Endlich genaue Messung von radioaktivem Thoron möglich

„Viele sagen jetzt: ´So einfach? Da hätte man ja schon lange mal drauf kommen können!` Aber es kommt eben auf die richtige Idee zur richtigen Zeit an“, freut sich Annette Röttger von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB).

Dem wissenschaftlichen Team um die Physikerin gelang etwas, das bisher für unmöglich gehalten wurde: Es entwickelte ein Primärnormal für die Messung von kurzlebigem radioaktivem Thoron. An dieser weltweit zurzeit einmaligen Einrichtung werden nun Thoron-Messgeräte aus aller Welt kalibriert. Dies ist die Grundlage für genaue Messungen des radioaktiven Gases, das natürlicherweise im Boden entsteht, sich in Wohnräumen sammeln kann und dessen Zerfallsprodukte als krebserregend gelten.

Ebenso wie sein Schwesterisotop Radon (Rn-222) kann auch das radioaktive Gas Thoron (Rn-220) durch seine Zerfallsprodukte Lungenkrebs erzeugen, wenn diese über längere Zeiträume und in höheren Konzentrationen eingeatmet werden. Das Maß der Belastung von Wohnräumen schwankt stark und ist von der Bauweise des Hauses und dem Lüftungsverhalten abhängig. Die Messung von Rn 222 gelingt schon länger sehr genau, doch Thoron-Messgeräte lieferten bisher Ergebnisse mit erheblichen Unsicherheiten.

Schlimmer noch: Manchmal sind die Ergebnisse schlicht falsch! Für die Gefahrenabschätzung ist die exakte Messung von Thoron jedoch wichtig, denn bei gleicher Aktivitätskonzentration ergibt sich aus den Thoron-Folgeprodukten eine 14-fach höhere Strahlenbelastung als aus den Folgeprodukten des bereits gut messbaren Rn-222.

„Klar war, dass alle Thoron-Messgeräte einen einheitlichen Standard brauchen, mit dem sie kalibriert werden können, damit alle Messungen vergleichbar sind und man die Unsicherheit des einzelnen Messgeräts kennt“, erklärt Annette Röttger. Doch die Entwicklung eines überall gültigen Standards – Metrologen sprechen von einem Primärnormal –, wie es für Rn-222 schon existiert, galt lange als unmöglich, weil Thoron eine relativ kurze Halbwertzeit von nur 55 Sekunden hat. Das Team der PTB hatte schließlich die zündende Idee:

Kernstück des Primärnormals ist ein Prüfbehälter, der mit einer definierten Menge von Thoron gefüllt ist. Angesichts der kurzen Halbwertzeit kam aber kein geschlossener Behälter wie beim Radon infrage, denn in dem würde die Aktivität in kürzester Zeit stark abnehmen. Darum entwickelten die Wissenschaftler ein Kreislaufsystem, das ständig neu erzeugtes Thoron mit einem starken Luftstrom herbeiführt und die Aktivität im Behälter konstant hält.

Die Erzeugung und die genaue Messung der zugeführten Aktivität war eine messtechnische Herausforderung. Sie gelang über einen neuartigen Messaufbau, genannt Thoron-Emanations-Messplatz (TEM). Die Aktivität stammt hierbei aus einem Thorium (Th-228)-Präparat, das kontinuierlich Thoron produziert. Ein beständiger starker Luftstrom transportiert das Thoron in den Prüfbehälter. Die harte Nuss, die es zu knacken galt, war: Wie viel Thoron wird abtransportiert und wie viel bleibt in der Quelle? Es gelang dem PTB-Team schließlich, dieses Verhältnis auf ein Promille genau zu bestimmen.

Parallel zum Betrieb des TEM kann an den Prüfbehälter das zu kalibrierende Messgerät angeschlossen werden. Alle angeschlossenen Geräte zeigen in der Regel mehr oder weniger unterschiedliche Ergebnisse. Ein Faktor 4 kann da schon mal vorkommen! Die Hersteller erhalten dann von der PTB einen Korrekturfaktor, mit dem sie das Messergebnis multiplizieren müssen, um zum richtigen Ergebnis zu gelangen.

Da in Asien, Europa und Lateinamerika immer mehr geologische und epidemiologische Studien ihr Augenmerk auf das bisher wenig beachtete Thoron richten, ist der neu eingerichtete Messplatz in der PTB durch internationale Kunden ständig ausgebucht. ptb/if

Ansprechpartner:
Dr. Annette Röttger, Arbeitsgruppe 6.13 Radon-Messtechnik, Tel. (0531) 592-6130, E-Mail: annette.roettger@ptb.de
Originalveröffentlichung
Röttger, A.; Honig, A.; Dersch, R.; Ott, O.; Arnold, D.:A primary standard for activity concentration of 220 Rn (thoron) in air. Applied Radiation and Isotopes 68 (2010) 1292-1296
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Imke Frischmuth
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
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