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Neuentwicklung von Radonemanationsquellen für zeitlich stabile Rn-222-Aktivitätskonzentrationen im Außenluftaktivitätskonzentrationsbereich zwischen 1 Bq/m³ bis 100 Bq/m³

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23.12.2020

Im Rahmen des traceRadon Projektes werden Radondetektoren entwickelt, die die Radonaktivitätskonzentration in der Außenluft rückführbar messen können. Dieses ist notwendig, um über die Radon Tracer Methode (RTM) eine Korrelation mit Treibhausgasen herstellen zu können (EMPIR 19ENV01 traceRadon).

Die Detektoren müssen zwangsläufig rückführbar kalibriert werden. Für diesen Zweck hat die PTB ihre Radonemanationsquellen weiterentwickelt. Die Erzeugung so niedriger Ra­donaktivitätskonzentrationen erfordern Quellen mit sehr niedrigem Ra‑226 Gehalt aber exakt bekannter absoluter Aktivität sowie sehr gut bekanntem Emanationsverhalten. Für die exakte Bestimmung der niedrigen Ra‑226 Aktivität ist eine sehr effiziente Alphaspektrometrie unter definiertem Raumwinkel notwendig. Auch für die online Bestimmung der Variation der Emanation der Quelle wird ein sehr effizienter Nachweis des Ra‑226 sowie der Folgeprodukte des Rn‑222 benötigt. Dieses wird erreicht durch die Kombination der Quelle direkt mit einem alphaspektrometrischen Detektor. Zum ersten Mal ist dieses, durch thermisches Aufdampfen (PVD) von Ra‑226 auf einen ionenimplantierten Siliziumdetektor, gelungen.

Dabei wurden 150 Bq (Ra‑226)Cl2 direkt auf die Totschicht des Detektors aufgedampft. Damit ist der Detektor selbst die Quelle des Rn‑222, welches im Wesentlichen durch Rückstoß aus dem Zerfall des Ra‑226 emaniert und gleichzeitig spektrometrischer Detektor für die entstehende Alphastrahlung sowohl des Ra‑226 als auch des Rn‑222 und dessen Folgeprodukten, mit einer Nachweiswahrscheinlichkeit von annähernd 50 %. Das erstmalig mit einer Quelle-Detektor-Kombination aufgenommene Alphaspektrum ist in Abb. 1 dargestellt. Dargestellt ist die Impulshöhenverteilung über der Energie der
α-Teilchen. Aufgrund ihrer Energie identifiziert man Ra‑226, Rn‑222, Po‑218 und Po‑214.

 

 

Abb. 1: Alphaspektrum einer Quelle‑Detektor‑Kombination zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufs sehr geringer Rn‑222 Emanationen. Das schwarze Histogramm zeigt die Häufigkeitsverteilung in Abhängigkeit von der Energie der α‑Teilchen. Die rote Line zeigt die optimierte Anpassung eines um einen exponentiellen Teil erweiterten gaußförmigen Peaks pro Linie. Die erzielte Halbwertsbreite der Gaußverteilungen beträgt HWB = 40 keV.

 

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