Werkzeug für die Radionuklidmetrologie

In den letzten 15 Jahren haben Tieftemperaturdetektoren einen großen technologischen Aufschwung erlebt, und immer neue Anwendungsfelder wurden erschlossen. Von großem Interesse für metrologische Anwendungen sind hierbei insbesondere metallisch-magnetische Kalorimeter (MMC), die maßgeblich an der Universität Heidelberg entwickelt werden und für spektrometrische Anwendungen zunehmend Verbreitung finden. Sie bieten eine hervorragende Energieauflösung bei gleichzeitig hoher Nachweiswahrscheinlichkeit, hoher Linearität und niedriger Energieschwelle.

Eine Aufgabe der PTB ist die Weitergabe der Einheit Becquerel in Form von Aktivitätsnormalen. Für die Aktivitätsbestimmung sind oft aufwendige Messverfahren wie die Flüssigszintillationszählung nötig, die fundamentale Radionukliddaten wie Betaspektren und Wahrscheinlichkeiten für den Elektroneneinfang als Eingangsdaten erfordern. Zwar sind solche Daten oft schon vor Jahrzehnten gemessen oder berechnet worden; doch diese „historischen“ Daten genügen heutigen Ansprüchen an die Genauigkeit nicht mehr, mit Auswirkungen auf die Messunsicherheit der Aktivitätsbestimmung.

Im Rahmen der EMPIR-Projekte „MetroBeta“ und „MetroMMC“ wurde in der PTB ein MMC-Spektrometer aufgebaut, um in Zusammenarbeit mit zahlreichen europäischen Partnern durch die Bestimmung fundamentaler Nukliddaten Aktivitätsmessungen grundlegend zu verbessern. Dies ist speziell für Radionuklide relevant, deren Aktivität sich vor allem mit Flüssigszintillationsmethoden bestimmen lässt. Besonders für Radionuklide mit niederenergetischen Emissionen ohne gleichzeitigen Gamma-Übergang können deutlich kleinere Messunsicherheiten erreicht werden.

Die mit MMCs gemessenen Daten fließen in Datenbanken mit evaluierten Nukliddaten ein und bilden damit die Basis für die Validierung und Verbesserung theoretischer Modelle zur genaueren Berechnung von Spektren. Zudem nutzen nationale Metrologieinstitute die Daten für Aktivitätsmessungen auf höchstem Niveau.

Von den besseren Daten profitieren auch alle Anwender, die ihre konventionellen Detektoren mit entsprechenden Aktivitätsnormalen der PTB kalibrieren und dadurch ihrerseits genauer messen können.