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Ganzkörperzähler

Instrument zur Bestimmung von Gammastrahlung in lebenden Körpern

Ganzkörperzähler (englisch whole-body counter) dienen zur Bestimmung von Aktivität und Verteilung von gammastrahlenden Nukliden im lebenden Körper (In-vivo-Bestimmung). Das zugrundeliegende Messprinzip ist die Gammaspektrometrie.

Ganzkörperzähler für Schnellmessungen im Stehen mit darin aufgebautem Kalibrierphantom
Ganzkörperzähler des deutschen Bundesamts für Strahlenschutz in Neuherberg für Messungen auch kleiner Körperaktivität

Zweck

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Ganzkörperzähler dienen im Strahlenschutz zum Nachweis der Aufnahme (Inkorporation) von Radionukliden bei Menschen, die mit offenen radioaktiven Stoffen umgehen und eventuell durch die Nahrung, durch das Einatmen von Stäuben und Gasen oder über offene Wunden kontaminiert sind. Ganzkörperzähler sind für Radionuklide geeignet, die Photonenstrahlung (Röntgen- und Gammastrahlung) emittieren. Sie werden außerdem experimentell für den Nachweis von Radionukliden, die hochenergetische Betastrahlung oder Neutronenstrahlung emittieren und über im Körper sekundär entstehende Röntgen- und Gammastrahlung gemessen werden, eingesetzt.[1][2]

Oberflächlich am Körper anhaftende Gammastrahler werden dabei zwangsläufig mitgemessen, so dass die Suche nach aufgenommenen Nukliden erst beginnen kann, wenn vor und nach einer Reinigung die gleiche Aktivität gemessen wird, was ggf. mehrere Reinigungen hintereinander erfordert. Erst danach kann diese verbliebene Aktivität allein den inkorporierten Strahlern zugeschrieben werden.

Für den Einsatz in schwer zugänglichen Gebieten werden Ganzkörperzähler auch in entsprechende Messfahrzeuge eingebaut.[3]

Grundlage der Messungen

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Messungen mit dieser Methode sind nur möglich, wenn Radionuklide aufgenommen wurden, die Gammastrahlung emittieren (α- und β-Strahler sind damit nicht messbar). Die Gammastrahlung wird mit mehreren großen, meist beweglichen Gammadetektoren gemessen, und zwar sowohl die Strahlenmenge als auch ihre Energieverteilung, die Rückschlüsse auf die jeweils inkorporierten Nuklide zulässt. Noch genauere Ergebnisse hierzu können Messungen in zeitlichen Abständen liefern, aus denen auch die Halbwertszeiten berechenbar sind, so dass sich aus Energieverteilung und zugehöriger Halbwertszeit die Art der inkorporierten radioaktiven Nuklide exakt bestimmen lässt. Körperbereiche mit intensiverer Strahlung lassen sich eingrenzen; das gestattet Rückschlüsse darauf, welche Organe betroffen sind.

Die Menge der Gammastrahlung wird anhand der Zählraten berechnet, die von den Gammadetektoren gemessen wird. Bei einer Messung werden in der Regel die Ergebnisse aller vorhandenen Detektoren zusammengezählt. Die Energieverteilung ergibt sich aus den aufgenommenen Spektren.

Ganzkörperzähler sind von Abschirmungen (z. B. aus Blei) umgeben, damit auch sehr niedrige Aktivitäten nachgewiesen werden können, die sonst von der terrestrischen Umgebungsstrahlung überdeckt würden. Die trotz der Abschirmung stets noch vorhandene restliche Hintergrundstrahlung muss gesondert festgestellt und vom Messergebnis abgezogen werden.

Ganzkörperzähler in Deutschland, Österreich, der Schweiz und anderen Ländern

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In Deutschland betreiben 17 behördlich bestimmte Inkorporationsmessstellen einen Ganzkörperzähler für die Inkorporationsüberwachung beruflich strahlenexponierter Personen.[4] Weitere Ganzkörperzähler in betrieblichen Inkorporationsmessstellen kommen hinzu. Die Verteilung von Ganzkörperzählern in Europa ist jedoch sehr unterschiedlich; so besitzen beispielsweise Portugal, Luxemburg und Irland gar keine öffentlich einsetzbaren Ganzkörperzähler.[5]

Beispiele aus Deutschland, Österreich und der Schweiz:

Quellen

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  1. ↑ Oliver Meisenberg, Werner Buchholz, Klaus Karcher, Patrick Woidy, Udo C. Gerstmann: Measuring the internal activity of the neutron emitter 252Cf in-vivo: Basics and potentials based on measurements in phantoms. Radiation Physics and Chemistry 176, 2020, Artikel 109087.
  2. ↑ Oliver Meisenberg: Virtual Igor: an analytical phantom for the simulation of the Saint Petersburg brick phantom in arbitrary layouts in MCNP. Radiation and Environmental Biophysics 60, 2021, Seite 681–684.
  3. ↑ H. Dederichs, J. Pillath, B. Heuel-Fabianek, P. Hill, R. Lennartz: Langzeitbeobachtung der Dosisbelastung der Bevölkerung in radioaktiv kontaminierten Gebieten Weißrusslands – Korma-Studie (= Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt. Band 31). Forschungszentrum Jülich, 2009, ISBN 978-3-89336-562-3 (hdl:2128/11363, Volltext als PDF-Datei, 105 MByte, bei fz-juelich.de).
  4. ↑ Behördlich bestimmte Messstellen. Website des Bundesamtes für Strahlenschutz, abgerufen am 5. März 2024.
  5. ↑ Didier Franck, Oliver Meisenberg, Tiffany Beaumont, Werner Buchholz, María Antonia López, Juan Francisco Navarro, Begoña Pérez, Kerstin Hürkamp, Bastian Breustedt, Filip Vanhavere: The European intercomparison of in-vivo monitoring laboratories: the EIVIC-2020 project. Radiation and Environmental Biophysics (2024). doi:10.1007/s00411-024-01060-9.

Literatur

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  • T. Ishikawa: Performance of a whole-body counter with five high-purity germanium detectors. In: Applied Radiation and Isotopes. Band 64, März 2006, S. 386–389, doi:10.1016/j.apradiso.2005.09.004.
  • S. Kinase, H. Noguchi, T. Nakamura: Application of a Ge semi-conductor detector to whole-body counter. In: Radiation Protection Dosimetry. Band 105, 1. Juli 2003, S. 467–472, doi:10.1093/oxfordjournals.rpd.a006283.
  • S. Kinase, S. Takagi, H. Noguchi, K. Saito: Application of voxel phantoms and Monte Carlo method to whole-body counter calibration. In: Radiation Protection Dosimetry. Band 125, Nr. 1-4, Juli 2007, S. 189–193, doi:10.1093/rpd/ncm197.
  • G. H. Kramer, K. Capello: The StandFast whole body counter: efficiency as a function of BOMAB phantom size and energy modeled by MCNP5. In: Health Physics. Band 92, Nr. 3, 2007, S. 290–296, doi:10.1097/01.HP.0000246233.61967.3a.
  • H. Schicha, O. Schober: Nuklearmedizin: Basiswissen und klinische Anwendung. Schattauer Verlag, Stuttgart, New York 2007, ISBN 3-7945-2438-1, S. 68–69 (Mit Erläuterung zur Funktionsweise und Einsatzgebieten von Ganzkörperzählern).
  • M. Schläger: Precise modelling of coaxial germanium detectors in preparation for a mathematical calibration. In: Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. Band 580, Nr. 1, 21. September 2007, S. 137–140, doi:10.1016/j.nima.2007.05.053 (Erläuterungen zur mathematischen Kalibrierung eines Ganzkörperzählers).
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