Das Kalibrierlaboratorium des BfS ist für die Messgrößen "Aktivitätskonzentration von Radon-222 in Luft" (C_Rn) 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.

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.

Ansicht 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.

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.

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.

• Friedrich-Kees, F., Foerster, E., Schneider, F., Dubslaff, M., Feige, S.
  Messgeräte zur Bestimmung der Radon-222-Aktivitätskonzentration oder der Radon-222-Exposition: Vergleichs- und Eignungsprüfung 2022 / Instruments to measure radon-222 activity concentration or exposure to radon-222 : Interlaboratory comparison and proficiency testing 2022. Bundesamt für Strahlenschutz, 2023
• Vargas, A., Röttger, A., Marsh, J.W., Olko, P., Dubslaff. M. et al.
  Radon: Dosimetry, Metrology and Regulation, EURADOS Report 2020-01, ISBN 978-3-943701-20-3
• Dubslaff, M.
  Quality of Radon Measurements – Radon and Radon Progeny Chambers for Calibration. EURADOS winter school 2019
• 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.org/10.1016/j.apradiso.2009.01.049
• 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.org/10.1093/rpd/ncm201
• 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
• 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
• 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

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

• der Aktivitätskonzentration von Radon-222 im Luftvolumen (C_Rn) und
• der Potenziellen Alphaenergiekonzentration der kurzlebigen Radon-222-Folgeprodukte (Polonium-218; Blei-214; Bismut-214) im Luftvolumen (C_p).

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.

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.

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.