Auswerteverfahren nach Filß
Die messtechnische Bestimmung der Effizienzkonstanten \(H^{'}\) kann mit einer Punktquelle, einer Flächenquelle oder einer Volumenquelle durchgeführt werden. Das Video zeigt beispielhaft das Vorgehen bei der Durchführung der drei Methoden.
Das Video zeigt die Effizienzkalibration eines segmentierten Gamma-Scanners für Messungen in kollimierter Geometrie nach Filß.
Wichtig:
Alle nachfolgend aufgezeigten Kalibrationen müssen für jedes Messsystem sowie jeden verwendeten Kollimator durchgeführt werden.
Kalibration mit Punktquelle(n)
Die Effizienzkalibration mit einer oder mehreren zertifizierten oder kalibrierten Punktquellen ist die am häufigsten eingesetzte Methode. Die Punktquelle wird unmittelbar vor dem Kollimator auf der Verlängerung der Detektorachse positioniert. Für eine gute Reproduzierbarkeit bietet sich die Nutzung einer speziellen Quellenhalterung an, die am Kollimatorausgang befestigt werden kann.
Die am Kollimatorausgang positionierte Punktquelle deckt (logischerweise) nicht die gesamte Öffnungsfläche des Kollimators ab, durch die in einer Messung Strahlung in den Detektor gelangen kann. Dies wird durch einen zusätzlichen „Flächenfaktor“ in der Effizienzkonstanten berücksichtigt: im Fall einer zylindrischen Öffnung mit Radius rKol durch die Querschnittsfläche \( \pi \cdot r_{Kol}^2 \), für eine rechteckige Kollimatoröffnung müsste dieser Flächenfaktor entsprechend durch \( b_{Kol} \cdot h_{Kol} \) ersetzt werden (b: Breite; h: Höhe).
Damit kann die Effizienzkonstante \( H_{Pkt}^{'} \) (im Fall eines zylindrischen Kollimators) für eine charakteristische Linie (d. h. eine Energie) mit der Emissionswahrscheinlichkeit η eines Kalibrationsnuklids mit der Aktivität \( A_{Pkt_0} \) aus der gemessenen Zählrate Z0 durch den Ausdruck
\[ H_{Pkt}^{'} = \frac{1}{\pi \cdot r_{Kol}^2} \cdot \frac{A_{Pkt_0} \cdot \eta_0}{Z_0} \]
bestimmt werden.
Die Einheit der Effizienzkonstanten \( H_{Pkt}^{'} \) ist cm-2.
Kalibration mit Flächenquelle
Die Nutzung einer Flächenquelle für die Effizienzkalibration umgeht das bei der Effizienzkalibration mit einer Punktquelle auftretende Problem der Flächenkorrektur bezüglich der Öffnungsfläche am Kollimatorende. Des Weiteren werden durch eine Flächenquelle auch leichte Variationen der Detektoreffektivität über die Kollimatoröffnungsfläche berücksichtigt.
Die Flächenquelle muss eine homogene Aktivitätsverteilung über die gesamte Querschnittsfläche aufweisen. Vorteilhaft ist auch eine Flächenquelle, die (mehrere) Radionuklide mit einer Vielzahl an charakteristischen Linien über einen großen Energiebereich aufweisen. Der verwendete Kollimator legt einen Sichtkegel fest, der vollständig durch die Flächenquelle abgedeckt werden muss. Deshalb wird die Flächenquelle in den Kalibrationsmessungen meist unmittelbar am Kollimatorende befestigt.
Hinweis:
Die Einhaltung der Anforderungen hinsichtlich einer homogenen Flächenaktivität kann bei manchen Messsystemen auch in einer segmentierten Gamma-Scan-Messung verifiziert werden (Mäander-Scan-Modus). Hierfür verwendet man einen Kollimator mit einem sehr kleinen Öffnungswinkel.
Damit kann die Effizienzkonstante \( H_{Fl}^{'} \) für eine charakteristische Linie (d. h. eine Energie) mit der Emissionswahrscheinlichkeit η eines Kalibrationsnuklids der Flächenquelle mit der Flächenaktivität \( a_{Fl_0} \) aus der gemessenen Zählrate Z0 durch den Ausdruck
\[ H_{Fl}^{'} = \frac{a_{Fl_0} \cdot \eta_0}{Z_0} \]
bestimmt werden.
Die Einheit der Effizienzkonstanten \( H_{Pkt}^{'} \) ist cm-2.
Kalibration mit Volumenquelle
Für die Kalibration mit einer Volumenquelle muss der Detektorkegel, der vom verwendeten Kollimator abhängt, vollständig in der Volumenquelle liegen, d. h. es dürfen keine Teilbereiche des Detektorkegels an der Quelle „vorbeisehen“.
Die Volumenquelle muss eine homogene Verteilung des enthaltenen Materials (z. B. Sand, Zement, Luftpolsterfolie) und der Radionuklide aufweisen. Ebenfalls muss sichergestellt sein, dass die Füllhöhe des Behälters bekannt ist, optimalerweise bis oben hin.
Hinweis:
Die Einhaltung der Anforderungen hinsichtlich Füllhöhe und Homogenität kann in einer segmentierten Gamma-Scan-Messung (z. B. im Vielfach-Scheiben-Scan-Modus) verifiziert werden.
Damit kann die Effizienzkonstante \( H_{V}^{'} \) für eine charakteristische Linie (d. h. eine Energie) mit der Emissionswahrscheinlichkeit η eines Kalibrationsnuklids der Volumenquelle mit der spezifischen Aktivität \( a_{Vl_0} \) aus der gemessenen Zählrate Z0 durch den Ausdruck
\[ H_{V}^{'} = \left[ 1 - \exp \left( - \mu \cdot d \right) \right] \cdot \frac{a_{V_0} \cdot \eta_0}{Z_0} \cdot \left( \frac{\mu}{\rho} \right) \]
bestimmt werden.
Die Einheit der Effizienzkonstanten \( H_{Pkt}^{'} \) ist cm-2.