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Dokumentenidentifikation DE19514044A1 24.10.1996
Titel Strahlendosimeter zur Detektion und/oder Dosimetrie von Strahlung, insbesondere UV-Strahlung
Anmelder Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 53175 Bonn, DE
Erfinder Quintern, Lothar, Dr., 53332 Bornheim, DE
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Anmeldedatum 13.04.1995
DE-Aktenzeichen 19514044
Offenlegungstag 24.10.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.10.1996
IPC-Hauptklasse G01J 1/16
IPC-Nebenklasse G01D 5/26   G01T 1/02   
Zusammenfassung Das Strahlendosimeter zur Detektion und/oder Dosimetrie von Strahlung, insbesondere UV-Strahlung ist mit einem Gehäuse versehen, das eine Aussparung aufweist. Unterhalb der Diffusorabdeckschicht (10) ist eine für die interessierende Strahlung sensitive Sensorvorrichtung angeordnet. Die Diffusorabdeckschicht (10) überdeckt eine Aussparung und ist zumindest für die interessierende Strahlung durchlässig.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein passives Strahlendosimeter zur Detektion und/oder Dosimetrie von Strahlung, insbesondere UV- Strahlung.

Zur Ermittlung der Bestrahlungsstärke, der ein Gegenstand oder eine Person ausgesetzt ist, sind elektronisch hochwertige Geräte bekannt, die in erster Linie zu wissenschaftlichen Zwecken benutzt werden. Die Strahlendosimetrie ist aber auch für eine Vielzahl von alltäglichen Anwendungsbereiche geeignet und wünschenswert, wie beispielsweise in Sonnenstudios zur Ermittlung der Strahlendosis, der eine Person ausgesetzt ist, oder zur Ermittlung der Dosis an natürlicher Strahlung, der eine sich im Freien aufhaltende Person ausgesetzt ist. Im letztgenannten Fall kann es sich um eine medizinisch bzw. therapeutisch angezeigte Maßnahme oder lediglich um eine Schutzmaßnahme handeln.

Neben den oben bereits erwähnten elektronisch hochwertigen Geräten zur Strahlendosimetrie sind aus DE 87 11 714 U1 und DE 89 03 470 U1 Vorrichtungen zur Bestimmung der Strahlungsstärke im ultravioletten Strahlungsbereich bekannt, die über einen recht einfachen Aufbau verfügen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strahlendosimeter zur Detektion von Strahlung, insbesondere UV- Strahlung zu schaffen, mit dem sich die Strahlungsdosis zuverlässig ermitteln läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein passives Strahlendosimeter vorgeschlagen, das versehen ist mit

  • - einem Gehäuse, welches eine Aussparung aufweist,
  • - einer die Aussparung überdeckenden und zumindest für die interessierende Strahlung durchlässigen Diffusorabdeckschicht und
  • - einer unterhalb der Diffusorabdeckschicht angeordneten, für die interessierende Strahlung sensitiven Sensorvorrichtung.


Bei dem erfindungsgemäßen Strahlendosimeter gelangt die einfallende Strahlung zunächst auf eine Diffusorabdeckschicht, die als Diffusor wirkt und die Sensorempfindlichkeit in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel der Strahlung beeinflußt. Die Diffusorabdeckschicht ist für die interessierende Strahlung durchlässig und sollte aus Gründen der platzsparenden Unterbringung im Gehäuse eine möglichst geringe Dicke aufweisen. Ferner kommt der Diffusorabdeckschicht auch die Aufgabe eines Witterungsschutzes und eines Schutzes vor mechanischen Einwirkungen zu. Zweckmäßigerweise ist die Diffusorabdeckschicht wasserabweisend und robust ausgeführt.

Je nach gewünschter Abhängigkeit der Sensorresponse vom Einfallwinkel der Strahlung (Kosinusabhängigkeit oder winkelunabhängig) können plane oder gewölbte Abdeckungen eingesetzt werden. Insbesondere kann als Abdeckung beispielsweise eine 0,25 bis 5 mm, insbesondere 1,0 mm starke, planparallele Platte aus Polytetrafluorethylen- (PTFE-)Material eingesetzt werden. Vergleichbare UV- durchlässige Materialien sind ebenfalls möglich.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sensorvorrichtung nicht in ihrem gesamten sensitiven Bereich der interessierenden Strahlung ausgesetzt ist, sondern daß die Sensorvorrichtung nicht bestrahlte Dunkelbereiche aufweist. Diese Dunkelbereiche sind je nach Typ der Sensorvorrichtung zu Kalibrierungszwecken (Kalibrierungszonen) erforderlich, um nämlich anhand eines Vergleichs der der Strahlung ausgesetzten Bereiche mit den Kalibrierungszonen die Strahlungsdosis ermitteln zu können.

Vorzugsweise befindet sich zwischen der Aussparung des Gehäuses und der Sensorvorrichtung eine Blende, die zweckmäßigerweise unterhalb der Diffusorabdeckschicht angeordnet ist. Die Blende weist eine oder mehrere Öffnungen und mindestens einen für die interessierende Strahlung undurchlässigen Flächenbereich auf. Unterhalb dieses Bereichs befindet sich dann gegebenenfalls die Kalibrierungszone der Sensorvorrichtung. Die Blende besteht vorteilhafterweise aus einer Aluminiumfolie, also aus einem lichtundurchlässigen dünnen Material.

Um den Dynamikbereich der Sensorvorrichtung erweitern zu können, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß zwischen der Aussparung des Gehäuses und der Sensorvorrichtung Neutralfilter unterschiedlicher Transmissionseigenschaften angeordnet sind. Diese Neutralfilter befinden sich vorzugsweise in den Blendenöffnungen. Dabei ist es zweckmäßig, daß zumindest eine Blendenöffnung nicht von einem Neutralfilter überdeckt ist. Die Aufgabe der Neutralfilter besteht darin, die einfallende Strahlung unterschiedlich stark zu dämpfen, und zwar weitgehend wellenlängenunabhängig. Die Neutralfilter sollten eine möglichst geringe Dicke aufweisen, damit sie die platzsparende Unterbringung im Gehäuse erlauben.

Zweckmäßigerweise werden ein- oder mehrlagige Metallnetze aus (rostfreiem) Edelstahldraht als Neutralfilter verwendet. Diese Metallnetze sind insbesondere recht dünn und feinmaschig. Vorzugsweise sind die Metallnetze mit einer Maschenweite von 5 bis 100 µm, insbesondere 25 µm und einer Drahtstärke von 5 bis 100 µm, insbesondere ebenfalls 25 µm versehen. Werden mehrere Metallnetze übereinandergelegt, um so die Strahlungsdämpfung vorzugeben, so sollten sich die eingesetzten Metallnetze in der Maschenweite und in der Drahtstärke unterscheiden, um übergroße Dämpfungseffekte durch Überlagerung der Maschenöffnungen des einen Metallnetzes durch die Drähte des anderen Metallnetzes zu vermeiden. Alternativ kann zur Vermeidung dieses Problems auch eine zusätzliche Diffusorschicht zwischen den Metallnetzen angeordnet sein.

Bei einem Dosimeter mit einer Blende, die drei Blendenöffnungen aufweist, wird für 100%ige Transmission eine Blendenöffnung freigelassen, während fluchtend mit der zweiten Blendenöffnung ein einlagiges Metallnetz angeordnet wird. In Projektion der dritten Blendenöffnung sind dann zwei Metallnetze angeordnet, um für den darunterliegenden Bereich der Sensorvorrichtung die in diesem Fall größtmögliche Strahlungsdämpfung zu erzielen. Bei einer Blende mit einer Öffnung kann diese dann bereichsweise mit ein- oder mehrlagigen Metallnetzen abgedeckt sein und hat ferner mindestens einen freiliegenden Bereich.

Vorteilhafterweise wird als Sensorvorrichtung ein Sensor und ein Filter zur Selektion der interessierten Strahlung, beispielsweise der UV-A-, UV-B- oder UV-C- Strahlung, eingesetzt. Die Aufgabe dieses Filters besteht also darin, aus dem Spektrum der auf das Dosimeter einfallenden Strahlung bestimmte Bereiche herauszufiltern.

Bei Verwendung einer Blende wird dieses Filter vorzugsweise derart angeordnet, daß lediglich ein Teil der mindestens einen Blendenöffnung von dem Filter überdeckt ist. Dies hat den Vorteil, daß auf ein und denselben Sensor sowohl durch dieses Filter gefilterte als auch insofern ungefilterte Strahlung auftrifft.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Sensor ein Biosensor eingesetzt wird, der ein hydrophiles Substrat mit einer Beschichtung aus immobilisierten Mikroorganismen aufweist. Ausgewählte Bereiche der Beschichtung aus immobilisierten Mikroorganismen werden der zu detektierenden Strahlung ausgesetzt. Zur Ermittlung der Strahlendosis wird dann nach der Beendigung der Strahlungsexposition die Biosynthese der immobilisierten Mikroorganismen dadurch initiiert, daß man das Substrat und die immobilisierten Mikroorganismen in einem geeigneten sterilen Wachstumsmedium inkubiert. Dabei wird die Bildung von Biosyntheseprodukten, insbesondere die Zellinaktivierung der Mikroorganismen nach selektiver Anfärbung densitrometrisch bestimmt. Der oben erwähnte Biosensor und das mit ihm durchzuführende Verfahren zur biologischen Detektion von Strahlung durch immobilisierte Mikroorganismen ist ausführlich in DE 40 39 002 A1 beschrieben. Der Inhalt dieser Druckschrift wird hiermit zum Umfang der Offenbarung der vorliegenden Erfindung gemacht.

Für die Handhabung von Vorteil ist es, wenn das Gehäuse eine verschließbare Öffnung aufweist, die insbesondere auf der der Aussparung abgewandten Rückseite des Gehäuses angeordnet ist. Über diese Öffnung läßt sich die Sensorvorrichtung aus dem Gehäuse entnehmen bzw. eine neue Sensorvorrichtung in das Gehäuse einführen.

Das erfindungsgemäße Strahlendosimeter zeichnet sich durch seinen extrem einfachen Aufbau aus, wobei aufgrund der Diffusorabdeckschicht als die im Strahlengang zuerst angeordnete Schicht des Strahlendosimeters erreicht wird, daß die Empfindlichkeit der Sensorvorrichtung in Abhängigkeit vom Strahlungseinfallswinkel modifiziert wird. Das erfindungsgemäße Strahlendosimeter eignet sich insbesondere als Personendosimeter und kann bequem von einer Person mitgeführt und insbesondere an Bekleidungsstücken angebracht werden. Die Integration des erfindungsgemäßen Strahlendosimeters in Ohrringen, Krawattennadel, Ansteckbroschen, Sonnenbrillen, Kopfbedeckungen (Sonnenkappen), Uhren, Armbändern, Halsbandanhängern und/oder Knöpfen ist denkbar und trägt zur Akzeptanz des Strahlendosimeters in ganz entscheidender Weise bei.

Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Diffusorabdeckschicht eines Personendosimeters mit darunter angeordneter insgesamt drei Blendenöffnungen aufweisender Blende und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1.

Der Aufbau des UV-Strahlendosimeters soll nachfolgend anhand der stark schematisierten Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 2 erläutert werden.

In einem (in den Figuren nicht dargestellten) z. B. Kunststoff-Gehäuse befindet sich eine Anordnung übereinanderliegender Materialschichten bzw. Lagen. Die der Strahlung zugewandte oberste Schicht wird dabei von einer Diffusorabdeckung 10 aus Polytetrafluorethylen (PTFE-Material) gebildet. Dieses Material ist für UV- Strahlung durchlässig und hat die Aufgabe, einfallende UV-Strahlung kosinusabhängig oder winkelunabhängig auf die darunter befindlichen Schichten weiterzugeben. Unterhalb der Diffusorabdeckung 10 befindet sich eine Blende 12 mit drei Blendenöffnungen 14. Die Blende 12 besteht aus lichtundurchlässigem Material und ist im vorliegenden Fall als Aluminiumfolie ausgebildet. Durch die Blendenöffnungen 14 gelangt die UV-Strahlung auf ein unterhalb der Blende 12 angeordnetes Filtersystem 16. Dieses Filtersystem 16 umfaßt Neutralfilter 18, 20 sowie ein UV-Filter 22. Die Neutralfilter 18, 20, die in Flucht mit zwei der drei Blendenöffnungen unterhalb der Blende 12 und vor dem UV-Filter 22 angeordnet sind, haben die Aufgabe, die UV-Strahlung weitgehend wellenlängenunabhängig zu dämpfen. Die dritte Blendenöffnung 14 ist nicht durch ein darunter befindliches Neutralfilter o. dgl. "verschlossen"; vielmehr trifft die durch diese Öffnung 14 hindurchdringenden Strahlung direkt auf den UV-Filter 22.

Die beiden Neutralfilter 18, 20 weisen unterschiedliche Transmissionseigenschaften auf. So handelt es sich bei dem Neutralfilter 18 um ein einlagiges Metallnetz 19 aus Edelstahl mit einer Maschenweite von 25 µm und einer Drahtstärke von ebenfalls 25 µm. Das Neutralfilter 20 ist durch das Übereinanderliegen zweier derartiger Metallnetze 21 gebildet, so daß dessen Transmissionsgrad entsprechend verringert ist. Alternativ ist es möglich, Metallfilter unterschiedlicher Maschenweite und Drahtstärke für das Neutralfilter 20 einzusetzen oder bei Verwendung identischer Metallnetze, eine Diffusorschicht zwischen beiden Lagen anzuordnen.

Aufgabe des darunter befindlichen UV-Filters 22 ist es, Teilbereiche des Spektrums der einfallenden Strahlung abzublocken.

Unterhalb des UV-Filters 22 befindet sich Sensorvorrichtung 24, die ein hydrophiles Substrat 26 insbesondere in Form einer Kunststoff-Folie und auf dem Substrat aufgebracht immobilisierte Mikroorganismen 28 aufweist. Die Beschichtung aus immobilisierten Mikroorganismen 28 wird also bereichsweise unterschiedlich stark der interessierten UV-Strahlung ausgesetzt. In den mit 30 bezeichneten Flächenbereichen trifft auf die Mikroorganismus-Beschichtung 28 keinerlei Strahlung auf, da diese Bereiche 30 durch die Blende 12 abgedunkelt bzw. verdeckt sind. Diese Bereiche 30 bilden die Kalibrierzone, die benötigt wird, um anhand der Veränderungen der Mikroorganismus-Beschichtung 28 in den übrigen Bereichen die Dosis der Strahlung ermitteln zu können. Maximale UV-Strahlung trifft auf die Mikroorganismus-Beschichtung 28 im Bereich der Zone 32 auf, die mit der Blendenöffnung 14 fluchtet, welche nicht durch ein Neutralfilter o. dgl. verdeckt ist. Weniger UV-Strahlung trifft im Bereich 34 auf die Beschichtung 28 auf, oberhalb derer sich das einlagige Metallnetz des Neutralfilters 18 befindet. Noch weiter gedämpft ist die im Bereich 36 auf die Mikroorganismus-Beschichtung 28 auftreffende Strahlung, die zuvor das Neutralfilter 20, das aus zwei übereinanderliegenden Metallnetzen besteht, passieren muß. Die Auswertung der Biosensorvorrichtung 24 sowie deren Funktionsweise ist detailliert in DE 40 39 002 Al beschrieben. Auf diese Druckschrift wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.

Die gesamte Schichtenfolge gemäß Fig. 2 ist von einem Kunststoff-Gehäuse umgeben, das im Bereich der Diffusorabdeckung 10 eine Aussparung aufweist. Neben der optisch physikalischen Funktion kommt der Diffusorabdeckung 10 auch eine rein mechanische Funktion als Schutz vor mechanischen Beanspruchungen und als Witterungsschutz zu. Die Diffusorabdeckung 10 ist wasserabweisend und besteht beispielsweise aus 1,0 mm starkem planparallelem PTFE-Material. Das gesamte Gehäuse ist wasserdicht ausgeführt; sofern es zweiteilig ausgeführt ist, erfolgt die Abdichtung durch einen O-Ring aus elastischem Material, insbesondere Gummi, der als Quetschdichtung zwischen der Diffusorabdeckung und zwischen der Sensorvorrichtung 24 und dem rückwärtigen Gehäuseverschluß eingesetzt werden kann. Die rückwärtige Seite des Gehäuses ist vorzugsweise mit einer verschließbaren Öffnung versehen, um, ohne den Schichtenaufbau beeinträchtigen zu müssen, die Sensorvorrichtung 24 austauschen zu können. Zweckmäßigerweise lassen sich in dem Gehäuse unterschiedliche Sensorvorrichtungen einsetzen.


Anspruch[de]
  1. 1. Strahlendosimeter zur Detektion und Dosimetrie von Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, mit
    1. - einem Gehäuse, das eine Aussparung aufweist,
    2. - einer unterhalb der Diffusorabdeckschicht (10) angeordneten, für die interessierende Strahlung sensitiven Sensorvorrichtung (24) und
    3. - einer die Aussparung überdeckenden und zumindest für die interessierende Strahlung durchlässigen Diffusorabdeckschicht (10).
  2. 2. Strahlendosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorvorrichtung (24) derart innerhalb des Gehäuses relativ zu dessen Aussparung angeordnet ist, daß sie nicht der Strahlung ausgesetzte Dunkelbereiche aufweist.
  3. 3. Strahlendosimeter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Aussparung des Gehäuses und der Sensorvorrichtung (24) eine Blende (12) mit einer oder mehreren Öffnungen (14) und mit einem für die Strahlung undurchlässigen Flächenbereich angeordnet ist.
  4. 4. Strahlendosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erweiterung des Dynamikbereichs der Sensorvorrichtung (24) zwischen dieser und der Aussparung mindestens ein die Sensorvorrichtung (24) partiell abdeckendes Neutralfilter (18; 20) zur unterschiedlich starken wellenlängenneutralen Dämpfung der auf verschiedene Bereiche der Sensorvorrichtung (24) auftreffenden Strahlung angeordnet sind.
  5. 5. Strahlendosimeter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Neutralfilter (18, 20) mit unterschiedlichen Transmissionseigenschaften vorhanden sind.
  6. 6. Strahlendosimeter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Neutralfilter (18; 20) ein ein- oder mehrlagiges Metallnetz (19; 21) ist.
  7. 7. Strahlendosimeter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen aufeinanderfolgenden Lagen der Metallnetze (19; 21) Diffusorschichten angeordnet sind.
  8. 8. Strahlendosimeter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander angeordneten Metallnetze unterschiedliche Maschenweiten und Drahtstärken aufweisen.
  9. 9. Strahlendosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorvorrichtung (24) einen Sensor und ein Filter (22) zur spektralen Modifikation der Strahlung aufweist.
  10. 10. Strahlendosimeter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (24) ein hydrophiles Substrat (26) mit einer Beschichtung (28) aus immobilisierten Mikroorganismen aufweist.
  11. 11. Strahlendosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine verschließbare Öffnung zur Beschickung mit und zur Entnahme der Sensorvorrichtung (24) aufweist.
  12. 12. Strahlendosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse von einer Person mitführbar und insbesondere an Bekleidungsstücken anbringbar ist.






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