On the redefinition of the operational dose quantities for external radiation exposure and its effect on practical radiation protection

Abstract

Die kürzlich von der International Commission on Radiation Quantities and Units (ICRU) im ICRU Report 95 veröffentlichten operativen Dosisgrößen sind, im Gegensatz zu den bisher gültigen Definitionen, auf Grundlage von physikalischen Feldgrößen, der Fluenz und der Luftkerma, und für den realen menschlichen Körper definiert. Dadurch soll eine bessere Abschätzung der effektiven Dosis gewährleistet werden. Im praktischen Strahlenschutz sollen entsprechende Messgeräte weiterhin an herkömmlichen Phantomen wie dem Wasser-Körper Phantom kalibriert werden. Der an sich gewonnene Vorteil durch die Definition am realen Körper könnte durch die Weitergabe durch solche Phantome wieder verloren gehen, was im ICRU Report 95 nicht sonderlich berücksichtigt wird. In dieser Arbeit sollten solche Zweifel durch Simulation und Durchführung von Experimenten zur Bestimmung des Rückstreufaktors am Wasser-Körper-Phantom und an einem realistischen Ganzkörperphantom (Alderson Rando) beseitigt werden bzw. tatsächlich vorhandene M ̈angel aufgezeigt werden. Dabei liegt der Fokus auf der sogenannten Personendosis Hp, wo die Fluenz oder Luftkerma an einem Punkt an der Körperoberfläche mittels eines Konversionkoeffizienten mit der effektiven Dosis verknüpft wird und damit eine Beziehung zum Rückstreufaktor aufweist. Messungen des Rückstreufaktors und der Response von Messgeräten wurden am Wasser-Körperphantom sowie am Alderson Rando-Phantom durchgeführt. Zu diesem Zwecke standen eine schattenfreie Ionisationskammer (SFD), Thermolumineszenzdosimeter (TLD) und ein elektronisches Personendosimeter (EPD) zur Verfügung. Der Monte-Carlo Code MCNP6.2 wurde verwendet um die Messungen mit der SFD zu simulieren und um Rückstreu-Profile und Spektren zu bestimmen. Zusätzlich wurden Simulationen zur Bestimmung des Rückstreufaktors am männlichen Adult Mesh-type Reference Computational Phantom (MRCP) durchgeführt. Die Ergebnisse für die Rückstreufaktoren wurden verglichen, wobei die Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Strahlung sowie von der Photonenenergie betrachtet wurde. Ob die Neudefinition der operativen Dosisgrößen die Notwendigkeit der Entwicklung neuer Messgeräte automatisch mit sich bringt wurde diskutiert.

The recently published operational dose quantities proposed by the International Commission on Radiation Quantities and Units (ICRU) in ICRU report 95 are de- fined for the real human body and based on physical field quantities, fluence and air kerma, in contrast to the previous definitions. This should ensure a better estimation of the effective dose. In practical radiation protection, however, measuring instru- ments intended for this purpose will continue to be calibrated using conventional phantoms such as the ISO water slab. The advantage gained by the redefinition itself could be lost again by passing it on through such phantoms, which is not given much attention in ICRU report 95.In this thesis, such doubts should be eliminated by simulation and performance of experiments to determine the backscatter factor on the ISO water slab and on an Alderson Rando phantom, or actually existing deficiencies should be shown. The focus is set on the Personal Dose Hp, where the particle fluence or air kerma for a point on the body surface is related to the effective dose through a conversion coefficient and is thus related to the backscatter factor.Measurements of the backscatter factor and of the response of measuring devices on the ISO water slab and on the Alderson Rando phantom were carried out. For this purpose we had a shadow-free design (SFD) ionization chamber, thermoluminescent dosemeters (TLD) and an electronic personal dosemeter (EPD) at our disposal. The Monte-Carlo code MCNP6.2 was used to either simulate the SFD measurements as well as backscatter profiles and spectra. Additionally, simulations of the backscatter factor using the male Adult Mesh-type Reference Computational Phantom (MRCP) were performed.Results for the backscatter factors were compared, whereby the dependence on the angle of incidence of the radiation and the photon energy was taken into account. Whether the redefinition of the operational dose quantities automatically brings with it the need to develop new measuring devices was discussed.