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Radon-Kalibrierlaboratorium

  • Zur Qualitätssicherung von Messungen von Radon- und Radon-Folgeprodukten unterhält das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) ein durch die Deutsche Akkreditierungsstelle (DAkkS) akkreditiertes Kalibrierlaboratorium.
  • Das Laboratorium bietet neben den Kalibrierungen auch Typprüfungen und Vergleichsprüfungen für Messgeräte an. Außerdem werden wissenschaftliche Untersuchungen zu messtechnischen Grundlagen und zur Bewertung und Entwicklung von Messmethoden durchgeführt.

Radon-Kalibrierlaboratorium

Leitung

Dr. Udo Gerstmann, Sebastian Feige

Technische Laborleitung

Dr. Martin Dubslaff

Qualitätsmanagement-Beauftragte

Dr. Felice Friedrich-Kees

Postanschrift

Bundesamt für Strahlenschutz
Radon-Kalibrierlaboratorium UR 1
Köpenicker Allee 120-130
10318 Berlin
Deutschland

Kontakt per E-Mail

cal-radon@bfs.de

Eine verlässliche Aussage zur Konzentration von Radon und seinen Folgeprodukten ist nur durch Messung möglich. Sollen Messwerte miteinander verglichen werden, so müssen die Messungen mit nachvollziehbarer Qualität durchgeführt und ausgewertet werden. Dazu sollen Messgeräte zum Beispiel regelmäßig kalibriert werden.

Beim Kalibrieren wird der Messwert eines zu kalibrierenden Messgerätes mit dem Messwert eines Referenzmessgerätes ("Normal") verglichen. Ziel ist dabei, die Abweichung vom Normal und die Unsicherheit dieser Abweichung zu bestimmen. Über eine Kette von Normalen wird die Kalibrierung eines Messgerätes so bis auf das in der Hierarchie höchste Normal, das Primärnormal, zurückgeführt.

Das Kalibrierlaboratorium des BfS

Das Kalibrierlaboratorium für Messgeräte zur Bestimmung von Strahlenexpositionen durch Radon und Radon-Folgeprodukte des Bundesamtes für Strahlenschutz (BfS) ist ein zentrales Element zur Qualitätssicherung für Messungen in diesem Bereich des Strahlenschutzes.

Das Kalibrierlaboratorium stellt die anerkannte messtechnische Referenz für

dar.

Qualitätssicherung

Radon-Kalibrierlabor mit Edelstahlbehälter Radon-Kalibrierlabor mit Edelstahlbehälter0,4-Kubikmeter-Edelstahlbehälter im Radon-Kalibrierlabor mit Mess- und Steuerungssystem sowie Radon-Dosiersystem

Zur Sicherung eines bundeseinheitlichen Qualitätsstandards bei der Messung von Radon und Radon-Folgeprodukten findet neben der Kalibrierung von Messgeräten auch ein umfangreiches Programm zur Qualitätssicherung von Messungen statt. Dieses Programm richtet sich an

  • behördlich bestimmte Messstellen und anerkannte Stellen für die Messung von Radon an Arbeitsplätzen,
  • Anwender mit dem Angebot zur regelmäßigen Kalibrierung der Messgeräte und
  • Hersteller von Messgeräten mit dem Angebot, die Konformität der messtechnischen Eigenschaften ihrer Geräte mit international festgelegten normativen Anforderungen zu bewerten.

Für Exposimeter (integrierende nichtelektronische Messgeräte, auch für passive Messgeräte bezeichnet) werden regelmäßig Vergleichs– und Eignungsprüfungen durchgeführt.

Die Angebote zur Qualitätssicherung der Messungen von Radon-222 und Radon-222-Folgeprodukten werden sowohl von nationalen als auch internationalen Laboren und Institutionen nachgefragt.

Technik und AusstattungEinklappen / Ausklappen

Das Kalibrierlaboratorium des BfS ist für die Messgrößen "Aktivitätskonzentration von Radon-222 in Luft" (CRn) und "Potenzielle Alphaenergiekonzentration" (PAEC) der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte" gemäß der Norm DIN EN ISO/IEC 17025 bei der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) akkreditiert. Die akkreditierten Messgrößen sind mittels geeigneter Standards direkt auf nationale Primärnormale, zum Beispiel der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), rückführbar.

Das Kalibrierlaboratorium besteht aus den folgenden Bereichen:

  • Labor für die Messgröße "Aktivitätskonzentration von Radon-222 in Luft",
  • Labor für die Messgröße "Potenzielle Alphaenergiekonzentration der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte" und
  • physikalisch-technische Labore.
Radon-Atmosphären

Für die Kalibrierung von Messgeräten und für wissenschaftlich-technische Untersuchungen werden Radon-Atmosphären hergestellt und mit Referenzmessungen charakterisiert. Dazu stehen großvolumige Behälter und Kammern aus Edelstahl mit Volumina von

  • 0,4 Kubikmeter,
  • 11 Kubikmeter ("Radon-Kammer" mit Klimasteuerung) und
  • 30 Kubikmeter ("PAEC-Kammer" mit Klima- und Aerosolsteuerung)

zur Verfügung.

Ein weiterer Kalibrierbehälter wird mit einem zertifizierten Volumen von 0,17 Kubikmetern und mit Radon-222-Aktivitätsnormalen zur Herstellung von Referenz-Atmosphären genutzt. Diese Referenz-Atmosphäre stellt die Rückführbarkeit der Messgröße "Aktivitätskonzentration von Radon-222 in Luft" sicher.

Kalibrierung von Radon-MessgerätenEinklappen / Ausklappen

In den für die Kalibrierung verwendeten Behältern wird die Radon-Aktivitätskonzentration mittels einmaliger Injektion von Radon-222 auf einen zuvor festgelegten Wert eingestellt. Mittels Nachdosierung wird der natürliche Zerfall des Radons kompensiert und so die Radon-Aktivitätskonzentration konstant gehalten.

Kalibrierlabor mit PAEC-Kammer PAEC-KammerAnsicht der Kalibrierkammer für "Potenzielle Alpha-Energie-Konzentration der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte" (PAEC) mit Einrichtungen für die Dosierung und Messung von Aerosolen

Referenzmessung und Umgebungsbedingungen

Die Radon-Aktivitätskonzentration sowie die Klimaparameter (Temperatur, relative Luftfeuchte und Luftdruck) werden kontinuierlich gemessen. Zusätzlich können manuell Proben aus der Radon-Atmosphäre entnommen werden. Der Vergleich der Ergebnisse mehrerer Messverfahren wird für die Qualitätssicherung ausgewertet.

Alle während der Kalibrierungen aufgenommenen Messdaten werden aufgezeichnet und zentral verwaltet, so dass deren Wiederholbarkeit und Rückverfolgbarkeit sichergestellt sind.

Rückführbarkeit und Messunsicherheiten

Die Messgröße "Aktivitätskonzentration von Radon-222" ist über ein Radon-222-Aktivitätsnormal und ein zertifiziertes Volumen an nationale Normale angeschlossen. Die in den Kalibrierungen minimal angebbaren Messunsicherheiten richten sich nach dem Anhang zur Akkreditierungsurkunde.

Kalibrierung von Radon-222-Folgeprodukt-MessgerätenEinklappen / Ausklappen

Kalibrierungen von Radon-222-Folgeprodukt-Messgeräten sind technisch aufwändiger als Kalibrierungen von Radongas-Messgeräten. Es ist dabei eine Vielzahl weiterer Parameter, welche die Messung der kurzlebigen Folgeprodukte beeinflussen, zu berücksichtigen und zu überwachen. Dazu zählen:

  • Partikelkonzentration und Größenverteilung des Aerosols,
  • Verhältnis des an Aerosole angelagerten Anteils der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte zum nicht angelagerten Anteil,
  • Temperatur, Feuchte und Luftdruck,
  • Strömungsgeschwindigkeit und Turbulenzgrad der Kammerluft und
  • der Messort innerhalb der Kammer.

Die Kalibrierung von Radon-Folgeprodukt-Messgeräten wird in der "PAEC-Kammer" mit einem Volumen von 30 Kubikmetern durchgeführt. Durch ein günstiges Verhältnis zwischen der Oberfläche der Kammer und deren Volumen wird der Einfluss störender Parameter reduziert. Dadurch kann die Homogenität der Referenzbedingungen innerhalb des Kammervolumens besser gewährleistet werden.

Technische Einrichtungen

Für die Kalibrierungen und die Qualitätssicherung werden alle relevanten Parameter durch Sensoren erfasst und automatisch protokolliert. Darüber hinaus können die Parameter der Radon-222-Folgeprodukt-Atmosphäre eingestellt und während des Kalibrierprozesses konstant gehalten werden. Dazu werden die folgenden technischen Einrichtungen verwendet:

  • Aerosolgeneratoren unterschiedlichen Wirkungsprinzips mit unterschiedlichen Partikelgrößenspektren,
  • Einrichtung zur kontinuierlichen Nachdosierung von Aerosolen,
  • Radium-226-Durchflussquelle zur kontinuierlichen Nachdosierung zerfallsbedingter Radonverluste,
  • Reinigungskreislauf zur Reduzierung der Aerosolkonzentration,
  • Heiz- und Kühl-Oberflächen-Wärmeaustauscher und
  • Richtungs- und intensitätssteuerbare Ventilatoren.
Die wichtigsten Messgrößen und ihr Einstellbereich
MessgrößeRegelbereich
Aktivitätskonzentration von Radon-22250 bis 50.000 Becquerel pro Kubikmeter
Potenzielle Alphaenergiekonzentration der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte (PAEC)0,3 bis 150 Mikrojoule pro Kubikmeter
Aerosolkonzentration200 bis 50.000 Teilchen pro Kubikzentimeter
Gleichgewichtsfaktor0,1 bis 0,9
Freier Anteil der PAEC1 bis 60 Prozent
Lufttemperatur-2 bis 40 Grad Celsius
Luftfeuchte10 bis 95 Prozent
Luftdruckatmosphärischer Luftdruck (nicht regelbar)
Luftgeschwindigkeit0 bis 1 Meter pro Sekunde

Radon-Folgeprodukt-Messgeräte werden für die Messgröße "Potenzielle Alphaenergiekonzentration der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte" (PAEC) kalibriert. Dazu müssen die Aktivitätskonzentrationen der kurzlebigen Radon-Folgeprodukte in der Atmosphäre bestimmt werden.

Drahtsieb-Filter-Messsonde

Zu diesem Zweck wird eine Probenahme mit einer kombinierten Drahtsieb-Filter-Messsonde durchgeführt, indem eine Luftprobe der Radon-222-Folgeprodukt-Atmosphäre mit konstantem Volumenstrom hindurchgeleitet wird. Dabei scheiden sich die an Aerosole angelagerten Radon-Folgeprodukte auf dem Filter und die nicht angelagerten Radon-Folgeprodukte auf dem Drahtsieb ab.

Die auf dem Filter und dem Drahtsieb gesammelte Radon-Folgeprodukte zerfallen entsprechend des Naturgesetzes des radioaktiven Zerfalls und unter Aussendung von Alphastrahlung. Die Aktivität der Nuklide wird über Alphastrahlung messende Detektoren in regelmäßigen zeitlichen Abständen bestimmt. Die Darstellung dieser Messwerte in Abhängigkeit von der Zeit wird als Abklingkurve bezeichnet.

Unmittelbar nach Beendigung der Probenahme wird jeweils die Abklingkurve der Alphastrahlung auf dem Filter und dem Drahtsieb gemessen und mittels eines Auswertealgorithmus die potenzielle Alphaenergiekonzentration der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte und der freie Anteil bestimmt.

Rückführbarkeit und Messunsicherheiten

Die Messgröße "Potenzielle Alphaenergiekonzentration" der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte ist über eine Radium-226-Flächenquelle an das nationale Normal der PTB angeschlossen.

PublikationenEinklappen / Ausklappen

Methodische Weiterentwicklung

Neben den Programmen zur Qualitätssicherung werden wissenschaftliche Untersuchungen sowohl zu den messtechnischen Grundlagen als auch zur Bewertung und Entwicklung von Messmethoden durchgeführt, um beispielsweise den Einfluss von Thoron auf die Messergebnisse zu untersuchen.

Diese Arbeiten dienen der methodischen Weiterentwicklung mit dem Ziel, auf aktuelle Probleme zeitnah reagieren zu können.

BfS-Service: Qualitätssicherung von Radon- und Radonfolgeprodukt-Messgeräten

Das Bundesamt für Strahlenschutz bietet folgende Dienstleistungen an:

  • Kalibrierung von Messsystemen für die Messgröße "Aktivitätskonzentration von Radon-222 in Luft und die Messgröße "Potenzielle Alphaenergiekonzentration der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte (Polonium-218, Blei-214, Wismut-214) in Luft,
  • Kalibrierung von Messsystemen für Radon-222 mit integrierenden, nichtelektronischen Messgeräten (Exposimeter, auch passive Messgeräte genannt).
  • Prüfung der messtechnischen Eigenschaften von Messgeräten sowie Prüfung von Messverfahren.

Kalibrierung von elektronischen Messgeräten für Radon-222 und dessen kurzlebige FolgeprodukteEinklappen / Ausklappen

Das Radon-Kalibrierlabor des Bundesamtes für Strahlenschutz ist ein gemäß der Norm DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditiertes Labor für die Kalibrierung von Messgeräten zur Messung

Die Messgrößen sind auf nationale Normale, zum Beispiel der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), zurückgeführt. Die Messbereiche mit den zugehörigen minimal angebbaren Messunsicherheiten bei Kalibrierungen sind im Anhang zur Akkreditierungsurkunde dargestellt.

Die Kalibrierung erfolgt durch Vergleich der Messgeräteanzeige mit der Referenzmessung des Kalibrierlabors. Dazu werden die zu prüfenden Messgeräte in geschlossenen Behältern exponiert, in denen eine Radon-222-Folgeprodukt-Atmosphäre mit definierten Werten der Messgröße und möglicher Einflussgrößen eingestellt wird.

Für die Kalibrierungen von Radon-222- und Radon-222-Folgeprodukt-Messgeräten werden Entgelte gemäß des aktuell gültigen Entgeltverzeichnisses für Nutzleistungen erhoben.

Kalibrierung von Messsystemen für Radon-222 mit ExposimeternEinklappen / Ausklappen

Die integrierenden nichtelektronischen Messgeräte (Exposimeter, auch passive Messgeräte genannt) werden in einem Behälter mit einer Radon-222-Atmosphäre über eine definierte Zeit exponiert. Die Aktivitätskonzentration von Radon-222 der Atmosphäre wird während des Expositionszeitraumes weitgehend konstant gehalten und wird in der Regel auf Werte zwischen 0,4 und 12 Kilobecquerel pro Kubikmeter eingestellt.

  • Expositionswerte-Bereich: 30 bis 20.000 Kilobecquerel pro Kubikmeter mal Stunden
  • kleinste Messunsicherheit der Referenzmessung (für die zweifache relative Standardmessunsicherheit, 2σ): ± 5 Prozent

Für vertraglich vereinbarte Expositionen und Kalibrierungen von Exposimetern werden Entgelte gemäß des aktuell gültigen Entgeltverzeichnisses für Nutzleistungen erhoben. Im Zusammenhang mit einer gesetzlich verpflichtenden Eignungsprüfung werden Gebühren erhoben.

Prüfung der messtechnischen Eigenschaften von Messgeräten und von MessverfahrenEinklappen / Ausklappen

Untersuchungen zur Feststellung von Messgeräteeigenschaften und zum Einfluss von verschiedenen äußeren Parametern auf die Anzeige von Radon-222- oder Radon-222-Folgeprodukt-Messgeräten sowie Prüfungen von Verfahren der Radon-222- und Radon-222-Folgeprodukt-Messung werden auf Anfrage durchgeführt.

Die Kosten dieser Untersuchungen werden nach dem benötigten Zeitaufwand berechnet.

Stand: 26.07.2023

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