2.6 Ionisierende Strahlung - PTB

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Tabelle 2.6.4: Radon-Leckraten L für verschiedene Schlauchtypen Ø i ist der Innendurchmesser des Schlauches, d seine Wandstärke. Die offene Emanationsquelle hat zum Vergleich eine Leckrate von (79,2 ± 0,8) Bq m –3 h –1. . Schlauchtyp Material Øi mm d mm L Bq m –3 h –1 Silikonschlauch Polydimethyl- 8,0 2,0 72,6 ± 1,2 siloxan 8,0 3,0 73,4 ± 1,0 Spezialschlauch für Elastomer auf Schlauchpumpen Polypropylen- (Norprene A 60 G) Basis 9,6 1,6 30,6 ± 0,8 Tygonschlauch quervernetztes (R 3603) Polyvinylchlorid 9,5 1,6 16,4 ± 0,6 PE-Schlauch Polyethylen 8,0 1,5 11,8 ± 0,4 Druckschlauch für synthetischer Azetylenflaschen (20 bar) Kautschuk 9,0 3,5 6,13 ± 0,16 PVC-Schlauch Polyvinylchlorid 8,0 2,0 6,36 ± 0,12 Schlauch für 8,0 3,0 2,18 ± 0,10 Gasbrenner Naturkautschuk 10,0 2,0 4,13 ± 0,16 Teflonschlauch Polytetrafluorethylen 10,0 1,0 0,55 ± 0,08 C 0, Rn / Bq·m -3 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Offene Quelle Silikon 8x2 Silikon 8x3 Norprene Tygon 12 24 36 48 t /h Bild 2.6.4: Zeitliche Variation der Radon-Aktivitätskonzentration C 0, Rn für verschiedene Schlauchtypen (s. Tabelle 2.6.4) Zum Vergleich ist auch die zeitliche Variation ohne Schlauch (offene Quelle) eingezeichnet. Aus den gewonnenen Daten ergibt sich, daß es bei Radondiffusion aus Schläuchen zu einer deutlichen Unterschätzung des Meßwertes kommen kann. Schläuche aus Silikon sind besonders durchlässig, während Teflonschläuche eine 132 mal kleinere Leckrate aufweisen. Je nach Größe der Leckrate und Richtung des Konzentrationsgradienten kann es zu einer deutlichen Über- oder Unterschätzung des Radonmeßwertes und so zu systematischen Meßabweichungen kommen . [1] Havlik, F.; Durcik, M.: Experimental study of Radon and Thoron diffusion through barriers. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 209 (1996), S. 307–313 [2] Manz, N.: Aufbau und Optimierung einer Vieldraht-Impuls- Ionisationskammer zur Messung niedriger Radon-Aktivitätskonzentrationen in Luft. Diplomarbeit, TU Braunschweig, Juni 1997 * Commissariat á l’Énergie Atomique, Saclay, France ** Universität Braunschweig Wissenschaftliche Kurzberichte Abteilung Ionisierende Strahlung 2.6.5 Aufbau eines untergrundarmen γ-Spektrometriesystems im Untertagelaboratorium UDO der PTB S. Neumaier, D. Arnold, J. Böhm 251 In dem seit 1991 von der PTB betriebenen Untergrundlaboratorium für Dosimetrie und Spektrometrie (UDO) im Salzstock der Asse wurde 1998 erstmals ein untergrundarmes γ-Spektrometriesystem aufgebaut. Ein bereits in der PTB vorhandener, aus aktivitätsarmen Materialien aufgebauter, Germanium-Detektor (ε rel = 85 %) wurde zusammen mit einer Abschirmung aus 20 cm aktivitätsarmem Bolidenblei und 0,5 cm Kupfer im UDO-Laboratorium installiert. Bild 2.6.5-1 zeigt den Vergleich der Nulleffektzählraten zwischen Übertage- und Untertage-Messungen. In allen Fällen wurde die Radonkonzentration im Meßvolumen durch Spülen mit Stickstoff weitgehend reduziert. Die Eigenzählraten des Detektors sind im UDO-Laboratium zwischen 30 mal (Eγ < 100 keV) und 100 mal (Eγ > 1000 keV) niedriger als bei der Übertagemessung in der PTB. Die Nachweisgrenzen verbesserten sich damit um einen Faktor 5 bis 10. 100000 100000 PTB ohne Abschirmung Zählrate pro Tag 10000 1/d ASSE ohne Abschirmung 1000 100 PTB mit Blei ASSE mit Blei 10 10 1 0,1 137 Cs 0,01 100 300 300 500 500 700 700 900 900 1100 1300 keV 1500 Energie Bild 2.6.5-1: Nulleffektzählraten eines 85-%-HP-Germanium-Detektors mit und ohne Bleiabschirmung (20 cm Bolidenblei, 5 Bq 210 Pb/kg; 0,5 cm Cu; Radonreduktion durch N 2 -Spülung) Meßort: oberirdisch (PTB) und in 925 m Tiefe im UDO-Labor (Asse) Zählrate pro Tag 50 1/d 40 35 30 25 20 15 10 5 197 Au (n,γ) =98b σ (n,γ) 2 198Au - β - 2 + 0 198Hg + T =2.7d 1/2 E γ =411 keV P γ =96% Probe: 9g Au 100 + 10 Ereignisse Meßzeit 3,5 Tage 0 350 360 370 380 390 400 410 420 430 keV 450 Energie Bild 2.6.5-2: Ausschnitt aus dem γ-Spektrum einer 9-g-Goldprobe, aktiviert durch die Neutronen der Umgebungsstrahlung in Braunschweig Die Sättigungsaktivität an 198 Au beträgt 0,5 mBq/g. Eine der ersten Anwendungen, die aufgrund der verbesserten Nachweisgrenzen möglich wurde, ist die Messung der Flußdichte thermischer Neutronen der Umgebungsstrahlung über die Aktivierung der „klassi- 60 Co PTB ASSE 40 K
Wissenschaftliche Kurzberichte Abteilung Ionisierende Strahlung 252 schen Flußsonde“ Gold ( 197 Au(n, γ) 198 Au; σ (n, γ) = 98,8 b, T 1/2 Au – 198 =2,7d). Bild 2.6.5-2 zeigt das γ-Spektrum einer Goldprobe (9 Gramm), die durch die thermischen Neutronen der natürlichen Umgebungsstrahlung in Braunschweig bis zur „Sättigung“ aktiviert wurde. Die gemessene Sättigungsaktivität (Gleichgewicht zwischen Produktion und Zerfall) an 198 Au beträgt 0,5 mBq/g. Dies entspricht einer thermischen Neutronenflußdichte von etwa 1,5 · 10 –3 cm –2 s –1 . Der Aufbau dieses γ-Spektrometriesystems zum Nachweis weniger radioaktiver Zerfälle pro Tag bedeutet eine erhebliche Verbesserung der Nachweisgrenzen für γ-Strahlung emittierende Radionuklide gegenüber den bisherigen Möglichkeiten der PTB. Atomare und Kerndaten 2.6.6 Aktivitätsbestimmung an 169 Yb-Quellen und Evaluation der Zerfallsdaten von 169 Yb E. Schönfeld, U. Schötzig, R. Klein Das Radionuklid 169 Yb (Halbwertszeit 32,018 d; wichtigste Gammalinien des Tochternuklids im Bereich 63 keV bis 308 keV) wird in der Nuklearmedizin und für zahlreiche industrielle Zwecke angewendet. Im Rahmen des EUROMET-Projektes Nr. 410 wurde 1997/98 eine Vergleichsmessung der Aktivitätskonzentration einer 169 Yb-Lösung durchgeführt. An diesem Vergleich hat die PTB teilgenommen und die Aktivitätskonzentration der den Teilnehmern zugesandten Lösung aus 4πEC-γ-Koinzidenzmessungen sowie durch 4πγ-Zählung mit einer relativen Standardmeßunsicherheit von 0,1 % bestimmt. 633,296 5/2 + 7/2 + 9/2 − 472,88126 (9/2 ) 433,523 379,26676 316,14631 + 7/2 345,031 − 5/2 − 7/2 + 138,93314 5/2 + 118,18944 1/2 0 + 3/2 + 8,41016 624,9 515,1 333,9 156,7 93,6 294,6 117,4 379,3 370,9 261,1 240,3 63,1 169 69 100 Tm stable Bild 2.6.6: Vereinfachtes Zerfallsschema von 169 Yb + 7/2 169 70Yb 99 Diese Messungen wurden zum Anlaß genommen, die wichtigsten Zerfallsdaten von 169 Yb neu zu bestimmen. Ausgehend von den in der PTB sowie von anderen Autoren gemessenen relativen Emissionswahrscheinlichkeiten von Gamma- und Röntgenquanten wurden die Zerfallsdaten von 169 Yb durch Hinzunahme anderer Daten (fraktionale Einfangwahrscheinlichkeiten P K , P L , P M der Elektroneneinfang-Übergänge und Kon- 336,6 307,7 198,0 177,2 130,5 20,7 8 7 6 5 4 118,2 109,8 8,4 9 ε 0,9 ε0,4 3 302 ps 2 62 ps 1 4,08 ns 0 ε 0,8 ε 0,7 ε 0,6 ε 0,5 T = 1/2 0,14 ns 50 ns 0,66 s μ 0 32,018 d 909 versionskoeffizienten α K , α L , α M , α t der Gamma-Übergänge) neu evaluiert. Diese Evaluation erfolgte im Rahmen des LPRI-PTB-Projektes zur Herausgabe der „Table of Radionuclides“ (Jahresber. ’97, 2.6.7). Die absolute Emissionswahrscheinlichkeit für die Gammastrahlung der Hauptlinie bei 197,956 75 keV wurde dabei zu 0,3591 ± 0,0013 Photonen pro Kernumwandlung bestimmt [1]. Der Evaluation wurde ein vereinfachtes Zerfallsschema zugrunde gelegt, in dem die wichtigsten 21 Gamma- Übergänge (von derzeit 49 bekannten) berücksichtigt sind (Bild 2.6.6). Die für die meisten Anwendungen nicht relevanten schwachen Übergänge mit Emissionswahrscheinlichkeiten unterhalb von 0,0002 wurden dagegen vernachlässigt. Die nunmehr für die stärkeren Gammalinien bestimmten Werte der Emissionswahrscheinlichkeiten (überwiegend mit relativen Standardmeßunsicherheiten von weniger als 1 %) können dazu dienen, Halbleiterspektrometer im Energiebereich von 63 keV bis 308 keV bezüglich ihrer Nachweiswahrscheinlichkeit entsprechend genau zu kalibrieren. In diesem Bereich sind zusätzliche Kalibrierpunkte sehr willkommen. [1] Schönfeld, E.; Schötzig, U.; Klein, R.: Standardization and Decay Data of 169Yb. Appl. Rad. Isotopes (1998), im Druck 2.6.7 Experimentelle Bestimmung totaler Streuquerschnitte von Elektronen an Propan U. Henne, W. Y. Baek, B. Großwendt Elektronen mit Energien unterhalb von 2 keV sind von entscheidender Bedeutung für die Schädigung biologischer Strukturen durch ionisierende Strahlung. Die genaue Kenntnis der Wechselwirkung von Elektronen mit organischen Molekülen ist daher eine notwendige Voraussetzung für das physikalische Verständnis strahlungsinduzierter Prozesse. Von großer praktischer Bedeutung sind hierbei die Wechselwirkungsprozesse an organischen Molekülen (Methan, Propan), die als Hauptbestandteile gewebeäquivalenter Gase bei ionometrischen Meßverfahren und in der Proportionalzählermeßtechnik verwendet werden. Aus diesem Grund wurde der totale Streuquerschnitt von Elektronen an Propan im Energiebereich zwischen 4 eV und 2 keV experimentell bestimmt. Hierzu wurde die Schwächung des Elektronenflusses ungestreuter Elektronen in Abhängigkeit von der Flächendichte der Targetmoleküle gemessen und der Wirkungsquerschnitt auf der Basis des Beerschen Gesetzes ermittelt. Bild 2.6.7 zeigt die Ergebnisse der Messungen im Vergleich mit den bisher bekannten Daten [1 bis 3]. Die Standardmeßunsicherheiten sind dabei kleiner als 3 %. Bemerkenswert sind das Wirkungsquerschnittsmaximum bei etwa 8,5 eV, das relative Maximum bei 25 eV, die Stufe bei 45 eV, und der starke Abfall des Wirkungsquerschnitts mit steigender Energie. Während das Maximum bei 8,5 eV durch Überlagerung der Wirkungsquerschnitte für elastische Streuung, Vibration, Dissoziation und Elektronenanlagerung zu erklären ist, sind die Ursachen für das relative Maximum und die Stufe oberhalb von 10 eV zur Zeit noch nicht bekannt und erfordern detaillierte Untersuchungen über die durch Elektronenstoß in Propan induzierten Energieverlustkanäle. Die Energieabhängigkeit des Wirkungsquerschnitts oberhalb von etwa 500 eV entspricht dem theoretisch im Rahmen der Bethe-Theorie zu erwartenden Verlauf. [1] Brüche, E.: Ann. Phys. 4 (1930), S. 387-408 [2] Floeder, K.; Fromme, D.; Raith, W.; Schwab, A.; Sinapius, G.: J. Phys. B: At. Mol. Phys. 18 (1985), S. 3347–3359 [3] Nishimura, H.; Tawara, H.: J. Phys. B: At. Opt. Phys. 24 (1991), S. L363–L366
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