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Ionisierende Strahlung

Umweltradioaktivität - Medizin - Beruflicher Strahlenschutz - Nuklear-spezifische Gefahrenabwehr

Ionisierende Strahlung

Radon-Kalibrierlabor

Zur Qualitätssicherung von Radon- und Radon-Folgeprodukt-Messungen unterhält das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) ein akkreditiertes Kalibrierlaboratorium. Die entsprechenden Messgrößen sind an das Nationale Normal angeschlossen. Das Laboratorium bietet Kalibrierungen, Typprüfungen und Vergleichsprüfungen für Messgeräte an. Außerdem werden wissenschaftliche Untersuchungen zu messtechnischen Grundlagen und zur Bewertung und Entwicklung von Messmethoden durchgeführt.

Radon-Kalibrierlabor

Elisabeth Foerster
Leiterin des Kalibrierlabors
Qualitätsmanagement-Beauftragte
Tel.: +49 (0)3018 333 4221

Dr. Martin Dubslaff
Stellvertreter
Tel.: +49 (0)3018 333 4223

Bundesamt für Strahlenschutz
Fachgebiet SW 1.3
Köpenicker Allee 120-130
10318 Berlin
Deutschland

cal-radon@bfs.de

Fax: +49 (0)3018 333 4215

Aufgaben und Ziele

Das Kalibrierlaboratorium für Messgeräte zur Bestimmung von Strahlenexpositionen durch Radon und Radon-Folgeprodukte ist ein zentrales Element zur Qualitätssicherung für Messungen in diesem Bereich des Strahlenschutzes. Im Rahmen der Leitstelle für Fragen der Überwachung erhöhter natürlicher Radioaktivität stellt das Kalibrierlabor die anerkannte messtechnische Referenz für die Umsetzung des Teils 3 Kapitel 2 der Strahlenschutzverordnung und beim Schutz vor erhöhten Expositionen durch Radon in Wohn- und Aufenthaltsräumen dar.

Um einen bundeseinheitlichen Qualitätsstandard bei der Messung von Radon und Radon-Folgeprodukten sicherzustellen, wird neben der Kalibrierung von Messgeräten auch ein umfangreiches Programm zur Qualitätssicherung durchgeführt. Dieses Programm richtet sich zum einen an die Hersteller von Messgeräten mit dem Angebot, die Konformität der messtechnischen Eigenschaften ihrer Geräte mit international festgelegten normativen Anforderungen zu bewerten, und zum anderen an den Anwender mit dem Angebot zur regelmäßigen Kalibrierung der Messgeräte. Für passive Messgeräte werden regelmäßig Vergleichs– und Eignungsprüfungen durchgeführt. Ergänzt werden diese Prüfungen durch Verfahren zur Anerkennung der organisatorischen, technischen und fachlichen Voraussetzungen für die Überwachung der Strahlenexposition durch Radon-222 bei Arbeiten nach Teil 3 Kapitel 2 der Strahlenschutzverordnung.

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

Neben den Programmen zur Qualitätssicherung werden wissenschaftliche Untersuchungen sowohl zu den messtechnischen Grundlagen als auch zur Bewertung und Entwicklung von Messmethoden durchgeführt. Diese Arbeiten dienen der methodischen Weiterentwicklung mit dem Ziel, auf aktuelle Probleme zeitnah reagieren zu können. So wurde eine innovative Messeinrichtung zur Bestimmung der Radonexhalation aus Baumaterialien entwickelt, die dem wachsenden öffentlichen Interesse an zuverlässigen Informationen über natürliche Strahlenexpositionen im Lebensumfeld der Bevölkerung Rechnung trägt und für entsprechende Messprogramme genutzt wird.

Technik und Ausstattung

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

zeigt Schema der Kalibriereinrichtung Schema KalibriereinrichtungSchema der Kalibriereinrichtungen für die Messgröße Aktivitätskonzentration von Radon-222 in Luft

Das Kalibrierlaboratorium besteht aus den folgenden Bereichen:

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

Für die Kalibrierung von Messgeräten und für wissenschaftlich-technische Untersuchungen werden Radon-Referenzatmosphären hergestellt. Dazu stehen großvolumige Behälter und Kammern aus Edelstahl mit Volumina von 0,4 Kubikmeter, 11 Kubikmeter ("Radon-Kammer") und 30 Kubikmeter ("PAEC-Kammer") zur Verfügung. Die hergestellten Referenzatmosphären sind durch die zu kalibrierenden Messgrößen (CRn beziehungsweise CP) und die klimatischen Parameter Temperatur, Druck und relative Luftfeuchte gekennzeichnet. Temperatur und relative Luftfeuchte können sowohl in der Radon-Kammer als auch in der PAEC-Kammer durch entsprechende technische Einrichtungen eingestellt und geregelt werden. Die PAEC-Kammer verfügt zusätzlich über technische Einrichtungen zur Einstellung und Regelung der Luftturbulenz und der Aerosolparameter. Damit können Aerosole mit bekannter Partikelkonzentration und Größenverteilung erzeugt werden. Unter Beachtung der aerosolphysikalischen Prozesse, wie zum Beispiel der Oberflächendeposition und der Koagulation der Aerosolpartikel, können die Partikelkonzentration und die Größenverteilung des Aerosols während der Prüfungen in der PAEC-Kammer ausreichend homogen und zeitlich konstant gehalten werden.

Kalibrierung von Radon-Messgeräten

In den für die Kalibrierung verwendeten Behältern wird die Radon-Aktivitätskonzentration mittels einmaliger Injektion von Radon-222 auf einen zuvor festgelegten Wert eingestellt. Durch automatische Nachdosierung von Radon-222 mit Kolbendosierpumpen bleiben die Radon-Aktivitätskonzentrationen innerhalb der Behälter während der Prüfungen homogen und zeitlich ausreichend konstant. Dazu sind die Behälter über ein PC-gesteuertes Dosiersystem an eine Radium-226-Durchflussquelle angeschlossen und können durch eine den natürlichen Zerfall des Radons kompensierende Nachdosierung mit einer wählbaren konstanten Radonkonzentration betrieben werden (Abbildungen 1 bis 3).

Zeichnung Aufbau Kammer Aufbau KalibrierkammerAufbau der Kalibrierkammer für Radon-222-Folgeprodukt-Messgeräte

Die Radon-Aktivitätskonzentration sowie die Klimaparameter werden quasi-kontinuierlich überwacht. Zusätzlich werden arbeitstäglich manuell Proben aus jeder Referenzatmosphäre entnommen, um die Messergebnisse zu prüfen und deren Redundanz sicherzustellen. Alle während der Prüfungen aufgenommenen Messdaten werden in Datenbanken aufgezeichnet und können zentral verwaltet werden, so dass die Wiederholbarkeit und die Rückverfolgbarkeit der Prüfungen sichergestellt sind.

In der folgenden Tabelle ist das Messunsicherheitsbudget bei Kalibrierungen in Abhängigkeit vom Messbereich der Radon-222-Aktivitätskonzentration angegeben.

Messunsicherheitsbudget für die Messgröße Radon-222-Aktivitätskonzentration gemäß Akkreditierungsurkunde
Bereich für die MessgrößeKleinste angebbare Messunsicherheit für die Referenzmessung*

Aktivitätskonzentration von Radon-222 in Luft

50 bis < 1.000 Becquerel pro Kubikmeter 12 Prozent
1.000 bis < 10.000 Becquerel pro Kubikmeter 7 Prozent
10.000 bis 100.000 Becquerel pro Kubikmeter6 Prozent

* Angegeben ist die relative erweiterte Messunsicherheit, die sich aus der Standardmessunsicherheit durch Multiplikation mit dem Erweiterungsfaktor k = 2 ergibt. Sie wurde gemäß dem "Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement" (ISO, 1995) ermittelt. Der Wert der Messgröße liegt mit einer Wahrscheinlichkeit von 95 Prozent im zugeordneten Werteintervall.

Kalibrierung von Radon-222-Folgeprodukt-Messgeräten

so wird Radon auf das Normal zurückgeführt Rückführung Radon auf NormalRückführung der Messgröße Radon-222-Aktivitätskonzentration auf das Nationale Normal

Die Kalibrierung von Radon-222-Folgeprodukt-Messgeräten ist technisch aufwändiger als die Kalibrierung von Radonmessgeräten, da eine Vielzahl weiterer Parameter, welche die Messung der kurzlebigen Folgeprodukte beeinflussen, zu berücksichtigen und zu überwachen sind. 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.

Rückführung Alpha-Konzentration Rückführung PAECRückführung der Messgröße Potenzielle Alphaenergiekonzentration (PAEC) der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte

Um die Homogenität der Referenzbedingungen innerhalb des Kammervolumens während der Messungen zu gewährleisten und den Einfluss störender Parameter zu reduzieren, wird für Messungen von Radon-Folgeprodukten und die Kalibrierung entsprechender Messgeräte eine Kammer mit einem Volumen von 30 Kubikmetern benutzt (Abbildung 4). Für die Kalibrierungen und die Qualitätssicherung werden alle relevanten Parameter durch Sensoren erfasst und automatisch protokolliert. Darüber hinaus können die Parameter der Referenzatmosphäre 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 100.000 Becquerel pro Kubikmeter
Potenzielle Alphaenergiekonzentration der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte (PAEC)0,3 bis 640 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)
Luftgeschwindigkeit (Turbulenz)0 bis 1 Meter pro Sekunde

Radon-Folgeprodukt-Messgeräte werden für die Messgröße "Potenzielle Alphaenergiekonzentration der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte" kalibriert. Dazu sind die Aktivitätskonzentrationen der kurzlebigen Radon-Folgeprodukte in der Referenzatmosphäre zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird eine kombinierte Drahtsieb-Filter-Messsonde verwendet, durch welche eine Luftprobe der Referenzatmosphäre mit konstantem Volumenstrom geleitet wird. Dabei scheiden sich die an Aerosole angelagerten Radon-Folgeprodukte auf dem Filter und die nicht angelagerten Radon-Folgeprodukte auf dem Drahtsieb ab. Unmittelbar nach Beendigung der Probenahme wird jeweils die Abklingkurve der Alphaaktivität auf dem Filter und dem Drahtsieb bestimmt und mittels eines Auswertealgorithmus die Potenzielle Alphaenergiekonzentration der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte und der freie Anteil bestimmt. Der Aufbau der Kalibrierkammer für Radon-Folgeprodukt-Messgeräte und die verwendeten peripheren Messeinrichtungen sind aus Abbildung 5 ersichtlich.

In der folgenden Tabelle ist das Messunsicherheitsbudget bei Kalibrierungen in Abhängigkeit vom Messbereich der Radon-222-Aktivitätskonzentration angegeben.


Messunsicherheitsbudget für die Messgröße Potenzielle Alphaenergiekonzentration der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte gemäß Akkreditierungsurkunde
Bereich für die MessgrößeKleinste angebbare Messunsicherheit für die Referenzmessung

Potenzielle Alphaenergiekonzentration der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte

2 bis < 40 Megaelektronenvolt pro Kubikzentimeter
(3,2 10-7 bis < 6,4 10-6 Joule pro Kubikmeter)
10 Prozent
40 bis < 400 Megaelektronenvolt pro Kubikzentimeter
(6,4*10-6 bis < 6,4*10-5 Joule pro Kubikmeter)
6 Prozent
400 bis < 4.000 Megaelektronenvolt pro Kubikzentimeter
(6,4*10-5 bis < 6,4*10-4 Joule pro Kubikmeter)
6 Prozent

* Angegeben ist die relative erweiterte Messunsicherheit, die sich aus der Standardmessunsicherheit durch Multiplikation mit dem Erweiterungsfaktor k = 2 ergibt. Sie wurde gemäß dem "Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement" (ISO, 1995) ermittelt. Der Wert der Messgröße liegt mit einer Wahrscheinlichkeit von 95 Prozent im zugeordneten Werteintervall.

Darstellung der Messgrößen und ihre Rückführung auf nationale Normale

Die Messgröße Aktivitätskonzentration von Radon-222 ist über ein Radonmessgerät als Bezugsnormal an das nationale Normal der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) angeschlossen. Das Bezugsnormal wird zur internen Kalibrierung der Gebrauchsnormale eingesetzt. Als Gebrauchsnormale sind Szintillationskammern sowie Geräte des gleichen Typs wie das Bezugsnormal im Einsatz (Abbildung 6).Die Messgröße Potenzielle Alphaenergiekonzentration der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte ist über eine Radium-226-Flächenquelle in Filtergeometrie an das nationale Normal der PTB angeschlossen (Abbildung 7).

Qualitätssicherung im Kalibrierlabor

Das Radon-Kalibrierlaboratorium des BfS unterhält ein Qualitätsmanagementsystem nach DIN EN ISO/IEC 17025 und wird regelmäßig durch die Deutsche Akkreditierungsstelle (DAkkS)) begutachtet.

Publikationen

Schmidt, V., Feddersen, C., Ullmann, W.
Untersuchungen zur Aussagefähigkeit von passiven Messsystemen zur Bestimmung der Strahlenexposition durch Radon und kurzlebige Radonfolgeprodukte, Bundesamt für Strahlenschutz, BfS-ST-6/95

Hamel, P., Schmidt, V.
The Calibration Laboratories for the Measurement of Radon and short-lived Radon Decay Products at the Federal Office for Radiation Protection (BfS), Kerntechnik, 66 (2001) 4, S. 202-205

Schmidt, V., Hamel, P.
Measurements of Deposition Velocity of Radon Decay Products for Examination of the Correlation between Air Activity Concentration of Radon and the accumulated Po-210-Activity, The Science of the Total Environment, 272 (2001), S. 189-194

Röttger, A., Honig, A., Schmidt, V., Buchröder, H., Rox, A., Butterweck, G., Schuler, Ch., Maringer, F.-J., Michielsen, N., Howarth, C., Miles, J.C.H., Vargas, A., Ortega, X., Burian, I., Turtiainen, T., Jachs, P., Edelmaier, R., Hagberg, N.
Comparison of Calibration Facilities for Radon Activity Concentration: EUROMET Project 657, Metrologia, 2005, Volume 42, Technical Supplement, doi:10.1088/0026-1394/42/1A/06003

Beck, T. R., Buchröder, H., Foerster, E., Schmidt, V.
Interlaboratory Comparisons for Passive Radon Measuring Devices at BfS, Radiation Protection Dosimetry, 2007, Volume 125, 572-575, doi: 10.1093/rpd/ncm201

Beck, T.R., Buchröder, H., Schmidt, V.
Performance Tests for Instruments Measuring Radon Activity Concentration, Applied Radiation and Isotopes, Volume 67, Issue 5, May 2009, 876-880, doi: 10.1016/j.apradiso.2009.01.049

Beck, T.R., Foerster, E., Buchröder, H., Schmidt, V., Döring, J.: The measurement accuracy of passive radon instruments. Radiation Protection Dosimetry, 2013, doi:10.1093/rpd/nct182

Foerster, E., Beck, T., Buchröder, H., Döring, J., Schmidt, V.: Messgeräte zur Bestimmung der Radon-222-Aktivitätskonzentration oder der Radon-222-Exposition : Vergleichsprüfung 2013, Instruments to measure radon-222 activity concentration or exposure to radon-222 : intercomparison 2013, Bundesamt für Strahlenschutz, 2013, urn:nbn:de:0221-2013111411138

Die Serviceleistungen des BfS zur Qualitätssicherung von Radon- und Radonfolgeproduktmessgeräten

Stand: 26.01.2016

© Bundesamt für Strahlenschutz