Bestimmung und Darstellung der 3-Dimensionalen Dosisverteilung in einem anthropomorphen Phantom an Bord der ISS im Rahmen des MATROSHKA Projektes

Kurzfassung

Das internationale Forschungsprojekt MATROSHKA (MTR) der Europäischen Weltraumbehörde ESA steht unter der wissenschaftlichen und projektbezogenen Leitung des DLR, Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, Köln-Porz. Es ist die derzeit größte internationale Forschungsinitiative im Bereich des Strahlenschutzes von Astronauten bzw. der Weltraumdosimetrie. Das MTR Experiment simuliert durch die Anwendung eines gewebeäquivalenten Phantoms unterschiedlicher Dichte einen menschlichen Oberkörper. Dieser Torso ist mit mehr als 6000 passiven Strahlungsdetektoren (Thermolumineszenzdetektoren) bestückt um die Hautdosis, die Organdosis und die Tiefendosisverteilung in diesem simulierten menschlichen Körper zu erfassen. Am 29 Januar 2004 wurde die MTR Experimenteinheit mit einem Progress Raumfrachter zur Internationalen Raumstation gebracht und ist derzeit in Ihrer vierten Experimentphase (MTR-2 KIBO). In der ersten Expositionsphase (MTR-1) war das Phantom außerhalb des russischen Zvezda-Moduls exponiert, um einen Astronauten während eines Weltraumspazierganges zu simulieren. In der zweiten (MTR-2A) und der dritten (MTR-2B) Expositionsphase wurde das Phantom in unterschiedlichen Modulen (PIRS und Zvezda) des russischen Teils der Raumstation exponiert, um somit die Strahlenexposition der Astronauten im Innenraum zu messen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden die beiden Thermolumineszenzdetektoren der Typen TLD 600 (6LiF:Mg,Ti) und TLD 700 (7LiF:Mg,Ti) der MTR-2B Innenexposition im DLR ausgemessen, ausgewertet und anschließend mit den vorhandenen Daten der beiden vorhergehenden Expositionen (MTR-1 und MTR-2A) verglichen. Der Vergleich der Ergebnisdaten der TLD 700 ergab, dass die gemittelte Gesamtdosis der Außenexposition (MTR-1) von 0,26 mGy/d, um rund 46% höher war, als während des MTR-2A Experimentes. Das MTR-2A Phantom war innerhalb eines Kopplungs- und Ausstiegsmoduls (PIRS) exponiert gewesen. Die gemittelte Gesamtdosis war wegen der geringeren Abschirmung dieses Moduls wiederum um 8% höher als während des MTR-2B Experiments im Zvezda-Modul. Somit zeigte sich, dass durch Erhöhung der Abschirmung von MTR-1 zu MTR-2A zu MTR-2B die Tiefendosisverteilung – gemessen mit den TLD 700 Detektoren – sehr stark abnimmt. Im Gegensatz dazu haben durch die höhere stationäre und lokale Abschirmung der MTR-2B Exposition in dem Wohn- und Navigationsmodul (Zvezda) die neutronen-empfindlichen TLD 600 Detektoren eine im Mittel um 12% erhöhte Neutronendosis im Vergleich zur Exposition im geringer abgeschirmten PIRS Modul (Exposition MTR-2A) detektiert. Die Neutronendosis während des MTR-1 Experiments, war im Vergleich zur Exposition MTR-2A und MTR-2B um ein vielfaches geringer. Hier zeigte sich eindeutig, dass Abschirmung einerseits hilft die Dosis durch die primäre Galaktisch Kosmische Strahlung bzw. durch die niederenergetischen Elektronen und Protonen der SAA zu vermindern, sie aber andererseits auch dazu führt, dass durch Wechselwirkung mit ebendieser Abschirmung der Neutronenanteil zur Dosis ansteigt. Diese Ergebnisse spiegeln sich nicht nur in der Tiefendosismessung wieder, sondern auch in den Daten der Organ- und der Hautdosismessungen. Die tiefer im Körper liegenden Organe sind – durch die Abschirmung des Körpers – stärker vor dem primären Strahlenfeld geschützt, da die niederenergetischen Teilchen der SAA ihre Energien schon in den ersten Millimetern bis Zentimetern des Körpers abgeben. Dieses Verhalten konnte in allen drei MATROSHKA Experimentphasen beobachtet werden.