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
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
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 ProbenZu 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.
Und hier noch etwas Hintergrundinfo zum politischen Streit um das Uran im Dünger
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.
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:
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 EinstiegsberichtWenn 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.
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
Ein Hauptanwendung der Gamma-Spektroskopie ist sicherlich, herauszufinden, welche Radionuklide in einer Probe enthalten sind. Dabei belassen es viele, die sich so ein Gerät mit viel Aufwand gebaut haben. Die Profis allerdings setzen die Gamma-Spektroskopie in der Regel auch dazu ein, die Aktivität eines Radionuklids aus dem Spektrum zu bestimmen. Doch wie geht das? Das Geheimnis ist eine Kalibrierung der Detektor-Effizienz. Dafür benutzen Profis ein Sammelsurium an Radionukliden verteilt auf verschiedene Proben. Die Frage ist, kann man das auch als Hobbyist erreichen? Ja, im Citizen Science Bereich lässt sich das auch erreichen, selbst wenn man sich auf nur zwei primoriale Radionuklide beschränkt, Lu176 und K40. Die sind nämlich deutlich im natürlichen Lutetium und Kalium enthalten und damit leicht beschaffbar und ungefährlich. Beide kann man zur Kalibrierung der Detektor-Effizienz benutzen und am Ende beispielsweise die Aktivität von Pilzen, welche Tschernobyl-Cäsium enthalten, damit grob abschätzen. Was man dazu tun muss, ist in den folgenden Beiträgen beschrieben. So wird dann aus dem Gamma-Spektroskop ein Gamma-Spektrometer.
Die LuKa-Kal, eine Kalibrierung zur einfachen Aktivitätsabschätzung in der Citizen-Science Gamma-Spektroskopie
Dass das Fliegen mit dem Flugzeug wegen der Strahlung in großer Höhe nicht so ganz gesund ist, dass wissen heutzutage bestimmt einige Leute. Eine Warnung vor den Risiken zusammen mit abschreckenden Horrorbilder wie bei Tabakprodukten müssen die Fluggesellschaften aber noch nicht auf die Flugtickets drucken. Für Vielflieger wäre das allerdings durchaus angebracht, denn das fliegende Personal (Piloten und Flugbegleiter) dürfen nur eine limitierte Zahl an Flügen pro Jahr absolvieren, weil sonst strahlenschutzrechtliche Vorschriften verletzt würden. Damit ist das fliegende Personal auch die größte strahlenschutzrechtlich überwachte Berufsgruppe. Den Vielfliegern dagegen will man aber offensichtlich ungern einen entsprechenden Hinweis geben oder sie gar nach zu vielen Flugmeilen am Fliegen hindern.
Aber was da oben in 10km Höhe genau das Problem ist, dass wissen dann auch nur sehr wenige. Forschern ist es heute im groben ganzen klar, wenn auch nicht ganz vollständig. Was man weiß ist, dass die geliebte Sonne gewaltige Teilchenströme mit hoher Energie ins All schickt, vor allem Protonen und Alphateilchen. Ein Teil davon trifft dann auch auf die Erdatmosphäre, so dass es in den oberen Luftschichten zu heftigen Wechselwirkungen vor allem mit den Sauerstoff- und Stickstoff-Molekülen in der Luft kommt. Diese Wechselwirkungen führen zu Kernreaktionen, die u. a. Radionuklide erzeugen, wie beispielsweise dem C-14 oder Be-7 und die weitere Sekundärstrahlung generieren. Diese sekundären Strahlungs-Effekte der kosmischen Strahlung werden mit dem Begriff Höhenstrahlung zusammengefasst und führen in Höhen oberhalb von 5km über dem Erdboden zu einer deutlichen Radioaktivität in den hohen Luftschichten.
Sieben Ballonfahrten mit erheblichem Aufwand hat es gebraucht bis Victor Hess im Jahre 1912 feststellen konnte, dass die Luft mit zunehmender Höhe zunehmend ionisiert wird. Und er postulierte darauf hin, dass es in großer Höhe eine ionisierende Strahlung geben muss. Erich Regener und sein Mitarbeiter und früherer Student Georg Pfotzer entdeckten schließlich 1933 bei weiteren Ballonfahrten, dass es auch ein Maximum zwischen 18 und 20km Höhe gibt, ab dem die ionisierende Wirkung der Strahlung zur Stratosphäre hin wieder abnimmt (Regener-Pfotzer-Maximum). Diese Erkenntnis erlaubte schließlich die Beschreibung der Intensität der Höhenstrahlung einigermaßen vollständig.
Heutzutage kann man diese damals doch sehr aufwändige Erkenntnis auch ganz einfach mit einem kleinen-Mikrocontroller und einem Selbstbau-Geigerzähler im Rahmen einer GFS (Gleichwertige Feststellung einer Schülerleistung, oder umgangssprachlich "die Ganze Familie Schafft") auch im Familienkreis machen. Man packt einfach beides in eine kleine Box und bindet sie an einen Wetterballon, den man in entsprechenden Shops im Internet samt Gasfüllung kaufen kann. Für die Schüler ist das ein total aufregendes und völlig cooles Erlebnis und die physikalischen Zusammenhänge lassen sich so gleich viel leichter lernen, jedenfalls wenn am Ende alles geklappt hat. Die Kurve die ein SBM-20 Zählrohr liefert und die ein Raspi auf den USB-Stick speichert, sieht ganz eindrucksvoll und überzeugend aus und belegt, dass sich die Forscher am Anfang des 20. Jahrhunderts nicht getäuscht haben. Der Umrechnungsfaktor für das SBM-20 Zählrohr in der folgenden Grafik beträgt etwa 175cpm/(uSv/h). Man kommt also in unseren Breitengraden zu einem Maximum von etwa 4.3uSv/h in 18km Höhe. Diese Intensität der Strahlung wird allerdings mit der Sonnenfleckentätigkeit und der Nähe zu den magnetischen Polen, welche die geladenen Teilchen von der Sonne anziehen, variieren.
Es ist bei so einem Experiment auch sehr zu empfehlen, eine kleine Kamera mitfliegen zu lassen. So etwas ergibt noch eine weitere, schöne aber andere Sicht auf die Dinge. Und wenn man Glück hat, hört man auf der Audiospur der Kamera sogar den Geigerzähler ticken, jedenfalls solange die Luft noch nicht zu dünn ist und den Schall noch leitet. Ein youTube Video zu so einem Ballon-Event mit Geigerzähler kann man hier sehen:
(externer Link zu YouTube): Wetterballon-Video
