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danjo
Anmeldungsdatum: 18.12.2006
Beiträge: 26
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 danjo Verfasst am: 11. Apr 2011 13:39 Titel: Strahlenschutz: Gammastrahlung, Schwächungsfaktor F, Bleiabs |
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Meine Frage:
Hallo zusammen,
Ich mache gerad mein praxissemester (physikalische technik FH)und beschäftige mich mit einer strahlenschutzberechnung für eine nuklearmedizinische praxis.
Situation sieht so aus:
Die Berechnung der nötigen Bleidicken zur Abschirmung der Gammastrahlung läuft folgendermaßen
Schwächungsfaktor
Also Äquivalentdosisleistung ohne abschirmung durch ÄqDoLei mit Abschirmung bzw. den Grenzwert.
Dann für das entsprechende Nuklid in eine Schwächungskurve für Blei gucken und die nötige Dicke ablesen. Soweit so gut.
In der DIN 6844-3, die Strahlenschutzberechnungen zum thema hat, steht, dass bei mehreren Teilabschirmungen die Schwächungsfaktoren multipliziert werden dürfen.
So und nun Kernproblem:
Dies führt dazu das es einen Unterschied macht ob man 1x 2mm Bleiabschirmung nimmt oder ob man 2x 1mm Blei nimmt!
Ergibt das physikalisch Sinn bzw. kann sich das jemand erklären und begründen? Oder ist das vllt auch quatsch?
Meine Ideen:
Ich würde das ja irgendwie für ein systematisches problem halten. Aber mir wurde gesagt, dass das schon einen Unterschied macht.
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 11. Apr 2011 13:44 Titel: Re: Strahlenschutz: Gammastrahlung, Schwächungsfaktor F, Ble |
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| danjo hat Folgendes geschrieben: |
So und nun Kernproblem:
Dies führt dazu das es einen Unterschied macht ob man 1x 2mm Bleiabschirmung nimmt oder ob man 2x 1mm Blei nimmt!
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Ich bin nicht damit einverstanden, dass das dazu führt. Mit welchem Gedankengang bist du auf diese Schlussfolgerung gekommen?
Magst du diesen Gedankengang und die Rechnung dazu mal hier aufschreiben, damit wir leicht herausfinden können, wo da der Denkfehler gelegen haben mag?
Wenn eine Schicht der Dicke d die Intensität der Gammastrahlen auf sagen wir zum Beispiel mal 3/4 der ursprünglichen Intensität reduziert, dann ist nach einer doppelt so dicken Schicht (der Dicke 2d) nur noch (3/4)* (3/4)= 9/16 der ursprünglichen Intensität zu finden.
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danjo
Anmeldungsdatum: 18.12.2006
Beiträge: 26
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| danjo Verfasst am: 11. Apr 2011 14:15 Titel: |
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Schwächungskurve gibt für 0,05cm blei einen Schwächungsfaktor von 2,13
und für 0,1cm Blei einen Schwächungsfaktor von 6,15
und wenn die DIN sagt ich darf die multiplizieren
=> 2,13*2,13 = 4,54 ungleich 6,15
=> Unterschied ob ich 1x 0,1cm Blei nehme oder 2x 0,05cm.
Dann ist das wohl nur eine grobe Anweisung wie man mit mehreren Abschirmmaterialien umgehen soll....ich bin ja jetzt von 2x Blei ausgegangen.
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 11. Apr 2011 14:29 Titel: |
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| danjo hat Folgendes geschrieben: | Schwächungskurve gibt für 0,05cm blei einen Schwächungsfaktor von 2,13
und für 0,1cm Blei einen Schwächungsfaktor von 6,15
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Hast du die aus einer Kurve abgelesen? Wie genau war dabei deine Ablesegenauigkeit? Kann die Abweichung, die du da beobachtet hast, auch einfach an deiner Ablesegenauigkeit gelesen haben?
Hast du das ganze auch schon mal rechnerisch mit der Exponentialfunktion für den Absorptionsprozess in Abhängigkeit von der Materialdicke nachvollzogen?
Wegen  ist der genannte Zusammenhang mathematisch ziemlich leicht zu sehen.
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danjo
Anmeldungsdatum: 18.12.2006
Beiträge: 26
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| danjo Verfasst am: 11. Apr 2011 14:38 Titel: |
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ich hab die Schwächungskurve auch als Datensatz vorliegen
siehe Exceldatei im Anhang.
Die Werte entsprechen genau zwei Messpunkten.
Daten hab ich aus einem kleinen Excelprogramm vom Normenausschuss Radiologie und die geben als Quelle Vogt/Schulz "Grundzüge des praktischen Strahlenschutzes" an.
Wenn ich ehrlich bin kann ich aber den Verlauf der Schwächungskurve auch nicht nachvollziehen.
Diese unterschiedlichen Steigungen und die Krümmung bei kleineren Schwächungsfaktoren kann ich mir nicht erklären. (achsenskalierung bis etwa F=1000)
| Beschreibung: |
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Download |
| Dateiname: |
schwächungskurve Tc-99m für blei.xls |
| Dateigröße: |
24 KB |
| Heruntergeladen: |
656 mal |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 11. Apr 2011 14:50 Titel: |
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Magst du diese Tabelle (Intensität in Abhängigkeit von durchquerter Dicke) mal so plotten, dass du gut siehst, ob das eine Exponentialfunktion ist oder nicht? Gerne auch logarithmisch, dann siehst du noch genauer, ob das eine Gerade ist.
Die Regel, dass du die Schwächungsfaktoren multiplizieren kannst, gilt natürlich für Exponentialfunktionen.
Wenn so eine tatsächliche Kurve Messfehlerbalken mit einschließt, kann das natürlich zu Abweichungen führen. Oder die tatsächliche Kurve war eventuell für eine typische Mischung aus Gammastrahlen unterschiedlicher Energie, die eventuell unterschiedliche Abschwächungslängen haben. Durch so einen Mix-Effekt könnte es eventuell auch zu einer Abweichung von der reinen Exponentialfunktion kommen.
Das ist von meiner Seite aber bisher nur Vermutung. Was genau sind die Daten, die du da in der Tabelle dargestellt und zum Ablesen verwendet hast? Für welche Zwecke verwendet man die, und welche genauen Erklärungen sind beim Original für diese Quelle mit angegeben?
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danjo
Anmeldungsdatum: 18.12.2006
Beiträge: 26
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| danjo Verfasst am: 11. Apr 2011 15:20 Titel: |
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 =-\mu *d)
Absorptionsgesetz: I/I_0 logartihmisch über d auftragen müsste Gerade mit der Steigung -µ geben richtig?
Der Schwächungsfaktor ist aber so definiert:
H_punkt ohne Abschirmung geteilt durch H_punkt mit Abschirmung.
Äquivalenzdosis Sv/h = W/kg und Intensität = W/A kann ich das überhaupt vergleichen? ja weil es ja immer um verhältnisse geht und sich die einheiten rauskürzen!?
=> I/I_0 = 1/F korrekt?
so demnach müsste F über d auch ne Gerade sein.
In dem Excelblatt is diese Funktion aber nur über bestimmte Werte nährungsweise eine Gerade. und das obwohl µ, der lin. schwächungskoeff., für ein Material und eine Gammaenergie (also ein Nuklid) konstant ist.
| Zitat: | | Magst du diese Tabelle (Intensität in Abhängigkeit von durchquerter Dicke) mal so plotten, dass du gut siehst, ob das eine Exponentialfunktion ist oder nicht? Gerne auch logarithmisch, dann siehst du noch genauer, ob das eine Gerade ist. |
Ist doch schon in der Datei so geschehen.
F als funktion der Dicke. F ist logarithmisch aufgetragen. Nur ist der plot alles andere als ne Gerade. kannst ja mal die achsenskalierung n bisschen ändern z.B. F nur bis 10 000.
| Zitat: | | Was genau sind die Daten, die du da in der Tabelle dargestellt und zum Ablesen verwendet hast? Für welche Zwecke verwendet man die, und welche genauen Erklärungen sind beim Original für diese Quelle mit angegeben? |
Die Erklärung was F ist siehe oben.
Man verwendet diese Schwächungskurven zum Ablesen der benötigten Dicke wenn man die nötige Schwächung kennt :-)
Die Schwächungskurve gilt für das Nuklid Tc-99m und für das Abschirmungsmaterial Blei mit der Dichte von 11 kg/dm^3. Tc-99m hat den gammapeak bei 140keV
Sehe ich das richtig das dir der Kurvenverlauf auch merkwürdig vorkommt?
Schwierig meinen Kopf geordnet hier zu papier zu bringen ...
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 11. Apr 2011 15:49 Titel: |
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| danjo hat Folgendes geschrieben: |
Die Schwächungskurve gilt für das Nuklid Tc-99m und für das Abschirmungsmaterial Blei mit der Dichte von 11 kg/dm^3. Tc-99m hat den gammapeak bei 140keV
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Ach so, dann ist das also eine Kurve für einen ganz bestimmten Gammastrahler, mit der ihm eigenen Energieverteilung im Gammaspektrum. Hat der nur einen einzelnen scharfen Gammapeak, oder vielleicht auch noch nebendran weitere, sowie andere Frequenzen mit im Spektrum, das da typischerweise aus so einer Tc-99-Quelle rauskommt?
Dann könnten die Abweichungen in der Tabelle vom Verhalten einer reinen Exponentialfunktion vielleicht darin begründet sein, dass das ein Mix von verschiedenen Energien mit vielleicht etwas unterschiedlichen Absorptionslängen ist. Also ein Mix mehrerer Exponentialfunktionen oder so.
| danjo hat Folgendes geschrieben: |
Äquivalenzdosis Sv/h = W/kg und Intensität = W/A kann ich das überhaupt vergleichen? |
Das sind ja zwei unterschiedliche Dinge. Die Äquivalenzdosis enthält zusätzlich einen Gewichtungsfaktor je nach Art der Strahlung, der die Wirkung auf Gewebe wiederspiegelt. So etwas findest du ganz sicher locker und sehr übersichtlich und ausführlich zum Beispiel in den einleitenden Kapiteln deines Buches zum Thema.
Was meinst du mit  im Gegensatz zu  ? Vielleicht die Äquivalenzdosis oder so?
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danjo
Anmeldungsdatum: 18.12.2006
Beiträge: 26
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| danjo Verfasst am: 11. Apr 2011 16:13 Titel: |
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wenn ich den link hier richtig lese:
http://ie.lbl.gov/toi/nuclide.asp?iZA=430399
89% der Intensität ist der 140kEV peak. also eigentlich nur der eine peak.
| Zitat: | Das sind ja zwei unterschiedliche Dinge. Die Äquivalenzdosis enthält zusätzlich einen Gewichtungsfaktor je nach Art der Strahlung, der die Wirkung auf Gewebe wiederspiegelt. So etwas findest du ganz sicher locker und sehr übersichtlich und ausführlich zum Beispiel in den einleitenden Kapiteln deines Buches zum Thema.
Was meinst du mit im Gegensatz zu ? Vielleicht die Äquivalenzdosis oder so? |
Das mit der Äquivalenzdosis und den wichtungsfaktoren kenn ich das hab ich auch verstanden.
Es ging mir nur darum das die Einheit der Äquivalenzdosis H: Sv/h ist. Sv= J/kg => damit ist doch Sv/h dassgleiche wie W/kg also Leistung pro masse. Intensität ist W/A. Also beides is Leistung pro irgendwas. Aber da ich ja bei der Schwächung immer den Quotienten bilde müsste der Quotient gleich sein egal ob ich Dosis oder Intensität abschwäche.
| Zitat: | Dann könnten die Abweichungen in der Tabelle vom Verhalten einer reinen Exponentialfunktion vielleicht darin begründet sein, dass das ein Mix von verschiedenen Energien mit vielleicht etwas unterschiedlichen Absorptionslängen ist. Also ein Mix mehrerer Exponentialfunktionen oder so.
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ja das kann natürlich sein. Diese Schwächungskurven werden dann wohl messdaten sein und keine berechneten werte.
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 11. Apr 2011 16:26 Titel: |
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Na, rund 10% einer anderen Energie könnten die Kurvenform am Anfang schon kräftig verformen.
| Zitat: |
Es ging mir nur darum das die Einheit der Äquivalenzdosis H: Sv/h ist. Sv= J/kg => damit ist doch Sv/h dassgleiche wie W/kg also Leistung pro masse. Intensität ist W/A. Also beides is Leistung pro irgendwas. Aber da ich ja bei der Schwächung immer den Quotienten bilde müsste der Quotient gleich sein egal ob ich Dosis oder Intensität abschwäche.
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Ja, aber nur falls alle in einer Betrachtung vorkommenden Strahlenarten den selben Gewichtungsfaktor für die Umrechnung von Intensität in Äquivalenzdosis pro Zeit haben.
| Zitat: |
| Zitat: | Dann könnten die Abweichungen in der Tabelle vom Verhalten einer reinen Exponentialfunktion vielleicht darin begründet sein, dass das ein Mix von verschiedenen Energien mit vielleicht etwas unterschiedlichen Absorptionslängen ist. Also ein Mix mehrerer Exponentialfunktionen oder so.
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ja das kann natürlich sein. Diese Schwächungskurven werden dann wohl messdaten sein und keine berechneten werte. |
Nicht missverstehen: So einen Mix von Exponentialfunktionen kann man natürlich ebenso berechnen, wenn man die darin enthaltenen Komponenten und ihre Prozentzahlen und Absorptionlängen kennt.
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danjo
Anmeldungsdatum: 18.12.2006
Beiträge: 26
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| danjo Verfasst am: 11. Apr 2011 16:57 Titel: |
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| Zitat: | Na, rund 10% einer anderen Energie könnten die Kurvenform am Anfang schon kräftig verformen.
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ok
| Zitat: | Ja, aber nur falls alle in einer Betrachtung vorkommenden Strahlenarten den selben Gewichtungsfaktor für die Umrechnung von Intensität in Äquivalenzdosis pro Zeit haben.
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ja ok klar das muss der fall sein. ging mir aber auch nur um gammastrahlung gerad. hast recht.
| Zitat: | | Nicht missverstehen: So einen Mix von Exponentialfunktionen kann man natürlich ebenso berechnen, wenn man die darin enthaltenen Komponenten und ihre Prozentzahlen und Absorptionlängen kennt. |
ok
also wäre der verlauf nur bei einer scharfen monochromatischen gammaquelle wie erwartet.
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Old Whiskey
Anmeldungsdatum: 06.06.2011
Beiträge: 1
Wohnort: Berlin
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| Old Whiskey Verfasst am: 07. Jun 2011 15:45 Titel: einige Anmerkungen "Theoria cum Praxi" |
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Also eigentlich ist alles schon im richtigen Wege "Mix von Exponentialfunktionen" = Mehrlinienspektren, wie sie nun mal die meisten Nuklide haben.
Hier mein etwas anderer begrifflicher Einstieg:
Exponentielle Schwächung und davon abgeleitet F=F1*F2 gilt streng nur für monochromatische Strahlung.
Die Halbwerts- und Schirmdicken nicht monochromer Strahlung (egal ob kontinuierliche oder Mehrlinienspektren wie die vieler Nuklide) nehmen mit der Tiefe (=Aufhärtung) zu. Das Verhältnis aus 1. zur 2. Halbwertschicht heisst deshalb bei Bremsstrahlung auch "Homogenitätsgrad" der Strahlung.
DIN 6844 T3 lässt das Multiplizieren der Schwächungsfaktoren zu, damit man auch Abschirmungen aus zwei oder mehr Materialien rechnen kann. Bei Mehrlinien-Nukliden heisst es aber Vorsicht! Man erkennt sie an mit der Tiefe zunehmender HWD, dh. die Kurven in den F-Diagrammen der DIN werden mit rho*d flacher.
"Halbwegs sauber" rechnet man dann so, dass F2 des zweiten Materials nicht ab rho*d=null abgelesen wird, sondern:
1. F1 für MAterial 1 ermitteln - dann zugehörige Dicke rho*d1', aber für Material 2, ermitteln
2. für das geforderte Gesamt-F die Dicke rho*d2' bei Material 2 ablesen
3. rho*d2= rho*d2'-rho*d1'
DIN -Normen enthalten nun mal viel "vernünftige Approximationen". Der "Experte" denkt aber bei jeder Rechnung an die dahinter stehende "reine" Physik. Im Sonderfall (an den Grenzen der Approximation) muss man dann schöpferisch, aber begründbar nachfüttern.
Im konkreten Fall würde durch unkritische Anwendung von F1*F2 eine Unterdimensionierung resultieren. Das ist bei einer DIN sehr selten der Fall.
Alle Sonderfälle kann man nun mal nicht in Vorschriften gießen. Sie würden unlesbar, sind es zum Teil jetzt schon.
Supergenau (Monte-Carlo oder spektral gerechnet) braucht man es auch nicht. Wir haben ja die praktische NAchmessung durch den Sachverständigen (TüV), die aber leider erst bei Abnahme des fertigen Bauwerks erfolgen kann ...
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