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Bestimmung der Halbwertszeiten von Blei-211 und Blei-212 mittels Radon-Fallen und Flüssigszintillationszählung

21.12.2017

Vor wenigen Jahren wurden in der PTB Arbeiten zur genauen Aktivitätsbestimmung des Radionuklids Radium‑223 durchgeführt. Radium-223 wird zur Behandlung von Knochenmetastasen in Folge von Prostatakarzinomen eingesetzt. Radium-223 geht durch Alphazerfall in das kurzlebige Radon-219 über, welches als Edelgas entweichen und somit zu Kontaminationen der Umgebung beitragen kann. Das langlebigste Folgeprodukt des Radon-219 ist Blei-211, deren jüngste experimentelle Halbwertszeitbestimmung 1965 veröffentlicht wurde.

In einem recht einfachen Experiment ist es in der PTB gelungen die Halbwertszeit von Blei‑211 neu zu bestimmen und eine kleinere Unsicherheit zu erzielen. Es wurden zunächst einige Tropfen einer Radium-223 Lösung auf eine Unterlage aufgebracht und eingetrocknet. Die so erzeugte Quelle wurde auf eine mit einem Flüssigszintillator gefüllte Petrischale aufgelegt. Das von der Quelle emanierte Radon-219 wird in organischen Flüssigkeiten gut gelöst und nach mehreren Versuchen gelang es schließlich eine ausreichende Aktivität „einzufangen“. Der flüssige Szintillator wurde anschließend in ein übliches LSC-Gefäß überführt und die Zählraten wurden über längere Zeit mit einer in der PTB entwickelten TDCR-Apparatur gemessen. Das Radon-219 zerfällt sehr schnell über Polonium-215 zu Blei-211, welches nach kurzer Zeit im radioaktiven Gleichgewicht mit seinen Folgeprodukten ist. Das Experiment ermöglicht es also eine Flüssigszintillationsprobe mit Blei-211 herzustellen ohne radiochemische Verfahren anzuwenden. An Stelle des Szintillators konnte auch Wasser verwendet werden. Auf diese Weise erhält man eine Blei-211 Lösung, die direkt als Čerenkov-Quelle in der TDCR-Apparatur gemessen werden konnte. Die Herstellung von Flüssigszintillations- und Čerenkov-Quellen und die anschließenden Messungen wurden mehrfach wiederholt und die Halbwertszeit wurde zu 36,165(37) Minuten bestimmt [2]. Die Unsicherheit dieses Ergebnisses ist deutlich kleiner als bei früheren Messungen. Das PTB-Ergebnis wurde mittlerweile durch Messungen am National Physical Laboratory (NPL) in Großbritannien bestätigt [3].

Ein ähnliches Verfahren mit einer Szintillatorfalle konnte auch zur Halbwertszeitbestimmung von Blei-212 eingesetzt werden. Hierbei wurde eine Quelle mit elektrolytisch abgeschiedenem Thorium-228 als Ausgangspunkt verwendet. Die Quelle emaniert Radon-220, das im Flüssigszintillator gelöst wurde. Nach einer Wartezeit erhält man so Flüssigszintillationsquellen mit Blei-212 im radioaktiven Gleichgewicht mit seinen Folgeprodukten. Der experimentelle Aufbau erfordert Maßnahmen, die sicherstellen, dass keine Alpha-Rückstoßkerne (insbesondere kein Radium-224) von der Thorium-228-Quelle in die Szintillator-Falle gelangen. Dies ließ sich durch dünne Folien oder eine geeignete Geometrie des Aufbaus leicht realisieren. Die Halbwertszeit von Blei-212 wurde zu 10,622(7) Stunden bestimmt [4]. Die Unsicherheit ist auch in diesem Fall deutlich kleiner als bei allen zuvor veröffentlichten Halbwertszeitmessungen.

Literatur

  1. Kossert, K., Bokeloh, K., Dersch, R., Nähle. O.J:
    Activity determination of 227Ac and 223Ra by means of liquid scintillation counting and determination of nuclear decay data.
    Applied Radiation and Isotopes 95 (2015) 143-152.
  2. Kossert, K.:
    Preparation of a 219Rn trap to measure the half-life of 211Pb.
    Applied Radiation and Isotopes 99 (2015) 59-62.
  3. Aitken-Smith, P.M., Collins, S.M.:
    Measurement of the 211Pb half-life using recoil atoms from 219Rn decay.
    Applied Radiation and Isotopes 110 (2016) 59-63.
  4. Kossert, K.:
    Half-life measurement of 212Pb by means of a liquid scintillator-based 220Rn trap,
    Applied Radiation and Isotopes 125 (2017) 15-17.