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4 Ermittlung der Strahlenexposition im Flugzeug

4.1 Messverfahren

In der Stellungnahme "Die Ermittlung der durch kosmische" Strahlung verursachten Strahlenexposition des fliegenden Personals [SSK97] wurden in den Kapiteln "Verfahren und Grundlagen die Ermittlung der Strahlexposition" und "Ermittlung der Strahlenexposition Ortsdosimetrie" die wesentlichen Informationen zu diesem Themenbereich zusammengestellt. In den letzten Jahren wurden zahlreiche experimentelle Untersuchungen zu Ermittlung der Exposition in Flughöhen durchgeführt [OSU99, SRE99a]. Im Folgenden soll als Beispiel die Vorgehensweise des europäischen ACREM-Projektes näher beschrieben werden [SRE99a, SRE99b, SRE00, SRE00b].

Die zu messende Größe ist stets die Umgehungs-Äquivalentdosis H*(10), die auch als Messgröße zur Überprüfung von Rechenprogrammen herangezogen wird. Wie zahlreiche Untersuchungen der letzten Jahre gezeigt haben, kann die Umgehungs-Äquivalentdosis H*(10) in Flughöhen mit geeigneten Instrumenten oder auch mit einer geeigneten Kombinationen von mehreren Messinsirumenten zuverlässig ermittelt werden. Allerdings können Geräte, die im Strahlenschutz gut zur Messung von H*(10) geeignet sind, für eine Verwendung in Flughöhen ungeeignet sein.

Grundsätzlich lassen sich die Dosisbestimmungen in zwei physikalisch unterschiedliche Verfahren einteilen:

• Direkte Messung einer Dosis (ggf. unter Anwendung von Qualitätsfaktoren für die Primär- und Sekundärteilchen, welche .die Dosis in einem Messvolumen erzeugen) und
• Messung einer gewichteten Teilchenfluenz, wobei die Wichtungsfunktion der Dosis-Konversionsfunktion für die jeweilige Strahlungsart entspricht.

Die Messung von H*(10) kann über die direkte Messung der Energiedosis erfolgen, wobei mit geeigneten Wichtungsfunktionen die Umgebungs-Äquivalantdosis bestimmt wird. Dieses Messverfahren kann mit gewebeäquivalenten Proportionalzählern (TEPC) durchgeführt werden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, H*(10) je nach Strahlungsart mit verschiedenen Detektoren bzw. Ortsdosimetern zu bestimmen, Für die direkt ionisierende Komponente wären das z.B. Ionisationskammern, Proportionalzähler oder auch Szintillationsdosimeter. Die Neutronenkomponente kann z.B. durch sogenannte Rem-Counter gemessen werden. Zu beachten ist jedoch, dass einzelne Messinstrumente bestimmte Strahlungskomponenten der kosmischen Strahlung unter- oder überschätzen. Generell sind Instrumente, deren Dosisanzeige auf dem Nachweis nur einer bestimmten Teilchenart beruht, in dem sehr komplexen Strahlungsfeld der kosmischen Strahlung nur sehr begrenzt einsetzbar. Wichtig bei diesem Verfahren ist, dass die Summe aller gemessenen Dosisbeiträge dem mit einem TEPC gemessenen Wert entspricht.

4.1.1 Der TEPC als Referenzinstrument

Für eine Messung von H*(10) in Flughöhen sind gewebeäquivalente Proportionalzählrohre (TEPC) nach heutigem Kenntnisstand gut geeignet [SRE99d]. Ein TEPC kann in seinem Gasvolumen einzelne Energiedepositionen, d.h. Dosisbeiträge dD geladener Teilchen, messen, die sowohl von Primärteilchen des Feldes oder auch von Sekundärteilchen aus der Zählrohrwand stammen, die dort von ungeladenen oder geladenen Primärteilchen des Feldes erzeugt worden sind. Summiert man die einzelnen Beiträge

D = ∫ dD,

wird der TEPC ein (fast) ideales Dosimeter. Um zu einer Äquivalentdosis zu gelangen, muss man die unterschiedlichen Energiedepositionen mit geeigneten Wichtungsfaktoren versehen. Bei dem hier beschriebenen Messverfahren wird der Qualitätsfaktor Q(L) als Wichtungsfunktion verwendet, wobei L = dE/dx der lineare Energieverlust eines ionisierenden Teilchens ist. Die Funktion Q(L) wurde 1990 von der ICRP festgelegt [ICRP91]. Der TEPC erlaubt als einziges bekanntes Strahlenschutzinstrument, den Energieverlust L näherungsweise zu bestimmen. Falls die Reichweiten der im Gas nachgewiesenen Teilchen größer sind als die Abmessungen des gasgefüllten Hohlraums und die Energiedeposition von einem einzelnen Teilchen stammt,. kann man die gemessenen Impulshöhen in Einheiten des mittleren Energieverlustes, (L) der Teilchen im Gas kalibrieren, so dass aus der Impulshöhenhäufigkeitsverteilung die Verteilung der Energiedosis (dD/dL) in L gewonnen werden kann. Durch Multiplikation mit dein Qualitätsfaktor Q(L) erhält man die Äquivalentdosisverteilung dH/dL = Q(L) ⋅ (dD / dL) und die gesamte Äquivalentdosis H durch

H = ∫ (dH / dL) dL.

Die mit dem TEPC gemessene Äquivalentdosis (Abb. 4-1) ist In guter Näherung gleich der Umgebungs-Äquivalentdosis H*(10) [SRE99b]. Die mit dem TEPC gemessenen Energiedeposition y entspricht näherungsweise dem linearen Energieverlust L.

Deponiert ein ionisierendes Teilchen in einem Volumen mit der mittleren SehnenlängēI die Energie ε, so bezeichnet man

als die lineale Energie des ionisierenden Teilchens. Die Energiedepositionen der ionisierenden Teilchen überdecken einen sehr großen Bereich linealer Energien. Zur Charakterisierung verwendet man Wahrscheinlichkeitsverteilungen, die auf die Energiedeposition durch ein Einzelereignis bezogen werden: die Häufigkeitsverteilung f(y), die Dosisverteilung d(y) und die Äquivalentdosisverteilung h(y). Die Häufigkeitsverteilung f(y) entspricht der Wahrscheinlichkeit, mit der Ereignisse der linealen Energie zwischen y und y + dy auftreten. Die Dosisverteilung d(y) entspricht der Wahrscheinlichkeit, mit der die Energiedosis D von Ereignissen mit linealen Energien zwischen y und y + dy deponiert wird. Die Äquivalentdosisverteilung h(y) entspricht der Wahrscheinlichkeit; mit der die Äquivalentdosis H von Ereignissen mit linealen Energien zwischen y und y + dy deponiert wird [ICRU83].

Die Dosisbeiträge unterhalb von L ≅ 10 keV µm^-1