Spezielle Anwendungen der Strahlungs-Messtechnik

Radon

Und es geht doch: Man kann mit einem Geigerzähler die spezifische Radon-Aktivität in einem Luftvolumen messen. Es gibt Webseiten, die behaupten das Gegenteil.

Diese Grafik zeigt eine Messung der Radon-Exhalation in einer Kammer, die zunächst (Zeitpunkt 0) mit einem Granitstein aus Menzenschwand beladen wurde. Nach 10 Tagen wurde der Stein wieder entfernt, die Kammer gleich wieder verschlossen und die Messung lief weiter. Nach 18 Tagen wurde die Kammer bei laufendem Detektor schließlich ganz geöffnet. Man sieht deutlich den Aufbau der Radon-Aktivität mit der Halbwertszeit von 3.8 Tagen und danach den Zerfall. Zugegeben, es war kein normaler Geigerzähler, der hier Verwendung fand, es war das "Radon-Geigerle", ein auf Alpha-Strahlung empfindlich gemachtes "Stuttgarter Geigerle". Aber der Aufwand und die Kosten dafür sind überraschend gering, man muss dazu nur die Photodioden auswechseln. Bei weiteren Untersuchungen zeigte sich dann auch, dass ganz normales Granit-Baumaterial je nach Herkunft bzw. Urangehalt ganz schön Radon ausgasen kann. Mehr dazu in den folgenden Dokumenten.

Information zum radioaktiven Gas Radon (und Thoron) mit weiterfürenden Links
Aktivitätsverlauf und Gleichgewicht bei der Radonentstehung in einem gegebenen Volumen
Nachweis der Radon-Exhalation an Graniten mit dem Stuttgarter Geigerle
Spezielle Messungen mit einem kommerziellen Radon Monitor an verschiedenen Granitsorten

 
Die entsprechende Arbeit am Jugendforschungszentrum Nagold wurde beim Jugend-Forscht Regionalwettbewerb Nordschwarzwald mit dem 2. Platz ausgezeichnet. Ausserdem erhielten die Jugendlichen den Sonderpreis der Deutschen Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung (DGFZP).

Es ist schon eine Weile her, dass man erkannt hat, dass das radioaktive Polonium-210 im Zigarettenrauch sehr wesentlich an der Entstehung von Lungenkrebs bei Rauchern beteiligt ist. Die Tabakindustrie hat offensichtlich selbst einiges an Forschung betrieben um herauszufinden woran das liegt, hat es aber geraume Zeit verschwiegen, da sie sich der Brisanz bewußt war. Die Forscher hatten herausgefunden, dass die Tabakpflanze einerseits das Uranzerfallsprodukt Polonium-210 in ihren Blättern akkumulieren kann, andernseits bemerkte man aber auch starke regionle Unterschiede, die mit den Böden zusammenhängen mussten, auf denen die Pflanze angebaut wurde. Doch dann stellte sich schnell heraus, dass die uranhaltigen Phosphat-Düngemittel, die regional unterschiedlich eingesetzt wurden, den Poloniumgehalt vervielfachen.

Nun stellt sich natürlich die Frage, wie kann es sein, dass in Düngemitteln Uran enthalten ist. Das aber ist geologisch bedingt. Vor allem die billigeren Rohphosphate aus Marokko, Israel und China, aber auch die aus den USA, vor allem aus Florida enthalten Uran. Das Abtrennen des Uran ist aber teuer und aufwändig, deswegen spart man sich das. So gelangt also das Uran in die Düngemittel und damit auf die Felder. Hierzulande kontaminiert das Uran das Grundwasser in den landwirtschaftlich geprägten Gegenden und wir nehmen dann das Uran mit dem Trinkwasser auf. Getreide, Kartoffeln und Mais haben offensichtlich nicht so sehr die Fähigkeit das Uran aus dem Dünger aufzunehmen, so wie die Tabakpflanze. Aber das Wasser ist ja auch ein Grundnahrungsmittel, Grund genug das Düngemittel zu prüfen. Das Uran direkt messtechnisch nachzuweisen ist nicht so ganz einfach. Aber eines seiner Tochternuklide verrät das Mutternuklid: es ist das Radon. Man kann also ein Düngemittel ganz einfach dadurch prüfen, dass man die Radon-Exhalation misst. Und das geht sogar mit dem selbstgebauten Stuttgarter Geigerle, wie im Folgenden beschrieben wird.

Der beste Weg sich das Rauchen abzugewöhnen ist also, sich ein wenig Superphosphat-Dünger über Ebay zu ersteigern und nachzumessen. Wenn man den richtigen Dünger erwischt, kann man nach einigen Tagen leicht mehrere 1000Bq/m^3 an Radon sehen, das als gasförmiges Radionuklid aus dem Dünger entweicht und in einer Kammer aufgestaut werden kann. Das Radon zerfällt bekanntlich weiter und nach einigen kurzlebigen Zerfallsprodukten taucht dann das Polonium-210 mit 138 Tagen Halbwertszeit auf, das es dann gut bis in die Lunge schafft. Die Nichtraucher müssen "leider" etwas länger warten bis das Sickerwasser aus den gedüngten Feldern das Uran ins Grundwasser mitnimmt und es dann über das Trink- und Mineralwasser getrunken werden kann ("Wohl bekomm's!"). Nur leider kann man sich das Wasser-Trinken im Gegensatz zum Rauchen nicht einfach abgewöhnen. Sollten also die Regierungen hier vielleicht was tun? Vielleicht sollte man sich wieder an den ALARA Grundsatz des Strahlenschutzes erinnern, zu dem sich viele Länder bekannt haben (ALARA: externer Link zu de.wikipedia.org), unter anderem auch die Bundesrepublik und die EU.

Nachweis von Uran in Düngemitteln mit dem Stuttgarter Geigerle
Spezielle Messungen mit einem kommerziellen Radon Monitor an verschiedenen Phosphat-Düngemitteln

 
Schon ein besserer zählrohr-basierter Geigerzähler zeigt den Effekt: Das graue Düngemittel-Granulat im Einmachglas exhaliert nach einigen Tagen Radon, der Aktivitätsanstieg erfolgt mit der Halbwertszeit von 3.8 Tagen. Das Radon kann nur das Folgeprodukt des im Dünger enthaltenen Urans sein. Ein idealer Schulversuch, da schmeckt das Pausenbrot anschließend so richtig.

Es gibt ja schon etliche einheimische Landwirte, die an der Qualität ihrer Produkte auch wirklich interessiert sind und bisher gar nicht deutlich genug über den Urangehalt im Dünger und seine Gefahren informiert wurden. Und Nachprüfen konnten sie es erst recht nicht. Aber hier kommt nun die Beschreibung für einen einfachen Test mit einem Marmeladenglas und einer Kohlekomprette aus der Apotheke zum Selbertesten für jeden Landwirt mit Geigerzähler - wenn es die Düngemittelhersteller schon nicht tun.

Der Kohlekomprettentest zum Urannachweis in Düngemittel und ähnlichen Proben

Zu dem Thema der Externer Link zu www.youtube.com: Radonexhalation aus uranhaltigem Düngemittel gibt es hier von minimax.video auf youTube ein sehr lehrreiches Video. Er hat die Radonaktivität über Zeit mit einem Canary Radon Monitor vermessen.


Das Hauptproblem mit Uran in Düngemitteln besteht wirklich in der Landwirtschaft, die jährlich über 100 Tonnen Uran durch das Düngen mit Mineraldüngern auf die Felder ausbringen, eine enorme Gefahr für den Boden und das Wasser. Da die meisten Landwirte und Hobbygärtner aber vermutlich doch keinen Geigerzähler zur Hand haben, bzw. sich mit der Bedienung nicht auskennen, habe ich auch einen Test ohne Geigerzähler entwickelt, der Radon-Messdosen verwendet. Das Ergebnis bei manchen Düngern ist wirklich beeindruckend. Mein "bestes" Ergebnis lag bisher bei 67000Bq/m^3 über zwei Wochen Messzeit. Deswegen habe ich dafür eine spezielle Initiative gestartet:

Hier der Aufruf dazu an alle Landwirte und Hobbygärtner (bitte mit der Verbreitung helfen).
Und hier noch etwas Hintergrundinfo zum politischen Streit um das Uran im Dünger
Bewertung von Messungen mit Kernspurdosimetern an Düngemitteln hinsichtlich der Verunreinigung mit Uran

Warum man das Thema Radon ernst nehmen sollte. zeigt dieser sehr interessante Artikel zu den Folgen einer besonderen geologischen Begebenheit in Umhausen, Tirol (externer Link zu www2.uibk.ac.at)

Und hier noch ein Konzept wie man einen Raumluftsensor (VOC-Sensor) zur Lüftungskontrolle auch zur Reduktion der Radonbelastung verwenden könnte.



Radon läßt sich auch hervorragend als eindeutiger Nachweis von Radium verwenden. Die Halbwertszeit verrät das Radon unverwechselbar, ausserdem heftet sich das Radon an Aktivkohle, so dass man es von der ursprünglichen Probe leicht trennen kann. Wenn man es dann mit radondichter Folie einschließt, kann man ganz bequem messen. Und Radon kann nur dort entstehen, wo auch Radium vorhanden ist. Das funktioniert wieder hervorragend bei Düngemitteln, Baustoffen und anderen Materialien und ist sehr einfach und kostengünstig durchführbar. Da Radium wasserlöslich ist, ist es besonders wichtig zu wissen ob es ob es sich irgendwo in die Nahrungskette einschleicht.

Hier eine detaillierte Anleitung.

Radon-Exhalationsmessungen aus Baustoffen, Gesteinen und Böden für Jedermann


Messung mit dem Gammascout

Hier nochmal als Schulversuch etwas einfacher beschrieben, wie der Nachweis von Radon mit einem einfachen Geigerzähler durchgeführt werden kann (was natürlich auch außerhalb der Schule genauso leicht möglich ist):
Nachweis der Radon Exhalation aus Baustoffen und Natursteinen ein völlig ungefährliches, lehrreiches und einfaches Experiment zur Radioaktivität in der Schule und Ausbildung

Minimax.video hat dieses Experiment sehr schön verfilmt und den Videoclip auf youTube zur Verfügung gestellt: Video Dokumentation des Experiments

Weitere Radon-Exhalationsmessungen Messungen an Baustoffen, Böden und anderen uran-/radiumhaltigen Stoffen mit dem Tino:
  • Porphyr aus Ellweiler
  • ICL Superphosphat 18%
  • Flossenbürger Granit
  • Bärhalde-Granit Menzenschwand (mit Uranglimmern)
  • Erde aus Freital-Burgk
  • Schlacke aus Freital-Burgk
  • Sediment vom Elbufer an der Mündung der Pehna bei Thürmsdorf
  • Erde von einer Wiese bei Sorge-Settendorf
  • Kupferschiefer von der Herrmannschachthalde bei Mansfeld
  • Schiefer aus Steinach/Thüringen



  • Gamma-Spektroskopie


    Was tickt denn hier?

    Wer einmal gesehen hat wie einfach heute eine Gamma-Spektroskopie zu machen ist, den läßt der Gedanke nicht mehr los, das auch zu probieren. Denn schließlich würde man ja schon gern wissen ob die gemessene Aktivität auf etwas Natürliches zurückzuführen ist oder nicht. Der Schlüssel für den Low-Cost Einstieg liegt in der Verwendung einer Soundkarte für den PC. Und da kommt man an einer Webseite kaum vorbei: theremino.com

    Hier ein Einstiegsbericht

    Aufbau einer 3 Zoll Gamma-Spektroskopie Anlage

    Gamma-Spektrogramm eines Ionisations-Rauchmelders - oder die heimliche Strahlungsquelle im Schlafzimmer

    Weitere Gamma-Spektren:

  • Thorium-haltiger Monazit-Sand aus Kerala, Indien
  • Wenn man an der Dachrinne einen Ablauf mit Klappe hat, dann kann man sehr geschickt das Wasser eines plötzlichen Gewitterregens auffangen. Filter man ungefähr 5Liter davon durch eine Kaffeefiltertüte je Liter, läßt das Wasser abtropfen und packt die Filtertüten in einen dünnen Gefrierbeutel, stellt man fest dass dieser für ein bis zwei Stunden etwa die doppelte Radioaktivität zeigt als die normale Umgebung. Das liegt einfach daran, dass das radon aus dem Boden in die Atmosphäre aufsteigt, dort zerfällt und der Regen diese Zerfallsprodukte auswäscht und wieder mit auf den Boden mitnimmt. Es werden aber auch Radionuklide in der oberen Atmosphäre durch Kollisionen mit schweren Teilchen aus dem Weltteil gebildet zum Beispiel das Beryllium-7. Daher gibt es auch einen natürliche Fallout. Legt man die Filtertüten in die Messkammer eines Gamm-Spektroskopiegeräts, dann sieht man die typischen kurzlebigen gamma-aktiven Zerfallsprodukte des Radon, die Teil der Uran-Zerfallsreihe sind. Das ist das Pb-214 (HWZ 26min) und Bi-214 (HWZ 19.9min). Wegen der kurzen Halbwertszeit muss man sich allerdings etwas beeilen beim Messen. Das Be-7 ist auf Grund seiner geringen Konzentration nur sehr schwer erkennbar.

  • Gamma-Spektrum eines Kaffee-Filters mit dem das erste Regenwasser eines Gewitterregens gefiltert wurde


  • Gruß aus Tschernobyl - Wie man in altem Tierfutter von damals heute noch das Caesium sieht

  • Gamma-Spektroskopie Rätsel

    Manchmal gibt einem ein Gamma-Spektrum auch Rätsel auf. Hier beispielsweise ein Vergleich des Spektrums eines Erzstückchens mit Natururan aus Menzenschwand mit dem Spektrum einer Mokkatasse mit orangeroter Uranglasur und mit dem Spektrum einer Kohlecomprette, die zwei Wochen in einem gut verschlossenen Einmachglas zusammen mit einem Uranerzbrocken aus Menzenschwand lag. Nun wurde sowohl die Uranglasur aus natürlichem Uranhergestellt (z.B. In Joachimstal) und genauso lag die Kohlekomprette neben natürlichem Uranerz (allerdings ohne es zu berühren). Was sieht man hier? Wie sähe wohl eine Uranglasur nach 1945 aus? Das wären doch mal Fragen an schlaue Physikstudenten oder angehende Strahlenschützer, oder nicht?


    Gammasprektrum eines Uranerzstückes aus Menzenschwand


    Gammaspektrum einer Uranglasur (um 1930)


    Gammaspektrum einer "beladenen" Kohlecomprette

    Low Cost Gamma-Spektroskopie mit PIN-Dioden

    Kleine Szintillationskristalle, welche auf PIN-Dioden aufgesetzt werden machen es möglich: Die Gamma-Spektroskopie wird erschwinglich. Hier zwei Berichte über den Versich mit PIN-Dioden der Firma First Sensor eine Low-Cost Gamma-Spektroskopie zu erreichen, welche ohne Hochspannung auskommt, robust und mobil ist:

    Ein Ladungsverstärker für eine Low-Cost Gamma-Spektroskopie mit Si-Detektoren
    Kostengünstige Gamma-Spektroskopie mit einer PIN-Diode und aufgesetztem Szintillationskristall

    SiPMs für die Gamma-Spektroskopie

    Ein rauscharmer Front-End Verstärker für SiPMs zur Gamma-Spektroskopie