Ein Messsystem mit potentiellem Einsatz zur Überwachung von Flüssigkeitsbestrahlung wird untersucht. Das Messprinzip basiert auf der Szintillationslichtmessung eines organischen Szintillators über einen Einzelphotonensensor. Die Lichtleitung erfolgt mittels einer optischen Faser. Die Konstanz des Signals dieses Messsystems wird in verschiedenen Strahlungsqualitäten untersucht. Während der Bestrahlung mit Elektronen aus einer 90Sr-Radionuklidquelle kann eine konstante Photonenzählrate gemessen und diese in eine Dosisleistung umgerechnet werden. Bei Messungen im Strahlungsfeld einer Röntgenröhre wird ein deutliches Abfallen der Zählrate während der Bestrahlung beobachtet. Ein zweites Messsystem der gleichen Bauart zeigt ebenfalls dieses Verhalten. Der Photosensor wird als Ursache des Effekts ausgeschlossen. Strahlungsbedingte Änderungen im Absorptionsspektrum des Szintillators werden gefunden. Die Eignung des Systems in der jetzigen Form zur Überwachung der Konstanz von Flüssigkeitsbestrahlung ist aufgrund der schwer korrigierbaren Abnahme des Messsignals in Photonenfeldern nicht gegeben. Verschiedene Einflussfaktoren werden diskutiert.

Durch die Kopplung von Szintillationskristallen an Lichtwellenleiter könnten robuste Messgeräte für die spektroskopitsche Messung von Strahlungsfeldgrößen in Bohrlöchern in Betonstrukturen beim Rückbau von Kernkraftwerken realisiert werden. In dieser Arbeit wurden zwei Prototypen solcher Messgeräte entwickelt, wobei ein auf einem Gadolinium-Aluminium-Gallium-Granat-Szintillationskristall basierendes Messsystem mit einem Kunststofflichtwellenleiter mit hohem Durchmesser aufgrund seiner hohen Zählrate bevorzugt wurde. Mit diesem Messystem konnten spektroskopische Messungen von Gammastrahlung durchgeführt werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Kontaminationen einer bestimmten Aktivität bis in einen Abstand von mehreren Zentimetern von der Messsonde im Beton nachweisbar sind. Ein Schätzwert der minimale Messzeit zur Erkennung einer nachweisbaren Kontamination konnte bestimmt werden. Eine hinreichend große, gemessene Ereigniszahl ermöglicht zusätzlich die Bestimmung des Abstands einer radioaktiven, punktförmigen Kontamination eines bekannten Nuklids. Für ein bekanntes Nuklid konnte weiterhin aus der Zählrate ein Schätzwert für die Energiedosis am Ort der Messsonde mithilfe von Referenzmessungen der Dosis mittels Berylliumoxid-Detektoren bestimmt werden.:Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis vii Tabellenverzeichnis ix 1 Einleitung 1 2 Physikalische Grundlagen 3 2.1 Radioaktiver Zerfall 3 2.2 Gröÿen des Strahlungsfelds 3 2.3 Wechselwirkungen von Photonen mit Materie 5 2.4 Lichtentstehung in anorganischen Szintillatoren 8 2.5 Lichtmessung 10 2.6 Pulshöhenverteilungen von Szintillationsdetektoren 12 2.7 Ein ussfaktoren der Lichtausbeute 14 3 Material und Methoden 16 3.1 Aufbau LSO-Sonde und Messungen mit radioaktiven Quellen 16 3.2 Aufbau Lichtkopplung mittels Linse 18 3.3 Aufbau und Versuchsablauf Quarzglaskopplungen 20 3.4 Aufbau GAGG-Sonde 21 3.5 Aufbau des Betonphantoms 24 3.5.1 Dichtebestimmung des Betonphantoms 24 3.6 Messablauf Tiefenkurven in Betonphantom 27 3.7 Datenanalyse mittels Kolmogorv-Smirnov-Test 27 4 Ergebnisse 29 4.1 Spektroskopische Eigenschaften LSO-Sonde 29 4.2 Winkelverteilung austretender Photonen aus Szintillationskristall 33 4.3 Quarzglaskopplung 36 4.4 Spektroskopische Eigenschaften GAGG-Sonde 43 4.5 Vergleich GAGG- und LSO-Sonde 47 4.6 Abstandsabhängigkeit der Zählrate 50 4.7 Abschätzung der maximalen Abschirmdicke von Beton für Kontaminationserkennung 53 4.8 Abschätzung der minimalen Messzeit zur Kontaminationserkennung 56 4.9 Abschirmungsdickenbestimmung mittels Abschirmungsparameter 57 4.10 Bestimmung der Dosis 62 5 Diskussion 64 6 Zusammenfassung 67 / A robust measuring system for spectroscopic measurementes of gamma-ray radiation in boreholes in concrete structures can be built by coupling of a scintillation crystal to a light guide. Two prototypes of such measuring systems are developed one based on a Gadolinium-Aluminium-Gallium-Garnet scintillation crystal with a plastic optical fiber with a high diameter is preferred due to the higher count rate. Spectroscopic measurements of gamma-ray radiation with this measuring system can be performed. It can be shown that contamination of a specific activity can be detected even if they are located in concrete in a distance of several centimeters from the radiation sensor. for the minimal measurement time of 38 s An estimated value to detect a traceable contamination could be determined. If a high number of events can be detected, even the distance between a point like radioaktive source of a known nuclide and the radiation sensor can be determined. An estimated value for the applied dose at the place of the radiation sensor could be determined for a known nuclide with the help of the count rate. Therefore, reference measurements of dose with berylliumoxide detectors were performed.:Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis vii Tabellenverzeichnis ix 1 Einleitung 1 2 Physikalische Grundlagen 3 2.1 Radioaktiver Zerfall 3 2.2 Gröÿen des Strahlungsfelds 3 2.3 Wechselwirkungen von Photonen mit Materie 5 2.4 Lichtentstehung in anorganischen Szintillatoren 8 2.5 Lichtmessung 10 2.6 Pulshöhenverteilungen von Szintillationsdetektoren 12 2.7 Ein ussfaktoren der Lichtausbeute 14 3 Material und Methoden 16 3.1 Aufbau LSO-Sonde und Messungen mit radioaktiven Quellen 16 3.2 Aufbau Lichtkopplung mittels Linse 18 3.3 Aufbau und Versuchsablauf Quarzglaskopplungen 20 3.4 Aufbau GAGG-Sonde 21 3.5 Aufbau des Betonphantoms 24 3.5.1 Dichtebestimmung des Betonphantoms 24 3.6 Messablauf Tiefenkurven in Betonphantom 27 3.7 Datenanalyse mittels Kolmogorv-Smirnov-Test 27 4 Ergebnisse 29 4.1 Spektroskopische Eigenschaften LSO-Sonde 29 4.2 Winkelverteilung austretender Photonen aus Szintillationskristall 33 4.3 Quarzglaskopplung 36 4.4 Spektroskopische Eigenschaften GAGG-Sonde 43 4.5 Vergleich GAGG- und LSO-Sonde 47 4.6 Abstandsabhängigkeit der Zählrate 50 4.7 Abschätzung der maximalen Abschirmdicke von Beton für Kontaminationserkennung 53 4.8 Abschätzung der minimalen Messzeit zur Kontaminationserkennung 56 4.9 Abschirmungsdickenbestimmung mittels Abschirmungsparameter 57 4.10 Bestimmung der Dosis 62 5 Diskussion 64 6 Zusammenfassung 67