DLK von Th nat.

[Peter-1]

Liebe Experten,
ich suche nach der DLK von Thorium nat. D.h. Also ohne die Abtrennung der Zerfallsprodukte. Selbst ein grober Wert wäre nützlich 

Peter

[NoLi]

Liebe Experten,
ich suche nach der DLK von Thorium nat. D.h. Also ohne die Abtrennung der Zerfallsprodukte. Selbst ein grober Wert wäre nützlich 

Peter

Hi Peter.
Guckst Du hier, Seite 62  Abb. 7-1:
https://www.bmu.de/fileadmin/Daten_BMU/Pools/Forschungsdatenbank/fkz_3616_S_12343_strahlenexposition_arbeitsplaetze.pdf
und die folgenden Seiten.

Gruß
Norbert

[DG0MG]

Laut [1]:  Th-232 298,4 (μSv x m²)/(h x GBq)

[1] https://sync.einsatzleiterwiki.de/doku.php?id=cbrn:atomar:dosisleistungskonstante

[Peter-1]

Danke für die Links.
Hintergrund ist die Frage, ob aus dem Spektrum einer Elektrode WT40 (2mm) oder über Gewicht der Elektrode mit 4% Thoriumoxid die Aktivität berechnet werden kann.
Wäre es richtig alle peaks im Spektrum zu vermessen und die daraus berechnete Aktivität zu addieren? Natürlich stört der hohe Wolframgehalt !
Wie müßte eine ideale / praktische Thoriumprobe aussehen? Ginge Thoriumnitrat oder -oxid?

Einen schönen Sonntag
Peter

[NoLi]

Danke für die Links.
Hintergrund ist die Frage, ob aus dem Spektrum einer Elektrode WT40 (2mm) oder über Gewicht der Elektrode mit 4% Thoriumoxid die Aktivität berechnet werden kann.
Wäre es richtig alle peaks im Spektrum zu vermessen und die daraus berechnete Aktivität zu addieren? Natürlich stört der hohe Wolframgehalt !
Wie müßte eine ideale / praktische Thoriumprobe aussehen? Ginge Thoriumnitrat oder -oxid?

Einen schönen Sonntag
Peter

Beides funktioniert nur, wenn das Thorium deiner Elektrode weitestgehend mit seinen Folgeprodukten im Gleichgewicht ist, also die Elektrode mindestens 30 Jahre alt ist (idealerweise sind es 50 Jahre!). Die Physikalisch Technische Bundesanstalt PTB bietet als Aktivitätsnormale u.a. für die Gammaspektrumsanalyse Thoriumoxid an, was vor deutlich > 50 Jahren hergestellt wurde:
https://www.ptb.de/cms/ptb/fachabteilungen/abt6/fb-61/611-aktivitaetseinheit/abgabe-von-aktivitaetsnormalen/thorium-und-uran-aktivitaetsnormale.html

Gruß
Norbert

[opengeiger.de]

Samarskit hat sich ausgiebigst mit Thoriumelektroden befasst, also am besten ihn mal fragen. Er hatte genau wegen der Altersabhängigkeit der Gesamtaktivität Unstimmiigkeiten in der Kennzeichnung festgestellt. Ich habe die Gleichgewichte für ihn damals durchsimuliert, ich hänge die Kurven mal an (ausgehend von 4060Bq Gesamtaktivität). Der Verlauf ist wirklich wegen der Lebensdauern der Zerfallsprodukte im Jahresbereich recht interessant. Man kann quasi ne Altersbestimmung daran machen. Allerdings, die Th232 Aktivität selbst ist schwer zu ermitteln, da es ja laut Zerfallsschema nur eine schwache Th232 Gammalinie bei 63.8keV gäbe, die man nützen könnte. Die fällt aber wohl mit den XRF Linien zusammen, so dass es schwierig werden wird die zu isolieren. Dann käm noch das Problem dazu, dass man unter 100keV vermutlich eh keine Kalibrierung hinbekommt (siehe der 88keV Peak beim Lu176).

Also ja, wenn die Probe sehr alt ist, könnte man davon ausgehen, dass das Th232 mit den Töchtern im Gleichgewicht ist. Aber da wär dann noch das Thoron (Rn220) in der Kette, was möglicherweise zum Teil entfleucht. Von daher denke ich, könnte man von den Töchtern sicher nur das Ac228 sinnvoll auswerten, das aber braucht in der Tat dann 30 Jahre nach der chemischen Th232 Abtrennung, bis man sagen kann, jetzt ists wirklich im Gleichgewicht. Bei Monazitsand geht das vielleicht, aber bei Wolframelektroden sagt einem der Hersteller selten das Alter der Stäbe so genau. 

[Peter-1]

Danke Bernd und Norbert

das Thorium ist wohl nicht geeignet. Zwar habe ich noch etwas ThF4 als Aufdampfmaterial von Balzers und das ist sicher 30 - 40 Jahre alt, aber es als Prüfstrahler verwenden ist sicher keine gute Idee. Es hat nur optisch einen interessanten Brechungsindex für sog. Wechselschichten auf optischen Gläser. Ist aber eine Schweinerei bei der Bedampfung, da der ganze Kessel danach verseucht ist.
Wie sieht es mit Ra-Leuchtpulver auf Zeiger aus? Meine alte Armbanduhr zeigt dieses Spektrum.

Peter

[NoLi]

Wie sieht es mit Ra-Leuchtpulver auf Zeiger aus? Meine alte Armbanduhr zeigt dieses Spektrum.

Peter

Etwa 50% des entstehenden Radon-222 exhaliert aus dieser Leuchtfarbe und Uhr, dessen Folgeprodukte sind entsprechend vermindert vorhanden. Es sei denn, die Uhr ist absolut wasserdicht und für größere Tauchtiefen (erhöhter Abdichtungsaufwand) ausgelegt.

Norbert

[Samarskit]

Samarskit hat sich ausgiebigst mit Thoriumelektroden befasst, also am besten ihn mal fragen. Er hatte genau wegen der Altersabhängigkeit der Gesamtaktivität Unstimmiigkeiten in der Kennzeichnung festgestellt. Ich habe die Gleichgewichte für ihn damals durchsimuliert, ich hänge die Kurven mal an (ausgehend von 4060Bq Gesamtaktivität). Der Verlauf ist wirklich wegen der Lebensdauern der Zerfallsprodukte im Jahresbereich recht interessant. Man kann quasi ne Altersbestimmung daran machen. 

Da ich hier direkt angesprochen worden bin, will ich mich gerne dazu äußern.

Zur Geschichte der Zusammenarbeit mit Opengeiger, dem ich die hervorragenden Simulationsgrafiken (Octave) verdanke: Ich erstand vor gut einem Jahr einen WT40-Stab. Damit wollte ich Zählratenvergleiche durchführen mit einem gleich großen WT20-Stab, der meines Wissens bereits ein "hohes Alter" hat und in der Nähe seines
Aktivitätsequilibriums sein dürfte. Ich kannte den Verlauf der Summenfunktion für die Zerfallskette, ausgehend von komplett abgetrenntem Thorium. Zum Zeitpunkt Null ist Th232 aktivitätsmäßig im Gleichgewicht mit Th228. Nach 4,55 Jahren durchläuft diese Funktion ein relatives Minimum, das für die Teilchenemission (Alpha plus Beta) knapp 47%, für die Gammaemission gut 42% des Equilibriums beträgt.

Im folgenden interessiert natürlich nur der Verlauf der Gammaemission.

Angenommen, der WT20-Stab hat sein Equilibrium schon fast erreicht, dann müsste der WT40-Stab mindestens gut 80% von dessen Zählrate erzielen, selbst wenn er sich augenblicklich in seinem Minimum befindet (ich benutzte einen analogen Zähler vom Typ RUST 3).

Ergebnis der ersten Messung im Oktober 2020: WT20 970 ips, WT40 380 ips.

Da war ich dann doch irgendwie ratlos. Mal abgesehen von gewissen Schwankungen im Th-Gehalt der Stäbe hätte ich ein Ergebis von mindestens 810 +/- 20 ips erwartet. Und jetzt weniger als die Hälfte davon!

Mein erster Gedanke war: Der Stab ist sicher falsch deklariert. Ich reklamierte beim Verkäufer. Dieser
war sehr kulant und ließ den zurückgeschickten Problemstab professionell prüfen. Ergebnis: Knapp über
4% ThO2! Jetzt war ich vollends ratlos, das konnte ich mir absolut nicht erklären. Der "normale" Zerfallskurverlauf ließ einen solchen Wert einfach nicht zu. Ich diskutierte mit Freunden, was denn die Ursache sein könnte (inhomogene Verteilung, künstlich oder natürlich "abgereichertes" Thorium), aber
keines der Szenarien wollte überzeugen. Insbesondere die Idee, das Th könne eventuell randlich angereichert vorliegen, so dass eine XRA-Messung zu einem überhöhten Ergebnis kommt, musste nach Überprüfung fallengelassen werden. Blieb also nur die Idee der anfänglichen Abreicherung an Th228, so dass im Verlauf der Jahre dieses Nuklid überdurchschnittlich abfällt und mit ihm die Gammaemissionen aller seiner Töchter bis zum Tl208 ebenfalls. Eine Abreicherung ist entweder durch eine teure Isotopentrennung möglich oder über einen sehr langwierigen Prozess a la Otto Hahn, der über Jahre hinweg das Radium von seinem Thoriumvorrat in regelmäßigen (etwa monatlichen) Abständen abtrennte, und am Schluss ein zu 99% isotopenreines Th232 zur Verfügung hatte (Th228 war fast vollständig zerfallen und wurde mangels Radium auch nicht neu aufgebaut)! Aber ich konnte mir nicht vorstellen, dass die Chinesen einen derartigen Aufwand treiben würden, nur um eventuell bessere Strahlenschutzwerte zu erzielen.

Die Lösung kam dann über Curium, dem eine tolle Recherche zum Thema gelang! In folgendem Artikel:

"Thorium applications in Spain (2004)"  https://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/Pub1326_web.pdf
(Seite 67 des Konferenzkompendiums, siehe auch meine Seitenkopie) wird explizit eine Tabelle gezeigt, in
der das Th228/Th232-Verhältnis DEUTLICH unter dem normalen Minimum von 0,422 liegt. In Einzelfällen liegt
es sogar unter 0,3! Die Autoren erklären dazu, dass hier tatsächlich nach der ersten Isolierung von Thorium aus dem Erzmineral mindestens eine zweite "Reinigungsabtrennung" erfolgt ist. Man führt eine solche Reinigung für länger gelagertes Thoriumoxid durch, kurz bevor es dann zum Einbau in die W-Th-Legierung kommt. Wenn dieser Prozess (vielleicht mehr oder weniger zufällig) gerade in der Nähe des Aktivitätsminimums liegt (4,55 Jahre nach Produktion), dann startet ab diesem Zeitpunkt eine Zerfallskurve, bei der Th228 nur zu gut 40% seines "Normalwertes" enthalten ist. Die Folge ist ein weiterer Zerfall bis unter 30%, minimal bis ca. 27% (die 17,8% im Artikeltext weiter oben sind falsch!).
Dieses "zweite" Minimum wird nach gut 2,5 Jahren erreicht.

Mit Opengeiger habe ich nach diesem Aha-Erlebnis dann Kurvenverläufe für die Entwicklung der Gammaaktivität einer Thoriumfraktion mit variablem Faktor Th228/Th232 beim Start durchgespielt - und siehe da: Im Bereich zwischen 20% und 30% Startfaktor für Th228 erhalte ich plausible Werte für meine Messreihe, die ich seit Oktober 2020 jetzt mehr als ein Jahr in Schritten von je zwei Monaten durchführe. Während die Zählrate für den WT20-Stab konstant bleibt (was auch zu erwsrten war), wächst der Wert für den WT40 so gut wie linear an mit knapp 10 ips pro Monat (Oktober 2021:  485 ips). Ich füge beide Grafiken an (20% die erste, 30% die zweite).

Hierzu folgende Daten: Der WT40 hatte in 10/2020 knapp 20% seiner Zielaktivität, in 10/2021 ca. 25%.
20% entsprechen in den Grafiken ca. 2000  Bq, 25% entsprechend 2500 Bq. Zieht man horizontale Linien in beiden Schaubildern bis zu den Schnittpunkten mit den Kurven, so erhält man bei 20% etwa die Zeiten 2 Jahre und 3 Jahre, bei 30% etwa 1,5 Jahre und 2,5 Jahre. Es handelt sich demnach um "junges Thorium
spezieller Bauart"! Die Startzeiten von 1,5 bis 2 Jahre sind auf jeden Fall plausibel, wenn man Lagerzeiten und Lieferketten  berücksichtigt.

Zwei Hinweise noch: Ich verzichte an dieser Stelle auf eine Erklärung, wie ich zu dem Verlauf der Gammakurven komme, und ich mache darauf aufmerksam, dass dieses Ergebnis nur über einen Relativvergleich
mit einem quasi bekannten Referenzobjekt möglich ist (was dann aber auch zur Berechnung absoluter Aktivitäten mit großzügig bemessenen Fehlergrenzen führen kann). Ohne Referenzobjekt wäre ein solches
Vorgehen von vornherein unmöglich.



   

[Samarskit]

Ich sehe beim Durchlesen meines Textes eben, dass der Bezug zu den Bq-Zahlen der senkrechten Achse fehlt.
Gemeint ist nicht direkt die Aktivität des Stabes, sondern die Gammaaktivität von einem Gramm Th232.
Im Equilibrium emittiert 1 Gramm Thorium ca. 257% seiner Primäraktivität an Gammaquanten (gut 10400 Bq).
Ca. 110% entfallen auf Ac228, der Rest auf Th228 plus die Gesamtheit aller seiner Töchter.

[Samarskit]

......natürlich die Gammaaktivität von "einem Gramm Th232++" oder einfach "einem Gramm Thorium"...sorry.

[NoLi]

Dazu kann ich auch diese Master-Arbeit über die radiometrische Altersbestimmumg von thor. Glühstrümpfen empfehlen:
https://www.irs.uni-hannover.de/fileadmin/irs/Arbeiten/Master/mastwink.pdf

Gruß
Norbert

[Samarskit]

Dazu kann ich auch diese Master-Arbeit über die radiometrische Altersbestimmumg von thor. Glühstrümpfen empfehlen:
https://www.irs.uni-hannover.de/fileadmin/irs/Arbeiten/Master/mastwink.pdf

Danke für den Link zu dieser Arbeit, ich habe sie heute in den wichtigen Teilen durchgearbeitet.
Das Ziel war dort aber ein anderes, nämlich zu überprüfen, ob und inwieweit die an mehreren Schulen
vorhandenen Glühstrümpfe/Auernetze genehmigungsfrei eingesetzt werden dürfen oder nicht. Der Ansatz der jungen Frau war (wie üblich) ein im Gleichgewicht befindliches Isotopengemisch von Th228 und Th232
zur Zeit der Produktion des Gewebes. Davon ausgehend hat sie versucht, das Alter der Materialen zu
ermitteln, und zwar im wesentlichen über ein gemitteltes Aktivitätsverhältnis von Ra228+ und Th228+.
Sie erhält dabei (trotz reduzierter Verwendung der in Frage kommenden Gammaemissionslinien) praktisch den gleichen Faktor (66,5% zu 89,5%) wie ich nach Einbeziehung ALLER Gammaemissionen der beiden Hauptlinien
(110% zu 147%), siehe Seiten 45,47 und 51 der Arbeit sowie meine angehängte Grafik für die Gesamtaktivität der TEILCHEN-Emission für 100% Anfangsgehalt Th228 (unten etwas gequetscht das gleiche Bild wie auf Seite 51: blau Ac228, pink der Cluster Th228+). Interessanterweise hatte sie bei der Altersbestimmung fast immer ein zweideutiges Ergebnis, was bei dem Kurvenverlauf sowohl der Teilchen-Gesamtaktivität als auch der Gamma-Gesamtaktivität (siehe zweite Grafik) bei equilibriertem Th228 zur Zeit Null auch klar ist!

Die in meiner vorletzten Mail angehängten Grafiken gehen aber nicht von 100% Th228 beim Start aus, sondern von nur gut 40% (eventuell sogar noch weniger, falls es mehr als die zwei chemischen Trennprozesse gegeben haben sollte). Dies führt dann zu noch tieferen Minima zwischen 20% und 30% (siehe die Kurven dort). Da gibt es kein relatives Minimum mehr (bei 30% allenfalls ganz am Anfang minimal ausgeprägt), sondern der Kurvenverlauf ist monoton wachsend - insofern sind mögliche Altersbestimmungen über den aufgezeigten Relativvergleich mit einem Referenzstab immer eindeutig.

Mein Ziel war ja auch nicht, primär absolute Aktivitäten über komplexe Kalibrierungen zu erhalten, sondern das beobachtete und zunächst nicht erklärbare Phänomen der totalen "Unteraktivität" des WT40-Stabes auf möglichst einfache Weise aufzuklären. Dies scheint ja auch im wesentlichen gelungen zu sein. Es ist jetzt erwiesen, dass es gelegentlich "an Th228 abgereichertes" Thorium gibt, das NICHT der üblichen Zerfallskurve gehorcht.

Ich werde, sofern mir noch eine gewisse Lebenszeit vergönnt ist und solange mein RUST 3 und meine Harshaw-Sonde noch einwandfrei arbeiten, die Zählraten des Stabes regelmäßig messen und mit den vorliegenden Gammaverlaufskurven vergleichen (und dann natürlich auch hier darüber berichten!

 

[NoLi]

Hier wäre es interessant zu erfahren, wieviel % wiederaufgearbeitetes Thorium aus dem Schrottrezyklierung thoriumhaltiger Komponenten bei der Elektrodenproduktion zum Einsatz kommt.
Ich werde mal suchen...

Norbert

P.S.:
Hier gibt es mal erste Infos:
https://www.fs-ev.org/fileadmin/user_upload/05_SSP/Probeartikel/Probeartikel_2021_3_AKE_AKNAT.pdf

[Peter-1]

Liebe Spezialisten,

einen so großen Thread wollte ich nicht lostreten 
Aber danke für all die Erklärungen. Hinsichtlich der Radonausgasung will ich noch einen länger dauernden Versuch machen. In einem gut dichtenden Glasbehälter (15mL) habe ich etwas Uranocircit gegeben und sofort das Spektrum aufgenommen. Jetzt will ich wenigstens 4 Wochen warten um zu sehen, ob und was sich verändert. Vielleicht könnte so ein Testpräparat entstehen? Natürlich stört der hohe Pb-peak um 75keV. Oder welche Idee für ein schönes Testpräparat gibt es noch?