Darf es etwas Radon sein? Der Radon-Mess-Thread

[opengeiger.de]

Neben dem Ionisationskammer-Ansatz, kann man auch noch eine großflächige PIN-Diode nehmen. Wie sowas aussieht, gibts hier zu lesen:
https://radonjournal.net/index.php/radon/article/view/8860/15239

Der in Deutschland häufig anzutreffende Corentium Home hat dagegen zwei großflächige PIN Dioden.

Ein weiterer Ansatz ist mit Hochspannung ein elektrisches Feld so zu  erzeugen, dass die Radon Zerfallsprodukte auf einem Detektor konzentriert abgeschieden werden. Eine Selbstbau Anleitung gibts hier:

https://indico.cern.ch/event/772407/contributions/3210187/attachments/1750096/2835319/telegram-cloud-document-1-5127743308457574462.pdf

Das SIRAD Radon Messgerät arbeitet so. Man muss dann aber von den Zerfallsprodukten aufs Radon zurückrechnen über einen Gleichgewichtsfaktor, der meist geschätzt wird. Ist daher nicht so ganz genau.

[Henri]

Wie ist eigentlich so ein Radon-Sensor genau aufgebaut? Hat hier jemand mal so etwas zerlegt? Würde mich mal interessieren.

In professionellen Geräten findet sich gelegentlich noch eine Lukaszelle. Das ist ein Glasgefäß, das innen mit silberaktiviertem Zinksulfid bestäubt ist. Das Radon erzeugt Lichtblitze, die ein Fotomultiplier zählt. Damit kann man in Sekundenstelle die Stellen finden, an denen das Radon ins Haus eindringt. Die Zelle tauscht man nach der Messung aus und legt sie eine Zeitlang weg, damit die Folgeprodukte abklingen können.

Viele der gängigsten elektronischen Geräte für Heimanwender scheiden Radon-Folgeprodukte elektrostatisch auf einer freiliegenden großflächigen Halbleiterdiode ab. Hier kann man dann nur die Impulse ab einer bestimmten Höhe zählen und so nur die hohen Impulse von Alphateilchen erfassen. Hersteller bezeichnen so was gerne als "Alpha-Spektrometrie", obwohl es oft nur einfache Schwellendiskrimination ist. Echte Alphaspektrometrie machen meist nur teurere Geräte. Damit kann man dann Folgeprodukte oder Thoron ausblenden, was vorteilhaft ist bei Langzeitmessungen von hohen Radonkonzentrationen.

[Spalter]

Hallo,
wichtig ist noch, dass das Luftvolumen über einem elektrostatisch anziehenden Detektor, vorher mit einem Glasfaserfilter die schon vorhandenen Folgeprodukte herausfiltert. Es soll ja der Radongehalt gemessen werden und nicht der Radongehalt mit Folgeprodukten, da der Gleichgewichtsfaktor schwanken kann.
Grüße, Spalter

[opengeiger.de]

Hallo,
wichtig ist noch, dass das Luftvolumen über einem elektrostatisch anziehenden Detektor, vorher mit einem Glasfaserfilter die schon vorhandenen Folgeprodukte herausfiltert. Es soll ja der Radongehalt gemessen werden und nicht der Radongehalt mit Folgeprodukten, da der Gleichgewichtsfaktor schwanken kann.
Grüße, Spalter

Neee, so funktioniert das glaube ich nicht! Man kann keine Gase auf dem Detektor abscheiden. Man scheidet die festen Partikel mit den Zerfallsprodukten ab. Und dann rechnet man mit einem Gleichgewichtsfaktor aufs Radon zurück. Radon könnte man an Aktivkohle binden und dann messen, hat man früher gemacht bevor es Kernspurdosimeter gab. Da hat man Aktivkohle Detektoren ausgelegt. Aber wie gesagt, das Gas lässt sich darauf nicht fokussieren. Das ist mein Verständnis.

[opengeiger.de]

Das mit der Partikelabscheidung und den Messverfahren ist ne sehr komplexe Sache.

Wenn sich das Radon in Form von Gasmolekülen im Raum befindet, dann atmet man das ein und auch wieder aus. Man kann das höchstens während des Gasaustausches in den Alveolen zu einem geringen Grad auf Grund seiner Löslichkeit in den Körperflüssigkeiten wie z.B. im Blut aufnehmen und noch weniger durch die Haut. Was aber passiert ist, dass diejenigen Radongas-Moleküle, die in der Luft zerfallen, feste Zerfallsprodukte bilden, in Form von nm-großen Partikeln. Dann gibt es in den ersten sehr komplexen Partikel Wachstums-Prozess wo diese super kleinen Partikel durch Agglomeration zu Ultra-Feinstaub anwachsen. Da sind sie dann um die 100nm groß. Durch ihre elektrische Ladung heften sie sich dann aber noch an größere Staubpartikel an, also z.B. besonders an Tabakrauch, wenn z.B. im Raum geraucht wird, das ist dann radioaktiver Feinstaub oder aerosolgetragene Radioaktivität. Und das lässt sich dann mit elektrostatischen Staubabscheidern gut auf dünnen Drähten (hohe Feldstärke) und etwas weniger gut auf Flächen abscheiden. Diese Partikel scheiden sich dann aber auch im feinverästelten Atemtrakt ab, je größer die Partikel desto weiter oben, und die Rn-Zerfallsprodukte darin haben dann gut Zeit ihrerseits zu zerfallen und ihre Strahlungsenergie dabei an die Zellen des Bronchialtrakts und in den Alveolen abzugeben.
   
Messgeräte wie der RTM 1688 von Sarad, oder auch der russische Radon Monitor SIRAD sind quasi solche elektrostatischen Staubabscheider. Man kann sich auch so ne elektronische Fliegenklatsche für 4.99 bei Media-Markt kaufen, die Platine rausbauen und die Pole der Kapazität am Ausgang an zwei dünne Drähte legen, die man gut isoliert von der Wand durch den Keller spannt (die Luft im Keller muss aber trocken sein). Die Spannung der Fliegenklatsche ist grob 1.5kV, je nach Modell. Wenn man nach ein paar Tagen den Staub von den Drähten mit einem Tempo abwischt und man hat Radon im Keller, dann knattert ein empfindlicher Zähler gut. Das ist dann quasi ein sehr effizienter Staubabscheider für Feinstaub. Man kann natürlich nun auch eine PIN-Diode auf eine entsprechende Spannung bringen und den Staub dann da drauf abscheiden, das gabs mal von Teviso als Modul zu kaufen. Aber ich hab geschaut, das haben sie leider wieder aus ihrem Portfolio rausgenommen.

Im Jahr 2021 hat eine Dame an der TU Darmstadt eine sehr schöne Dissertation geschrieben und hat für ihre Arbeiten dazu ihren Doktortitel ganz verdient bekommen. Ihr Name ist Franziska Papenfuß und die Arbeit hat den Titel ,,Physikalische Parameter bei der Inkorporation von Radon und seinen Folgeprodukten im Modell und Organismus".

(https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/53/056/53056995.pdf)

Sie hat diese Anheftungsprozesse sehr schön beschrieben, genauso die Messmöglichkeiten. Sie hat das auch diskutiert welche Fraktion (angeheftet (unattached) und unangeheftet (unattached) ) wie zur Dosisleistung beiträgt und da spielen dann auch die Gleichgewichtsfaktoren rein, EEC und PAEC usw. Die Messgeräte, welche eine Staubabscheidung als Prinzip haben, machen da aber nur einen ,,educated guess", der im Prinzip nur idealerweise bei einer Luftfeuchte, ohne ,,Plate-out" an Möbeln mit Plastikfurnier usw. (das sind auch alles Staubabscheider, welche die Raumluft reinigen) usw. berücksichtigt. Mein SIRAD, nimmt da einfach 0.5 an. Die Standards orientieren sich aber immer an der Aktivitätskonzentration des Radon-Gases und nicht seiner Zerfallsprodukte. Man muss also mit diesem geschätzten Gleichgewichtsfaktor nun aufs Rn222 zurückrechnen. Ein Kernspurdosimeter und die Ionisationskammer haben aber das umgekehrte Problem. Sie sehen jeden Alpha-Einschlag, ob vom Radon oder von einem Zerfallsprodukt Po-218 und Po-214. D.h. man muss da auch korrigieren, wenn man die Radongas-Aktivitätskonzentration haben will und nicht die der Zerfallsprodukte oder von Beidem. So ist jedenfalls mein Verständnis. Aber vielleicht weiß das jemand besser...    

[DL3HRT]

Ein Kernspurdosimeter und die Ionisationskammer haben aber das umgekehrte Problem. Sie sehen jeden Alpha-Einschlag, ob vom Radon oder von einem Zerfallsprodukt Po-218 und Po-214. D.h. man muss da auch korrigieren, wenn man die Radongas-Aktivitätskonzentration haben will und nicht die der Zerfallsprodukte oder von Beidem. So ist jedenfalls mein Verständnis. Aber vielleicht weiß das jemand besser...

Soweit ich weiß, versucht man bei der Ionisationskammer die Energie der Alpha-Teilchen über die Impulshöhe zu erfassen und über einen Diskriminator nur die Radon-Zerfälle herauszusieben. Wie gut das klappt, wenn die Alpha-Energien dicht beieinander liegen kann ich nicht einschätzen.

Aber kurz zum Verständnis, mit welcher Impulszahl wir es zu tun haben. Für das RadonEye sind 1,35 cpm für eine Radonkonzentration von 100 Bq/cm³ angegeben. Die Größe der Ionisationskammer beträgt ca. 250 ml.

Da kann man gut rechnen:
100 Bq/m³ = 100/1000 = 0,1 Bq/l = 0,025 Bq in der Ionisationskammer des RadonEye.

Daraus ergeben sich statistisch für eine Minute 0,025*60 = 1,5 cpm. Das passt gut zu den angegebenen 1,35 cmp, denn das effektive Volumen der Ionisationskammer dürfte ein wenig von 250 ml abweichen.

[Dsl71]

Ich möchte hier nochmals das Datenblatt des im RadonEye verbauten RD200M raufladen.

Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

[Flipflop]

Ich weiss es nicht, werden bei manchen Geräten nicht einfach die Zerfallsprodukte abgefangen und dann nur das Radon gemessen, weil Neutral?

[Spalter]

Hallo,

soweit ich das verstanden habe, werden bei den elektrostatisch anziehenden Detektoren nur die Folgeprodukte gemessen, die in der Messkammer entstehen. Bei SARAD werden diese noch zusätzlich alphaspektrometrisch gemessen.
Auch beim AlphaGUARD ist ein Glasfaserfilter eingebaut und danach Radon (und Folgeprodukte?) spektrometrisch ausgewertet:

"In standard operating mode the measuring gas gets by diffusion through a large-surface glass fiber filter into the ionization chamber. i.e. through the glass fiber filter only the gaseous Radon-222 may pass, while the radon progeny products are prevented to enter the ionization chamber. At the same time the filter protects the interior of the chamber from contamination by dusty particles."  (Auszug aus dem Handbuch 2012-08)

Viele Grüße, Spalter

[opengeiger.de]

Naja, da weiss ich jetzt wirklich nicht, ob diese Passage nur der Verwirrung der Konkurrenz dienen soll oder Marketing bla bla ist. Man sollte sich dazu mal anschauen wie Partikelfilter aussehen, die für 100nm Partikel noch einen Abscheidegrad von 90% erreichen. Oder man kann auch einen praktischen Versuch machen, man hält einen guten Feinstaub-Partikel-Zähler an einen teuren Allergie-Staubsauger mit HEPA-Filter. So PM2.5 Partikel-Zähler gibts für die Mikrocontroller recht günstig. Also was man mit einem Glasfaserfilter vielleicht hinbekommt ist die attached-fraction des Aerosols gegenüber der unattached-fraction zu minimieren. D.h. das Anheften der Radonzerfallsprodukte an Staub sieht man dann nicht mehr. Aber die nm kleinen Zerfallsprodukte bekommt man so nicht weg. Da denke ich hilft nur eine Pulshöhen-Diskriminierung auf der Basis der Spektroskopie. Und das wird das Gerät auch machen. Zumindest ist das Gerät ja auch quasi der Marktführer auf dem Gebiet.

[opengeiger.de]

Eh, ich jetzt Mist verzapfe, hab ich zur Vorsicht nochmal in der Arbeit von Franziska Papenfuß nachgeschaut: Sie beschreibt die Partikelgrößenverteilung in Kapitel 2.4.6, da heißt es (Zitat):

"Die Aktivitätsgrößenverteilung gibt an, welcher Anteil der Gesamtaktivität der Radonzerfallsprodukte mit welcher Partikelgröße verbunden ist. Sie kann durch Messungen in der Umgebungsluft bestimmt werden und hat Einfluss auf die Ablagerung der Zerfallsprodukte im Respirationstrakt während der Inhalation. Zerfallsprodukte werden in einen angehefteten und unangehefteten Anteil aufgeteilt (siehe Abschnitt2.4.5). Nach der ICRP-Einteilung [5] weisen die unangehefteten Cluster Größen von 0, 5 – 5nm auf [91, 92]. Die angehefteten Zerfallsprodukte weisen eine trimodale Aktivitätsgrößenverteilung auf, sodass sie in den Nukleationsmodus mit Größen von 10 − 100nm [93,94], dem Akkumulationmodus mit Größen von 100 − 450 nm [82, 95] und den sogenannten Coarse Mode mit Partikeldurchmessern von mehr als 1 μm [87, 96, 97] unterteilt werden. Die Größenverteilung in der Umgebungsluft hängt jedoch von vielen Parametern wie beispielsweise der relativen Luftfeuchtigkeit, Konzentration anderer Spurengase und Aerosole in der Luft sowie zusätzlichen Aerosolquellen in der Umgebung ab und kann stark variieren[5]. Allgemein liegt der Hauptteil der Aktivität von den Radonzerfallsprodukten 214Pb und 214Bi jedoch im Akkumulationsmodus, da gerade bei Partikeln dieser Größe die Depositionsgeschwindigkeitminimal ist (siehe Abschnitt 2.4.5) [87, 89, 91]."
Zitat Ende.

Jetzt kann man natürlich nochmal gezielt in der Literatur nach der Aktivitäts-Größenverteilung der Radonzerfallsprodukte schauen. Hier ein schönes Diagramm in der Präsentation von Fernández aus dem Labor für Umweltradioaktivität der Universität Cantabrien, Spanien: DOSIMETRÍA DEL RADÓN (Seite   http://elradon.com/wp-content/uploads/2020/03/7.DOSIMETR%

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So nun kann man sich anschauen, was Glasfaserfilter so können. Man bekommt diese Schwebstofffilter aus Mikro-Glasfaserpapier bis runter zur HEPA Klasse H14 bzw. ULPA Klasse U17. Charakterisiert wird die Abscheidekurve da meist mit einem Prüfaerosol namens DEHS, das hat die Mehrzahl der Partikel bei 0.3um und runter bis 0.1um. Das ist dann die ,,Most Penetrating Particle Size" für Allergene und andere böse Schwebstoffe. Grippeviren dagegen haben das Maximum der Größenverteilung dann so zwischen 70 und 90nm. Die meisten normalen chemischen Moleküle liegen eher so unter 10nm und schließlich der halbe Atomabstand beim kovalent gebundenen Radon ist 142pm. Jetzt kann man sich also ausmalen, was es in etwa bräuchte, um ,,nackte" Radongasatome von den unangehefteten Zerfallsprodukten des Radons zu trennen. Man sieht schon, das geht einfach nicht. Was man wegbekommt, ist ein Teil der angehefteten Zerfallsprodukte, die größer als sagen wir mal 0.2um sind. Für den Rest muss man sich was anderes einfallen lassen als mechanische Filter. Und der Alphaguard wird auch noch was anderes haben, um die Zerfallsprodukte vom reinen Radongas bei der Messung zu diskriminieren. 

[DL8BCN]

Moin, ich habe eine interessante Reihe über Radon gefunden.
Der Autor ,,Uraninit" ist hier ja auch aktiv und wird evtl. noch selber etwas dazu schreiben:
Super gelungene Videos, wie ich finde!! :

Die Serie ist fünfteilig und ich habe mir natürlich alle Teile direkt angesehen:

[Dsl71]

Coole Serie, hab grad auch alle 5 Teile geschaut ;-)

[Spalter]

Hallo,

ich habe gerade noch mal einen Glasfaserfilter MN 85/70 getestet.

In sieben Minuten habe ich einen Kubikmeter Luft mit ca. 200 Bq/m³ laut Radon Eye, durch eine 40 mm Durchmesser Öffnung vor dem Filter gesaugt. Die Luftmenge habe ich mit einen alten aber nicht oft benutzten Elster Quantometer (6-100 m³/h) gemessen.
Nach dem sammeln habe ich die vom Quantometer abgewandte Seite (Vorderseite) und die Rückseite abwechselnd mit dem russischen Alpha-Szintillator KRA-1 gemessen.
Die Vorderseite pendelte sich nach eineinhalb Minuten bei 30 IPM•cm² ein und die Rückseite nach lag nach weiteren drei Minuten bei 2,8 IPM•cm². Dies habe ich noch zwei mal wiederholt mit erwartungsgemäß etwas geringeren Werten und das Verhältnis Vorder- Zu Rückseite blieb mit ca. 10:1 gleich.
Bei dieser starken aktiven Luftsammlung, lagern sich also nur 10% der Alpha- messbaren  und filterbaren Folgeprodukte, so im Filter ab, das sie an der Rückseite gemessen werden können. Wenn aber die Luft nur durch Diffusion durch den Filter geht, müsste die Filterwirkung eigentlich noch besser sein, außerdem ist der Filter sicher schon 20 Jahre alt, was sich wie bei den FFP2 Masken, auch auf die Effektivität auswirken könnte.
Ich denke die Partikelgröße spielt hier eine kleinere Rolle, vielleicht können gerade die nicht an Feinstaub angelagerten, ionisieren Folgeprodukte von der extrem großen Oberfläche im Filter aufgenommen werden?

Auf jedem Fall wird durch einen solchen Filter vor der Messkammer, die Beeinflussung durch den Gleichgewichtsfaktor (Folgeprodukte zu Radon-222) sehr minimiert und so wird eine genaue Messung von Radon-222 erst möglich.

Selbst in den Exposimetern ist auch ein Filter für diesen Zweck eingebaut.

Viele Grüße, Spalter

[Henri]

Moin, ich habe eine interessante Reihe über Radon gefunden.
Der Autor ,,Uraninit" ist hier ja auch aktiv und wird evtl. noch selber etwas dazu schreiben:
Super gelungene Videos, wie ich finde!! :

Tolle Serie, habe auch alle Folgen geschaut!

Die Problematik bei der Verwendung von Raumluftfiltern finde ich besonders beachtenswert. Man will sich was Gutes tun und erreicht statt dessen das genaue Gegenteil. Ich wische jedenfalls nie mehr Staub, das ist ungesund! 

Bei Folge 4 (Erz im Einmachglas) habe ich mich zuerst etwas gewundert. Der eine Draht, der von der modifizierten Fliegenklatsche kommt, geht ja ans Blech, auf dem die Folgeprodukte abgeschieden werden, aber der andere Draht (das Bezugspotential) liegt einfach offen auf dem Tisch. Ich hätte jetzt gedacht, man hätte den z.B. am Schraubdeckel befestigen müssen, um ein elektrisches Feld zu erzeugen. Aber anscheinend reicht es auch einfach aus, einen Elektronenüberschuss am Blech anzubieten, damit die Folgeprodukte haften bleiben. Das ist analog zum elektrostatisch aufgeladenen Plastikdeckel, bei dem es ja auch keine Rolle spielt, wohin sich die Katze nach dem Aufladen hin verkrümelt...