaard

Elektronische pocket dosismeter (EPD) – – – – –

vaak halfgeleider detectoren dosis en dosistempo direct afleesbaar als ALARA tool en/of voor hot-jobs


Andere persoonsdosismeters •

Stephen pendosismeter – Ionisatiekamer – Stralingsdosis wordt gemeten door ontlading van condensator – wel direct af te lezen

•

Filmbadge – Stralingsdosis wordt gemeten dmv zwarting op een fotografische film – Alléén achteraf uitleesbaar, moet ontwikkeld worden – Kan vele verschillende stralingssoorten meten via spooranalyse /stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e

Overzicht •

Doel van de stralingsmeting – – – – –

•

persoon of ruimte externe straling, besmetting, inwendig/uitwendig grootheid (equivalente) dosis, activiteit etc. precies (wetenschappelijk) of globaal (stralingsbescherming) survey (live, online) of retrospectief (registrerend)

Middel ofwel fysisch principe – typen detectoren en meetsystemen – detectie van stralingssoorten en –energieën – energiebereik

•

Voorbeelden van detectoren – uitleg en demonstratie


Aandachtspunten bij gebruik meetapparatuur •

Controleer vooraf juiste werking meetinstrument – batterij – bereik (energie, juiste schaal)

•

Bepaal achtergrond voor mogelijke correctie

•

Bepaal meetrendement – bron, geometrie, detector en registratie – dode tijd


Kenmerken van stralingsmeetapparatuur – – – – –

snelle respons temperatuur onafhankelijkheid ongevoelig voor magnetische ( RF)-velden draagbaar schokvast, vochtigheid, chemische bestendigheid, decontamineerbaar – service vriendelijk ( b.v gangbare batterijen ) – onderhoudscontract – kalibratie minimaal éénmaal per jaar


Meetrendement van stralingsmeetapparatuur •

Absoluut rendement (verhouding van aantal geregistreerde signalen en de door bron geproduceerde deeltjes / fotonen) ε(s) bronrendement (s: source) ε(m) interactie met het tussenliggende medium: ε(g) ruimtehoek (kwadratenwet): geometrisch rendement ε(d) deeltjes / quanten, die een interactie ondergaan met de detector: detectorrendement – ε(r) registratie van de meetsignalen: registratie rendement – – – –


Voorbeelden meetrendement •

Voor een bepaalde besmettingsmonitor kan het meetrendement door kalibratie worden bepaald – Nuclide specifiek – Voorbeeld Contamat • • •

•

I-123: 1cps (counts per seconde) ∆ 40 Bq (dus rendement 2,5 %) Rb-81: 1cps ∆ 10 Bq (rendement 10 %) Zn-65: 1cps ∆ 10 Bq

Oppervlakte detector bekend dus ook meting mogelijk van activiteitsconcentratie – Opp. Contamat 160 cm2 – I-123 : 1cps ∆ 0,25 Bq / cm2 – Wettelijke eis: besmetting in lab < 4 Bq / cm2 Hoeveel cps mag de Contamat dus maximaal aangeven?


e

Recommend Documents