Flächenkalibrierstrahler für das SBT10A

Begonnen von Henri, 13. September 2020, 19:32

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Henri

13. September 2020, 19:32
Hallo liebes Forum,

ich ziehe mal vom "Pottasche-Prüfstrahler" Thread

https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php/topic,232.msg1433.html#msg1433

in einen eigenen um, weil es doch ein wenig vom Thema abweicht.

Für mein SBT10A, das mit Schutzgitter versehen einige cm tief in ein Gehäuse versenkt ist, möchte ich die Effizienz bestimmen, damit ich für K-40 in Bq/cm² anzeigen lassen kann. Eine Möglichkeit wäre, das wie im genannten Thread mit einem 30g-Tütchen Back-Pottasche zu machen, dessen Teilchenflussdichte Norbert uns empirisch mit einem kalibrierten Messgerät bestimmt hat.


Mein Ansatz war hingegen, die Teilchenflussdichte rechnerisch zu bestimmen. Dabei bin ich über eine hübsche Zufälligkeit gestolpert, die ich mit euch teilen möchte:

Das SBT10A hat eine aktive Detektorfläche von 55x65mm. Es bietet sich hier an, den Prüfstrahler etwas kleiner zu machen als das Zählrohrfenster, also 50x60mm. Dies entspricht einer Fläche von 30 cm².

Kaliumchlorid hat eine Beta-Aktivität von 14,49 Bq/g laut BMU. Etwa 10% der Zerfälle setzen Gammastrahlung frei. Während das SBT10A für Beta eine Ansprechwahrscheinlichkeit von 30-35% haben sollte, ist es für Gamma nur 1-2%. Das heißt, dass die Gammastrahlung deutlich unter 1% zur Gesamtzählrate beiträgt. Deshalb kann sie vernachlässigt werden.

Wenn man nicht sehr kleine Aktivitäten haben möchte, für die man dann sehr lange messen müsste, bekommt die KCl-Schicht rasch eine Stärke, bei der Selbstabsorption eine Rolle spielt.  In https://www.fs-ev.org/fileadmin/user_upload/04_Arbeitsgruppen/13_Umweltueberwachung/02_Dokumente/Loseblattsammlung/Loseblattsammlung/LB3_1_14.pdf findet sich ein Diagramm, das für Flächenbelegungen zwischen 10mg/cm² und 50mg/cm3 eine nahezu lineare Abschwächung von ca. 0,45% pro mg/cm² Flächenbelegung zeigt.

Rechnet man nun mit der Fläche (30cm²), der Beta-Aktivität (14,49 Bq/g) und der Selbstabsorption herum, ergibt sich für die Flächenbelegung von 20 mg/cm² eine einzusetzende Gesamt-KCl-Menge von 600mg, die dann eine Teilchenflussdichte Richtung Detektor von ziemlich exakt 4 pro Sekunde erzeugt! (3,956) :-)

Die 600mg sind dabei sehr praktisch, weil es Arzneikapseln mit KCl gibt, die genau 600mg enthalten. Arzneiwirkstoffe werden normalerweise mit einer Genauigkeit von mindestens +/- 1% gewogen.

Ich wollte das allerdings noch mal nachkontrollieren, meine kleine Briefwage löst auf 50mg auf (ist wahrscheinlich aber nicht ganz so genau), und so habe ich dann den Inhalt mehrerer Kapseln gemessen. Erstaunlicherweise habe ich ein ca. 15% höheres Gewicht gemessen. Ich dachte, das Salz hat Wasser gezogen, es ist ja hygroskopisch, doch als ich es zum Austreiben im Backofen erhitzte, verfärbte es sich braun - es scheint also noch 15% organischer Hilfsstoff mit dabei zu sein. Der macht aufgrund seines Beitrags zur Selbstabsorption das Ergebnis also wieder ungenauer, aber um wieviel, hätte man nur empirisch mit einer größeren Menge Kapseln bestimmen können, und ich hatte nur noch einige wenige.

Jedenfalls sollten sich 600mg auch sonst sehr gut abwiegen lassen, z.B. indem man einen 60g Haufen in 10 gleiche Teile teilt und einen davon wiederum durch 10 teilt.

Ich habe das KCl dann noch pulverfein zerrieben und zwischen zwei Lagen Paketklebeband auf einen Kartonträger geklebt. Praktischerweise ist das Paketband genau 50mm breit :-)

Im übrigen kann man das alles auch mit Pottasche machen, diese hat eine Beta-Aktivität von 15,64 Bq/g. Aber dann kommt es nicht mehr so schön hin mit den 600mg und den 4 Teilchen pro Sekunde.


Viele Grüße,

Henri

--
Korrigiert: 14,49 Bq/g ß, nicht 14,45...

NoLi

#1
13. September 2020, 21:32
Hallo Henri.

Erst mal müssen wir unterscheiden zwischen Kaliumcarbonat (Pottasche) und Kaliumchlorid;   K2CO3: 17,8 Bq/g ; KCl: 16,4 (16,6) Bq/g .

Wenn Du Kaliumchlorid verwenden möchtest, gibt es in der Tat für die spezifische Aktivität auch noch die Angabe von 16,6 Bq/g Beta-/Gamma-Aktivität:
https://www.bmu.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Strahlenschutz/strlsch_messungen_aequival_gehalt.pdf

Wenn K-40 zerfällt, gibt es zwei Emissionswege: 89,5% Beta-minus, 10,5% Elektroneneinfang mit Gammaemission.
Wen Du den reinen Beta-Wirkungsgrad ermitteln willst, solltest Du in der Tat nur die Beta-minus Emission berücksichtigen. Sie beträgt 14,8 pro Sekunde und Gramm; die Gamma-Emission beträgt 1,75 pro Sekunde und Gramm.
https://www.bmu.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Strahlenschutz/strlsch_messungen_aequival_kalaequ.pdf

Was die Selbstabspsorption angeht, gab es vor einigen Jahren mal von Helmut Wabnig einen schönen Bericht über die ß-Nachweisempfindlichkeit des NVA Aktivitätsmessgerätes "RAM-II". Er mahlte KCl in einer elektr. Kaffeemühle zu feinem Pulver, verwendete die zum Gerät gehörigen Probenschüsselchen (d=30mm, h=15mm), verdichtete darin nach Dienstvorschrift mit dem zugehörigen Stößel das Kaliumchlorid in verschiedenen Mengen, nahm die dazugehörigen Zählraten auf und übertrug diese in eine Exeltabelle, aus der er eine Graphik erhielt, die erst linear mit der Probenmenge anstieg, dann allmählich abknickte und bei "höherer" Mengen fast keinen Anstieg mehr zeigte. Leider finde ich diesen Bericht nicht mehr im Netz.
Wenn Du es beim SBT10A genau haben möchtest, bleibt dir wohl nichts anderes übrig, mit Hilfe einer Analysenwaage und geeignetem Gefäß einen solchen Versuch zu machen.

Gruß
Norbert


Henri

#2
13. September 2020, 22:50
Hallo Norbert,

ja, eigentlich wollte ich es so genau wie möglich machen, aber ich habe halt keine Analysenwaage, und im übrigen außer den paar Arzneikapseln auch kein KCl mehr. Hatte schon überlegt, einfach  in der Apotheke 836 mg KCl zu ordern, aber es muss dann ja wasserfrei sein, und wenn die es für mich vor dem Wiegen in den Trockenschrank packen, kostet das garantiert extra... das aus den Kapseln ist aber sicherlich weitgehend wasserfrei gewesen, als es eingewogen wurde, also finde ich das eine ganz gute Lösung.
Das "Streckmittel" bei meinen Kapseln ist organischen Ursprungs (wahrscheinlich ein Überzug zur Verbesserung der Magenverträglichkeit, oder ein Verklumpungsschutz für die Abfüllanlage). Das sollte nicht so viel Betas absorbieren. Ansonsten könnte man es auch durch Ausglühen wegbekommen, wenn man's drauf anlegt. Ich hatte das versucht, aber man bekommt es danach nicht mehr aus dem Topf gekratzt  :unknw:

Ich habe heute Abend eine erste Effizienzbestimmung mit meinem SBT10A gemacht, unter 2 cm Blei und mit 7mm PMMA auf der dem Zählrohr abgewandten Seite, um Reflektionen zu vermeiden (allerdings Leermessung nur auf 4% und Messung mit dem Strahler auf 2% genau, mache ich gelegentlich noch mal besser). Das Ergebnis war 34,5%, was ziemlich genau die Angabe des Datenblattes ist.

Im übrigen schreibt das BMU in der anderen Publikation (https://www.bmu.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Strahlenschutz/leitstelle_a-beta-gesamt-niede-01.pdf) was von 14,49 Bq/g für ß. Ich finde es erstaunlich, wie sehr die Angaben z.T. abweichen, in diesem Fall schon bei einer Stelle hinter dem Komma. Auch was den Gehalt an K-40 im natürlichen K betrifft, stimmen die Angaben in einigen Nachkommastellen je nach Quelle nicht überein. Dabei nutzt man das Zeug ja ziemlich ausgiebig und sollte sich mittlerweile eigentlich geeinigt haben ...  :rtfm:

NoLi

#3
13. September 2020, 23:24
Mal kurz nachgedacht:

spielen Nachkommastellen, pragmatisch gesehen, in diesem Fall eine sooo große Rolle?:unknw::-\
Vielleicht, wissenschaftlich gesehen...

Gruß
Norbert

DL3HRT

#5
14. September 2020, 07:08
Zitatja, eigentlich wollte ich es so genau wie möglich machen, aber ich habe halt keine Analysenwaage
Wenn du bei Ebay "waage 0.001g" eingibst, so wirst du mit Angeboten für preiswerte (ca. 20 Euro) Waagen überschüttet. Die haben meist einen Wägebereich bis 20 g oder 50 g und eine Auflösung von 1 mg.

Eigentlich habe ich von einer 20 Euro Waage nicht viel erwartet aber im Vergleich mit den Analysenwaagen in unserer Firma sind die gar nicht so schlecht. Man kann durchaus mit einer Absolutgenauigkeit von 5 mg rechnen (war zumindest beim getesteten Exemplar so).

NoLi

#6
14. September 2020, 16:08
Hallo Henri.

Vielleicht hilft Dir Figure 3 auf Seite 3 weiter:
http://revistas.unam.mx/index.php/rmf/article/viewFile/31851/29418

Hmm, wohl doch nicht...hatte im ersten Moment übersehen, dass das über die Gammas und nicht Betas ist :mega_shok:

Gruß
Norbert

Henri

#7
14. September 2020, 23:25
Zitat von: Zugpferd am 13. September 2020, 23:42
KCl bei Ebay kaufen...

Na so was! Und ich bin in die Apotheke gegangen, habe um 10g gebettelt und wurde beäugt, alo würde ich sonstwen damit umbringen wollen. Na, vielleicht schenk ich mir mal ein Fäßchen davon zu Weihnachten  :yahoo:

Zitat von: DL3HRT am 14. September 2020, 07:08
Wenn du bei Ebay "waage 0.001g" eingibst, so wirst du mit Angeboten für preiswerte (ca. 20 Euro) Waagen überschüttet. Die haben meist einen Wägebereich bis 20 g oder 50 g und eine Auflösung von 1 mg.

Eigentlich habe ich von einer 20 Euro Waage nicht viel erwartet aber im Vergleich mit den Analysenwaagen in unserer Firma sind die gar nicht so schlecht. Man kann durchaus mit einer Absolutgenauigkeit von 5 mg rechnen (war zumindest beim getesteten Exemplar so).

Als ich meine damals gekauft hatte (selbe Preisliga), war das das Ende der Fahnenstange im "Consumer-Bereich". 1 mg genau zu wiegen, da braucht man eine Einhausung, eine sehr präzise Temperaturkompensation, muss mit der Wasserwaage ausrichten und hoffen, dass grad keine Gravitationswelle vorbeikommt...

Was für ein Modell ist Deine denn? Man bräuchte sicherlich noch einen Satz sehr präziser Gewichte zum Überprüfen, aber wenn die auch günstig sind, wie genau sind sie dann?

Ich habe mir bislang immer damit geholfen, die mehrfache Menge abzuwiegen und dann Häufchen zu teilen. Alternativ könnte man auch eine Lösung anfertigen und einen definierten Teil davon wieder eindampfen.

Viele Grüße,

Henri
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