RADON und RADONMESSUNG

Allgemeines

VORWORT Diese Webseite widmet sich dem Thema Messung der Konzentration des radioaktiven Edelgases RADON in Gebäuden und in der Umwelt. Neben vielen vielen anderen Sachen, angefangen vom Musikmachen bis zum Angeln, Amateurfunk bis Gartenbau, Geologie bis Medizin, Biologie bis Astronomie, bastle ich gerne mit Elektronik, interessiere mich für Sensorik und Messtechnik, programmiere gerne Microcontroller, interessiere mich für die Atom- und Quantenphysik und verschiedenes mehr. In diesem Zusammenhang habe ich mich in letzter Zeit sehr mit dem Thema Radonmessung beschäftigt. Es bringt ziemlich viele Themen, für die ich mich interessiere, perfekt unter einen Hut! Vor vielen Jahren habe ich mir via ebay einige Geiger-Müller Zählrohre gekauft mit der Absicht, einen Geigerzähler damit zu bauen. Ich konnte für billiges Geld damals zwei schöne hochwertige FHZ77 Endfensterzählrohre (Friesecke & Höpfner) besorgen, ferner ein großvolumiges Beta-Gamma Zählrohr. Die lagen nun jahrelang unbenutzt bei mir im Keller, bis ich mich endlich aufgerafft habe, mit diesen Röhren einen schönen Geigerzähler zu bauen. (Na gut, "schön" ist was anderes, aber immerhin einen Geigerzähler). Mit Arduino-Boards und LC-Displays, die man heute für wenige Euro bekommt, ist das jetzt ganz einfach, einen leistungsfähigen kleinen computergesteuerten Geigerzähler zu realisieren, der neben den Zählfunktionen auch noch jede Menge andere Gimmicks ermöglicht, angefangen von der Batterieüberwachung über Hochspannungserzeugung und Regelung, Datenspeicherung (Logging) bis hin zur Übertragung der Daten per Funk.	Mein Geigerzähler Der Eigenbau-Geigerzähler die Schutzkappe des Zählrohres, gebaut aus Orangensaft-Schraubdeckeln und etwas Drahtgitter Das FHZ77 Endfenster Zählrohr für Alpha, Beta und Gammastrahlung mit Argon und Halogen Löschgas
Allgemeine Infos über RADON ... findet man massenhaft im Internet. Ich möchte mich daher mit allgemeinen Informationen über RADON auf wenige wesentliche Fakten beschränken. Der Schwerpunkt soll auf Informationen, Anregungen und Tipps liegen, die sonst nicht in dieser Form im Netz zu finden sind. Links Radon-Zerfallsprodukte (Wikipedia)	Der Autor dieser Webseite Josef Neulinger Zur Homepage von Josef Neulinger Zur RADON-Seite auf www.neulinger.com
Wozu soll diese Webseite gut sein? sie soll Informationen und Anregungen liefern für alle, die an dem Thema interessiert sind. sie soll dem Informationsaustausch dienen. Ich gebe gerne meine Erfahrungen an Interessierte weiter und hoffe auch, über diese Präsentation Kontakt zu Leuten zu finden, die mir mit ihren Erfahrungen weiterhelfen können. Ich kann Radonkonzentrationen mittlerweile sehr gut relativ bestimmen. Was mir noch fehlt, ist der genaue absolute Bezug meiner Messwerte z.B. in Bq/m³. Ich bin dabei, viel Statistik und Anhaltspunkte zu sammeln, die es mir erlauben, meine Messmethodik zu verbessern und Ergebnisse besser bewerten und beurteilen zu können. Ich biete daher Interessierten aus meiner näheren Umgebung an, kostenlos (oder gegen Benzingeldbeteiligung, wenn weiter weg) in ihrem Wohnhaus Messungen vorzunehmen. Ich kann zwar noch nicht genau angeben, wie viel Bq/m³Radon sich in Ihrem Wohnbereich befinden, sondern wie viel mehr oder weniger das im Vergleich zu meinem oder anderen bereits gemessenen Wohnräumen ist.	FAQ (Frequently Asked Questions) (FAQ ist eigentlich gelogen, es hat mich noch niemand gefragt. Ich denke mir halt, was man vielleicht fragen könnte) Was will uns dieser komische Josef Neulinger mit seiner Webseite da verkaufen? Nichts! Diese Webseite ist rein privat. Ich verbinde mit diesem Thema auch keinerlei kommerzielle Absichten. Es braucht also niemand Angst zu haben, hier eine teure Haussanierung aufgeschwatzt zu bekommen! Kann man allen Informationen auf dieser Webseite trauen? Ich bin auf diesem Gebiet reiner Amateur. Wer amtliche Informationen sucht, der möge sich doch bitte an die Profis wenden. Ich versuche nur, meinen Wissensstand so gut wie möglich zu präsentieren. Kann aber keine Gewähr dafür übernehmen, dass alles so richtig ist. Ist Radonmessen gefährlich? Im Allgemeinen nein. Aber: ich gebe hier Tipps, wie man sich einen Geigerzähler bauen kann. Geigerzähler arbeiten mit Hochspannung (400-3000V). Der unsachgemäße Umgang mit Hochspannung kann lebensgefährlich sein! Ferner wird ein Staubsauger zur Anreicherung der Radon Zerfallsprodukte zweckentfremdet. Die Gefahr ist groß, den Staubsauger dabei zu überlasten. Es kann der Motor überhitzen, was im Extremfall sogar zu einem Brand führen könnte. Deshalb: nie Staubsauger unbeaufsichtigt betreiben! Und letztendlich ist es auch nicht ratsam, die angereicherten Radon Zerfallsprodukte zu inhalieren oder sie sich aufs Butterbrot zu schmieren! Der normale Umgang mit den Filtern ist harmlos und ist im Grunde nichts anderes als der Staubsaugerbeutel beim normalen Staubsaugen! Warum ist diese Webseite so schrecklich unstrukturiert? Wer glaubt, dass diese Webseite unstrukturiert sei, der hat recht. Und wer recht hat, zahlt eine Maß! Aber kommt Zeit, kommt Rat - alles wird gut! - irgendwann!

GESUNDHEIT

Warum ist das Thema RADON so wichtig?

RADON zählt zu den kritischsten Umwelt-Risikofaktoren! Viele Quellen sprechen davon, dass RADON für 10% aller Lungenkrebsfälle verantwortlich ist. Der Rest wird dem Rauchen angelastet. Wenn man sich jedoch die Studien dazu genau ansieht, kann man feststellen, dass auch bei den Rauchern die Radonexposition ein entscheidender Faktor ist. Laut vielen Quellen sterben 100 von 1000 Rauchern an Lungenkrebs, wenn sie einer geringen Radonbelastung ausgesetzt waren. Waren sie einer hohen Radonbelastung ausgesetzt, sind es über 200! von 1000, die an Lungenkrebs sterben. Somit wird klar, dass Radon nicht nur ein additives Risiko darstellt, sondern ein multiplikatives! Die Anzahl der Todesfälle, bei denen Radon also eine maßgebliche Rolle gespielt hat, ist gigantisch! Sie liegt in der Größenordnung der Zahl der Todesopfer im Straßenverkehr! Wenn man bedenkt, dass unser Staat ganze Heere von Polizisten nur damit beschäftigt, uns vor den Risiken des Straßenverkehrs zu schützen - und wie wenig das Thema Radon in der Öffentlichkeit wahrgenommen wird - dann zeigt es deutlich die Schieflage! Viele wissen gar nicht, was Radon überhaupt ist!

=> Bundesamt für Strahlenschutz zum Lungenkrebsrisiko durch Radon

=> Ärzteblatt.de/archiv

Fürchten wir uns vor den falschen Dingen?

Meiner Meinung nach ja! Die Studien dazu sprechen eine klare Sprache. Das Risiko durch Radon ist so gewaltig, dass andere Umweltthemen - angefangen von Handystrahlung bis Glyphosat, Listerien bis Gammelfleisch, Tschernobyl bis Cadmium fast schon lächerlich sind im Vergleich dazu. Trotzdem ist das Thema Radon in der öffentlichen Wahrnehmung so gut wie nicht präsent. Radon ist ein Risikofaktor, der aus der Natur kommt und uns nicht erst durch die Industrialisierung bedroht. Das Hauptrisiko des Radons ist der Lungenkrebs. Eine Erkrankung, die man als gottgegeben betrachtet, gegen die man nichts machen kann und die man hauptsächlich dem Rauchen anlastet. Das stimmt aber so nicht. Gerade gegen den Risikofaktor Radon kann man sehr viel machen - und das auch noch ohne großen Aufwand. Und es betrifft alle, nicht nur Raucher! Krebserkrankungen sind eine der Haupttodesursachen - und der Lungenkrebs hat hier einen sehr großen Anteil! Es ist also ein Thema, das alle ernst nehmen sollten!

Kann man diesen Statistiken glauben? Ich als reiner Amateur auf diesem Gebiet kann das wohl kaum beurteilen. Ich möchte jedoch nicht verschweigen, dass es auch Gegenpositionen zu diesen Risikoaussagen gibt. Diese kritisieren in erster Linie, dass für die Risikobewertung Zahlenmaterial über Minenarbeitern interpoliert wurde und nicht auf die Radonbelastung in normalen Wohnhäusern anwendbar ist. Es gibt angeblich auch Hinweise in diesen Statistiken, dass im Bereich niederer Radonkonzentrationen bis 8 pCi/l die Lungenkrebsrate nicht signifikant ist bzw. mit steigender Radonkonzentration sogar abnimmt. (In den USA wird die Radonkonzentration üblicherweise in pCi/l angegeben. 1 pCi/l entspricht etwa 27 Bq/m³)

=> Youtube: "Myths of Radon Part 1 of 4" in englischer Sprache
=> Part 2 of 4
=> Part 3 of 4
=> Part 4 of 4

Warum ist Radon so gefährlich?

Nein, es ist gar nicht mal das Radon selbst, das so gefährlich ist. Gefährlich sind hauptsächlich die Zerfallsprodukte des Radons, hier in erster Linie die Isotope Polonium 218 und Polonium 214. Eigentlich müsste also das Thema hier Polonium heißen und nicht Radon. Aber Radon ist hauptverantwortlich dafür, dass Polonium in unserer Atemluft erst entsteht.
Radon ist ein radioaktives Edelgas, das aus dem Zerfall des Uran 238 entsteht, das in großen Mengen in unserer Erdkruste vorkommt. Uran 238 selbst zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa 4 Milliarden Jahren (also relativ langsam) zu Th 234, Pa 234, U 234, Th 230 hin zu Radium 226 und daraus entsteht Radon 222. Die Halbwertzeiten aller dieser Zerfallsprodukte sind viel kürzer als die Halbwertszeit des Ausgangsstoffes Uran 238. Es findet also in unserer Erdkruste ein kontinuierlicher Prozess statt, der das Edelgas Radon 222 ständig und gleichmäßig neu entstehen lässt. Radon ist in dieser langen Zerfallskette deshalb etwas Besonderes, weil es im Gegensatz zu allen anderen Nukliden dieser Zerfallsreihe ein gasförmiger Stoff ist, der vom Entstehungsort leicht entweichen kann. Radon selbst hat eine Halbwertszeit von 3,82 Tagen. Schafft es das Radon nicht, innerhalb weniger Halbwertszeiten vom Entstehungsort bis an die Oberfläche zu gelangen, so zerfällt es irgendwo im Erdreich und "Aus die Maus": Es stört uns nicht weiter und kann keinen Schaden anrichten. Das Problem ist das Radon, das bis an die Oberfläche gelangen kann. Gelangt es ins Freie ist's auch kein Problem. Es verteilt sich schnell in der Atmosphäre und zerfällt dort innerhalb weniger Tage. Die Konzentration des Radons im Freien ist also unproblematisch. Das Problem ist das Radon, das sich in unseren Häusern ansammelt. Hier bevorzugt im Keller und in den unteren Stockwerken, weil es direkt aus dem Boden in die Häuser eindringt. Wo und wie stark das auftritt, ist sehr sehr unterschiedlich. Es sind dabei gar nicht mal nur die klassischen Gegenden im Vordergrund, wo besonders viel Uran im Gestein vorkommt, wie z.B. der Bayerische Wald - denn Uran ist selbst in unauffälligen geologischen Zonen genügend im Boden vorhanden. Wichtiger als die Präsenz von uranhaltigen Mineralien wie z.B. Granit ist die Durchlässigkeit des Bodens. Deshalb gibt es Radon Hotspots auch in Gegenden, wo man es auf den 1. Blick gar nicht vermuten würde. Darüber hinaus können die Eindringwege des Radons sehr unterschiedlich sein. Das heißt, in einem Haus könnte ein großes Radonproblem bestehen und im Nachbarhaus ist alles völlig OK! Klarheit können also hier nur individuelle Messungen schaffen.

Wie schädigt Radon unseren Körper?

Radon und seine Zerfallsprodukte sind radioaktive Stoffe, die beim Zerfall hauptsächlich ionisierende Alpha- und Betastrahlen aussenden. Die sekundäre Gammastrahlung sei mal außer Acht gelassen. Nun, Alphastrahlen sind im Grunde sehr harmlos, weil sie nur eine winzige Reichweite besitzen. So kann man radioaktive Alphastrahler relativ gefahrlos handhaben - so lange sie sich außerhalb des Körpers befinden. Alphastrahlen können kaum in die Haut eindringen. Wenn sie jedoch in den Körper gelangen, dann sind sie ungleich gefährlicher! Dort schädigen sie sehr konzentriert dort befindliches Gewebe. Gerade eingeatmete Alphastrahler wirken sich in der Lunge besonders fatal aus. RADON selbst ist ein solcher Alphastrahler. Wie schon gesagt zerfällt das Radon statistisch auf die Hälfte seiner Ausgangsmenge nach 3,82 Tagen. Dabei ist eingeatmetes Radon zunächst noch gar kein Problem, weil es gasförmig und schlecht in Wasser löslich ist. Das heißt, es wird eigentlich sofort wieder ausgeatmet. Die gerade in diesem Moment zerfallenden Radon-Atome sind so wenige, dass sie kaum eine Rolle spielen. Nicht so jedoch bei den Zerfallsprodukten von Radon, die sich vorher schon in der Luft ansammeln. Das sind nun zunächst frei in der Luft herumfliegende Feststoffe, die, solange sie als Einzelatome herumschwirren (sogenannte "freie Teilchen") sich zwar ähnlich wie Gase verhalten, jedoch bei Kontakt mit anderen Stoffen sich sofort anlagern oder in Flüssigkeiten lösen. Dabei gibt es mehrere Mechanismen, die hierbei eine große Rolle spielen. Ein wichtiger Parameter sind die in der Luft zahlreich vorhandenen Schwebeteilchen wie z.B. Staub. Gelangen nun diese Zerfallsprodukte des Radons in die Lunge, dann verbleiben sie dort längere Zeit. Dabei hat sich gezeigt, dass an Staubteilchen gebundene Zerfallsprodukte nur zu etwa 10% in der Lunge verbleiben - also größtenteils wieder ausgeatmet werden. Frei herumschwirrende Zerfallsprodukte (freie Teilchen) bleiben jedoch fast vollständig in der Lunge, bis sie dort weiter zerfallen. Reine, saubere und staubfreie Luft ist deshalb gar nicht so gut, weil dort der Anteil an freien Teilchen besonders hoch sein kann.

Mehr Informationen: "Bindung an Aerosolteilchen" (Wikipedia)

PHYSIK

Wie zerfällt Radon?

Radon 222 (andere Radon Isotope spielen "fast" keine Rolle) zerfällt in 3,82 Tagen zur Hälfte (die sogenannte "Halbwertszeit") durch Aussendung eines Alphateilchens zu Polonium 218. Dieses wiederum zerfällt in nur 3,1 Minuten Halbwertszeit durch Aussendung eines Alphateilchens zu Blei 214. Dieses Blei 214 zerfällt mit 27 Minuten Halbwertszeit durch Betazerfall zu Wismut 214. Wismut 214 zerfällt mit 20 Minuten Halbwertszeit zu Polonium 214, ebenfalls per Betazerfall. Dieses zerfällt dann praktisch sofort (Halbwertszeit 164µs) per Alphazerfall zu Blei 210. Blei 210 hat dann die vergleichsweise sehr lange Halbwertszeit von 22 Jahren. Die Zerfallsreihe geht dann zwar noch munter weiter über Wismut 210 und Polonium 210 bis zum letztendlich stabilen Bleiisotop 206. Ab Blei 210 spielt jedoch die Zerfallsreihe für das Radonproblem keine Rolle mehr, weil Blei 210 durch seine sehr lange Halbwertszeit praktisch längst aus der Gefahrenzone verschwunden ist, bis es dann weiter zerfällt.

Relevante Alphazerfälle sind deshalb nur Radon 222, Polonium 218 und Polonium 214. Der Rest sind Betazerfälle. Auch die sind natürlich nicht ungefährlich. Von der Schadwirkung her sind sie jedoch weitgehend vernachlässigbar, weil sich die Energie des Betazerfalls durch die viel größere Reichweite auf viel mehr Gewebe verteilt und keine so großen punktuellen Schäden anrichtet wie die Alphateilchen. Das wird auch in der Bewertung der Sievert Skala deutlich, die die biologische Schadwirkung von radioaktiver Strahlung angibt. Hier sind Alphastrahlen 20x so hoch gewichtet wie Betastrahlen.

Wie kann man Radon nachweisen?

Um es vorwegzunehmen: mit dem Geigerzähler gar nicht mal so einfach. Man kann nicht einfach in einen radonbelasteten Raum gehen, den Geigerzähler in die Luft halten und hoffen, dass man an einer höheren Knackrate des Geigerzählers jetzt auf Radon schließen kann. Üblicherweise gibts da so viele andere radioaktive Ereignisse um uns herum, dass sich eine hohe Radonkonzentration in einem Raum kaum durch eine Erhöhung der Zählrate bei einem Geigerzähler bemerkbar macht. Was muss man also tun, um Radon mit einem Geigerzähler nachzuweisen? Man muss das "Radon" anreichern! Nein, nicht das Radon selbst, sondern seine festen Zerfallsprodukte Po 218, Pb 214, Bi 214 und Po 214, die da als feiner Staub in der Raumluft herumschweben. Und das geht relativ einfach. Man nehme einen Staubsauger und ein geeignetes Filter und sauge einfach eine größere Menge Luft durch dieses Filter. Auf der Oberfläche dieses Filters bleibt dann ein Großteil dieser in der Luft schwebenden Zerfallsprodukte haften. Radon selbst kann man so nicht einfangen, das passiert den Filter genauso wie die Luft. Hält man nun den so angereicherten Filter vor das Geiger Müller Zählrohr, wird man erstaunt sein, was sich da tut: Es rattert ordentlich! Eine Zählrate von mehr als 1000 Counts pro Minute (cpm) ist keine Seltenheit und hebt sich deutlich von der sonst üblichen sogenannten Nullrate von etwa 30 cpm ab.

Wie kann man nun wissen, dass das, was da wild knattert, vom Radon kommt? Nun, das geht ganz einfach und eindeutig! Was man da nämlich eingesammelt hat, ist dieses typische Gemisch der Radon Zerfallsprodukte Po 218, Pb 214, Bi 214, Po 214 und Pb 210 (wobei Letzeres so schwach strahlt, dass es keine Rolle spielt). Die ersten 4 haben durch die relativ kurzen Halbwertszeiten von 3.1, 27 und 20 Minuten bzw. 164µs eine so kurze Lebensdauer, dass man die charakteristische Zerfallskurve dieses Elementgemisches sehr klar, einfach und eindeutig herausmessen kann. Auch das in nur 164µs zerfallende Po 214 kann man schön nachweisen, weil es sozusagen am Vorgängernuklid Bi 214 hängt und so praktisch mit derselben Aktivitätsrate zerfällt, wie es aus dem Bi 214 gebildet wird und im Gegensatz zum Betastrahler Bi 214 nur Alphateilchen aussendet.

Simulation des Radon-Zerfalls

Simulation Zerfall der Radon Tochterelemente

Ich habe versucht, den Aktivitätsverlauf der Radon Zerfallsprodukte numerisch zu simulieren. Die ersten 10 Minuten zeigen die Anreicherungsphase im Filter. Danach erfolgt die Messphase. Man kann hier schön erkennen, dass die Überlagerung der Gesamtaktivität dieser Zerfallsprodukte angenähert eine e-Funktion mit einer charakteristischen "Halbwertszeit" von etwa 40 Minuten ergibt.

(Dieser Simulation zugrunde liegt eine angenommene Alpha-Empfindlichkeit des Zählrohres von 33% im Vergleich zu Beta für die "total alfa + beta"-Kurve und einer Bestandsrate von 95% für alle Nuklide, die im Filter zerfallen)

Da dieser Aktivitätsverlauf aus einer Überlagerung verschiedener Zerfälle besteht, gibt es eigentlich keine bestimmte "Halbwertszeit", sondern die resultierende "Halbwertszeit" ist zeitabhängig, wie nachfolgendes Diagramm aus dieser Simulation zeigt. (Zeitpunkt 00:00 unten entspricht 00:10:00 oben, d.h. das Diagramm zeigt nur die Abklingphase)

effektive Halbwertszeit des Zerfalls der Sekundärnuklide

effektive Halbwertszeit des Zerfalls der Sekundärnuklide

Was sagt uns diese Simulation?

Nun, zunächst ist so eine Simulation nur eine begrenzt genaue Nachbildung der wirklichen Verhältnisse. Aber wenn man sich diese Simulation genauer betrachtet, dann kann man sehr viel darüber erfahren, was man denn da so misst, wenn man Radon misst. Diese Simulation basiert natürlich auf idealisierten Verhältnissen. Effekte, wie z.B. der Niederschlag von Tochternukliden an Wänden, etc. sind dabei nicht berücksichtigt. Wenn Radon zu Po 218 zerfällt, dann folgen in sehr kurzer Folge weitere Zerfälle bis hin zum Blei 210, da alle Tochternuklide des Radons relativ kurze Halbwertszeiten besitzen. Unter der Annahme, dass alle diese Tochternuklide weiterhin in der Luft verbleiben und sich nicht irgendwo an Wänden niederschlagen, dann folgen auf jeden Rn 222 Zerfall genau je 1 Zerfall von Po 218, Bi 214, Pb 214 und Po 214. Nach Po 214 entsteht Pb (Blei) 210. Pb 210 hat nun im Vergleich zu den Vorgängern die extrem lange Halbwertszeit von 22 Jahren, deshalb kann man annehmen, dass es längst aus der Luft verschwunden ist und sich irgendwo als Staub "aus dem Staub" gemacht hat, bis es dann irgenwann mal weiter zerfällt. Es braucht also nicht mehr berücksichtigt werden. Bei "gesättigten" Verhältnissen müssten also die 4 Tochternuklide Po 218, Bi 214, Pb 214 und Po 214 ziemlich genau identische Aktivität haben. Saugt man also diese Nuklide aus der Luft in den Filter, so bauen sich dort die Aktivitäten aller dieser Tochternuklide mit gleicher Anstiegsrate auf. Dies sieht man sehr schön an den Kurven der Einzelnuklide Po 218, Pb 214, Bi 214 und Po 214. Bei Po 218 als 1. Nuklid der Zerfallskette mit der vergleichsweise kurzen Halbwertszeit von ca. 3 Minuten fällt auf, dass die Aktivität im Filter kurz nach Start zwar genauso schnell ansteigt wie die anderen, sich jedoch knapp oberhalb von 50000 (willkürliche Skalierung dieser Simulation) zu sättigen scheint, während die anderen weiter steil ansteigen. Die Erklärung ist ganz einfach: Nach 10 Minuten Saugzeit sind natürlich die meisten Po 218 Atome längst schon wieder zerfallen, die man anfangs aufgesaugt hat. Wenn das Aufsaugen beendet wird, dann zerfällt das Po 218 wieder sehr schnell mit einer präzisen e-Funktion entsprechend seiner Halbwertszeit. Beim nächsten Nuklid in der Zerfallskette, dem Pb 214 sinkt die Aktivität auch schlagartig mit dem Stopp des Saugens, jedoch nicht mehr ganz so steil. Bei den weiteren Nukliden Bi 214 und Po 214 noch viel stärker ausgeprägt. Der Grund ist auch ganz einfach: Die Elemente zerfallen zwar alle genauso entsprechend ihrer jeweiligen Halbwertszeit e-Funktion-förmig. Es werden aber während dieser Zerfallsphase noch jede Menge Nuklide neu gebildet aus dem Vorgängernuklid. Beim Pb 214 ist die Neubildung relativ schnell zu Ende, weil der Vorgänger Po 218 schnell aufgebraucht ist, beim Bi 214 ist der Abfall weit langsamer, weil noch relativ lange Bi 214 aus Pb 214 neu entsteht. Insgesamt ergibt sich also am Geigerzähler eine Überlagerung dieser Aktivitätskurven, die zwar annähernd so aussieht wie eine e-Funktion, jedoch nicht genau e-Funktion-förmig ist (sehr schön sichtbar an der "total alpha" - Kurve, aber auch mit einer anderen Krümmungstendenz an der "total beta" - Kurve). Der genaue Aktivitätsverlauf am Geigerzähler ist in Realität nicht so genau bestimmbar, weil sich prinzipbedingt Alpha- und Betastrahlen nur ganz unterschiedlich am Geigerzähler erfassen lassen. Bei der "total alfa + beta" Kurve ist einfach mal willkürlich eine Alfa-Empfindlichkeit von 33% pauschal im Vergleich zur Beta Empfindlichkeit angenommen. Genau genommen müsste man auch die unterschiedlichen Zerfallsenergien der jeweiligen Zerfälle berücksichtigen, die Eindringtiefe der jeweiligen Nuklide ins Filtermaterial und deren resultierende Absorption, aber das würde hier zu weit führen. Trotz aller Unbestimmtheiten kann man aber aus dem Aktivitätsverlauf am Geigerzähler nicht nur nachweisen, dass es sich dabei um die Radon-Zerfallsprodukte handelt, sondern man kann auch sehr interessante Rückschlüsse auf die Eigenschaft der Messung und der Filterung gewinnen, wenn man die Aktivitätskurve mit großer Genauigkeit bestimmt.

Wie genau misst so ein Geigerzähler?

Sehr genau, was das Zählen der Zerfälle betrifft, die im Zählrohr einen Impuls auslösen. Aber dann hört's auch schon auf! Wie viele und vor Allem welche radioaktiven Ereignisse so einen Impuls auslösen, das ist nun die spannende Frage. Und genau das ist momentan auch mein Hauptproblem, das ich vorrangig zu klären versuche, um Messwerte quantitativ bewerten zu können.

Relativ kann man aber einigermaßen genau messen, wenn es gelingt, die Messbedingungen möglichst genau und reproduzierbar einzuhalten. Einzig der Zufall spielt uns noch einen kleinen Streich!

Wie uns die Physik lehrt, sind radioaktive Atomzerfälle völlig zufällige Ereignisse, die sich nicht von Parametern wie Temperatur oder Druck beeinflussen lassen. Einzig die Eigenschaft ("Halbwertszeit") eines bestimmten Nuklids bestimmt die Wahrscheinlichkeit, wann ein bestimmtes Teilchen zerfällt. Und wie gesagt, nur die Wahrscheinlichkeit, nicht den tatsächlichen Zeitpunkt. Wenn man also zu einem bestimmten Zeitpunkt 1000 cpm auf dem Geigerzähler misst, wie genau ist die mittlere Zählrate tatsächlich? Nun, da hilft uns die Mathematik der Herren Gauß und Galton weiter! Danach ergibt sich für solche rein zufälligen Ereignisse die sogenannte Standardabweichung Sigma (σ) zu Wurzel aus N. N ist die Zahl der Ereignisse insgesamt, σ ist die Bezugsbreite der Gaußschen Glockenkurve, die die Verteilung zufälliger Ereignisse beschreibt. Bei 1000 cpm ist σ gleich Wurzel 1000 und die ist ca. 32. Was sagt uns das? Wie genau ist denn 1000 nun? Das können wir bestimmen, in dem wir die Sicherheit vorgeben, mit der wir das richtige Ergebnis erwarten.
1σ ist der Bereich, in dem die Ereignisse mit 68%iger Sicherheit stattfinden. Bei 2σ sind's schon 95%, Bei 2,5σ bereits 99% und bei 3,3σ 99,9%. Man kann also sagen: Die wirkliche Zählrate ist mit 68%iger Sicherheit zwischen 968 und 1032, ist mit 95%iger Sicherheit zwischen 936 und 1064, mit 99%iger Sicherheit zwischen 920 und 1080 und mit 99,9%iger Sicherheit zwischen 895 und 1105.

Ich will doch keine wissenschaftliche Arbeit daraus machen - warum ist dieser Statistikkram dann so wichtig? Nun, wenn man sich diese Zusammenhänge klarmacht, dann kann man z.B. daran schön erkennen, warum Halbleitersensoren mit Zählraten von 2-3 pro Minute für diese Zwecke völlig unbrauchbar sind, wie genau man messen muss, um bestimmte Unterschiede zu erfassen, usw.

So, genug Theorie gepredigt!!

Der absolute Bezug der Messwerte

Wie viel sind nun die gemessenen cpm (Counts per Minute) tatsächlich in Menge Radon? Genau das ist mein Hauptproblem, diesen Bezug möglichst genau herzustellen. Warum brauche ich diesen absoluten Bezug? Nun, in der ganzen Literatur zum Thema Radonbelastung wird die Radonkonzentration in der Luft immer in Bq/m³ (Becquerel pro Kubikmeter) angegeben. Alle Risikostatistiken beziehen sich darauf, alle Bewertungen usw. Um also wissen zu können, ob man jetzt viel oder wenig Radon im Raum hat, muss man seine Messergebnisse nach Bq/m³ umrechnen. Was um Himmels Willen sind Bq/m³?

Becquerel sind Zerfälle pro Sekunde. Klingt zunächst ganz eindeutig und zweckmäßig. Aber in Bezug auf Radonkonzentration - welche Zerfälle sind denn hier überhaupt gemeint? Die Zerfälle der Radonatome selbst oder die Zerfälle inklusive der Tochternuklide? Und wenn, bis zu welchen Tochternukliden? Wie schon gesagt spielt Pb 210 und Folgende praktisch keine Rolle mehr für die Radonbelastung. Physikalisch spielen die sehr wohl eine Rolle. Wenn man nämlich nur lange genug wartet, dann würden die genauso mit zur Belastung beitragen, wenn sie sich nicht als herabgefallener Staub längst "aus der dem Staub" gemacht hätten. Und zwischen all diesen äußerst nebulösen Interpretationsmöglichkeiten von Bq/m³ liegt ein Faktor 8! Da haben wir schon mal fast die 1. Zehnerpotenz als Unsicherheit! Das kanns also nicht sein.

Im Internet ist leider nicht allzu viel Eindeutiges dazu zu finden. Aber 3 Quellen habe ich doch entdeckt, die übereinstimmend sagen, dass mit Bq/m³ nur die Zerfälle der Radonatome selbst gemeint ist. Eine Quelle davon sehr glaubwürdig; sogar mit Zahlenmaterial untermauert. So scheint es also definiert zu sein. Ob sich aber auch wirklich alle, die da irgendwelche Bq/m³ Angaben machen, daran halten, das wage ich noch zu bezweifeln. Um auch mal Goethes Faust zu zitieren: "Die Botschaft hör´ ich wohl, allein mir fehlt der Glaube ..."

Ein paar bemerkenswerte Fakten zu Radon.

Wie viel Radon ist viel? Unvorstellbar wenig! Bei einer Aktivität von 1000 Bq/m³ (das ist bereits eine sehr bedenklich hohe Konzentration, wo auf Dauer ein erhebliches Krebsrisiko besteht) befinden sich in einem Kubikzentimeter Luft 477 Radon-Atome bzw. 477000 in einem Liter. Das hört sich zunächst viel an, ist aber im Vergleich zu den sonst vorhandenen Gasmolekülen unvorstellbar wenig. Es kommen auf 57,1 Billiarden Gasmoleküle nur ein einziges Radon-Atom, das ist eine Zahl mit 17 Stellen! In einem Kubikmeter Luft befinden sich bei einer Radonkonzentration von 1000 Bq/m³ also 0,176 pg (Picogramm) Radon. Die LD50-Dosis liegt bei Radon nach überschlägiger Berechnung bei ungefähr 200ng und damit ungefähr in der Größenordnung von Botulinumtoxin, dem stärksten chemischen Gift - wobei man natürlich diese beiden Gifte aufgrund der völlig unterschiedlichen Wirkmechanismen und Wirkzeiten schwer vergleichen kann.

Für mich ist es sehr faszinierend, dass man mit simpler Technik aus der Bastelkiste solch unglaublich niedrige Radonkonzentrationen sehr zuverlässig nachweisen und messen kann! Und nicht nur Radon, sondern sogar auch das viel seltener vorkommende Thoron!

Siehe auch: => Eine besonders bemerkenswerte Messung

TECHNIK

Allgemeines zur Homemade Methode der Radonmessung

Wie schon berichtet ist es wichtig, die Radonkonzentration möglichst reproduzierbar zu messen. Auch wenn ich noch Schwierigkeiten habe, die Messergebnisse absolut zu bewerten, liefern doch auch relative Ergebnisse sehr wertvolle Hinweise, wo das Problem sitzt bzw. welche Abhilfemaßnahmen wie wirksam sind. Und um ein gutes Verständnis der Gesamtproblematik zu gewinnen sind eine Vielzahl von Einzelmessungen hilfreich. Genau da sehe ich den großen Vorteil meiner "Homemade-Methode". Ich kann beliebig oft und überall messen, ohne mich gleich in Unkosten zu stürzen. Was nützt mir also ein amtlich geeichtes Ergebnis, das mir nach 3 Monaten und 50 Euro Kosten dann sagt, meine mittlere Radonkonzentration im Kellerraum A war 342 Bq/m³ +/- 10%? Um zum Beispiel die Eintrittsstellen und Ausbreitungswege des Radons ausfindig zu machen hilft mir die "amtliche" Messung überhaupt nichts.

Die Technik, die ich benutze, kann jedermann ganz einfach auch in gleicher oder ähnlicher Form anwenden. Ich habe hierbei versucht, nur absolut preiswerte und einfachst zu beschaffende Hilfsmittel zu benutzen. Einzig der Geigerzähler oder ganz spezielle Zählröhren sind noch Sachen, die nicht jedermann in seiner Bastelkiste hat. Ich verwende das sehr hochwertige Endfenster-Zählrohr FHZ77, das es erlaubt, auch Alphastrahen zu messen. Das hab ich vor Jahren für ungefähr 10 Euro bei ebay gekauft. Mittlerweile kriegt man diese Teile nicht mehr unter 200 Euro. Theoretisch sollte aber auch ein konventionelles, billigeres Beta-Gamma-Zählrohr verwenden können.

Einfache, komplette Geigerzähler sind für ca. 200 - 500 Euro zu haben. Vielleicht kriegt man auch gute gebrauchte Geräte für weniger. Empfehlen kann ich jedenfalls keines. Ausdrücklich warnen möchte ich vor einigen in meinen Augen völlig untauglichen Zählern. Das ist rausgeschmissenes Geld! Halbleiterbasierte Strahlensensoren sind völlig ungeeignet, weil viel zu unempfindlich. Die Zählraten sind viel zu gering, um halbwegs genau messen zu können. Dann haben die meisten Billigzähler nur irgendwelche Anzeigen in µS/h oder ähnlichen unbrauchbaren Skalierungen! Eine vernünftige Anzeige müsste mindestens über 1 Minute Zählergebnisse aufintegrieren können und möglichst ein Ergebnis in cpm anzeigen können. Irgendwelche Zeigerinstrumente, die den Zeiger bei jedem Count so ein bisschen ausschlagen lassen, sind Spielzeuge, aber keine Messgeräte! Dann halte ich die meisten militärischen Geigerzähler für ziemlich unbrauchbar. Die haben in der Regel so mickrige kleinvolumige Zählröhren (Atombomben-Naheinschlags-Sensoren ;-) ), die zwar wahrscheinlich erkennen können, wenn in 1 km Abstand eine Atombombe einschlägt - aber das würde man vermutlich auch ohne diese Spielzeuge merken.

(Ich bin auch dabei, mir Beta-Gamma-Zählrohre selber zu bauen. Die Verwendbarkeit von einfacheren Zählrohren ist eines meiner nächsten Themen, von denen ich hier berichten kann. Um es gleich vorwegzunehmen: die Versuche waren bisher wenig erfolgreich. Der Selbstbau von einigermaßen reproduzierbar arbeitenden Geiger-Müller Zählrohren scheint doch etwas heikler zu sein als gedacht. Parallel dazu habe ich einige Versuche mit einer Ionisationskammer gemacht, die ich aus einer einfachen Konservendose und einem Aluminium Drahtgitter gebastelt habe. Dieser Ansatz scheint mir derzeit viel erfolgversprechender zu sein. Freilich nicht so primitiv mit 3 simplen als 3-fach Darlington geschalteten BC325-25 PNP Bipolartransistoren, aber bei diesen Versuchen gings mir erst mal nur um die "Grundlagenforschung" zum Thema Ionisationskammer :-) )

Die Filtermethode mit dem Staubsauger

Radon kann man also gut messen, wenn man die im Raum herumschwebenden Zerfallsprodukte des Radons möglichst zahlreich einsammelt, um sie dann mit einem Radioaktivitäts-Messgerät zu bestimmen. Diese Filtermethode wird in einigen Internet-Publikationen erwähnt. Dabei gibts sehr unterschiedliche Varianten, wie man diese Filtermethode anwenden kann: Hin vom einfachen Lüfter, der mit einem schwachen Luftstrom permanent Teilchen durch einen Filter saugt, bis hin zur Brachialmethode mit dem Staubsauger. Ich will mich auf letztere Variante beschränken, weil Staubsauger sicher jedermann zur Verfügung stehen und weil sie in kurzer Zeit sehr große Luftmengen "erfassen" können. Manche verwenden hier den ganz normalen Hausstaubsauger. Als Filter könnte schon mal der ganz normale Staubbeutel dienen. Der ist aber sehr ungünstig, weil er a) auf die Dauer nicht ganz billig ist, vor Allem wenn man viele Messungen mit immer neuen Beutel macht, und b) weil er den Luftstrom auf eine sehr große Fläche verteilt und dadurch auch die eingesammelten radioaktiven Teilchen nicht besonders konzentriert vorliegen. Die resultierenden Zählraten sind sehr gering, dadurch ist dies schon mal eine sehr wenig empfindliche Methode. Besser funktioniert die Verwendung des ganz normalen Motorfilters, den jeder Staubsauger besitzt. Das Problem: der Motorfilter sitzt hinter dem Staubbeutel. Der kriegt also so gut wie keine radioaktiven Teilchen mehr ab, weil die fast alle schon vorher im Filterbeutel hängen bleiben. Für diese Methode muss man also den normalen Staubbeutel entfernen und den Sauger nur mit dem Motorfilter alleine betreiben. Viele Staubsauger haben allerdings eine Sperre, die das Einschalten verhindert, wenn kein Staubbeutel eingesetzt ist. Diese Sperre muss man deshalb erst einmal umgehen. Meist gelingt dies ganz einfach, wenn man von einer alten Staubtüte den Kragen abschneidet, den man dann ohne Beutel einfach in den Staubsauger einsetzt. Die Motorfilter-Methode hat aber auch ein paar Nachteile: Obwohl deutlich besser als die Staubbeutel-Methode ist der Luftstrom auch auf einen relativ großen Querschnitt verteilt. Außerdem hat man üblicherweise nicht so viele Motorfilter verfügbar. Und die Filter verdrecken sehr schnell. Man kann zwar die Filter für mehrere Messungen verwenden. Man sollte aber zwischen den einzelnen Messungen mindestens 4, besser 5 Stunden warten, bis die eingesammelten Radon Zerfallsprodukte aus der ersten Messung weitgehend zerfallen sind. Man braucht also die Filter gar nicht zu reinigen. Der radioaktive Zerfall sorgt auf natürliche Weise dafür, dass die Filter gereinigt werden. Es ist nur nicht ganz auszuschließen, dass der sich immer mehr ansammelnde sonstige Dreck die Filtereigenschaften langsam so verändert, dass Vergleichsmessungen leicht verfälscht werden. Dieser Effekt sollte aber keine große Rolle spielen. Ganz oft sollten die Filter trotzdem nicht verwendet werden, weil sich irgendwann auch das Pb210 so stark angereichert hat, dass auch dessen Aktivität irgendwann mal eine Rolle spielt. Und das zerfällt mit seiner Halbwertszeit von 22 Jahren nicht mehr in praktikabler Zeit!

Eine in meinen Augen bessere Lösung ist ein externes, auf den Saugschlauch aufgesetztes Filter. Dazu habe ich mir aus einem PVC Elektroinstallationsrohr und einem Drahtgitter einen einfachen Filteradapter gebastelt, den man einfach auf den Saugschlauch aufstecken kann. Der große Vorteil: man kann einfach von außen beliebige Filtermaterialien schnell und unkompliziert einsetzen und vor allen Dingen: Der Querschnitt der durchströmenden Luft ist minimal, d.h. die gefilterten Radon Tochternuklide werden so auf einer sehr geringen Fläche verteilt und sind somit sehr stark konzentriert.

Der Filteradapter und der "Atomsauger" im Außeneinsatz

Nach vielen Versuchen mit unterschiedlichsten im Haushalt verfügbaren Filtermaterialien von der Küchenrolle über Tempotaschentücher bis hin zu Textilgeweben verwende ich mittlerweile ausschließlich nur noch einen Typ von Filter: Aldi Wattepads! Die sind extrem billig: 200 Stück kosten unter 2 Euro, haben als industrielles Massenprodukt immer ziemlich gleichbleibende Eigenschaften, haben für so einen Saugschlauch eine ideale Größe und sind von den Filtereigenschaften her sehr brauchbar: Das Filter ist nicht zu dicht, d.h. würgt den Luftstrom des Staubsaugers nicht so extrem ab (Überhitzungsgefahr!) und hat trotzdem eine m.E. sehr brauchbare Filterrate.

MESSUNGEN

Wie sieht eine RADON Aktivitätsmessung in der Realität aus?

Rechts die Kurve einer Messung aus einem Kellerraum: Die ersten 50 Minuten zeigen die Nullratenmessung in diesem Raum. Die Nullrate ist hier knapp über 50 cpm. Bei Minute 51 wurde das angereicherte Filter gemessen und bei 02:25h wieder entfernt (Rückkehr zur Nullrate). Die rote Kurve zeigt die Messwerte in cpm im Minutenabstand, die blauen Kurven selbige, aber leicht gefiltert. Man sieht hier sehr schön, dass Theorie und Praxis sehr gut übereinstimmen. Kleine Abweichungen ergeben sich daraus, dass die tatsächliche Zusammensetzung des Nuklidgemisches von der Simulation abweichen können und die tatsächliche Empfindlichkeit des Zählrohres von den theoretischen Werten erheblich abweichen können. Und die Nullrate muss man selbstverständlich auch abziehen!

Dies ist ein Beispiel für eine Messung von Radon in einem Raum mit einer vergleichsweise sehr geringen Radonbelastung! Bei höherer Radonbelastung können leicht Werte über 10000 cpm erreicht werden!

Eine besonders bemerkenswerte Messung

Die Kurve rechts stammt von einer Messung aus einem ganz gewöhnlichen Kellerraum in einem Nachbarhaus. Mit einer Spitzenaktivität von ca. 11500 cpm war hier eine beeindruckend hohe Aktivität feststellbar. Diese Aktivität ist bereits so hoch, dass in Folge des Totzeit-Effekts der Geiger-Müller-Zählröhre bereits ein signifikanter Teil der Zerfallsereignisse verschluckt wird, der hier genaugenommen korrigiert werden müsste. Der zeitliche Verlauf der Aktivität bestätigt die Simulation des Radon-222-Zerfalls auf beeindruckende Weise. Durch die enorm hohe Zählrate ist der Rauschanteil so gering, dass dieser Aktivitätsverlauf mit hoher Genauigkeit gemessen werden konnte. Die Messung verlief wie folgt:
Das Filterpad wurde nach ca. 12 Minuten Nullratenmessung an den Geigerzähler angelegt und bei etwa 8:45h wieder entfernt. Man sieht hier einen deutlichen Aktivitätsrückgang am Ende dieser Messung.

Was geschieht hier?

Wenn man in diesen letzten Bereich der Kurve hineinzoomt, dann wird es deutlich sichtbar: bei ca. 6:00h bis zur Entfernung des Pads bei 8:45h ist eine nahezu konstante Aktivität von ca. 115 cpm feststellbar, die dann auf die Nullrate von knapp unter 40 cpm abfällt, wenn man das Pad entfernt. Wie kann das sein? Nach der Simulation sollte nach 6h die Aktivität auf 0,021% der Ausgangsaktivität abgefallen sein. Das wären bei 11500 cpm gerade einmal 2,4 cpm, und bei 8h sollte mit 0,0011% praktisch so gut überhaupt nichts mehr messbar sein. Wo kommen also die 75 cpm über der Nullrate her?

Ich hatte zunächst das Pb 210 in Verdacht, das in der Simulation nicht berücksichtigt wurde. Eine kurze Überschlagsrechnung zeigte jedoch, dass die PB 210 Nuklide sich länger als einen Monat in der Raumluft halten und akkumulieren müssten, um so eine hohe Aktivität aufbauen zu können. Das erschien mir wenig plausibel. Eine Kontrollmessung dieses Pads nach mehreren Tagen zeigte auch: Die Aktivität war vollständig verschwunden. Käme sie also von PB 210, dann müsste sie auch nach Tagen fast noch genauso groß sein, da mit der Halbwertszeit von 22 Jahren PB 210 praktisch konstant weiter strahlt.

Was da strahlt, muss also irgend etwas sein mit einer Halbwertszeit im Bereich zwischen mehreren Stunden und wenigen Tagen. Kommt das also nicht vom Radon? Heute bin ich mir ziemlich sicher: doch, es kommt vom Radon, aber von einem ganz anderen: vom Radon 220, das auch "Thoron" genannt wird!! Genaue weitere Untersuchungen dieser Restaktivität haben eine charakteristische Halbwertszeit von ca. 11 Stunden gezeigt.

RADON 220

RADON 220 (Thoron)

Wenn bisher von RADON die Rede war, dann war immer nur RADON 222 damit gemeint, also das in der Regel am häufigsten vorkommende und bedeutendste Radon-Isotop mit der Halbwertszeit von 3,82 Tagen, das aus der Zerfallsreihe von Uran 238 entsteht. Es gibt aber noch viele weitere Radon-Isotope, von denen das wichtigste das RADON 220 ist, das auch Thoron genannt wird. Thoron entsteht nicht aus der Zerfallsreihe von Uran 238, sondern aus der Zerfallsreihe von einem in der Natur noch 2 1/2 mal häufiger vorkommenden radioaktiven Element: Thorium 232. Das Thorium 232, der Ausgangsstoff der Thorium Zerfallsreihe besitzt eine Halbwertszeit von 14 Milliarden Jahren. Es ist also schwächer radioaktiv als Uran 238. In Anbetracht des häufigeren Vorkommens von Thorium werden jedoch in der Natur etwa annähernd so viele radioaktive Tochternuklide in der Thorium-232-Reihe gebildet wie in der Uran-238-Reihe. Es entstehen also etwa so viele RADON 222 Atome wie Thoron Atome. Man könnte also annehmen, dass Thoron eine ähnliche Bedeutung haben sollte wie Radon 222. Es gibt aber einen wesentlichen Unterschied: Thoron besitzt nur eine Halbwertszeit von 55,6 Sekunden. Es zerfällt also etwa 6000 mal schneller als Radon 222. Das Thoron, welches genauso wie Radon 222 in tieferen Erdschichten gebildet wird, das hat im Gegensatz zu Radon 222 überhaupt keine Chance, von dort in unsere Keller einzudringen. Bis es dort ankommen würde ist es längst zerfallen und die festen Tochternuklide bleiben somit in tieferen Erdschichten gefangen. Trotzdem kommt Thoron auch in relevanten Konzentrationen in unserer Umwelt vor: Es kommt hauptsächlich direkt aus den in unserer unmittelbaren Umgebung befindlichen mineralischen Baustoffen.

Für das "Kellerproblem" ist also ausschließlich das Radon 222 verantwortlich. Wer also in höheren Stockwerken wohnt und sich deshalb in Sicherheit wiegt, der könnte trotzdem vom Radon bedroht sein, nämlich vom Radon, welches direkt aus stark strahlenden Materialien in unserer unmittelbaren Umgebung stammt. Dies ist erkennbar am deutlich höheren Thoronanteil am Gesamtradon.

Wie kann Thoron vom Radon 222 unterschieden werden? Nun, ganz einfach. Ein Blick auf die Zerfallskette von Thoron gibt die Antwort: Thoron zerfällt also mit einer Halbwertszeit von 55,6 Sekunden per Alphazerfall zu Polonium 216. Dieses wiederum zerfällt in nur 145 Millisekunden (also praktisch sofort!) zu Blei 212 per weiteren Alphazerfall. (Hier wird deutlich, dass beim Thoron direkt eingeatmetes Thoron also im Gegensatz zu Radon 222 sehr kritisch ist, weil es praktisch in großer Menge direkt in der Lunge 2 Alphazerfälle verursacht). Das Blei 212 zerfällt dann weiter mit einer Halbwertszeit von 10 Stunden und 38,4 Minuten per Betazerfall zu Wismut 212. Dieses wiederum zerfällt mit einer Halbwertszeit von 1 Stunde 33 Minuten per gemischten Alpha und Betazerfall zu Thallium 208 bzw. Polonium 212, diese dann weiter in weiteren kurzen Zerfallsfolgen bis zu Blei 208, welches dann letztendlich stabil ist.

Im Gegensatz zur typischen Halbwertszeit von etwa 40 Minuten beim Zerfall der Radon 222 Tochternuklide sieht man beim Thoron einen Zerfall mit einer typischen Halbwertszeit von etwa 11 Stunden, hauptsächlich dominiert durch die langen Halbwertszeiten der Tochternuklide Blei 212 und Wismut 212. Und dieses Ergebnis passt nun wie "die Faust aufs Auge" auf diese sonderbare Restaktivität, die ich bei dieser Messung beobachten konnte!

EICHUNG DER MESSWERTE

Eichung der Messwerte

Wie im Kapitel "Der absolute Bezug der Messwerte" erwähnt, fehlt bislang noch die genaue Zuordnung der Messwerte (z.B. in cpm) zu einer absoluten Konzentration (z.B. in Bq/m³). Das Messverfahren, Zerfälle aus einem mit Staubsauger angereicherten Filter mit einem Geigerzähler zu messen, beinhaltet so viele nicht exakt bestimmbare abhängige Parameter, dass es nicht einfach ist, diesen Bezug durch reine theoretische Berechnungen herzuleiten. Trotzdem denke ich, dass man mit folgenden Ansätzen zumindest näherungsweise diese Zuordnung treffen kann.

Methode 1: Man kann die Aktivität im Filter aus der Countrate berechnen, in dem man sie mit der Countrate einer bekannten Aktivität vergleicht. Dies habe ich versucht mit einem Kaliumsalz als Probestrahler: Pottasche (K₂CO₃). In dem in der Erdkruste und in organischem Material sehr häufigen vorhandenen Element Kalium kommt mit einem Gewichtsanteil von 0,012% das Isotop K40 vor, welches mit einer Halbwertszeit von 1,28 Milliarden Jahren sogar etwa 3x so stark radioaktiv ist wie Uran 238. In einem Gramm Kalium zerfallen etwa 37 K40 Atome pro Sekunde per Betazerfall. Im Kaliumsalz Pottasche (K₂CO₃, ein bekanntes Backtriebmittel) sind das etwa 18 Zerfälle pro Gramm. Damit kann man schon einmal ungefähr bestimmen, wie viel Prozent der realen Zerfälle im Probestrahler einen Count im Geigerzähler auslösen. Das Ergebnis war schon einmal recht wenig eindeutig: ich habe Werte zwischen 0,2% und 6,8% gemessen! Unsicherheitsfaktor 34 ... das kann's ja wohl nicht sein! Ein ganz entscheidender Faktor ist nämlich die Anordnung, Dicke und geometrische Verteilung des Probestrahlers. Je dicker die Probe ist, um so mehr Strahlung wird schon einmal vom Probematerial selbst absorbiert. Und je weiter das Material von der Zählrohrachse entfernt ist, um so weniger Strahlen treffen das empfindliche Volumen im Zählrohr. Man muss also auch versuchen, einen Probestrahler zu messen, dessen geometrische Verteilung des strahlenden Materials etwa dem entspricht, was im Filter vorliegt. Da wir im Filter wahrscheinlich eine sehr inhomogene Verteilung der strahlenden Partikel haben, das Filtermaterial und die Eindringtiefe ganz entscheidend die Absorption mitbestimmen und letztendlich auch noch die Strahlungsart von K40 zu der von Radon-Tochternukliden unterschiedlich sind, ist dieser Faktor schon mal nur sehr ungenau bestimmbar. Viele Kontrollmessungen, um z.B. die Absorptionsrate und Partikelverteilung im Filter zu bestimmen lassen mich aktuell einen Faktor von etwa 4,5% annehmen (das ist aber mehr Bauchgefühl als objektives Ergebnis). Daraus ergibt sich für meine üblichen 10-minütigen Saugzyklen ein Eichfaktor von etwa 0,068 Bq/cpm/m³). D.h. eine Zählrate von 1000 cpm würde einer Radonkonzentration von 68 Bq/m³ entsprechen.

Kann man irgendwie abschätzen, wie genau dieser Eichfaktor ist? Ganz grob kann man das. Man kann zum einen prüfen, ob dieser Eichfaktor Ergebnisse liefert, die einigermaßen plausibel sind. Ferner kann man einen theoretischen Mindestwert bestimmen, der sicher ist. Es können nämlich nicht mehr Counts gemessen werden, als Zerfälle in der Probe vorkommen. Ferner kann die Filterrate natürlich auch nicht höher als 100% sein. Die mögliche Toleranz der angesaugten Luftmenge vernachlässige ich mal und nehme an, dass der mit einem großen Müllsack ermittelte Wert von 1400L Luft pro Minute stimmt, die der Staubsauger durch den Filter presst. Die Anzahl der gemessenen Zerfälle kann auch geometrisch weiter limitiert werden. Es können unmöglich mehr als 50% der Zerfälle im Geigerzähler registriert werden, da radioaktive Strahlung völlig zufällig in alle möglichen Raumrichtungen strahlt. Die Teilchen, die vom Zählrohr wegfliegen fliegen schon mal in die falsche Richtung. Diesen Wert kann man auch noch weiter einschränken, da auch Teilchen im Randbereich des Filters das Zählrohr nicht treffen, selbst wenn sie grob in die richtige Richtung fliegen. So kann man schon mal einen theoretischen Höchstwert der Erfassungsquote von 15% annehmen. Daraus ergibt sich ein garantierter Mindest-Eichfaktor von ca. 0,020 Bq/cpm/m³. D.h 1000 cpm sind wahrscheinlich etwa 68 Bq/m³, aber sicher mindestens 20 Bq/m³.

Methode 2: Es geht noch viel einfacher: man braucht doch nur die Luft in einer Umgebung mit bekannter Radonkonzentration zu messen. Dann kann man seine cpm-Werte direkt in Bq/m³ eichen! Theoretisch also ganz ganz einfach. Praktisch sehr schwierig! Ich kenne nämlich keine bekannten Radonkonzentrationen! Und wenn ich Radonkonzentrationen von amtlich gemessenen Räumen kennen würde: es würde mir nicht viel helfen. Die Konzentrationen sind in der Regel so veränderlich, dass ich mir nie sicher sein könnte, dass der Wert auch stimmt. Ich könnte mir natürlich so eine Messbüchse vom Amt kaufen, für 3 Monate in meinen Keller legen und mit meinen Equipment 3 Monate lang parallel messen. Aber das ist mir momentan zu aufwändig!

Wie viel Radon also in meinem Keller ist, das weiß kein Mensch. Aber man weiß ganz grob, wie viel Radon im Freien ist. Leider ist dieser Wert extrem variabel. Wenn man der Literatur glauben darf, dann variiert die Radonkonzentration im Freien zwischen 1 und 30 Bq/m³ mit einem Mittelwert von etwa 9 Bq/m³. Ein riesiger Toleranzbereich, der mir natürlich auch nicht viel weiter hilft. Was kann man also machen, um sich dem wirklichen Wert einigermaßen anzunähern?

Man kann z.B. sehr oft im Freien messen und so feststellen, ob man diesen großen Schwankungsbereich auch tatsächlich feststellen kann. So könnte man anhand der Extremwerte schon mal den Eichfaktor nach oben und nach unten entsprechend eingrenzen. Ferner könnte man hoffen, dass man im Mittel auch irgendwo in der Nähe von den in der Literatur angegeben 9 Bq/m³ ist. Dies habe ich gemacht. Der Mittelwert aller meiner Messungen im Freien ist 220 cpm. Daraus ergibt sich ein Eichfaktor nach Methode 2 von etwa 0,041 Bq/cpm/m³).

Hört sich jetzt ziemlich nach Blindflug und Kaffeesatzleserei an, ich weiß. Aber so ganz abgehoben und spekulativ ist das Ganze zum Glück nicht. Der Deutsche Wetterdienst betreibt in 75km Luftlinie von meinem Heimatort Petershausen im Landkreis Dachau entfernt auf dem 977m hohen Hohenpeissenberg eine Wetterstation, wo die Radonkonzentration der Außenluft ständig gemessen wird. Hier ist immer eine aktuelle Messkurve verfügbar: => aktuelles Radon auf dem Hohenpeissenberg. Auch wenn die Radonkonzentrationen über diese Entfernung und den Höhenunterschied von 500m sicher nicht vergleichbar sind, so kann man doch versuchen, eine gewisse Korrelation daraus abzuleiten und die gemessenen Werte und Verläufe auf Plausibilität hin zu überprüfen.

Und nach der alten Weisheit, dass die Wahrheit irgendwo in der Mitte ist, verwende ich momentan den Eichfaktor 0,054 Bq/m³, um meine Messungen zu bewerten. Aus all den vielen Messungen, die ich bisher gemacht habe und all den Erfahrungen, die ich hier sammeln konnte, schätze ich einfach mal so aus dem hohlen Bauch heraus, dass dieser Eichfaktor ungefähr auf Faktor 2 genau sein müsste, also sich irgendwo zwischen 0,027 und 0,108 Bq/cpm/m³ befinden müsste. Es ist natürlich noch nicht berauschend, aber fürs Erste bin ich damit eigentlich ganz zufrieden!

Kontakt:

Impressum:

Josef Neulinger
Freisinger Str. 4a
D-85238 Petershausen
Germany