Zur frage der dosisempfindlichkeit von szintillationszählern fur gamma-strahlen

NUCLEAR

INSTRUMENTS

AND

METHODS

26

0964)

295-300;

ZUR FRAGE DER DOSISEMPFINDLICHKEIT

© NORTH-HOLLAND

PUBLISHING

CO.

VON SZINTILLATIONSZAHLERN

FUR G A M M A - S T R A H L E N G. NENTWIG und K-H. WEBER VEB Vakutronik W1B, Dresden

Eingegangen am 28 August 1963 The dose sensitivity of scintillation counters with thin plastic scintillators is calculated as a function of g a m m a ray energy. There are two components o f efficiency: The first is due to secondary electrons generated in the scintillator, the second due to electrons produced in the absorber. These components show an inverse dependence on energy. A p p r o p r i a t e selection o f the effective atomic n u m b e r s and the thicknesses of scintillator and absorber and suitable selection o f the discriminator energy

produce a dose sensitivity dependiug only moderately upon the quantum energy within a certain range. The experimental examination of the theoretical considerations results in an average dose sensitivity of 16 counts//zR cm2 + 20% within an energy range from 0.17 up to 1.25 MeV in the case of a PBD-plastic scintillator (50 mg/cm2 thick) in combination with an aluminium absorber (350 mg/cmz thick). The discriminator energy has an optimal value of about 50 keV.

1. Einleitung

d e m Prinzip der S t r o m m e s s u n g . Ferner lassen sich die R a u s c h i m p u l s e des Photovervielfachers in einfacher Weise durch einen D i s k r i m i n a t o r unterdriicken. Andererseits ist bekannt~), dal3 Szintillationsz~ihler insbesondere bei Verwendung dicker Szintillatoren aus einem Material groBer effektiver O r d n u n g s z a h l eine sehr starke Energieabh~.ngigkeit aufweisen, so dab die meisten der zur Zeit handelstiblichen SzintillationsRadiometer fiir dosimetrische M e s s u n g e n u n b r a u c h b a r sind. Angeregt durch eine Notiz y o n K e i r i m - M a r k u s ~t al.Z), w o n a c h d u r c h Verwendung eines sehr diJnnen Szintillators aus polykristallinem Stilben auch bei z~thlenden A n o r d n u n g e n eine relativ geringe Energieabh~ngigkeit erreicht werden kann, soil in der vorliegenden Arbeit die Dosisempfindlichkeit v o n Szintillationsz~hlern in Abh~ingigkeit v o n d e r Q u a n t e n energie theoretisch u n d experimentell u n t e r s u c h t werden.

Bei Szintillations-MeBger~iten zur B e s t i m m u n g der Dosis oder der Dosisleistung von G a m m a - S t r a h l e n ist prinzipiell zu unterscheiden zwischen A n o r d n u n g e n , bei denen das elektrische A u s g a n g s s i g n a l des verwendeten Detektors proportional zu der von den Sekund~irelektronen an den Szintillator abgegebenen Energie ist, und solchen A n o r d n u n g e n , bei denen das Ausgangssignal proportional zur Zahl der im Szintillator absorbierten Sekundarelektronen ist. l m ersten Fall wird die der Dosisleistung proportionale Stromst~rke bzw. die der Dosis proportionale elektrische L a d u n g s m e n g e gemessen. Derartige Szintillations-Dosimeter gestatten eine exakte Dosismess u n g a u f der G r u n d l a g e des Bragg-Gray-Prinzips, bei V e r w e n d u n g luft- oder gewebefiquivalenter Szintillatoren erh~.lt m a n eine yon der Quantenenergie unabh~ingige Dosisempfindlickheitl). Die fiir Strahlens c h u t z m e s s u n g e n zu geringe Empfindlichkeit bei Detektoren ohne innere Verst~irkung sowie die bei Verw e n d u n g von Photovervielfachern auftretende starke Spannungsabh~ingigkeit der VerstS.rkung, die Temperaturabh~ingigkeit des D u n k e l s t r o m e s u n d die b e k a n n t e n Verst~irkungsinstabilit~iten stellen erhebliche technische Nachteile dar. A u s den g e n a n n t e n Griinden erschien es niitzlich, die Energieabhhngigkeit der Dosisempfindlichkeit z~hlender A n o r d n u n g e n zu priifen, bei denen die der Dosisleistung proportionale Impulsrate bzw. die der Dosis proportionale Impulszahl gemessen wird. Als Dosisempfindlichkeit wird dabei die A n z a h l der Impulse pro R 6 n t g e n definiert. Bei Szintillationsdosimetern mit Photovervielfachern a u f d e m Prinzip der Impulsz~ihlung ist die Spannungsabh~ingigkeit_" der Empfindlichkeit wesentlich geringer als bei A n o r d n u n g e n a u f

2. Theoretische Absch~itzung der Dosisempflnflliehkeit D e n Betrachtungen wird die in Bild 1 schematisch dargestellte A n o r d n u n g z u g r u n d e gelegt. Sie besteht aus d e m an die K a t h o d e eines Photovervielfachers optisch angekoppelten Szintillator u n d aus einem vor d e m Szintillator a n g e o r d n e t e n ebenen Absorber. Ein h o m o genes Biindel einer Q u a n t e n s t r a h l u n g einheitlicher Energie Ey mtJge senkrecht a u f die Frontflache des Absorbers auftreffen. D a d u r c h werden sowohl im Szintillator als auch im A b s o r b e r Sekundiirelektronen ausgel6st. Die A n z a h l n der v o n d e r angeschlossenen Z~ihlanordnung registrierten Impulse ist direkt proi) G. J. Hine und G. L. Brownell, "Radiation Dosimetry', Academic Press, New York, 2. Auflage 1958. 2) j. B. Keirim-Markus, W. W. Markelov, W. J. Nikiforov und L. N. Uspenskij, Atomnaja Energija 4 (1958) 218. 295

296

G. N E N T W I G

U N D K-H, W E B E R

portional zur Zahl der auf den Szintillator bzw. Absorber auftreffenden Quanten und damit proportional zu der am Ort des Szintillators wS_hrend einer bestimmten Zeit erzeugten Dosis D. Bei einer Z'ahlanordnung existiert eine bestimmte Diskriminatorspannung, so dab nur diejenigen Impulse registriert werden, deren Amplitude diese Spanhung iiberschreitet. Da die Amplitude der an der Anode des Vervielfachers entstehend:n Impulse proportional zu der im Szintillator absorbierten Elektronenenergie ist, kann dieser Diskriminatorspannung eine Diskriminatorenergie ED zugeordnet werden. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dab nur diejenigen im Szintillator erzeugten oder in den Szintillator gelangenden Sekund/irelektronen registriert werden, welche an den Szintillator einen Energiebetrag A E > ED abgeben. Die spezifische Dosisempfindlichkeit ~ = d n / D d F eines Szintillators, gemessen durch die Zahl der Impulse pro Dosis- and Flticheneinheit des Szintillators, wird in Abhfingigkeit von der Quantenenergie E.¢ fiir Energien E~. < 1.5 MeV unter folgenden Voraussetzungen n~iherungsweise berechnet: a) Der Querschnitt des senkrecht auf die Frontfl/iche des Szintillators auftreffenden Strahlenbfindels sei grgger als die Frontfl/iche F des Szintillators. b) Es werden nur die im Szintillator und im Absorber primfir erzeugten Photo- und Compton-E[ektronen berficksichtigt. Die Wirkung der in der Stirnwand des Vervielfachers ausgelgsten Sekundfirelektronen sowie die Beitr/ige der Paarbildungs- und Auger-Elektronen und der sekund/iren Quanten werden vernachlfissigt. c) Der Einfluf3 der Streuung der im Absorber ausgelgsten Sekundfirelektronen wird durch ein lineares Teilchenschw/ichungsgesetz der Form n ( x ) = n o ( 1 x / R ) berticksichtigt, wobei R die wahre Elektronenreichweite bedeutet. d) Die in Wirklichkeit vorliegende Amplitudenverteilung der dutch monoenergetische Elektronen erzeugten Impulse wird vernachlS.ssigt. e) An Stelle der in Wirklichkeit vorliegenden Richtungsverteilung der Photoelektronen wird mit dem wahrscheinlichsten Streuwinkel gerechnet. f) Die Dicke dA des Absorbers sei gentigend grog, so dab vor dem Absorber gebildete Sekundfirelektronen den SzintiIlator nicht erreichen (Sekund/irelektronengleichgewicht). Die Dosisempfindlichkeit setzt sich additiv aus den beiden Anteilen cA und cs zusammen, wobei e,Avon den im Absorber erzeugten Sekund~relektronen und r,s yon den im Szintillator entstehenden Sekund/irelektronen herrtihrt. Bei lonisationskammern oder Zfihlrohren

entsprechen diese Beitrfige dem Wand- und dem Gasanteil. 2.1.

BERECHNUNG DES SZ1NT1LLATOR-ANTE|LS Cs DER DOSISEMPFINDLICHKEIT

Ein im Abstand x (gemessen in g/cm 2) yon der Frontflfiche des Szintillators befindlicbes Flficbenelement d F wird von dn~ = 4~DdFexp (-- t l A d A - - flsX)

(1)

Quanten getroffen. Dabei bedeutet 4) = 87.6/1.6 x 10-gETftaC

(2)

die Anzahl der pro Rgntgen aufeine Fltiche yon 1 cm 2 auffallenden Quanten. Soll die Dosisempfindlichkeit nicht auf die lonendosis, gemessen in R, sondern auf die Energie-Dosis, gemessen in rad. bezogen werden, so ist in (1) an Stelle yon (2) 4, = 100/1.6 x 10

-o

E~/I,L

(3)

zu setzen. Betrachtet man zun/ichst nur den Photoeffekt, so werden im Massenelement d F dx: dn = zs dn, e d x

Photoelektronen erzeugt. Mit (1) folgt d~raus fiir die Zahl derjenigen Elektronen, die im Szintillator einen Energieverlust A E > E D erleiden, das heil3t fiir die Zahl dn der registrierten Impulse dn = q'D dF% exp ( - /*Ada)

exp (-- //sX) d x .

(4)

Die lntegrationsgrenze x 0 ist dadurch gegeben, dab die in einer Tiefe x -> x o erzeugten Elektronen einen zu kleinen Energiebetrag ( A E < ED) auf den Szintillator iibertragen und daher nicht registriert werden. Die Weglfinge Sse (gemessen in g/cm2), die ein Elektron der Anfangsenergie E i m Szintillator mindestens zuriicklegen mul3, um eine Energie A E > ED abzugeben, kann aus dem spezifischen Bremsvermggen (dE/ds)s des Szintillators oder aus den wahren Reichweiten R Sim Szintillator berechnet werden: Ssp = ~

E

dE _~

(E ~D)

(dE/dS)s

-- Rs(E) - R s ( E - ED).

(5)

Dabei wird vorausgesetzt, dag die Energie der Photoelektronen mit der Quantenenergie E~, identisch ist; diese Voraussetzung ist ffir Szintillatoren aus Substanzen kleiner Ordnungszahl und ffir nicht zu kleine

297

D O S 1 S E M P F I N D L I C H K E I T VON S Z I N T I L L A T I O N S Z A H L E R N

Quantenenergien erfiillt. Der EinftuB der bei diesen Bet r a c h t u n g e n vernachl/issigten Streuung der Elektronen im Szintillator k6nnte wenigstens z u m Teil d u t c h Verw e n d u n g der praktischen Reichweiten an Stelle der wahren Reichweiten beriicksichtigt werden. Ftir xo k a n n m a n aus Bild 1 Xo = ds - Ssp cos ~0p

(6)

e n m e h m e n . D a m i t erh~ilt m a n aus (4) for den yon den Photoelektronen herrtihrenden Anteil der Dosisempfindlichkeit ase = q~ .% exp (-- ~tAdA) /Is [1 -- exp { - ps(ds - Ssp cos~%) } ]

dn.; = qbO d F exp ( -

und fiir diinne Szintillatoren wegen ~s ds "~ l es, = q~rs exp ( - /~AdA)(ds -- Ssv cos (pp)

(7)

mit der E i n s c h r ~ n k u n g %p = 0 fiir ds < Ssp cos (pp. U m den yon den C o m p t o n - E l e k t r o n e n berriihrenden Anteil zu berechnen, betrachten wir zun~ichst eine Elektronengruppe mit Energien zwischen k,c u n d Ec + dec. Fiir diese erh~ilt m a n bei Beschrfinkung a u f d o n n e Szintillatoren wiederum die Beziehung (7), wobei Zs durch (da/dE~) s dEc u n d q~p durch ~Pc zu ersetzen sind. (da/dEc) s bedeutet den differentiellen Streukoeffizienten im Szintillator, gemessen in cmZ/g keV, u n d q~c den von E und E c abhfingigen Streuwinkel der C o m p ten-Elektronen. A n Stelle von Ssv ist Ssc zu setzen; Ssc erh/ilt m a n aus (5), i n d e m die Energie E der Photoelektronen durch die Energie E c der C o m p t o n Elektronen ersetzt wird. D a m i t folgt aus (7) d u r c h Integration fiber den wirksamen Tell des S p e k t r u m s der C o m p t o n - E l e k t r o n e n esc = q~exp ( -- ~AdA)

A E > ED abgeben, ist die A n z a h l der registrierten Impulse gleich der Zahl der im Absorber erzeugten Sekundfirelektronen, die den Absorber mit einer Restenergie > Eo verlassen und in den Szintillator eintreten. Diese V o r a u s s e t z u n g k a n n bei grogen ElektronenEnergien, grogen D i s k r i m i n a t o r - E n e r g i e n und sehr dfinnen Szintillatoren verletzt werden, da bei groBen Elektronen-Energien das spezifische Bremsverm6gen klein ist. Fiir Szintillatordicken ds > 50 m g / c m a ist die genannte Voraussetzung fiir Diskriminatorenenergien ED < 100 keV stets erftillt. Ftir die Zahl der a u f ein Fl/ichenelement d F des Absorbers auffallenden Q u a n t e n gilt analog zu (l) pax)

und fiir die Zahl der im M a s s e n e l e m e n t d F d x erzeugten Photoelektronen dn = 'rn d n ~ d x . Ftir die Zahl der in den Szintillator einfallenden Photoelektronen erh~ilt m a n bei Beriicksichtigung der d u t c h Streuung entstehenden Verluste gemfiB der unter c) g e n a n n t e n Voraussetzung (vgl. Bild 1) Absorber

Szinfillaf~

Pho~ol~-h od8

-- Ssc cos~oc)(da/dEc) s dE c

(a) Die obere Integrationsgrenze Eg~ ist durch die Bedingung

Fig. 1, Zur Berechnung der Dosisempfindlichkeit des Szintillationsz~ihlers.

ds = Ssc cos q~c definiert. Ist Egr gr6Ber als die maximale Energie E c ma~ des C o m p t o n - E l e k t r o n e n - S p e k t r u m s , d a n n erscheint E c ...... als obere lntegrationsgrenze, 2.2. BERECHNUNG DES ABSORBER-ANTEILS gA DER DOSISEMPFINDLICHKEIT

U n t e r der Voraussetzung, daB alle Elektronen, die an der Grenzfl~ehe Absorber-Szintillator eine Restenergie > ED, besitzen, an den Szintillator eine Energie

dn = q~DdFz a 1

dA -- x

RA(E)~

/

[ e x p ( - #Ax)

dx.

(9)

Registriert werden n u r diejenigen Elektronen, die im Absorber einen Weg E dE S =< SAt, = j e t , (dE~dS)s

RA(E) - RA(Eo)

(lO)

zuriickzulegen haben, denn nur diese Elektronen besitzen Restenergien > ED. Ihre Zahl erhiilt m a n durch

298

G. N E N T W I G

UND

Integration a u s (9), wobei als untere Integrationsgrenze d A - SAp cOS tpe u n d als obere Grenze dA zu verwenden ist. Beachtet man, dab #ASAp COS
~AdA).

K-H. WEBER

102

iE~ -°

2 --101

~!

(11)

F/Jr den C o m p t o n - A n t e i l erhS.lt m a n mit den in 2.1 durchgeftihrten Ersetzungen

eAc = @exp (-- pAdA) f i~'ax (da/dEc)ASAcCOStPc

10 0

~___

2

.

.

.

.

.

,

.

)

SAC ist g e m i B

(IO) ZU berechnen, i n d e m m a n in (lO) E d u r c h E c ersetzt.

10 °

_

/

.

i

]

I

'

I

3. Numerische Auswertung Die Beziehungen (7), (8), (11) und (12) wurden ffir verschiedene Quantenenergien im Bereich 20 k e V . . . 1 MeV, fiir verschiedene Diskriminatorenergien Eo = 0, 50 und 100 keV, verschiedene SzintiIlatordicken d s u n d fiJr Szintillatoren und A b s o r b e r kleiner und mittlerer O r d n u n g s z a h l ausgewertet. Die in Bild 2 dargestellten Kurven gelten fiir einen PlastszintiHator (PBD in Polystyrol) mit einer Fl~ichenmasse yon 50 m g / c m 2 und ffir einen A b s o r b e r aus A l u m i n i u m mit einer Fl/ichenmasse yon 350 m g / c m z. Die ffir die Berechnung erforderlichen Werte ffir den QuantenfluB @, die A b s o r p tionskoetTizienten z und d~/dE sowie ffir die Elektronenreichweiten R und die Streuwinkel q~p und ~c wurden bekannten Tabellen und D i a g r a m m e n ~'3-5) entn o m m e n . Die A u s w e r t u n g der lntegrale in (8) und (12) erfolgte graphisch. lm Bild 2 ist die spezifische Oosisempfindlichkeit in AbhS_ngigkeit von der Quantenenergie dargestellt; die gestrichelt gezeichneten Kurven zeigen den Verlauf des aus (7) und (8) berechneten Szintillator-Anteils ~,s = esP + C,sc, die strichpunktierten K u r v e n stellen den Absorberanteil eA = ~:A, + C'AC, berechnet aus den Beziehungen (11) und (12), dar, w~ihrend die ausgezogenen Kurven den Verlauf der resultierenden Empfindlichkeit r, = ~;A+ % wiedergeben.

4. Vergleich mit experimentellen Ergebnissen Die spezifische Dosisempfindlichkeit eines Szintillationsz~ihlers mit cinem 50 m g / c m z dicken PBD-PlastSzintillator und einem A l u m i n i u m - A b s o r b e r mit 350 * Die Messungen wurderl mit cinem tragbaren Szintillationsz~ihler vom Typ VA-J-05, Herstcller VEB Vakutronik WIB Dresden, durchgcfiJhrt.

102

101

ED - 100 k~V

a

~

~ 10 2

10

Fig. 2. Berechnete Werte der spezifischen Dosisempfindlichkeit e in Abh~_ngigkeit von der Quantenenergie Ey ffir verschiedene Diskriminator-Energien E D. Szintillator: PBD-Plast 50 mg/cm2; Absorber: Aluminium 350 mg/cm2; - - - - Szintillatoranteil es; • . Absorberanteil eA ausgezogene Kurve: Resultierende Dosisempfindlichkeit. m g / c m 2 Fl~.chenmasse wurde ffir verschiedene G a m m a Energien, u n d zwar 145 keV (Ce141), 280 keV (Hg 2°3, 77 keV-Eigenstrahlung durch Filterung unterdriJckt), 660 keV (Cs 137) und 1250 keV (Co 6°) und fiJr verschiedene Diskriminator-Energien durch Vergleich mit der Anzeige einer luft~quivalenten l o n i s a t i o n s k a m m e r bestimmt*. Die Ergebnisse sind in Bild 3 durch die K u r v e n 1 bis 1V dargestellt, wobei die Kurve I der kleinsten, die K urve IV der grSgten Diskriminator-Energie entspricht. A u f einen quantitativen Vergleich zwischen Theorie und Experiment m u g t e wegen der Schwierigkeit der experimentellen B e s t i m m u n g der Diskriminator-Energie bei diinnen Szintillatoren vorlfiufig verzichtet werden. Die relativ gute [ J b e r e i n s t i m m u n g der bei klei3) R. A. M o r g a n und K. E. C o r r i g a n , " ' H a n d b o o k of R a d i o l o g y " ,

The Year Book Publishers, Chicago, 1955. 4) C. M. Davisson und R. D. Evans, Rev. Mod. Phys. 24 (1952) 79. 5) L. V. Spencer, Phys. Rev. 98 (1955) 1597.

DOSISEMPFINDLICHKEIT

VON SZINTILLAT1ONSZAHLERN

299

Maximum. Der Empfindlichkeitsabfall bei gr6Beren Energien wird durch die Verringerung des ElektronenBremsverm6gens mit wachsender Energie sowie durch die Energieabh/ingigkeit der Funktion ~(E~.) verursacht. Der bei Verwendung yon SzintiUatoren mit kleiner Ordnungszahl auftretende steile Empfindlichkeitsabfall links vom Maximum in Richtung kleiner Energien wird dadurch hervorgerufen, dab einerseits der Photoelektronenanteil in dem betrachteten Energiegebiet noch sehr klein ist und dab andererseits ein betr~ichtlicher Teil des Compton-Elektronen-Spektrums durch die Diskriminator-Energie abgeschnitten wird. Diese steile Empfindlichkeitsabnahme des SzintillatorAnteils ist auch die Ursache fiir die bei der Gesamtempfindlichkeit im Energiebereich 1 0 0 . . . 200 keV auftretende Empfindlichkeitsliicke. Der vom Absorber herrfihrende Anteil cA der Dosisempfindlichkeit durchlS.uft in Abh/ingigkeit v o n d e r : Quantenenergie ein Minimum. Der Empfindlichkeitsanstieg rechts vom Minimum wird dutch die mit wachsender Energie zunehmenden Elektronenreich10 ° - - - _ ' weiten verursacht, w~ihrend der Anstieg links vom Minimum durch den mit abnehmender Energie anwachsenden Photoeffekt bedingt ist. Die Empfindlichkeitsanteile eA u n d e s zeigen damit einen /ihnlichen Verlauf in Abh~ingigkeit v o n d e r Fig. 3. Experimentell bestimmte W e r te der spezifischen DosisQuantenenergie wie der Wand- und der Gasanteil der empfindlichkeit e in Abh/ingigkeit von tier Quantenenergie E~. Szintillator: PBD-Plast 50mg/cm2; Absorber: Aluminium Dosisempfindlichkeit yon Z/ihlrohren6). lnfolge der gegenl/iufigen Energieabh~ingigkeit dieser 350 mg/cm2. Anteile erhf.lt man bei geeigneter Wahl der Dicke des gien zeigen, dab die Theorie trotz der starken Verein- Szintillators und der Diskriminator-Energie innerhalb fachungen den Energiegang der Dosisempfindlichkeit eines ausgedehnten Energiebereiches im Gamma-Gebiet im betrachteten Energiebereich mit hinreichender N~i- eine fiir praktische Zwecke ausreichende Energieunabherung darstellt. h~ingigkeit der Gesamtempfindlichkeit, wie die im Bild Der Versuch einer experimentellen Bestimmung des 3 dargestellte Kurve 1I zeigt, fiir die der maximale Szintillator-Anteils es unter Weglassung des Absorbers Energiefehler im Bereich 0 . 1 7 , . . 1.25 MeV ca. + liefert stets ~ihnliche Dosisempfindlichkeiten wie die 20~o betr/igt bei einer mittleren spezifischen Dosismit Absorber gemessenen. Der Grund hierfiir ist darin empfindlichkeit von 16 lmp./~R cm 2. Dieser Wert zu suchen, dab die bei jedem Gamma-Strahler zus/itz- stimmt gut mit der spezifischen Dosisempfindlichkeit lich vorhandene Beta- oder Elektronen-Strahlung bei- yon Z~ihlrohren ffir Gamma-Strahlung iiberein6). spielsweise durch eine Pr~iparatekapsel abgeschirmt Mit waehsender Diskrirninator-Energie nehmen beiwerden muB, urn eine Verffilschung der Mel3ergebnisse de Empfindlichkeitsanteile ~s und e,A ab und die lage durch die Beta-Strahlung zu vermeiden, und dab in des Minimums der Gesamtempfindlichkeit wird nach diesem Fall die Pr~parateh~ille zusammen mit der h6heren Energien verschoben. Der EinfluB der Diszwischen Pr/iparat und Detektor befindlichen kuft- kriminator-Energie allf die Dosisempfindlichkeit is! schicht in ~ihnlicher Weise als Sekund~irelektronen- insbesondere bei kteinen Quantenenergien am st~irkGenerator wirkt wie der vor der Szintillator angeord- sten. nete Absorber. Mit zunehmender Flfichenmasse ds des Szintillators wird der Anteil Cs gr613er, w~ihrend der Anteil e,~ 5. Diskussion tier Ergebnisse n~iherungsweise konstant bleibt. Bei dicken SzintillaIn Abb/ingigkeit v o n d e r Quantenenergie durchl/iuft toren (> 1 g/cm 2) ist der Absorberanteil cA gegenfiber der Szintillator-Anteil es der Dosisempfindlichkeit ein 6) K . - H . Weber, A t o m p r a x i s 8 (1962) 182 und 307, neren Diskriminator-Energien gemessenen Werte (vgl. Bild 3, Kurve 1) mit den fiir Eo = 50 keV berechneten Empfindlichkeitswerten, die beobachtete Anderung des Kurvenverlaufs mit wachsender Diskriminator-Energie sowie die experimentelle Best/itigung des ausgeprf.gten Minimums der Energieabh/ingigkeit bei kleinen Ener-

!!

300

C~. NENTWIG UND K-H. WEBER

gs vernachl~issigbar; die Energieabh/~ngigkeit der resultierenden Dosisempfindlichkeit ist dann durch einen steilen Anstieg in Richtung abnehmender Energie gekennzeichnet, bei kleinen Energien nimmt die Empfindlichkeit wieder ab. Szintillationsz~ihler mit dicken Szintillatoren sind daher ffir dosimetrische Messungen nicht geeignet. AbschlieBend ist noch darauf hinzuweisen, dab bei Sperrschicht-Halbleiter-Detektoren bei Z/ihlbetrieb ein ganz analoges Problem verliegt, indem auch in diesem Fall nur diejenigen Sekund~irelektronen gez/ihlt werden, deren Energieverlust in der Sperrschicht (depletion region oder intrinsic region) einen bestimmten Betrag iiberschreitet. In der Tat wurden von Jones v) an Lithium-Drift-Detektoren Dosisempfindlichkeiten gemessen, deren Energieabh/~ngigkeit mit dem im Bild 2 ffir endliche Eo-Werte dargestellten Verlauf qualitativ fibereinstimmt. Wir danken Herrn lng. J. Kunze fi.ir seine Unterstfitzung bei der Durchffihrung der Messungen.

Anhang BEDEUTUNG DER VERWENDETENSYMBOLE D Dosis am Ort des Detektors, gemessen in R. E~ Ec, E r, ED Energie der Photo- bzw. der ComptonElektronen, der prim~ren Quanten, bzw. Diskriminatorenergie, gemessen in keV.

Rs(E), Rs(E-ED), RA(E), RA(ED) wahre Reichweiten fi.ir monoenergetische Elektronen mit Energien E, E - Ev bzw. L~ im Szintillator (S) bzw. im Absorber (A), gemessen in g/crn 2. d A, d s Flfichenmasse des Absorbers bzw. des Szintillators, gemessen in g/cm 2. x Abstandsvariable, gemessen in g/cm 2. (dE/ds)a, (dE/ds)s Elektronen-Bremsvermbgen des Absorbers bzw. Szintillators, gemessen in keV cmZ/g. gSP, gSC' gAP, eAC Anteil der von den Photo-(P) bzw. Compton-Elektronen (C) herrfihrenden spezifischen Dosisempfindlichkeit des Szintillators (S) bzw. des Absorbers (A), gemessen in Imp./R cm 2. /~A, I*S totaler Massenabsorptionskoeffizient ffir Gammastrahlung des Absorbers bzw. Szintillators, gemessen in cm2/g. I~, llaL wahrer Massenabsorptionskoeffizient ffir einen beliebigen Stoff bzw. far Luft, gemessen in cm2/g. rA, rs Photo-Absorptionskoeffizientendes Absorbers und des Szintillators, gemessen in cm2/g. (Pc, ~PP Streuwinkel der Compton-EIektronen, wahrscheinlichster Streuwinkel der Photo-Elektronen. q~ Quantenflug, gemessen in R -1 cm 2. (d~/dEc),x, (da/dEc)s Differentieller Compton-Streukoeffizient im Absorber bzw. im Szintillator, gemessen in cm2/g keV. 7) A. R. Jones, IRE Trans. Nuclear Science 9 (1962) No. 5, 17.