Neutronen sind in vielerlei Hinsicht eine besondere Art der ionisierenden Strahlung und eine spezielle Eigenschaft, die uns immer mal wieder einen Strich durch die Messung macht, ist, dass nicht alle Neutronen (unabhängig von ihrer Energie) mit der gleichen Art von Detektor gemessen werden können. Dies liegt vor allem daran, dass hoch energetische Neutronen (im Bereich von Kilo und Megaelektronenvolt) – vereinfacht ausgedrückt – durch so ziemlich alles durchgehen, während Neutronen mit einer niedrigen Energie (im meV-Bereich) überall drin stecken bleiben.

Das stellt auch die Dosimetrie vor eine Herausforderung, denn die “normalen” Albedodosimeter sind für den Bereich thermischer Neutronen gedacht und weisen eben primär diesen Bereich der rel. niedrigen Energien nach. Für die meisten Anwendungen ist das auch ausreichend, denn die Neutronen, die bei der Kernspaltung oder der Kernfusion frei werden, haben maximal eine Energie von 14MeV. Aber wenn ich jetzt z.B. Neutronen durch Spallation erzeuge (wenn ich mit einem riesigen Teilchenbeschleuniger auf ein Wolfram-Target schieße), dann kann ich auch Neutronen im 100MeV- oder sogar GeV-Bereich freisetzen, die dann erst mal durch dutzende Meter an Stahl, Blei oder vergleichbarem Material durchgehen, bevor sie abgebremst und damit messbar werden.

Kernspurdosimeter (links) und Albedodosimeter (rechts)

Kernspurdosimeter (links) und Albedodosimeter (rechts)

Um aber auch für diese Neutronen eine verlässliche Strahlenschutzüberwachung zu gewährleisten, gibt es sog. Neutronen-Kernspurätzdosimeter[1]. Diese bestehen aus einer klar definierten Platte aus CR-39 Polyallyldiglycolcarbonat oder einfach ausgedrückt “Plastik” – aus dem auch Brillen hergestellt werden – in einer entsprechenden Verpackung. Die wenigen Neutronen, die trotzdem mit den Wasserstoffatomen in dem CR-39 interagieren, übertragen dabei einen gewissen Teil ihrer Energie als Rückstoß auf das Wasserstoff-Proton. Dieses geladene Teilchen ist mit der Masse an Energie (badabum) total überfordert und richtet in dem Plastik eine wahre Schneise der Vernichtung an (proportional zur übertragenen Energie und Richtung). Diese Schneise der Vernichtung ist ein Kratzer im Plastik und kann nach chemischer Behandlung (z.B. mit Natronlauge) als Ätzgrube optisch ausgelesen (sprich gezählt) werden.

Um nun eine Dosis zu erhalten, muss man das Ganze nur noch mit einer bekannten Quelle bzw. einem bekannten Neutronenfluss eichen und man kann nach einer entsprechenden Auswertung (z.B. alle drei Monate) dem armen Physiker (oder Astronauten) sagen, wieviele schnelle Neutronen (oder besser Dosis von schnellen Neutronen zwischen 200keV und 1GeV) er denn im letzten Quartal abbekommen hat. Dabei können allerdings erst Dosen ab 0,5mSv verlässlich angezeigt werden, da bei niedrigeren Dosen die Anzahl der Zählereignisse nicht ausreichen, um eine vernünftige Statistik zu gewährleisten und selbst bei dieser Dosis liegt die Messungenauigkeit immer noch bei um die 30%.

Schnelle Neutronen sind immer ein wenig speziell, aber aus strahlenschutztechnischer Sicht eher harmlos (also so “harmlos” wie z.B. Gammas), da sie eben meist einfach nach einer Interaktion den menschlichen Körper wieder verlassen (falls es überhaupt zu dieser Interaktion kommt) und die Zelle, die sie bei dieser Interaktion getroffen haben, auch so restlos zerstören, dass diese einfach nur abstirbt und entsorgt wird, statt Krebs auszulösen.

Kernspurdosimeter02

Alle meine Artikel zu Detektoren gibt er hier.

[1] A. Fiechtner, C. Wernli  Individual neutron monitoring with CR-39 detectors at an accelerator centre  Rad. Prot. Dos., 85 (1–4) (1999), pp. 35–38

 

Kommentare (7)

  1. […] Nucular habe ich gelernt, dass es für Neutrinos verschiedene Dosimeter gibt, je nachdem welche Energie sie haben.Gemessen […]

    • #2 Tobias Cronert
      24. März 2017

      Neutronen, nicht Neutrinos. Das sind zwei sehr unterschiedliche Teilchen. 😉

  2. #3 Matthias
    24. März 2017

    Kratzer sichtbar machen?

    Interressanter Text! Mir stellt sich jetzt die Frage, wie das mit der Sichtbarmachung durch Ätzung geht. Der chemische Vorgang spielt sich doch an der Oberfläche des Kunststoffs ab. Die Kernspuren liegen aber vermutlich meist im Inneren des Plastiks, auch wenn das als dünne Platte ausgeführt ist. Wie kommt also die Ätzung ins Innere? Und ist hinterher das Ganze eigentlich noch durchsichtig genug, um unter Vergrößerung ausgezählt zu werden? Kann man davon mal ein Foto sehen?
    So viele Fragen.

    Gruß aus Hamburg!
    Matthias

  3. #4 tomtoo
    24. März 2017

    @Tobias

    Ganz schön zeitaufwendig. Ist da nichts schnelleres in Aussicht ?

  4. #5 Tobias Cronert
    25. März 2017

    @Matthias: Ich hatte mal auf der Seite vom PSI Photos gesehen, aber nicht heruntergeladen. Ich bin gerade noch unterwegs und habe Schwierigkeiten mit meinem VPN durch die Paywall zu kommen. Ich gucke mal, ob ich am Montag etwas finde. Bei Einkristallen lösen Defekte im Material selber Fehler aus, die sich bis zur Oberfläche durchsetzen, dadurch, dass sie das Kristallgitter stören. Ich weis nicht, ob das bei Plaste genauso ist, könnte ich mir aber vorstellen. Ich habe das selber mal mit LiF Kristallen gemacht und da war die Trübung kein Problem.

    @tomtoo: Die Detektionstechniken für schnelle Neutronen (Proton Rückstoß und schnelle Szintillation) sind sehr aufwendig und das günstigste System zur realtime Dosisermitteluung im kEV Bereich von Neutronen, dass ich kenne kostet ca. 200k€ und unterliegt strengen Auflagen, weil man damit tatsächlich auch Atombomben finden kann.

  5. #6 tomtoo
    25. März 2017

    @Tobias

    Sry : ) . Atombomben finden ? Soll ja (hoffentlich) nicht so oft vorkommen.

    Aber wo kommen die schnellen Neutronen bei Atombomben her ?

  6. #7 Tobias Cronert
    25. März 2017

    Aus einer kleinen transportablen Neutronenquelle (früher Am/Be Quellen, und heute Fusionsgeneratoren). Ich hatte da früher mal einen kleien Artikel zu geschrieben. Die Protonen Rückstof Technik liefert auch noch ein Energiespektrum, so dass man zwischen Uran, Plutonium und Reflektormaterialien unterscheiden und so auf die Art der Bombe Rückschließen kann.