Basiswissen - Ionisationskammer und Ionendosis

Das Dosisflächenprodukt

Karl-Heinz Szeifert 5 Jul, 2019 00:00

Die Messung der Ionendosis mittels Ionisationskammer

Röntgenstrahlung kann man auf unterschiedliche Art und Weise messen. Zum Beispiel mittels Ionisationskammern, die auch zur Messung des Dosisflächenprodukts verwendet werden.

Die Ionisationskammer (Abb.1) ist im Prinzip ein Plattenkondensator, der so angeordnet ist, dass die Röntgenstrahlung zwischen den Platten eindringen kann. An den Kondensator liegt dabei eine Spannung an.

Durch die ionisierende Wirkung der Röntgenstrahlung entstehen zwischen den Kondensatorplatten Ladungsträger positiver und negativer Ladung, welche dann aufgrund der Spannung an eine Elektrode wandern und somit einen Strom bewirken, der gemessen wird. Hier ist das anliegende elektrische Feld nicht so stark, dass sich Ionen infolge von Stoßprozessen bilden können, was eine direkte Messung der durch die ionisierende Strahlung entstandenen Ladungsträger zur Folge hat.

Messgeräte wie die Ionisationskammern bestimmen die Ionendosis. Darüber kann man die Energiedosis abschätzen, die Auskunft über die Strahlenbelastung gibt.

Die Ionendosis J ist eine physikalische Größe zur Messung ionisierender Strahlung. Sie bezeichnet die elektrische Ladung der Ionen gleichen Vorzeichens, die in Luft durch ionisierende Strahlung entstehen, geteilt durch die Masse der durchstrahlten Luft (Temperatur = 0°C; Luftdruck = 1013 hPa). Sie hat also die Dimension Ladung/Masse.

$J = \frac{\mathrm{d} Q}{\mathrm{d} m_\mathrm{L}} = \frac{1}{\rho_\mathrm{L}}\ \frac{\mathrm{d} Q}{\mathrm{d} V}$

dQ ist die elektrische Ladung der Ionen eines Vorzeichen, die in Luft (L) in einem Volumenelement dV des Materials durch Strahlung gebildet wird.

Es gilt die Beziehung zwischen Ionisationsdosis (J) und Energiedosis (D):

$D = f \cdot J$

wobei für Luft gilt: f = 35 Gy/(C/kg). Um also in Luft 1 Coulomb freier Ionen zu erzeugen, benötigt man die Energie von ca.

$35\mathrm{eV} \cdot \frac{1\mathrm{C}}{1,6 \cdot 10^{-19} \mathrm{C}} \cdot 1,6 \cdot 10^{-19} \mathrm{\frac{J}{eV}} = 35 \mathrm{J}$ .

Zum besseren Verständnis: Für die Maßeinheit Coulomb gilt: Ein Coulomb = ein Ampere mal Sekunde also:

$1\ \mathrm{C} = 1\ \mathrm{A}\cdot 1\ \mathrm{s}$ oder etwa $6{,}24 \cdot 10^{18}$ Elementarladungen.

Damit gilt: 1 C/kg Ionendosis entspricht an der Luft ungefähr 35 J/kg Energiedosis. Im Strahlenschutz ist die Ionendosis in biologischem Weichgewebe bzw. wässrigen Lösungen von Bedeutung, hierfür gilt

$f = 37 \mathrm{\frac{Gy}{\frac{C}{kg}}}$

Funktionsschema einer Ionisationskammer (Abb. 2)

Abb. 2 - Ionisationskammer
Die ionisierende Strahlung löst in einem Gasvolumen Ionisation aus.
Bestandteile der Ionisationskammer:
- Messkammer mit zwei Elektroden
- Gleichspannungsquelle
- Amperemeter für die Messung des Ionisationsstromes
Die Ionisationskammer arbeitet im Sättigungsbereich der I-U-Kennlinie, so dass alle Ionen zu den Elektroden abgesaugt werden.
Sie wird in der Dosimetrie und Personendosimetrie zur Messung vor allem für Gamma- und Röntgenstrahlung benutzt.

Beispiel: Messung des Flächendosisproduktes

Das Dosisflächenprodukt, abgekürzt DFP, ist eine Messgröße in der Dosimetrie und Grundlage für die Berechnung der Strahlenbelastung während einer Röntgenaufnahme mit einem Röntgengerät (z.B. Durchleuchtung, Angiographie, Raster-Wand-Gerät, mobiler C-Arm usw.). Das Dosisflächenprodukt wird bisweilen auch Flächendosisprodukt, abgekürzt FDP, genannt.

Da in die Berechnung des Dosisflächenproduktes sowohl die exponierte Fläche wie auch die Dosis eingehen, ist der Wert dieser Größe vom Abstand zum Strahler unabhängig.

Die Messung des DFP erfolgt mit Ionisationskammern, die am Strahlenaustrittsfenster des Röntgengerätes angebracht sind. (Abb. 3) Sie dokumentieren die Strahlendosis, welcher der Patient bei der Untersuchung ausgesetzt war. Das DFP ist für die Risikobeurteilung einer Strahlenexposition von großer Bedeutung.

Als Maßeinheit sind gebräuchlich cGy*cm² (Zenti-Gray · Quadratzentimeter) bzw. µGy*m² (Mikro-Gray· Quadratmeter).

Quelle: Wikipedia