Lutetium-Kalium Aktivitäts-Kalibrierung

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Für Freunde von OpenOffice hab ich die Kalibrierrechnung, wie versprochen, auch mal mit OfficeCalc durchgespielt. Es gibt da zwar keine polynomische Trendline, aber es gibt die Funktion RGP für den polynomischen Fit genauso. Damit kann man dann auch eine eigene polynomische "Trendlinie" ausrechnen, die dann halt ne normale Kurve ist.
Ansonsten bleibt alles beim Alten (siehe Anhang). 

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So liebe Leute, nun kann ich Euch auch noch eine erste Version der Doku zu der LuKa-Kal, wie diese unter diesem Thema diskutierte Methode der Aktivitätskalibrierung jetzt (aus gegebenem Anlaß ) genannt habe, unter den Weihnachtsbaum legen . Dort liegt hoffentlich schon das Probendöschen aus der Lu2O3-Sammelbestellung. Und die weihnachtsfreie Zeit ist doch geradezu ideal damit gleich mal etwas zu üben! Ich habe heut früh 100g KCl in der Apotheke auf Montag bestellt, das hat die Apothekerin gerne gemacht und wollte 9.95Euros dafür haben. Das bekommt man also auch fürs Weihnachtsgeld. Dann hab ich noch das Excel mit den Beispielen aus der Doku gezippt und hier angehängt. Man kann jetzt also direkt loslegen!   Habt alle viel Spaß damit und wenn was unklar ist oder bei sonstigem Feedback einfach melden!

[Henri]

Hallo Bernd,

da hast Du uns aber wirklich was tolles unter den Weihnachtsbaum gelegt! Die Anleitung ist ja echt unglaublich

Eine Frage habe ich noch zu S.7:  Du schreibst hier, dass Du für Kalium und Lutetium jeweils getrennte Kalibrierstrahler verwendest und diese auch getrennt misst. Da stellt sich dann natürlich die Frage, in welche Matrix Du das Lu2O3 einbettest, um eine identische Geometrie zu erhalten. Die ursprüngliche Idee war ja, es unter das KCl zu mischen. Bist Du davon wieder abgekommen, und aus welchen Gründen? Was nimmst Du statt dessen?

Letztendlich hat KCl mit ca. 2g/cm³ eine recht hohe Dichte (die Schüttdichte ist laut Tabelle identisch), was für die 1460 keV kein wirkliches Hindernis darstellt, für die niedrigeren Energien des Lu aber schon, zumindest bei größeren Proben-Volumina. Also würde sich anbieten, zumindest fürs Lu eine Matrix zu nehmen, die in etwa der später vermessenen Probe ähnelt. Mir kam beim Blättern im Onyxmet-Katalog die Idee, ob es nicht besser gewesen wäre, statt Lu2O3 lieber das wasserlösliche Chlorid zu nehmen, auch wenn das Lu hierin noch etwas teurer ist. Das Chlorid dürfte thermisch stabil sein. Man bekommt also das Kristallwasser raus, ohne dass es sich zersetzt, für die initiale Einwaage. Dann könnte man eine Lösung daraus herstellen, damit z.B. Sägemehl tränken und wieder trocknen, und hätte dann einen sehr homogenen Strahler, der von der Dichte her getrockneten Lebensmittelproben sehr nahe kommt. Oder man stellt eine Lösung in destilliertem Wasser her und hat mit diesem dann ähnliche Verhältnisse wie in frischem pürierten Pilz oder Wildschweinfleisch. Oder man nimmt Lu2O3 und Acryl-Gießharz, das hat eine Dichte von ca. 1,2 und enthält nur Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff in recht günstigem Verhältnis (Summenformel C3H6O2*n) und kommt damit recht nah an die Zusammensetzung frischer Lebensmittel (die Dichte von Fleisch liegt wegen des Fettgehalts knapp unter 1, pürierte Pilze bei ~1, nicht pürierte Pilze "in Form gepresst" bei ca. 0,3 g/cm³).


Übrigens, ich habe auch so eine alte SparkGap Röhre und hatte mal ganz grob die Aktivität überschlagen. Da das Cs ja in einem eingedampften Tropfen auf die Glaswand aufgebracht wurde (bei mir ist es ein hauchdünner Film von ca. 5mm Durchmesser in einer Glasröhre von ca. 15mm (???) Durchmesser), hat man hier quasi einen Flächenstrahler. Dieser kann fast direkt auf den Kristall aufgelegt werden, zudem ist der Kristall sehr groß im Vergleich zum Cs-Tropfen. Also kann man davon ausgehen, dass knapp jedes zweite emittierte Gammaquant in Richtung des Kristalls geht. Von einer Herstellerseite hatte ich mir dann ein Diagramm mit der Effizienz eines ähnlichen Kristalls für 662 keV besorgt. Und war damit auf eine Aktivität von nur etwa 200 Bq gekommen. Leider ist das "Geometrie-Problem" hier nicht auflösbar, wenn man nicht das Cs abkratzen und in einer geeigneten Matrix verteilen wollen würde (was natürlich etwas ungesund und destruktiv ist). Ich vermute auch, die Tropfengröße ist nicht einheitlich, und außerdem spielt natürlich die HWZ eine Rolle.

Viele Grüße!

Henri

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Ja, es freut mich immer, wenn man solches Wissen auch etwas in die Breite bringen kann und dann Verbesserungen hinzukommen. In dem Fall war es nun so, dass ich diese Idee, die beiden Proben zu mischen durchaus testen will, aber ich dachte ich mach jetzt erst die Doku Version 1 fertig, weil ja so viele bei der Sammelbestellung mit gemacht haben und nun über Weihnachten auch Zeit zum Messen haben. Von daher war meine Überlegung eventuell noch eine Version 2 des Dokuments zu machen, wenn ich weiß, wie gut das mit der Mischprobe klappt. Ich könnt mir jetzt auch denken, dass so der eine oder andere stolze Besitzer von 10g Lu2O3, das nun nicht gleich mit dem KCl mischen möchte, mit dem Risiko, dass das am Ende nicht recht geht. Von daher ist auch Dein Input gut Henri, auch noch über andere Lu-Chemikalien noch nachzudenken.

Was mein KCl anbelangt, das was ich habe, ist schon recht verklumpt, aber ich bekomme mein Neues am Montag. Dann habe ich noch das K2CO3, das ist in schöne Tütchen eingeschweißt ist, da wollte ich mal sehen, wie schnell das Wasser zieht, wenn ich so ein Tütchen aufmache. Dann bin ich auch noch nicht ganz 100% sicher über mein Probengefäß, das sollte ja recht universell verwendbar sein und gleichzeig von der Größe zum Detektor passen. Ich überlege auch, die Dose zu füllen und oben drauf eine Schicht Silikonkleber zu geben um die Probe luftdicht abzuschließen, weil ich dem Schraubverschluss nicht ganz traue was den Luftabschluss anbelangt. Was die Abschirmwirkung des Kaliumsalzes für das Lu anbelangt, da rechne ich auch damit, dass das spürbar dämpfen könnte. Deswegen will ich auch alles vorher vermessen, bevor ich es vermische. Das will alles gut überlegt sein, bevor man die ,,wertvollen" Rohmaterialien vergeigt. Also jede Überlegung hierzu ist sehr wertvoll!

Und klar, was so eine Spark Gap Röhre anbelangt, das ist keine ideale Probe. Da wird es sehr drauf ankommen, wie man die in die Messkammer bringt. Die Cäsiumbeschichtung der Glaswand ist eher punktförmig auf einer Seite und wird zur anderen Seite hin von den Elektroden verdeckt also sehr inhomogen. In vielen Fällen wird es so sein, dass man einfach nur eine grobe Abschätzung bekommt, weil man die Bedingungen für die Probenmatrix und die Geometrie nicht wirklich identisch zur Kalibrierung hinbekommt. Ich hab mal bei der PTB gelesen, dass das Candela als SI-Basiseinheit am ungenauesten von allen bestimmbar wäre. Das hat sicher auch damit zu tun, dass Strahlungsstärken in der Physik einfach schwer zu messen sind.

[NoLi]

Ich denke, wenn man quantitative Spektrometrie von verschiedenen Proben betreiben möchte, kommt man nicht um einen Kalibriersatz mit unterschiedlichen Dichten herum. Beim Volumen kann man sich ja auf eine Geometrie primär beschränken.
Es ist eine einmalige Investition, aber für eine dauerhafte Qualitätssicherung notwendig...vor allem, wenn an öfter Probenanalysen unterschiedlicher Natur durchführen möchte.

Eine Dose mit Schraubverschluß lässt sich recht gut im Gewindegang mit Dicht-Silikon behandeln, anschliessend den unteren Rand des Deckels nochmals mit einer Schicht Silikon verschliessen. Vorteil: die Kaliumverbindung (und was sonst noch so zugemischt wäre) hat keinen direkte Silikonkontakt und bleibt rückholbar.

Die Cs-137 Aktivität von  "Spark Gap Tubes" ist leider sehr unterschiedlich und beträgt von wenigen Bq bis zu (ursprünglich) 37 kBq...zur Aktivitätskalibrierung sind die Dinger daher nicht geeignet.

Norbert

[Peter-1]

Liebe Freunde,

nun habe ich gemessen, gerechnet, gemessen und wieder ......
Ich finde der Aufwand hat sich gelohnt und ein großes Dankeschön an Bernd, der die Idee dazu hatte und gute Dokus erstellt hat.
Mit all diesen Informationen konnte ich dann die ersten Versuche starten.
Zunächst die Excel-Liste und die Polynomrechnung mit meinen wenigen Objekten.

Das Quantum Pendant zeigt ein fast reines Thoriumspektrum und wirft natürlich die Frage auf, ob man daraus überhaupt eine Aktivität errechnen kann / soll ?

Wie immer bin ich für Anregungen dankbar.
Schöne Vorweihnachtsgrüße
Peter

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Wow, Suuuper! Da hat sich die Mühe ja schon gelohnt !
Die Effizienz-Werte sind nun doch deutlich gestiegen mit dem Lu2O3 gegenüber den Metallstückchen, Du hast jetzt eine Effizienz beim Lu176 von 6,31/4,96% für 202/307keV und beim K40 von 0.81% das sind schon wirklich gute Werte!!! Damit kommst Du nun beim Cs137 auf eine Effizienz von 2.4%, so hab ich nachgerechnet, das ist wirklich gut. Das heißt aber für 100Bq Cäsium in einer Probe siehst Du etwa 2 pulse/sec.

Also damit kann sich Deine Nachweisgrenze doch wirklich sehen lassen! Das gehört doch gefeiert!

Vielleicht hat ja noch jemand aus der Sammelbestellung Lust das bei seinem Lu2O3 nochmal selbst nachzu rechnen! Die Zahl für den Wettbewerb wären dann die cps pro 100Bq Cs137. 

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Das Quantum Pendant zeigt ein fast reines Thoriumspektrum und wirft natürlich die Frage auf, ob man daraus überhaupt eine Aktivität errechnen kann / soll ?

Naja, ich würd sagen es reicht doch wenn Du die Aktivität für das Ac228 bestimmst. Damit kann man dann ja schon grob sagen, ob das gute Stück Sondermüll ist oder nicht! 

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Vielleicht hat ja noch jemand aus der Sammelbestellung Lust das bei seinem Lu2O3 nochmal selbst nachzu rechnen! Die Zahl für den Wettbewerb wären dann die cps pro 100Bq Cs137. 

Ich hab grad meinen Wert für das neue Lu2O3 (10g) aus der Sammelbestellung und 100g frisches KCl nachgerechnet, ich komme für meine Anlage nur auf 1.78cps pro 100Bq Cs137 in einer Probe. Aber dass Peters Anlage besser ist, das hab ich schon von den Fotos von seiner Messkammer her geahnt. 

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So, nun hab ich's getan! Die guten 10g Lu2O3 von Onyxmet mit dem frischen KCl (100g) aus der Apotheke vermischt. Die Mischerei ging in einem großen Twist-Off Glas ziemlich problemlos. Als Probenbehälter habe ich mich für eine Kunststoffdose vom DM-Markt entschieden, die hat 70mm Durchmesser, ist 37mm hoch, ist aus PP und hat einen Deckel mit brauchbarem Schraubverschluss. Normalerweise verkauft DM darin ,,Mizellen Augen-Make-Up Entferner Pads" von der Hausmarke Balea, wer also ne hübsche Partnerin hat kann den Inhalt auch noch verwerten . Ich hab die blaue Dose für ölfreies Make-Up genommen. Eine solche Dose kostet 95 Cent. Davon hab ich dann gleich mal 10 Stück gekauft für spätere Proben. Die Dose füllt bei mir etwa 80% der Detektor-Stirnfläche aus.

Ich schätze mal, dass etwa 130g KCl reinpassen würden, wenn man die Dose gestrichen voll machen würde. Es gehen auch gut etwas mehr als 100g Hirschgraben-Erde rein, oder etwas mehr als 50g getrocknete Pfifferlinge. Als ich die 100g KCl mit den 10g Lu2O3 gemischt und die Mischung dann in die Dose abgefüllt hatte, waren noch etwa 5mm Luft nach oben bis zur Dosenkante. Ich hab dann eine dünne Kunststoffabdeckung aus einem Schnellhefter ausgeschnitten, die Probenmischung damit bis zum Rand hin abgedeckt und mit einem Silikonklebstoff in den Rand eine luftdichte Fuge bis zum Dosenrand gezogen, ähnlich wie am Waschbeckenrand (siehe Fotos).

Zuvor hatte ich das reine KCl in der Balea-Dose und das reine Lu2O3 in der kleinen Dose aus der Sammelbestellung zentrisch direkt vor dem Detektor vermessen. Jetzt läuft die Messung der Balea-Dose mit der Kalibriermischung. Ich bin gespannt! Wie stark dämpft das KCl wohl das Lu2O3? Ich nehm noch Wetten an, was rauskommt! 

[NoLi]

...Als Probenbehälter habe ich mich für eine Kunststoffdose vom DM-Markt entschieden, die hat 70mm Durchmesser, ist 37mm hoch, ist aus PP und hat einen Deckel mit brauchbarem Schraubverschluss. Normalerweise verkauft DM darin ,,Mizellen Augen-Make-Up Entferner Pads" von der Hausmarke Balea, wer also ne hübsche Partnerin hat kann den Inhalt auch noch verwerten ...

Achtung, kommt ganz auf die Partnerin und ihre Schlussfolgerungen an...    

Gruß
Norbert 

[Henri]

Die Mischerei ging in einem großen Twist-Off Glas ziemlich problemlos.

Normalerweise müsste man so was in einer Mühle oder mit einem Mörser sorgfältig homogenisieren. Sonst bekommt man je nach Teilchengröße und spezifischem Gewicht möglicherweise den "Müsli-Effekt", also Haferflocken unten und Rosinen und Nüsse oben.
Hast Du das KCl vor dem Mischen noch mal getrocknet oder mal stichprobenweise überprüft, wie viel Wasser sich austreiben lässt?

Bin sehr gespannt auf die Ergebnisse!

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Ja, das mit der Homogenisierung ist ein guter Punkt. Was ich nämlich vergaß zu erwähnen: Das KCl tendiert dazu harte Klumpen zu bilden. Ich hatte nun zwar für diese Herstellung der LuKa-Mischprobe frisches KCl in der Apotheke gekauft, aber kleinere Klümpchen hatte das auch. Und die sind ordentlich verbacken. Deswegen hatte ich das KCl-Salz schon vor den Einzel-Komponenten-Messungen mit einem kleinen Mörser auf gleichmäßige Korngröße gebracht. Unter die Korngröße des Herstellers zu gehen, das denke ich macht kaum Sinn. Man müsste das sonst bei jeder weiteren Probe, die man z.B. mit NaCl oder Zucker als Füllmatrix mischt, auch wieder so machen. Ich hatte auch keinerlei Problem eine sehr gleichmäßige Mischung des Lu2O3 mit dem KCl hinzubekommen nachdem die Korngröße des KCl einheitlich war. Das KCl z.B. in einer Salzmühle nochmals zu mahlen, das braucht man meiner Meinung nach nicht unbedingt.

In der Grafik unten hab ich nun die Ergebnisse zur LuKa-Kal Mischprobe zusammengestellt. Ich hatte vor dem Mischen 2 Messungen der Komponenten einzeln an zwei unterschiedlichen Tagen gemacht. Die kamen ziemlich vergleichbar raus. Die Mischung der Probe hat interessanterweise nicht allzu viel verändert. Die Lu-Linie bei 202keV hat von grob 10.85 auf 12.66cps zugenommen, die Lu-Linie bei 307keV hat von etwa 13.7 auf 12.73 abgenommen. Das KCl hat dagegen von 1.2 auf etwa 1.6 zugenommen. Ich denke nun so im Nachhinein gibt's dafür auch ne Erklärung: Dadurch das die Dose mit dem KCl alleine nicht voll war und kein gelber Deckel drin war, der das KCl ganz nach vorne gedrückt hat, ist das KCl etwas nach unten gerutscht und oben hat sich ein Hohlraum gebildet. Das war sicher nicht ganz so optimal. Bei Lu2O3 könnte es sein, dass im KCl verteilt das Lu2O3 vielleicht im Mittel etwas näher am Detektor war als in dem ursprünglichen Behälter und eben über einen größeren Durchmesser verteilt ist. Aber hier sind ja die Unterschiede relativ klein.

Das Mischspektrum kommt sauber raus und lässt sich sehr leicht vermessen. Ich habe mit PRA gemessen, das ergibt bei mir vor allem bei niedereren Energien das bessere Ergebnis. Für den Export aus PRA habe ich herausgefunden, gibt's noch ne bessere Möglichkeit die Messzeit mit zu exportieren als über das SPC ASCII Format zu gehen. Man schreibt einfach in die erste Zeile der exportierten Datei Total time: 1234 , wenn 1234 die Messzeit in Sekunden war.
Mit der LuKa-Kalibrierung über die Mischprobe sinkt jetzt meine Cs173 Effizienz etwas und ich komme nun bei 1.59cps pro 100Bq Cs137 raus. Vorher waren es 1.78cps pro 100Bq Cs137, aber ich denke das ist absolut realistisch, vor allem weil sich ja die Verteilung fürs Kalium doch etwas verbessert hat und die Situation für das Lu kaum verschlechtert hat. Ich denke nun, das ist ein super Ergebnis und es lohnt sich 10g des Lu2O3 dafür zu opfern. Ich bin überzeugt, damit hat man nun eine sehr effektive Kalibriermöglichkeit für eine grobe Abschätzung z.B. für Cs-haltige Proben und das wird ja wohl auch die Mehrheit sein. 

Jetzt wär's natürlich schön das würde nochmal jemand austesten! 

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Ach ich vergass, einen "thermischen Test" des KCl um die Wasserfreiheit zu püfen habe ich nicht gemacht. Klar, das könnte man auch noch machen. Ich denke aber man kann an der Kristallstruktur schon auch grob erkennen wieviel Wasser es gezogen hat. Und immerhin ist die Deliqueszenzfeuchte von KCl höher als beim Speisesalz. Von daher denke ich ist das auch nicht gar so kritisch. Aber das Probengefäß würde ich schon versuchen dicht zu verschließen. Ich greife da mal Noli's Idee auf und träufle nochmals "Ponal Wasserfest" ins Deckelgewinde. Das müsste zusätzlich helfen. 

[NoLi]

DIÄTSALZ, zum Beispiel von "Gewürzmühle Brecht", enthält 84% Kaliumchlorid und, damit es auch nach dem öffnen rieselfähig bleibt, als Trennmittel gegen Verklumpung Siliciumdioxid.
Zu bekommen in Reformhäusern; ein 90 Gramm Gläschen (13,9 Bq/g ; 1255 Bq) kostet knapp 4 Euro.
https://www.reformhaus-shop.de/brecht-diaet-salz-im-glas-90g/a-81529/?ReferrerID=7&gclid=EAIaIQobChMIlPbFhcH59AIVTJBoCR0rdgK9EAQYAyABEgJ6JPD_BwE

Gruß
Norbert