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Aktivitätsnormale in Form von festen Präparaten

Punktförmige Präparate von Einzelnukliden

Aktivitätsnormale in Form von punktförmigen Präparaten sind in erster Linie für die Kalibrierung von Photonenspektrometern vorgesehen. Die radioaktive Substanz liegt in Form einer sehr dünnen, feinkristallinen Schicht vor, die sich auf einer Kreisfläche von etwa 5 mm Durchmesser in der Mitte des Präparates zwischen zwei Polyethylenfolien von je (21,3 ± 1,8) mg·cm-2 flächenbezogener Masse befindet. Durch Erhitzen unter Druck werden die beiden Folien auf ihrer gesamten Fläche dicht miteinander verschweißt. Zur leichteren Handhabung ist die Präparatfolie von 26 mm Durchmesser in einem Aluminiumrahmen von 30 mm Außendurchmesser und 3 mm Höhe gefaßt, aus dem sie bei Bedarf leicht entnommen werden kann.

Da bei dem vorgesehenen Verwendungszweck die betriebsmäßige Beanspruchung gering ist, sind die Präparate als umschlossene radioaktive Stoffe im Sinne der Strahlenschutzverordnung anzusehen. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die Präparate nicht starken Lösungsmitteln und Temperaturen oberhalb von 100 °C ausgesetzt werden. Vor ihrer Auslieferung werden die Präparate durch Wischtest auf Dichtheit und Kontaminationsfreiheit geprüft; eine Freigabe erfolgt nur dann, wenn die Aktivität der Wischprobe 20 Bq nicht übersteigt.

Auf dem mitgelieferten Kalibrierschein wird die Aktivität A angegeben. Die häufig interessierende Emissionsrate B für Photonen einer bestimmten Energie ergibt sich aus A und den in einem Beiblatt angegebenen Emissionswahrscheinlichkeiten p zu B = p·A.

Tabelle 4 enthält nur vorhandene oder immer wieder verfügbare Präparate. Grundsätzlich können von den meisten der in Tabelle 2 aufgeführten Nuklide auch Festpräparate hergestellt werden.

Abbildung 2: Präparatenabmessungen. Maße in Millimetern

Tabelle 4: Punktförmige Präparate von Einzelnukliden

Nuklid Halbwertszeit Aktivität in kBq Unsicherheit
in % (3)
Vefügbarkeit
Na-22 950,5 d 4 bis 400 0,7 ab Lager
Cr-51 27,71 d 4 bis 400 1 (1)
Mn-54 312,15 d 4 bis 400 0,7 ab Lager
Co-57 271,83 d 4 bis 400 1 ab Lager
Co-60 1925,3 d 4 bis 400 0,7 ab Lager
Zn-65 243,94 d 4 bis 400 1,4 ab Lager
Sr-85 64,85 d 4 bis 400 1 (1)
Y-88 106,63 d 4 bis 400 1 (2)
Cd-109 462,1 d 4 bis 400 1,7 ab Lager
Ba-133 10,54 a 4 bis 400 1 ab Lager
Cs-134 754,0 d 4 bis 400 0,7 ab Lager
Cs-137 30,13 a 1 bis 400 1 ab Lager
Ce-139 137,66 d 4 bis 400 1 (2)
Eu-152 13,53 a 1 bis 600 1,4 ab Lager
Ra-226 1600 a 150 2 ab Lager
Am-241 432,2 a
4 bis 400
1 ab Lager
(1)Die Herstellung und Ausgabe erfolgt jährlich. Die Ausgabetermine werden rechtzeitig angekündigt. Bitte teilen Sie uns auf beiliegendem Vordruck mit, über welche Ausgaben Sie informiert werden möchten.
(2) Ausgangslösungen dieses Radionuklids werden von den Herstellern nur noch selten angeboten. Die Ausgabetermine für Aktivitätsnormale sind deshalb unbestimmt.
(3) Angegeben ist die erweiterte relative Messunsicherheit in Prozent, die sich aus der relativen Standardmessunsicherheit durch Multiplikation mit dem Erweiterungsfaktor k=2 ergibt.

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Punktförmige Präparate mit niederenergetischer Photonenstrahlung

Die beschriebenen punktförmigen Präparate aus Polyethylenfolie sind als Aktivitätsnormale für Photonenstrahlung unter 100 keV nur bedingt geeignet. In der relativ dicken Polyethylenfolie treten in diesem Energiebereich erhöhte Absorption und störende Streueffekte auf. Die Absorption läßt sich rechnerisch einigermaßen gut erfassen (ca. 1,7 Prozent bei 14 keV und 0,5 Prozent bei 30 keV), die Streueffekte hingegen kaum. Experimente mit Si(Li)-Detektoren ergaben, dass die Streuung eine bis zu 2,5 Prozent höhere Nachweiswahrscheinlichkeit in der Gesamtabsorptionslinie vortäuschen kann.

Für genauere Messungen werden daher Präparate unter Verwendung wesentlich dünnerer Folien hergestellt. Bei diesen Präparaten befindet sich die radioaktive Substanz zwischen zwei Polyesterfolien von je (2,20 ± 0,07) mg·cm-2 flächenbezogener Masse. Beide Folien sind miteinander verschweißt und in einen Aluminiumring von 30 mm Außendurchmesser fest eingepreßt. Für Energien zwischen 14 und 25 keV ist die Absorption der Strahlung in der Folie kleiner als 0,3 Prozent, für Energien oberhalb 25 keV kleiner als 0,1 Prozent. Die Streueffekte sind vernachlässigbar.

Diese Präparate können aus den meisten in Tabelle 2 aufgeführten Lösungen hergestellt werden. Für die Kalibrierung von Photonendetektoren werden folgende Nuklide empfohlen:

Nuklid Energien in keV


Cr-51 4,95; 5,43
Mn-54 5,41;5,95
Fe-55 5,90;6,49
Co-57 6,40; 7,06; 14,41
Zn-65 8,04; 8,91
Nb-93m 16,58; 18,66
Cd-109 20,10; 25,01; 88,03
Ba-133 30,85; 35,14; 53,16; 79,62; 81,00
Am-241 11,87; 13,93; 17,61; 21,00; 26,35; 59,54

Die Aktivitätswerte liegen zwischen 40 und 200 kBq.

Bei den Präparaten der Nuklide Cr-51, Mn-54, Co-57 und Zn-65 kann die Selbstabsorption der Röntgen-K-Strahlung in der aktiven Substanz merklich werden; sie ist - im Gegensatz zur Absorption in der Folie - nicht ohne weiteres bestimmbar. Deshalb wird bei diesen Präparaten nicht nur die Aktivität, sondern auch die Anzahl der Photonen angegeben, die pro Sekunde senkrecht zum Präparat in einen Raumwinkel von 1 Steradiant emittiert werden. Bei Präparaten des Nuklides Fe-55 wird nur dieser Photonenfluss angegeben.

Da bei dem vorgesehenen Verwendungszweck die betriebsmäßige Beanspruchung gering ist, sind die Präparate als umschlossene radioaktive Stoffe im Sinne der Strahlenschutzverordnung anzusehen. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die Präparate nicht starken Lösungsmitteln oder Temperaturen oberhalb von 100°C ausgesetzt werden. Vor ihrer Auslieferung werden die Präparate durch Wischtest auf Dichtheit und Kontamination geprüft; eine Freigabe erfolgt nur dann, wenn die Aktivität der Wischprobe 20 Bq nicht übersteigt.

Verfügbarkeit: auf Anfrage

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Zylinderförmige Präparate

Diese Präparate sind für die Kalibrierung von NaI(Tl)-Bohrlochkristallen vorgesehen. Die radioaktive Substanz befindet sich am unteren Ende eines Aluminiumzylinders von 14 mm Außendurchmesser und 38 mm Höhe. Lieferbar sind Präparate der Nuklide Co-60, Cs-137, Ra-226 und Am-241 mit Aktivitäten von etwa 1 kBq. Die relative Messunsicherheit der Aktivität beträgt 2 Prozent.

Verfügbarkeit: auf Anfrage

Abbildung 3: Aufbau und Abmessungen eines zylinderförmigen Präparates. Maße in Millimetern.

Punktförmige Präparate mit Ra-226

Das zur Kalibrierung von Messanordnungen mit Halbleiter-Detektoren vorgesehene Präparat enthält Ra-226 im Gleichgewicht mit seinen kurzlebigen Folgeprodukten. Das Ra-226 ist homogen in einer sehr dünnen Edelmetallschicht verteilt, die auf eine Silberfolie von 0,2 mm Dicke aufgewalzt ist und von einer aufgedampften AuPd-Schicht von 2 µm Dicke abgedeckt wird. Die aktive Schicht ist so dünn, dass Alphastrahlung noch austritt.

Aus einer derartigen Folie wurde ein Scheibchen von 2,5 mm Durchmesser mit einer Aktivität von etwa 100 kBq Ra-226 ausgestanzt. Das Scheibchen ist in eine Aluminium-Fassung von 30 mm Außendurchmesser und 3 mm Dicke eingeklebt und zur zusätzlichen Abdichtung mit einer 50 µm dicken Aluminiumfolie abgedeckt. Dadurch wird auch der Austritt der Alphastrahlung verhindert. Die Gammastrahlung wird nur unwesentlich geschwächt (0,16 % bei E = 0,2 MeV, 0,06 % bei E = 2 MeV). Die Radon-Abgabe liegt unter 4 Bq in 12 Stunden, so dass dieses Präparat als umschlossener radioaktiver Stoff im Sinne der Strahlenschutzverordnung angesehen werden kann. Die Abbildung 4 zeigt den schematischen Aufbau des Präparates.

Bei der Verwendung des Präparates ist darauf zu achten, dass die Seite mit der Präparat-Kennzeichnung vom Detektor abgewandt ist, da in dieser Richtung die Gammastrahlung durch die 0,2 mm dicke Silberschicht sowie den Boden der Aluminium-Fassung erheblich geschwächt wird.

Auf dem Kalibrierschein wird die Aktivität A des Präparates angegeben. Die für den Gebrauch des Präparates wesentlichen Zerfallsdaten (Halbwertszeit T½ und Photonen-Emissionswahrscheinlichkeiten p) sind auf dem beigefügten Datenblatt zusammengestellt. Die häufig interessierende Emissionsrate B für Photonen einer bestimmten Energie ergibt sich gemäß B = p·A.

Abbildung 4: Schematischer Aufbau eines Präparates

Abbildung 5: Ra-226 Metallpräparat

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Flächenhafte Präparate

Bei Aktivitätsbestimmungen an flächenhaften Proben (z. B. Filterproben) in geringem Abstand vom Detektor werden Kalibrierquellen benötigt, bei denen die Aktivität möglichst gleichmäßig auf einer entsprechenden Fläche verteilt ist. Da sich eine hinreichend gleichmäßige Aktivitätsverteilung durch einfaches Eintrocknen einer über ein Filterpapier oder ein Präparatschälchen ausgebreiteten Lösung nur schwer erreichen lässt, wurden Flächenpräparate entwickelt, die aus rasterförmig verteilten Punktquellen bestehen.

Zu ihrer Herstellung werden aus einer kalibrierten Lösung mittels einer Pipette Tropfen gleicher Masse auf den Präparatträger (Kunststofffolie) nach den zu Abbildung 7 angegebenen Rastermustern aufgebracht; die Massen der einzelnen Tropfen streuen dabei um höchstens ± 5 Prozent. Die aufgebrachte Aktivität ergibt sich aus der spezifischen Aktivität der verwendeten Lösung und der Gesamtmasse aller Tropfen, die durch Wägung der Pipette vor und nach dem Auftropfen ermittelt wird. Je nach Präparat beträgt die Gesamtmasse etwa 0,2 g bis 2 g. Die Unsicherheit der Gesamtaktivität ist im wesentlichen durch die der spezifischen Aktivität der verwendeten Lösung gegeben, da die Unsicherheit der Tropfenmassen um eine Größenordnung kleiner ist. Der radioaktive Rückstand der eingetrockneten Tropfen wird bei Photonenstrahlern mit einer Polyethylenfolie einer flächenbezogenen Dichte von (12,7 ± 0,4) mg·cm-2 abgedeckt; bei reinen Betastrahlern wird eine Polyesterfolie von (2,20 ± 0,07) mg·cm-2 aufgebracht. Mit der Klebeschicht auf der Rückseite kann das Präparat bei Bedarf auf einer geeigneten Unterlage, z. B. in einem Präparatschälchen, befestigt werden.

Auf Bestellung werden derartige Präparate auch aus den Mischlösungen und allen in Tabelle 2 aufgeführten Aktivitätsnormallösungen hergestellt - ausgenommen H-3, C-14 und Ra-226.

Präparatgrößen: 1 - 5 (Abbildung 7), größere Präparate auf Anfrage

Verfügbarkeit: auf Anfrage

Abbildung 6: Vorrichtung für die Herstellung flächenhafter Präparate

Abbildung 7: Tropfenmuster flächenhafte Präparate, nicht maßstäblich

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Präparate mit Alphastrahlung

Diese Präparate dienen zur Bestimmung der (geometrischen) Nachweiswahrscheinlichkeit von Alphastrahlendetektoren. Verfügbar sind Präparate mit Durchmessern der aktiven Fläche von 5 mm, 10 mm sowie 25 mm und mit Aktivitäten zwischen 1 Bq und 5 kBq. Die radioaktive Substanz wird elektrolytisch auf polierte Edelstahlplättchen mit einem Durchmesser von 30 mm aufgebracht.

Als Radionuklid wird Am-241 verwendet.

Präparate, die Alphastrahlung emittieren, sind nicht mit einer Schutzschicht versehen, so dass eine Berührung der aktiven Fläche vermieden werden muss. Diese Präparate sind als offene radioaktive Stoffe im Sinne der Strahlenschutzverordnung anzusehen.

Die relative Messunsicherheit der Aktivität beträgt 2 Prozent.

Verfügbarkeit: auf Anfrage

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