Dosisleistung durch Röntgenstrahlung der PETRA 5- und 7-Zeller

Die beim Betrieb einer Cavity entstehende Röntgenstrahlung ist nicht unerheblich und hängt exponentiell von der erzeugten HF-Spannung und etwa linear vom Gasdruck ab. Verursacht wird die Röntgenstrahlung durch Elektronen, die aus der Wandung oder durch Ionisation aus dem Restgas ausgelöst und im HF-Feld beschleunigt werden. Ihre Maximalenergie hängt von der Spannung ab, die sie durchlaufen bevor sie an einer Wandung abgebremst werden und Bremsstrahlung (Röntgenstrahlung) erzeugen. 

Der Zusammenhang zwischen HF-Spannung und erzeugter Röntgenstrahlung wurde zuletzt im Jahr 1984 untersucht und in dem Internen Bericht DESY D3/MHF-51 "Die Dosisleistung durch Röntgenstrahlung beim Betrieb von Hochfrequenz-Resonatoren" dokumentiert. 1984 wurde messtechnisch verifiziert, dass der Betrieb von 5- oder 7-zelligen Cavities vom Typ PETRA unterhalb einer Verlustleistung von 50 kW bezüglich des Strahlenschutzes unbedenklich ist. Sicherheitshalber wurde derzeit die Grenze für den HF-Betrieb ohne zusätzliche Strahlenschutzmaßnahmen (vulgo "Interlockgebiet") auf 40 kW Verlustleistung begrenzt. 40 kW entspricht bei einem PETRA-5-Zeller einer HF-Spannung von 235 kV/Zelle und bei einem PETRA-7-Zeller einer HF-Spannung von 215 kV/Zelle.

Die Messungen von 1984 wurden jetzt am Cavity-Teststand CaTs einer Überprüfung unterzogen und konnten im Rahmen der Messgenauigkeit bestätigt werden. 

Die Strahlenschutzverordnung schreibt ab einer Ortsdosisleistung von 3 µSv/h die Einrichtung eines Kontrollbereiches vor. Dieser Grenzwert wurde gemäß der Messungen von 1984 bei einer HF-Spannung von 243 kV/Zelle erreicht. Gemäß der aktuellen Messungen sind 277 kV/Zelle erforderlich, um dem Grenzwert zu erreichen.  Beim PETRA-5-Zeller entspricht 277 kV/Zelle einer Cavity-Verlustleistung von 56 kW. Beim PETRA-7-Zeller entspricht 277 kV/Zelle einer Cavity-Verlustleistung von 67 kW. Der Verlustleistungsgrenzwert von 40 kW kann somit als sicher betrachtet werden.

 

Positionierung der Gamma-Detektoren an der Cavity-Stirnseite. Erwartungsgemäß ist die gemessene Dosisleitung auf der Cavity-Achse (Messposition 1) am höchsten. Die Dosisleistung an Messposition 2 ist ca. 2 Größenordnungen niedriger

Postionierung eines Gamma-Detektors am Zellenmantel. Die Dosisleistung an Messposition 3 ist ebenfallls ca. 2 Größenordnungen niedriger als bei Messposition 1