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Messung des natürlichen Neutronenuntergrundes, hervorgerufen von der kosmischen Strahlung

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Die Erde wird fortwährend von hochenergetischen
(schnellen), geladenen Teilchen aus den Tiefen des
Alls getroffen. Diese kosmische Strahlung besteht
zu etwa 98% aus Atomkernen und zu 2% aus Elektronen. Die Kerne teilen sich auf in 87% Wasserstoffkerne, d.h. Protonen, 12% Heliumkerne, und etwa 1% schwere Kerne. Ein Teil dieser Atomkerne wechselwirkt mit den Molekülen und Atomkernen der Erdatmosphäre und erzeugt dabei schnelle Neutronen. Während die geladenen Teilchen mit größerer Eindringtiefe in die Atmosphäre stark abgebremst und ihre Anzahl auf dem Weg bis zum Erdboden sehr stark reduziert wird, erreicht ein weitaus größerer Teil der erzeugten Neutronen die Erdoberfläche mit Energien im meV Bereich (thermische Neutronen) bis hin zu einigen hundert MeV.

Die Neutronenfluenz variiert

  • mit der Höhe über dem Meeresspiegel - genauer mit der Dicke der durchlaufenen Luftschicht - und folglich auch mit dem Luftdruck,
  • mit der geografischen Breite
  • und langfristig mit dem 11-jährigen Sonnenzyklus

Diese natürliche Neutronenstrahlung verursacht einen wesentlichen Beitrag der Strahlenbelastung in Flughöhen. Auf dem Erdboden ist ihr Anteil zwar gering; weniger als 10% der Äquivalentdosis wird hier durch Neutronen verursacht. Trotzdem sind Verfahren für die Messung dieser geringen Dosisleistung von Interesse, um zum Beispiel in der Umgebung von kerntechnischen Anlagen (Kernkraftwerke, Zwischenlager für Brennelemente) erkennen zu können, ob Neutronenstrahlung von diesen Anlagen ausgeht. Herkömmliche Ortsdosisleistungs-Messgeräte sind für diese Messaufgabe auf Grund ihrer geringen Empfindlichkeiten nicht geeignet.

Die Eignung des PTB-Spektrometers für die Messung von sehr kleinen Flussdichten und Dosisleistungen wurde mit Hilfe von Messungen auf dem PTB-Gelände (70 m Höhe über dem Meeresspiegel) überprüft. Zwischen Dezember 1999 und Januar 2000 ergab sich eine mittlere Neutronenflussdichte von 46 cm-2 h-1. Aus der gemessenen Energieverteilung und den empfohlenen Fluenz-zu-Äquivalentdosis Konversionsfaktoren ergibt sich daraus eine mittlere Äquivalentdosisleistung von 9,3 nSv h-1. Es hat sich gezeigt, dass bei sorgfältiger Charakterisierung des Spektrometers und Prüfung der Messergebnisse diese geringen Flussdichten und Dosisleistungen bestimmt werden können. Einzelheiten zu diesen Messungen finden Sie auf der weiterführenden Seite.

Literatur:

B. Wiegel, A.V. Alevra, M. Matzke, U.J. Schrewe, J. Wittstock: Spectrometry with the PTB Neutron Multisphere Spectrometer (NEMUS) at Flight Altitudes and at Ground Level, Beitrag "International Workshop on Neutron Field Spectrometry in Science, Technology and Radiation Protection", 5.-8. Juni 2000; Nucl. Instrum. Meth. A 476, 52-57 (2002).
http://dx.doi.org/10.1016/S0168-9002(01)01387-0


Kontakt

Dr. Burkhard Wiegel
Tel.: 0531-592-6531
E-Mail: Burkhard.Wiegel@ptb.de


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Erstellt am: 01.07.2003, letzte Änderung: 18.08.2010,
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