Aktivitätsnormale in Form von festen Präparaten

• Punktförmige Präparate von Einzelnukliden
• Tabelle: Punktförmige Präparate von Einzelnukliden
• Punktförmige Präparate mit niederenergetischer Photonenstrahlung
• Zylinderförmige Präparate
• Punktförmige Präparate mit Ra-226
• Flächenhafte Präparate
• Präparate mit Alphastrahlung

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 des Strahlenschutzgesetzes anzusehen. Es ist 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 des Präparats für ein Referenzdatum angege­ben. Es wird empfohlen, die für den Gebrauch des Präparats wesentlichen Zerfallsdaten (Halbwertszeit T_1/2 und Photonen-Emissionswahrscheinlichkeiten p) aus Monographie BIPM-5: Table of radionuclides [1] zu verwenden. Die häu­fig inter­es­sierende Emissionsrate B für Photonen einer be­stimmten Energie, d. h. die auf ein Zeitin­tervall bezogene Anzahl der in dem Zeitintervall erzeugten Photonen, er­gibt sich gemäß B = p·A. Die so errechne­ten Emissionsra­te be­rück­sichtigt nicht die Strahlenabschwä­chung in der Polyethylen-Folie K_F, die al­lerdings in den meisten Fällen zu vernachlässigen ist. Informationen zu dem Korrektionsfaktor K_F werden in einem Beiblatt zum Kalibrierschein gegeben.

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.

[1] Monographie BIPM-5: Table of radionuclides, Bureau International des Poids et Mesures, Pavillon de Breteuil, F-92310 Sèvres, France, www.bipm.org/en/publications/scientific-output/monographie-ri-5.html

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:

Die Aktivitätswerte liegen zwischen 40 und 200 kBq.

Für Aktivitätsnormale der Nuklide Cr‑51, Mn‑54, Fe-55, Co‑57, Zn‑65, Sr-85 und Nb‑93m sind als kennzeichnende Größen der Präparate nicht nur die Aktivität, sondern auch der raum­winkelbe­zogene Fluss dΦ/dΩ der in einen kleinen Raum­winkel senk­recht zur Präpa­ratunterlage aus­tretenden K‑Röntgenstrahlung zu berücksichtigen. Bei­de Größen sind mitein­ander und mit B verknüpft gemäß

wobei die Faktoren K_S und K_F der Strahlenabschwächung in der ra­dioaktiven Sub­stanz bzw. in der Folie Rechnung tragen und p die Emissions­wahrscheinlichkeit der K‑Röntgenstrah­lung ist. Auf dem mitgelieferten Kalibrierschein wird die Aktivität A des Präparats für ein Referenzdatum angege­ben. Es wird empfohlen, die für den Gebrauch des Präparats wesentlichen Zerfallsdaten (Halbwertszeit T_1/2 und Photonen-Emissionswahrscheinlichkeiten p) aus Monographie BIPM-5: Table of radionuclides [1] zu verwenden. Die häu­fig inter­es­sierende Emissionsrate B für Photonen einer be­stimmten Energie, d. h. die auf ein Zeitin­tervall bezogene Anzahl der in dem Zeitintervall erzeugten Photonen, er­gibt sich gemäß B = p·A. Informationen zu den Korrektionsfaktoren K_S und K_F werden in einem Beiblatt zum Kalibrierschein gegeben.

Da bei dem vorgesehenen Verwendungszweck die betriebsmäßige Beanspruchung gering ist, sind die Präparate als umschlossene radioaktive Stoffe im Sinne des Strahlenschutzgesetzes anzusehen. Es ist 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

[1] Monographie BIPM-5: Table of radionuclides, Bureau International des Poids et Mesures, Pavillon de Breteuil, F-92310 Sèvres, France, www.bipm.org/en/publications/scientific-output/monographie-ri-5.html

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

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.

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

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 des Strahlenschutzgesetzes anzusehen.

Die relative Messunsicherheit der Aktivität beträgt 2 Prozent.

Verfügbarkeit: auf Anfrage