Kurze Beschreibung der Vorgänge, die nach dem Eintritt von Radon in die Raumluft vonstatten gehen 

(Ich beschränke mich hier auf das Wesentliche. Die Beschreibung soll allgemein verständlich bleiben und nur für das Verständnis der zu messenden Größe und die Beurteilung der Messergebnisse  ermöglichen. Für weitere Informationen wieder mein Hinweis auf  Seiten im Netz

Radon tritt aus dem Baumaterial der Raumwände in die Raumluft aus (auch als Radonexhalation bezeichnet) oder kommt aus anderen Teilen des Hauses (Keller).

Dort verteilt es sich im Fall von Rn-222 fast homogen im Raum.

Beim radioaktiven Zerfall entstehen in der Reihenfolge die Nuklide

  • Po-218
  • Pb-214
  • Bi-214 und
  • Po-214.

Diese werden wegen ihrer kleinen Halbwertszeit als kurzlebige Radonfolgeprodukte bezeichnet. Nach dem 214Po entsteht das Nuklid 210Pb mit einer Halbwertszeit von 22,3 Jahren. Pb-210 und die nachfolgenden Nuklide 210Bi und 210Po werden als langlebige Radonfolgeprodukte bezeichnet. Nach dem Alphazerfall des Po-210 entsteht letztendlich das Pb-206 als stabiles Nuklid. Die langlebigen Nuklide der Radonfolgeprodukt-Zerfallskette spielen für die Betrachtungen des praktischen Strahlenschutzes jedoch keine Rolle und werden hier nicht weiter betrachtet.

Da die kurzlebigen Folgeprodukte Schwermetalle sind, die auch noch teilweise ionisiert in der Luft vorliegen, unterliegen sie hier vielfältigen Wechselwirkungen mit Luftbestandteilen wie

  • Bildung von Clustern, das sind Gebilde aus dem Schwermetallatom oder –ion mit Wasserdampf- und Spaurengasmolekülen mit Teilchendurchmessern um 1 nm (=10^-6 mm) und
  • Anlagerung an Staub(Aerosol-)teilchen in der Luft..

Sowohl Cluster und Aerosolteilchen werden, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten,  auf Wänden oder Einrichtungsgegenständen abgeschieden. Diese Wechselwirkungen führen dazu, dass ein Teil der Folgeprodukte aus der Luft ausgeschieden wird. Deshalb ist die Konzentration  der Folgeprodukte in der Luft immer geringer als die des Mutternuklides Rn-222.

Schema der Prozesse:

Im folgenden Bild sind die Prozesse, die die Folgeprodukte in der Luft so durchlaufen, für das 1. Glied in der Zerfallskette, Po-218, mal schematisch dargestellt.

Zur Information sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 die Halbwertszeiten und Energien der Alphastrahlung der Radon- und Thoronfolgeprodukte dargestellt. Die Werte wurden dem „Leitfaden zur Messung von Radon, Thoron und ihren Zerfallsprodukten“, Veröffentlichungen der Strahlenschutzkommission – Band 47, entnommen.

Tabelle 1 Halbwertszeiten der Nuklide der Radonzerfallsprodukte 

Tabelle 2  Halbwertszeiten der Nuklide der Thoronzerfallsprodukte 

(1 MeV ≅ 1.602*10^-4 nJ)

Nochmal das Wichtige in Kürze:

  • Radon befindet sich in der Raumluft immer zusammen mit den kurzlebigen Radonfolgeprodukten.
  • Die Aktivitätskonzentration vom Radon (Gas) ist immer größer als die der Folgeprodukte.
  • Die Radonfolgeprodukte verursachen beim Atmen den überwiegenden Teil der Strahlenbelastung.
  • Es ist sowohl für die Beurteilung der „Gefährlichkeit“ als auch für den Eigenbau eines Messgerätes besser, die Folgeprodukte zu messen.

An dieser Stelle muss ich die Begriffe klären, die beschreiben was ich eigentlich messen will – die

Messgrößen:

Aktivität eines Stoffes ist die Anzahl der radioaktiven Zerfälle pro Zeiteinheit. Die SI-Maßeinheit ist Bequerel. 1 Bequerel (1 Bq) entspricht einem Zerfall pro Sekunde.

Aktivitätskonzentration (Volumen-) ist die Aktivität eines Stoffes pro Volumeneinheit; Maßeinheit ist Bq/m^3 (Bequerel pro Kubikmeter Luft).

Potentielle Alphaenergiekonzentration oder auch PAEC klingt kompliziert ist aber nicht ganz so schwierig zu verstehen:

Wie oben gesehen, sind in der Luft alle kurzlebigen Folgeprodukte als Gemisch enthalten. Beim Atmen werden alle Folgeprodukte in der Lunge zurückgehalten und zerfallen dort unter Aussendung von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung. Für die Strahlenbelastung oder besser für die in der Lunge induzierte Dosis ist jedoch fast ausschließlich die Alphastrahlung relevant. Deshalb wurde die Definition der PAEC eingeführt, da diese messbare Größe die „Gefährlichkeit“ am besten charakterisiert.

Die PAEC ist die Energie, die von einem Folgeproduktgemisch in einem bestimmten Luftvolumen bis zu dessen vollständigen Zerfall (bis zum 210Pb) in Form von Alphastrahlung abgegeben wird.

Um die PAEC zu messen, muss man folglich ein bestimmtes Luftvolumen durch ein Filter saugen, so wie es auch in der Lunge passiert, wo die Folgeprodukte zurückgehalten werden und dort (bis zum 210Pb) zerfallen. Wenn alle von der so gesammelten Aktivität der Folgeprodukte vom Beginn der Abscheidung auf dem Filter bis zum vollständigen Zerfall emittierten Alphateilchen registriert und gezählt werden, erhält man die PAEC durch Multiplikation der Anzahl mit der Energie der Alphateilchen und Division durch das durch das Filter gesaugte Luftvolumen. Die Energie  der beiden Folgeproduktnuklide, die Alphateilchen aussenden, beträgt 6,0 MeV (Megaelekronenvolt) für Po-218 und 7,69 MeV für Po-214.

Die Maßeinheit ist nJ/m3 (Nanojoule pro Kubikmeter Luft,SI-Einheit); auch noch gebräuchlich ist die jedoch nicht SI-konforme Einheit MeV/cm3.

Gleichgewichtsäquivalente Radonkonzentration  (auch EEC, Equilibrium Equivalent Concentration) klingt noch schlimmer ist aber auch irdisch. Ich schreibe hier mal die Definition.

Die EEC ist die Aktivitäskonzentration von Radon, die wenn sie im Gleichgewicht mit allen kurzlebigen Folgeprodukten wäre, die gleiche PAEC ergibt wie das zu messende Gemisch. Die Maßeinheit ist Bq/m^3  wie bei der Größe Aktivitätskonzentration (es ist ja bezogen auf die hier jedoch fiktive Aktivitätskonzentration von Radon).

Man muss sich das aber nicht unbedingt alles merken. PAEC und EEC sind die relevanten Messgrößen, die bestimmt werden müssen – das Ziel der Messung.

Wichtig ist zu wissen, dass PAEC und EEC einen festen Umrechnungsfaktor haben, also wie zwei verschiedene Maßeinheiten für eine Messgröße behandelt werden können. Die Umrechnung ist: 1Bq/m^3 (EEC) entspricht 5,56 nJ/m^3 (PAEC). 

Ich werde nach der Bauanleitung selbstverständlich die Berechnung der Messgrößen PAEC und EEC aus den gemessenen Impulsen beschreiben und auch etwas zur Beurteilung der Messwerte sagen (Grenz- oder Richtwerte).

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