Wie misst man Radioaktivität ? Die folgende Präsentation entspricht etwa dem Teilkapitel 14.4. aus dem Buch „Chemie erleben“ (Wawra/Dolznig/Müllner). Da die Texte teilweise übereinander gelegt sind, muss man im Power-Point auf schalten, um alle Texte und Animationen sehen zu können. Viel Vergnügen. Edgar Wawra Bildschirm-Präsentationen Bei ionisierender Strahlung ist Messung nicht gleich Messung. Man muss wissen, was man eigentlich misst oder messen will. Die Aktivität einer radioaktiven Probe oder die Strahlenbelastung (=Dosisleistung) an einem Ort oder die Summe der bisher erhaltenen Strahlenbelastung (=Dosis).

Autoradiographie Das ist die älteste Methode, mit der schon Henry Bequerel die Radioaktivität entdeckt hat. Das Verfahren ist immer noch in Gebrauch, z.B. bei Chromatographie ... Auf das fertige Chromatogramm wird ein Röntgenfilm aufgelegt, Schwärzung zeigt das Vorkommen von Radioaktivität.

... das geht auch bei Elektrophoresen ... ... und bei biologischen Präparaten. eine durchgeschnittene Maus Man kann das mit sehr kleinen biologischen Strukturen machen, z.B. mit einzelnen Zellen, muss dann aber darauf achten, dass die Reichweite der Strahlen nicht größer ist, als das untersuchte Objekt.

(~ Ionisationskammer) Proportionalitätszählrohr Ein Rohr, in dem innen isoliert ein Draht steckt... (~ Ionisationskammer) ... zwischen beiden legt man Spannung an ... ... und schaltet noch ein Messgerät in den Stromkreis. Ionisierende Strahlung erzeugt innen Ionen, die zu den Elektroden wandern und so einen kurzen Strom verursachen. Die Impulshöhe ist proportional zur Energie der Strahlung ! Nachteil: die Impulse sind sehr schwach, man muss mit großem Aufwand elektronisch verstärken.

Geiger-Müller-Zählrohr ... ist ähnlich aufgebaut, nur dass die angelegte Spannung sehr viel höher ist. Daher werden die entstehenden Ionen stark beschleunigt, setzen ihrerseits weitere Ionen frei, die wieder stark beschleunigt werden ... Die so gebildete „Ionenlawine“ verursacht einen Kurzschluss.

Geiger-Müller-Zählrohr Damit erhält man deutliche Impulse und muss nicht aufwendig nachverstärken. Geiger-Müller-Zählrohr Und man kann sogar einen Lautsprecher dranhängen, das gibt dann bei jedem Impuls das charakteristische „Ticken“ des Geigerzählers. Nachteil: Jeder Impuls ist gleich stark, es gibt keine Information über die Energie der Strahlung.

Da man keinen großen Verstärker braucht, kann man Geigerzähler klein und handlich bauen ... ... oder noch kleiner ... ... sogar ganz klein !

Geiger-Müller-Zählrohr Man kann so gut g-Strahlung messen, Geiger-Müller-Zählrohr aber weder a noch b gehen durch die Wand durch. Wenn man aber eine Wand besonders dünn macht, können auch Elektronen durch. Mit solchen Endfenster-Zählrohren kann man gut 23P, schlechter 14C, und nicht 3H messen.

Man misst nur den Teil der Strahlung, der das Zählrohr trifft, Strahlung in anderen Richtungen bleibt unberücksichtigt. So ein Geigerzähler kann zwar die Strahlenbelastung – also die Dosisleistung – an einem bestimmten Ort messen. Und die erfasste Strahlung hängt vom Abstand ab, sie sinkt mit dem Quadrat des Abstandes. Will man aber die Aktivität eine Probe wissen, gibt es Probleme!

Und g-Strahlung gibt nur einen kleinen Teil der Energie im Zählrohr ab, während dagegen viele b-Strahlen nicht ins Zählrohr gelangen und a-Strahlen zumeist schon vorher aufgeben.

Man hat sich früher beholfen, indem man „Glockenzählrohre“ konstruierte, die über die Probe gestülpt wurden. Heute gibt es etwas Besseres !!!

Szintillationszähler ZnS-Schirm Szintillationszähler Szintillation ist die Erscheinung, dass manche Stoffe aufleuchten, wenn sie bestrahlt werden. Auch das ist eine sehr alte Methode, schon Ernest Rutherford hat sie benutzt, um den Atombau damit zu studieren.

Szintillationszähler Man nehme: einen Kristall (Einkristall !!!) von NaJ ... ... und bohre darin ein Loch. Dort kann man eine radioaktive Probe hineinbringen, deren Strahlen im Kristall Lichtblitze erzeugen, die von zwei Photomultipliern gemessen werden. Die von jedem Strahl verursachte Menge an Lichtblitzen gibt Auskunft über dessen Energie. Bleiabschirmung

Szintillationszähler Damit kann man gut g-Strahlung messen, aber die Teilchen von b- (oder a-) Strahlung kommen aus dem Probengefäß nicht heraus. und löst zusätzlich die radioaktive Probe in dieser Flüssigkeit. Daher verwendet man szintillierendes Material in Lösung, Wieder messen Photomultiplier die entstehenden Lichtblitze. Bleiabschirmung

Szintillationszähler liquid scintillation counter In so einem LSC (= Flüssigkeitsszintillationszähler) können bis zu 99% aller Zerfälle von 32P erfasst werden, von 3H immerhin noch bis etwa 68%. (a-Strahler werden zu beinahe 100% erfasst.) Und wenn sich die Probe partout nicht im flüssigen Szintillator lösen will, kann man sie auch fein suspendieren oder auf Filter auftragen und diese in den Szintillator stecken.

Dosimeter Das sind Geräte mit „Gedächtnis“, sie merken sich die in einem bestimmten Zeitraum erhaltene Strahlendosis Im einfachsten Fall ist das ein Stück Röntgenfilm, der - von der Strahlung geschwärzt – nach einem bestimmten Zeitraum entwickelt wird.

Fortgeschrittener sind die Stabdosimeter. Sie funktionieren wie ein Proportionalzählrohr. In einem Rohr ist innen ein isolierter Stift, der wie ein Kondensator elektrisch geladen wird. Ionisierende Strahlen bilden im Inneren Ionen, die einen Teil der Ladung ableiten. Nach einiger Zeit wird die verbleibende Ladung gemessen. Es gibt auch Dosimeter, die eine Anzeige eingebaut haben.

TLD (Thermoluminiszenzdosimeter) In einem Kristall sitzen alle Atome wohlgeordnet auf ihren Plätzen ..... ... bis dann ein ionisierender Strahl auftrifft. Dieses Atom befindet sich jetzt auf einem Zwischengitterplatz, (energetisch höher), es hat aber nicht genügend Energie, diesen zu verlassen. Durch den Aufprall wird ein Atom versetzt. Nur wenn zuerst Energie zugeführt wird, kann das Atom auf seinen alten Platz zurückspringen ...

TLD (Thermoluminiszenzdosimeter) Die Energiedifferenz wird in Form von Licht abgegeben. ... zum Beispiel durch Erhitzen. Zur Auswertung wird also der Kristall er-hitzt und das dabei ausgesendete Licht gemessen, das gibt Information über Menge UND Energie der erhaltenen Strahlung.

Ende der Präsentation Inkorporierte Radioaktivität Das ist vor allem die Gefahrenquelle bei a- und b-Strahlern. Das kann man feststellen durch einen Ganzkörperscanner ... Ende der Präsentation ... oder durch Ausscheidungsanalyse, indem man im Harn die Radioaktivität misst.