Ringversuch Aktivitätsbestimmung

[opengeiger.de]

Schön, dass nochmal Diskussion zu dem Thema aufkommt!  Das bringt doch noch einige kritische Punkte hoch zu dem Versuch. Ich denke auch, dass es nicht ganz trivial sein wird die Detektor Effizienz für unter 100keV zu vermessen. Die Dämpfung der niederenergetischen Quanten ist sicher ein großes Problem dabei. Wir werden aber auch mit der Proben-Geometrie so gewisse Probleme haben. Nicht jeder will sich eine Lutetium-Kalium Mischprobe herstellen, so dass sich aus der unterschiedlichen Geometrie einer Lu-Probe und einer K-Probe zwangsläufig Fehler ergeben werden. Die Frage ist dann, wieviel macht das am Ende aus? Das wäre wertvoll zu wissen.

Dann ist da noch die Unsicherheit bei der Gamma-Intensität der 202keV Linie des Lu176. In der Zwischenzeit zeichnet sich zumindest deutlich ab, dass die 91%, die in der Interspec Datenbank stehen vermutlich falsch sind. Nun ist die Frage, stimmen die Livechart Table of Nuclides des IAEA mit 78% oder sind es eher 83 oder 84% wie in der einen oder anderen Veröffentlichung? Eine Variation der Gamma-Intensität der 202KeV Linie wird auch zu einem Fehler führen. Wir können dann vielleicht am Ergebnis sehen, welcher Wert für die Gamma-Intensität besser passt.

Bei der ersten Ringversuchs-Probe sollten wir daher die Latte nicht gleich zu hochlegen. Ich denke, wenn wir uns zunächst mal auf eine maximal einfache Aufgabe konzentrieren, z.B. die Cäsium-Aktivität in einer Probe zu bestimmen, dann sehen wir, mit welcher Genauigkeit sich so ein einfacher Fall bestimmen lässt und woran es dabei schon hakt. Meiner Meinung müsste der Probenbehälter so beschaffen sein, dass er auf 90% der Detektoren passt und ein Umfüllen nicht notwendig ist. Für eine 4"x4" Anlage wird er dann aber natürlich nicht ganz optimal sein. Denn sonst kann es ja passieren, dass sich die Probenmenge vom ersten Teilnehmer zum letzten verringert oder sich im Behälter Hohlräume verändern. Von daher ist meiner Meinung nach ein Voll-Verguss der Probe schon ganz sinnvoll. Aber es ist sicher auch wertvoll, wenn wir solche Ideen noch etwas diskutieren, damit wir dann eine Entscheidung bewusst treffen können. 

[Henri]

Meiner Meinung müsste der Probenbehälter so beschaffen sein, dass er auf 90% der Detektoren passt und ein Umfüllen nicht notwendig ist. Für eine 4"x4" Anlage wird er dann aber natürlich nicht ganz optimal sein. Denn sonst kann es ja passieren, dass sich die Probenmenge vom ersten Teilnehmer zum letzten verringert oder sich im Behälter Hohlräume verändern. Von daher ist meiner Meinung nach ein Voll-Verguss der Probe schon ganz sinnvoll. Aber es ist sicher auch wertvoll, wenn wir solche Ideen noch etwas diskutieren, damit wir dann eine Entscheidung bewusst treffen können. 

Das heißt dann aber, dass ein identischer Probenbehälter mit vorgefertigtem Lu-K Kalibrierstandard mitgeschickt werden müsste und jeder für diesen seine Detektoreffizienz bestimmt! (vermutlich nicht ganz uninteressant, das nachträglich dann noch mal zu vergleichen...) Denn die Effizienzkalibrierung muss ja unter der selben Geometrie erfolgen wie die tatsächliche Messung. Ich kann nicht meine Effizienz mit meiner eigenen Standard-Geometrie bestimmen und dann eine fremde Geometrie vermessen.

Entsprechend macht es auch keinen Sinn, sein Lu2O3 zu schonen und keinen Misch-Kalibrierstrahler damit herzustellen. Mit irgend etwas wird man es immer strecken müssen, es sei denn man kann sich wirklich seine gesamte Standard-Geometrie voll Lu2O3-Pulver leisten Aber vielleicht reichen ja auch schon 5g statt 10g, und man kann sich dann etwas aufsparen? Wenn es sich als zu wenig erweist, lässt sich später immer noch mehr reinmischen.

Wenn was vergossen werden soll, muss die Probe ausserdem maximal komprimiert sein. Bei jedem Verschicken von losem Material kann es nicht nur zur Entmischung kommen durch die Vibrationen (Beispiel Müsli-Packung; Erdboden ist ja keine homogene Substanz in der Regel), sondern es kann  sich auch die Schüttdichte ändern. Vergießen würde dann heißen müssen, die genau abgewogene Erde mit Kunstharz zu vermengen und in einem Behältnis aushärten zu lassen. Oder halt im Behälter dauerhaft so zu verdichten vor dem Versiegeln, dass sich definitiv nichts mehr bewegen kann.

Vor diesem Hintergrund ist auch nicht ganz uninteressant, dass die Probe am KIT ja NICHT homogenisiert wurde vor dem Messen. Dadurch ist sie eigentlich leider schon gar nicht mehr für einen Ringversuch geeignet. Idealerweise müsste sie also noch mal gesiebt und homogenisiert werden vor dem Versuch, und im Anschluss dann von einem kalibrierten Labor vermessen werden.

Wenn sich jeder loses Material aus einem herumgeschickten Behältnis entnehmen würde, müsste dieses vorher immer noch mal mit der Gesamtmasse homogenisiert werden und im zur Messung abgefüllten Behältnis mit Standard-Volumen (Füllhöhe) gewogen werden. Dann kommt man vielleicht nicht auf das Messergebnis vom KIT (unhomogenisiert), dafür aber auf das der anderen Ringversuch-Teilnehmer.


Wie man einen Ringversuch für Boden vorbereitet und durchführt, ist hier ganz gut beschrieben:

https://www.openagrar.de/servlets/MCRFileNodeServlet/openagrar_derivate_00013772/S2005.pdf

Und wie man Bodenproben für eine Gammaspektrometrie aufbereitet, hier:

https://www.bmu.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Strahlenschutz/leitstelle_k-gamma-spekt-boden-01.pdf
https://www.bmu.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Strahlenschutz/leitstelle_f-gamma-spekt-boden-01.pdf (u.a. Probennahme)
https://www.bmu.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Strahlenschutz/leitstelle_c-gamma-spekt-sedim-01.pdf (u.a. Messgeometrien)


Viele Grüße!

Henri

[Prospektor]

Vor diesem Hintergrund ist auch nicht ganz uninteressant, dass die Probe am KIT ja NICHT homogenisiert wurde vor dem Messen. Dadurch ist sie eigentlich leider schon gar nicht mehr für einen Ringversuch geeignet. Idealerweise müsste sie also noch mal gesiebt und homogenisiert werden vor dem Versuch, und im Anschluss dann von einem kalibrierten Labor vermessen werden.

Henri

Hallo Henri!

Ich habe damals die Probe vor der Messung am KIT standardmäßig getrocknet und gesiebt (2 mm). Sie ist also so homogen, wie derartige Proben eben sind (Entmischung kann man trotzdem etwas haben, daher vermische ich stets gut, bevor ich sie als Referenz einsetze) 

Was die anderen von Dir aufgeführten Punkte angeht: d'accord 

[Henri]

Hallo Henri!

Ich habe damals die Probe vor der Messung am KIT standardmäßig getrocknet und gesiebt (2 mm). Sie ist also so homogen, wie derartige Proben eben sind (Entmischung kann man trotzdem etwas haben, daher vermische ich stets gut, bevor ich sie als Referenz einsetze) 

Hallo,

entschuldige, da habe ich tatsächlich einiges durcheinandergebracht. Du hattest hier

https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php/topic,719.msg7642.html#msg7642

gar nichts über die Aufbereitung der zum KIT mitgebrachten Probe erzählt (also Trocknung und Siebung).

Die Ergebnisse finden sich dann hier:

https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php/topic,719.msg7665.html#msg7665

Da steht aber auch

Aufgrund von laufenden Messungen konnte ich die Proben insgesamt nicht poolen, d.h. meine Probe (s. Video) wurde nicht mit der Gesamtprobe, welche ich für den Versand gezogen habe, gemischt. Da sie allerdings von derselben Stelle stammen (Abstand evtl. 10-15 cm), sollte sich dieser Effekt in Grenzen halten. Zu Abweichungen könnte es eher dadurch kommen, dass man keine homogene Verteilung mit der Tiefe hat und unter Umständen nur dünnere Schichten stark kontaminiert sind.

Es ist die selbe Probe, die DL3HRT  dann noch mal im Labor seines Bekannten hat vermessen lassen, oder? Und die nun auch in den Ringversuch soll? Und alle anderen, die damals "mitgemessen" haben, haben anderes Material von der selben Stelle bekommen?

Die Ergebnisse von DL3HRT:

https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php/topic,719.msg7661.html#msg7661



Was ich im Kopf hatte, waren die später publizierten Analyseergebnisse der eigenen Probennahme des KIT:

https://fragdenstaat.de/anfrage/auffallige-konzentrationen-von-cs-137-und-am-241-am-hirschgraben-bei-umgebungsmessung-des-kit/601733/anhang/Anlage2-Gamma-Analyse_0-5cm-Bodenprobe_geschwrzt.pdf
https://fragdenstaat.de/anfrage/auffallige-konzentrationen-von-cs-137-und-am-241-am-hirschgraben-bei-umgebungsmessung-des-kit/601733/anhang/Anlage3-Gamma-Analyse_0-20cm-Bodenprobe_geschwrzt.pdf

In den Protokollen steht, dass die Proben feucht gemessen wurden. Das heißt, keine Siebung und Homogenisierung, und die Ergebnisse können auch nicht ohne weiteres auf eine Trockenmessung übertragen werden. Es steht dort ja nicht, dass eine Korrektur der Selbstabsorption durchgeführt wurde und hierfür eine Bestimmung des Wassergehalts erfolgte.


Wenn das am KIT vermessene Material das gleiche ist wie das, das DL3HRT vermessen hat, besteht aber immer noch das Problem, dass am KIT nur kurz gemessen wurde.

Für Cs-137:
KIT: 3800 Bq/kg (Unsicherheit: 11,2%), also 3374 - 4226 Bq/kg
DL3HRT: 3130 Bq/kg (Unsicherheit: 6,0%), also 2942 - 3318 Bq/kg

Das heißt, erst mal ist da eine riesen Streuung, und dann überlappen sich nicht mal die Wertebereiche der beiden Messungen. Welchen Wert würden wir dann für den Ringversuch als "richtig" ansehen?

Viele Grüße!

Henri

[Prospektor]

Ich versuche das mal alles aufzuklären 

Meine Referenzprobe: Diese Probe habe ich ganz zu Beginn des KIT-Themas gezogen (ggü. SF5). Diese Probe wurde standardmäßig vorbereitet (trocken + sieben) und beim Besuch des KIT im dortigen Labor gemessen (3,8 kBq/kg Cs-137...). Es ist richtig, dass diese Probe aufgrund der recht geringen Messzeit eine recht hohe Unsicherheit aufweist. Die Ergebnisse habe ich ja in Form des Analyseberichts hier gezeigt.

Proben für den Versand: Sowohl Bernd, als auch ich haben damals unterschiedliche Proben an Interessierte gesendet. Diese stammten von unterschiedlichen Stellen und waren nicht gepoolt (auch nicht die Proben, welche nur von mir versendet wurden). Damals stand eher eine qualitative Analyse im Vordergrund (findet man ggf. noch andere Isotope?). Die Proben, die von mir versendet wurden, stammen aber alle aus dem Umfeld des SF5, zeigen aber sehr wahrscheinlich deutlich unterschiedliche Aktivitätskonzentrationen. Dies ist einerseits lokalen Schwankungen vor Ort als auch dem maßgeblichen Einfluss des Tiefenprofils geschuldet. Auch DL3HRT hat eine solche Probe von mir erhalten. Diese war zwar getrocknet, aber nicht gesiebt.

KIT-Proben: Das KIT hat natürlich für die offiziellen Angaben selbst Proben gezogen, die Du ja auch schon verlinkt hast. Von diesen Proben haben wir ja zwischenzeitlich auch die Angaben des Sr-90 und der Pu-Gehalte. Und wie ich neulich im KIT-Thread nochmals ausgeführt habe und Du nun auch angemerkt hast, wurden die Proben KIT-intern nicht standardmäßig vorbereitet sondern feucht gemessen. Wieso man hier vom Standardprocedere abgewichen ist entzieht sich meiner Kenntnis und ist per se unlogisch. So manche Aktivitätskonzentration erscheint dadurch im Vgl. zum Trockengehalt vermutlich (deutlich) kleiner... 

Nun zum Ringversuch: Hierfür würde ich eine separate, extra für diesen Zweck gezogene Probe von SF5 vorbereiten. D.h. trocknen, sieben und dann in die von Euch gewünschte Form bringen. Hier kann ich sowohl der losen als auch der fest verpressten Form Vor- und Nachteile abgewinnen.
Die "richtigen" Werte ergeben sich dann prinzipiell aus der statistischen Auswertung des Versuchs bzw. in unserem Fall wohl eher durch die Messung in einem Labor mit HPGe-Detektor (DL3HRT's Kontakt).
Und je nach dem, ob für die HPGe-Messung dann eine vorgegebene Form oder eine lose Probe besser passt, würde ich dann auch damit in Rennen gehen.

[Henri]

OK, alles klar 

Der Hirschgraben-Thread ist mit seinen 11 Seiten mittlerweile leider etwas unübersichtlich geworden...

Viele Grüße!

Henri

[Peter-1]

Nur noch Fragen über Fragen 

Wenn ich es richtig verstehe, so muß ich für jede unbekannte Probe ein geometrisch und massengleiches Referenzpräparat herstellen um verläßliche Werte zu erhalten. Soweit einleuchten und extrem aufwändig!
Damit ist es also nahe zu unmöglich z.B. mit dem gleichen Meßaufbau 5 Teilstücke einer Wolframelektrode mit Th auf die ges. Aktivität zu messen.
Oder selbst 1 kg getrocknete Pilze weichen sicher in der Dichte ab und können nicht bestimmt werden.
Mein Versuch mit KCl hat mir auch gezeigt, dass im gleichen Probegefäß bei 10g, 30g, 100g (Änderung der Füllhöhe) sich der Wert Bq/kg stark verändert hat.

Jetzt die Frage : wie macht es z.B. die PTB ? Bastelt sie für jede eingeschickte Probe einen Vergleich ? Gibt es doch noch eine andere Möglichkeit die ges. Aktivität zu bestimmen? 
Peter

[Prospektor]

Ruhig Blut 

Evtl. sollten wir hier insgesamt wieder einen Schritt zurück machen und auf dem Boden bleiben 
Wenn selbst gute Messungen mit HPGe's für so prominente Linien wie die 661 keV von Cs-137 Messunsicherheiten von 5-10% angeben ohne rot zu werden, dann sollten wir einfach froh sein, wenn wir mit den NaI(Tl)-Setups eine Abschätzung um mit 10-15% hinbekommen. Sicherlich hat die Probengeometrie einen wesentlichen Einfluss. Aber hier sollte man einfach schauen, dass man keine Äpfel mit Birnen vergleicht.
Beispiel aus einer Messreihe: 75 g K2CO3 in einem 6x8 cm ZipLock Beutel (Probe war dann ca. 1,8 cm dick) vs. die selbe Menge ihn einer runden Salbendose mit 6 cm Durchmesser und 3 cm Höhe. Der Unterschied im K-40 Peak lag bei gerade 2,5%. Wenn man also kleiner oder max. so groß wie der Detektor bleibt und nicht zu weit weg wandert mit der Probe, ist das Thema überschaubar. Das fließt dann natürlich über die Fehlerfortpflanzung mit den anderen Fehlern zusammen.
Und natürlich: Ein Vergleich einer (mehr oder weniger) Punktquelle mit einer Erdprobe im Marinelli verbietet sich generell immer 

Was ich sagen will: Wer halbwegs quantifizieren will, sollte sich entweder grob(!) eine Geometrie aussuchen, mit der er ins Rennen geht, oder dann eben einen losen, gut homogenisierten Kal.-Strahler herstellen, der je nach Anwendung in die unterschiedlichsten Formen/Geometrien gebracht werden kann. Letzteres ist gar nicht so kompliziert, solange man genug Material hat. Aber 500 g K2CO3 mit 10 g Lu2O3 fein vermahlen gibt z.B. vom Volumen her ausreichend Menge, um fast alle Anwendungen abzudecken.

Richtig interessant wird es dann eben weiter vorne bei <200 keV. Hier können wir ja gerne mal brainstormen, wie man in dem Bereich ein paar Stützpunkte einziehen könnte. U-nat. z.B. Erde Gottow, U-Glas oder ein gekauftes Uranyl-Salz; Am-241; Pb-210 aus der Dachrinne; .... 

[NoLi]

Nur noch Fragen über Fragen 

Wenn ich es richtig verstehe, so muß ich für jede unbekannte Probe ein geometrisch und massengleiches Referenzpräparat herstellen um verläßliche Werte zu erhalten. Soweit einleuchten und extrem aufwändig!
Damit ist es also nahe zu unmöglich z.B. mit dem gleichen Meßaufbau 5 Teilstücke einer Wolframelektrode mit Th auf die ges. Aktivität zu messen.
Oder selbst 1 kg getrocknete Pilze weichen sicher in der Dichte ab und können nicht bestimmt werden.
Mein Versuch mit KCl hat mir auch gezeigt, dass im gleichen Probegefäß bei 10g, 30g, 100g (Änderung der Füllhöhe) sich der Wert Bq/kg stark verändert hat.

Jetzt die Frage : wie macht es z.B. die PTB ? Bastelt sie für jede eingeschickte Probe einen Vergleich ? Gibt es doch noch eine andere Möglichkeit die ges. Aktivität zu bestimmen? 
Peter

Im Profi-Bereich werden in der Gamma-Spek. nur wenige unterschiedliche Geometrien verwendet, zu denen es auch professionelle Kalibrierstrahler gibt.
Beispiele (Seiten 30 - 33):  https://www.ezag.com/fileadmin/user_upload/isotopes/isotopes/Isotrak/isotrak-pdf/Product_literature/EZIPL/EZIP_catalogue_reference_and_calibration_sources.pdf

https://www.ezag.com/home/products/isotope_products/isotrak_calibration_sources/reference_sources/geometry_sources_beakers_bottles_filters_rods/marinelli_beaker_incl_empty_beakers/

https://www.ezag.com/home/products/isotope_products/isotrak_calibration_sources/reference_sources/geometry_sources_beakers_bottles_filters_rods/bottles_incl_empty_bottles/

Norbert

[Henri]

Wenn ich es richtig verstehe, so muß ich für jede unbekannte Probe ein geometrisch und massengleiches Referenzpräparat herstellen um verläßliche Werte zu erhalten. Soweit einleuchten und extrem aufwändig!

Na ja, in der Praxis hat der Kalibrierstrahler eine Dichte um 1 g/cm³ (wässrige Lösung...) und man schaut dann, dass die Probe ungefähr genau so viel hat. Steht auch in dem von mir weiter oben verlinkten pdf zur Bodenuntersuchung. Fein gemahlener, locker geschütteter Boden hat eine Dichte um 1. Ansonsten kann man das Material komprimieren, oder mit Substanzen geringer Dichte (Silikatgel...) auflockern.

Oder man nimmt Software, die mittels Monte-Carlo-Simulation die Effizienz rechnerisch an die vom Kalibrierstrahler abweichende Probendichte anpasst. Moderne Computertechnik macht es möglich

Wenn man sich einen "losen Kalibrierstrahler" baut, um diesen in immer neue Geometrien bringen zu können, sollte man ihn gelegentich wiegen (und beim Umfüllen nichts verkleckern ), um zu schauen, wie viel Wasser er schon aufgenommen hat. Gerade bei Pottasche K2CO3 ist das ja ein Thema.

Deine Wolfram-Elektroden würde man in der Praxis in Säure auflösen und dann die Lösung vermessen. Da sind die Möglichkeiten, das zu Hause auf dem Küchentisch zu machen, natürlich begrenzt 

Viele Grüße!

Henri

[Henri]

Im Profi-Bereich werden in der Gamma-Spek. nur wenige unterschiedliche Geometrien verwendet, zu denen es auch professionelle Kalibrierstrahler gibt.
Beispiele (Seiten 30 - 33):  https://www.ezag.com/fileadmin/user_upload/isotopes/isotopes/Isotrak/isotrak-pdf/Product_literature/EZIPL/EZIP_catalogue_reference_and_calibration_sources.pdf

Interessanterweise haben sie - trotz eines wirklich umfangreichen Angebots - keine Lutetium-Präpate im Sortiment! 

Die geben sich vielleicht nicht ab mit so geringen Aktivitäten? 

[Peter-1]

Hallo Henri,

dann ist also wenn ich es richtig verstehe, es nahezu unmöglich eine Rauchmelder-Pille hinsichtlich der Aktivität zu bestimmen.
1. Energiebereich , 2. Punktförmig , 3. sollte nicht zerstört werden.

[Henri]

Hallo Henri,

dann ist also wenn ich es richtig verstehe, es nahezu unmöglich eine Rauchmelder-Pille hinsichtlich der Aktivität zu bestimmen.
1. Energiebereich , 2. Punktförmig , 3. sollte nicht zerstört werden.

Hallo Peter,

so eine Rauchmelder-Pille ist ja eine flache Folie. Die Hälfte der Strahlung geht in Richtung Detektor. Davon bleibt was in der Pillenabdeckung hängen (aufgedampfte Goldschicht), dann noch in der Luft. Das kann man rausrechnen. Wenn Du die Effizienz Deines Detektors für die Alphateilchen kennst (für ZnS(Ag) ziemlich hoch), kannst Du die Aktivität bestimmen.

Das gleiche mit der Gammastrahlung zu machen geht genauso, wenn Du auch hier Deine Detektoreffizienz kennst. Das Problem ist hier nur eine geeignete Kalibrierquelle zu bekommen.

Viele Grüße!

Henri

[NoLi]

...
Was ich sagen will: Wer halbwegs quantifizieren will, sollte sich entweder grob(!) eine Geometrie aussuchen, mit der er ins Rennen geht, oder dann eben einen losen, gut homogenisierten Kal.-Strahler herstellen, der je nach Anwendung in die unterschiedlichsten Formen/Geometrien gebracht werden kann. Letzteres ist gar nicht so kompliziert, solange man genug Material hat. Aber 500 g K2CO3 mit 10 g Lu2O3 fein vermahlen gibt z.B. vom Volumen her ausreichend Menge, um fast alle Anwendungen abzudecken.
...

In der Praxis hat jedes entsprechende Labor seine Standard-Kalibrierstrahler in seiner Probengeometrie zur Kalibrierung und Qualitätskontrolle. Im Ringversuch erhalten die Labore dann zur Analyse Proben in für sie unbekannter Aktivitätszusammensetzung.
Somit sollte jeder am hiesigen geplanten Ringversuch Teilnehmende eigene Kalibrierstrahler ihm bekannter Zusammensetzung und eigener Geometrie besitzen und seine Anlage entsprechend getrimmt haben.

Vorschlag
Jeder Teilnehmende erhält ringweise (also jeder nacheinander) zwei dem Leitenden aktivitätsbekannte Proben ausreichender Menge (es sind beispielhaft je 500 Gramm vorgeschlagen) in z.B verschliessbarem Behälter oder Ziplock-Beutel zugeschickt:
a)  eine K-Lu-Probe mit ihm unbekanntem Kalium- und Lutetiumgehalt (die Kaliumverbindung kann ja mit passender inaktiver Substanz gestreckt werden).
b)  eine (wie vorgeschlagene) Bodenproben vom Hirschkanal.
Somit kann sich jeder seine zur Aktivitätsbestimmung benötigte Menge entnehmen, in seine Probengeometrie einwiegen, messen, zurückfüllen und an den Nächsten weiterschicken. Und ob dabei ein paar Körnchen bzw. mg verloren gehen, spielt keine Rolle.
Die Ergebnisse der Analysen (Nuklid und Bq/g) gehen dann an den Leidtenden.

Norbert

[Henri]

Die Ergebnisse der Analysen (Nuklid und Bq/g) gehen dann an den Leidenden.

Oh je, der arme...