ringvorlesung ra 2013b - · 24.05.2013 5 radioaktivität ein atomkern wandelt sich ohne äusseren...
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Kernkraftwerke weltweit (31.10.2010)
Deutschland: 1% der Bevölkerungsanteilaber 4% der Kernkraftwerke
Teilschritte eines Analysenverfahrens
Frage-stellung
4
Probe-nahme
Probenauf-arbeitung
Messung _
Aus-wertung
Statistik;QS
Bericht4
Analysentechnik
Analysenmethode
Analysenverfahren
89Sr, 90Sr
Begriffe, Methoden, Beispiel, …
24.05.2013 5
RadioaktivitätEin Atomkern wandelt sich ohne äusseren Einfluss in einen anderen Atomkern um. 1896 von Henri Becquerel entdeckt.
24.05.2013 6
Atomkern (Nuklid)Kernbausteine (Nukleonen) sind gebunden auf sehr kleinen Raum⇒⇒⇒⇒ wie ein wie ein wie ein wie ein Wassertropfen („Tröpfchenmodell“)
Protonen (1 positive elektrische Elementarladung) Neutronen (neutral)
Die Zahl der Nukleonen definiert den Atomkern: Nuklid
Zum Beispiel: 6 Protonen + 6 Neutronen
Atomkern 12C Kohlenstoff
0,000.000.000.000.5 cm
24.05.2013 7
Atomkern (Nuklid)
Die Protonen wollen den Kern auseinander reißen
Kernkraft möchte den Kern zusammenhalten
Zwei fundamentale Kräfte wirken gegeneinander:
Die Kernkraft wirkt auf alle Kernbestandteile allerdings nur in sehr kleine Abständen
Welche Kraft gewinnt ?
++
+
+
Wann ist ein Atomkern instabil ? Berechnung der Kernbindungsenergie pro Nukleon
Bethe-Weizäcker: Durch spontane Umwandlung kann ein Atomkern stabiler werden.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 50 100 150 200
Nukleonenzahl A
EB/A
in
MeV
Abbildung: Mittlere Bindungsenergie pro Nukleon gegen die Nukleonenzahl A.
Warum ist ein Atomkern instabil ?
Nutzung zur Energieerzeugung:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 50 100 150 200
Nukleonenzahl A
EB/A
in
MeV
Abbildung: Mittlere Bindungsenergie pro Nukleon gegen die Nukleonenzahl A.
Kernfusion leichter Kerne
Kernspaltung schwerer Kerne
Fe
Die Karlsruher Nuklidkarte: Übersichtliche Datensammlung
• Nuklid (Neutronenzahl, Protonenzahl)
• Zerfallsarten
• Relative Häufigkeit des Isotops
• Halbwertszeit
• Zerfallsenergien
• Spaltausbeute für 235U in %
• Neutroneneinfangquerschnitt für thermische Neutronen
Kernspaltung: Spaltbar sind schwere Kerne mit ungerader Atommassenzahl: z.B. 235U
235U + 1n → (236U) → 90Se + 142La + 3 1n
der angeregte Kern 236U zerfällt in zwei oder bei jeder (rund 1/10.000 Spaltung) drei Spaltprodukten. Es werden 2 bis 3 Neutronen und eine ungeheurere Menge an Energie frei, die weitere Spaltungen induzieren können.
β− ↓90Br
β− ↓ 1,9 s90Kr
β− ↓ 32,3 s90Rb
β− ↓ 2,6 min90Sr
β− ↓ 28,6 y90Y
β− ↓ 64,1 h90Zr (stabil)
24.05.2013 13
Die Kernspaltung: Fluch oder Segen ?
235U
um mehr als 1.000.000 mal größere Energie aus dem Atomkern im
Vergleich zur Atomhülle (fossile Brennstoffe)
Hoffnung auf nie versiegende Energiequelle
Kernspaltung: Spaltausbeute (assymetrisch)
0,001%
0,010%
0,100%
1,000%
10,000%
70 90 110 130 150 170
A
Sp
alt
au
sb
eu
te
Abbildung: Spaltausbeute in Abhängigkeit von der Atommassenzahl A nach Seelmann-Eggebert et al., Karlsruher Nuklidkarte, 1975.
Zeitgesetz des radioaktiven Zerfalls: mononuklear
A(t) = A0·e-λ·t
Dabei bedeutet:
A =-dNdt
Aktivität: Anzahl der umgewandelten Kerne dN pro Zeitintervall dt. N Anzahl der Kerne zur Zeit t
Abnahme der Aktivität eines Radionuklids mit der Zeit:
Radionuklid → stabiles Nuklid
A0: Aktivität zum Zeitpunkt t = 0
= λ·N
Für eine große Anzahl von Kernen gilt:
ln 2
A(t) = A0·e-λ·t
λ: Zerfallskonstante
λ = t1/2
t1/2: Halbwertszeit
Einheit:
[A] = 1 Zerfall·min-1 = 1 dpm (decay per minute)
[A] = 1 Zerfall·s-1 = 1 Bq
[A] = 1 Ci = 3,7·1010 Bq
Werte der Halbwertszeiten:
< µs bis > 1021 Jahre
1 Ci entspricht 1 g 226Ra
Halbwertszeit: Zeit nach der die Hälfte der Kerne zerfallen ist
A(t1/2) = A0·e-λ·t1/2 = A0·e
-ln2 = 0,5 ·A0
Zeitgesetz des radioaktiven Zerfalls: mononuklear
Voraussetzungen für die Gültigkeit:
� Radionuklid zerfällt in stabiles Nuklid ohne radioaktive Zwischenprodukte
� genügend große Anzahl von radioaktiven Kernen
Das Zeitgesetz des radioaktiven Zerfalls:
Radionuklid → stabiles Nuklid
0
0,5
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t/t1/2
A/A
0 Mit
tle
re L
eb
en
sd
au
er
ττ ττ
e-1
≈ 0,368
Zeitgesetz des radioaktiven Zerfalls: Zerfallsreihe
A2(t) = A10·(1 - e-λ2·t)
Wenn
- Radionuklid 2 zum Zeitpunkt t = 0 noch nicht vorhanden ist, d.h. A20 = 0
- die Halbwertszeit des Radionuklids 1 sehr viel größer ist als die von 2,
d. h. t1/2,1 >> t1/2,2 dann gilt:
Beispiel: 90Sr → 90Y → 90Zr (stabil)
Zunahme der Aktivität des Radionuklids 2 mit der Zeit.
Radionuklid 1 → Radionuklid 2 → stabiles Nuklid
90Sr (A10) chemisch rein dargestellt (t =0) →A(90Y): A10 für t >0
� für t >> t1/2,2 gilt: A2 ≈ A1 (radioaktives Gleichgewicht)
Das Zeitgesetz des radioaktiven Zerfalls:
Radionuklid 1 → Radionuklid 2 → stabiles Nuklid
0
0,5
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t/t1/2,2
A2/A
1
238U α → 234Th →234mPa → 234U
Zeitgesetz des radioaktiven Zerfalls: natürliche Zerfallsreihen
Uran-Radium (14 Radionuklide: 8 αααα, 6 ββββ−−−−-Strahler) β− β− α
→ 230Th → 226Ra → … → 206Pb α α
235U α → 231Th → 231Pa → 227Ac
Uran-Actinium (11 Radionuklide: 8 αααα, 3 ββββ−−−−-Strahler) β− α β−
→ 227Th →223Ra → … → 207Pbα α
232Thα → 228Ra → 228Ac
Thorium (10 Radionuklide: 7(6*) αααα, 3(4*) ββββ−−−−-Strahler) β− α β−
→ 228Th → 224Ra → … → 208Pbα
*) Verzweigung der Zerfallsreihe 212Bi ist α− und β−−Strahler
Aktivität und Strahlenbelastung: Risiko
Dik = δijk·ZiZi: Aktivitätszufuhr des Radionuklids i mit Verzehr von Nahrung (Ingestion j)
δijk: Dosiskoeffizient für ein Organ und Gewebe k des Radionuklids i durch Ingestion j
Di : Folgeäquivalentdosis für ein bestimmtes Organ oder Gewebe k nach einmaliger Zufuhr Zi des Radionuklids nach Ingestion j
Folgedosis durch Ingestion:
Die Bewertung der Strahlenbelastung: Dosis
Risiko, an einer strahleninduzierten Tumorerkrankung zu sterben und genetische Schäden bei den Nachkommen zu verursachen.
Die Einheit der (Äquivalent)dosis ist das Sievert (Sv).
Dosisleistung: Dosis pro Zeit, in der ein Mensch der Strahlung ausgesetzt ist
1 Millisievert (mSv): 1/1000 Sv
1 Mikrosievert (µSv): 1/1.000.000 Sv
Einheit: 1 Mikrosievert pro Stunde (abgekürzt: µSv/h)
Wie groß ist die Strahlenbelastung ?Vergleichwerte (www.bfs.de)
0,1 mSv Dosis durch Höhenstrahlung auf Flug von München nach Tokio.
1 mSv pro Jahr
Grenzwert der jährlichen Dosis für die Bevölkerung bei Betrieb von Kernkraftwerken
O,01 bis 0,03 mSv
Dosis bei Röntgenaufnahme des Brustkorbs
2 mSv Mittlere jährliche effektive Dosis jeder Einzelperson in Deutschland
Wichtige Radionuklide bei Freisetzung (Unfall, Kernwaffe)
131I
Radionuklid Halbwertszeit ZerfallsartBestimmungs
- methode
137Cs(137mBa)
134Cs
89Sr
90Sr
238Pu
2397240Pu
8,05 Tage
30,17 Jahre
2,06 Jahre
50,5 Tage
28,64 Jahre
87,74 Jahre 24.100 Jahre
ββββ−−−−, γ, γ, γ, γ
ββββ−−−−, γ, γ, γ, γ
ββββ−−−−, γ, γ, γ, γ
ββββ−−−−
ββββ−−−−
αααα
αααα
γγγγ-Spe
ββββ−−−−-Spe, counting
αααα-Spe, counting
Probenaufarbeitung
Aufwand
Info
mati
on
sg
eh
alt
PA
RCh
ohne
ohne ohne
einfach aufwändig
aufwändig
Ge
ige
r-M
üller,
O
DL
Ein
ze
lbe
sti
mm
un
g
I13
1, C
s1
34
, C
s1
37
Ein
zelb
est
imm
un
g,
Sr8
9, S
r90
, P
u2
38
, P
u2
39
Wie erhalten wir Informationen über Radioaktivität ?
Charakteristisch für den radioaktiven Zerfall
• löst die schädlichen oder gewünschten Wirkungen im Menschen aus
⇒ Emission ionisierender Strahlung
• hochenergetische Teilchen oder elektromagnetische Wellenstrahlung
• erzeugt in Materie (belebt oder unbelebt) Ionen, Elektronen oder Positronen (oder Löcher in Halbleitermaterialien)
• Ist mit Methoden der Radioanalytik einfach und empfindlich zu detektieren
• beeinflusst bei markierten Verbindungen die zu untersuchenden biochemischen Effekte in der Regel nicht wesentlich. (Ausnahme: Radiolyse !)
• charakteristische, diskrete oder kontinuierliche Energie
• spontane (zufällige) Umwandlung des Atomkerns ohne Einfluss von aussen
Grundlagen der Detektion: Zerfallsarten
- α-Zerfall: X → Y + He
- β−-Zerfall: X → Y + e
- β+-Zerfall: X → Y + e
γ-Übergang: X* → X + γ
A
Z
A - 4
Z - 2
4
2
A
Z
A
Z + 10
- 1
A
Z
A
Z - 10
+ 1
A
Z
A
ZElektromagnetischer Kernübergang
Partikelstrahlung
z.B. 239Pu, 241Am
z.B.3H, 14C, 89Sr, 90Sr, 241Pu
z.B.131I, 106Ru, 137Cs
Grundlagen - Zerfallsarten (α, β, γ)
Strah-lung Art Ladung
Reichweite in Luft
Energie in MeV
α
β−
γ
β+
ec
Heliumkerne
Elektronen
Positronen
Elektronen, Röntgenstrahlung
Elektromagne-tischeWellen
2+
1 -
1 +
1- , 0
0
einige cm
bis mehrere Meter
bis einige dm, unendlich
unendlich
3 bis 11
0,005 bis ca. 3
0,003 bis < 0,1
0,005 bis ca. 3
Abschirmung
Blatt Papier
wenige cm Plexiglas
wenige cm Plexiglas + Pb
Schwächung durch mehrere cm Blei (Pb)
Achtung: Sekundärstrahlung bei z.B. hochenergetische β-Strahler, z.B. ³²P, an Metallen ⇒ Röntgenstrahlung hochenergetische γ-Strahlung an Material mit niedrigem Z ⇒ Neutronenstrahlung
-20
0
20
0 5 10 15 20
r/fm
EP
ot
+○○+
Eα
Tunneleffekt beim α-Zerfall.
Eα = diskret
log t1/2 ∝ Eα
Eα : charakteristisch
αααα-Zerfall
Dicht ionisierend ⇒ sehr geringe Reichweite
ββββ-Zerfall
0
50
100
150
200
0 50 100 150 200 250
Energie [keV]
rela
tive A
nzah
l d
er
ββ ββ-T
eil
ch
en
EMax = 227 keV
β−:
10n →
11p +
0-1e
− +
00ν
β+:
11p →
10n +
0+1e
+ +
00ν ─
Kontinuierliche Energieverteilung
Charakteristische Maximalenergie
Dünn ionisierend ⇒ mittlere Reichweite
γγγγ-Übergänge
Diskrete Energie
Charakteristische Energie
198Au (2,696 d) 2-
β−(0,29)1,3%
1,087 2+
β−(0,926)98,7%
γ (1,087)
β−(1,371) γ (0,676)0,025%
0,412 2+
γ (0,412)
0 0+198Hg (stabil)
Dünn ionisierend durchdringend:keine Reichweite definiert
Schwächungsgesetz bei γ-Strahlung
Aktivitätsbestimmung
R(0) = yi·ηηηηphys·ηηηηchem·A(0)
R(0) = R´(0) - R0(0) nulleffektbereinigte Nettozählrate zum Messbeginn t = 0
Aktivitätsbestimmung: Zählraten
tM << t1/2: N´(tM)tM
R´(0) = R´(tM) =
N´(tM) : Während der Messzeit tM registrierten Impulse
Absoluter physikalischer Wirkungsgrad
ηηηηPhys,a =NZ
Z: Anzahl der während der Messzeit tM zerfallenden Kerne
Ryi ·A=
Aktivitätsbestimmung: Physikalischer Wirkungsgrad
Phys. Wirkungsgrad (bei ausgedehnten Quellen)
S: Selbabsorption (Probenmaterial)
B: Rückstreustrahlung; Abschirmmaterial
G: Geometrie Verteilung der Aktivität im Verhältnis zum Detektor
ηPhys, a = (1-S)·(1+B)·G·(1-W)·ηPhys, i
W: Abstand der Aktivität im Verhältnis zum Detektor; Absorption der Strahlung in der Luft
ηηηηphys =
Experimentelle Bestimmung von ηphys durch Ermittlung der Zählrate RKal bei
Messung eines Kalbrierstrahlers bekannter Aktivität AKal (Aktivitätsstandard)
bei direkter Messung ist ηch = 1
KalibrierungRKal
Y(i) · AKal
Grundgleichung: Aktiviätsbestimmung
[ηphys] = 1 Ips·Bq-1 oder 1 %; 1 Ips·Bq-1 entspricht 100 %
ηphys < 1 Ips·Bq-1 (relative Aktivitätsbestimmung)
ηphys = 1 Ips·Bq-1 (absolute Aktivitätsbestimmung)
R(Ei) = ηηηηphy(Ei)·ηηηηch·Y(i) · A
Spektrometrische Methoden: Energieauflösung
Resolution: R = FWHM/H 0
0
1
0 10 20 30 40 50 60 70
Pulse height [channel number]
Co
un
ts p
er
ch
an
nel re
lati
ve t
o M
axim
um
FWHM
FWTM
H0
FWHM:
Full Width at Half Maximum
FWTM:
Full Width at Tenth Maximum
H0: Pulse height at peak maximum57
Tabelle 5: Energieauflösung verschiedener Kernstrahlungsmethoden.
Detector-
Material
Used to
detect
FWHM
[keV]
Nuclide Energy
[MeV]
R
[%]
Remark
R is
ArMethanα (3- 11 MeV)
35 241Am 5,486
0,6 Independent of
energy
Si50 0,9
γ (<0,05 MeV) 0,1-0,2 55Fe 0,006 2,5 Dependent of
Energy
Geγ (≈ 0,1 MeV) 0,2-0,4 122Co 0,122 0,16
γ (0,1- 0,5 MeV) ≈66 137Cs 0,6620,23
NaJ(Tl) ≈10
58
R V(t)
CDetektor
t
i(t)
tC
t
V(t
)
t
V(t
)
tCQ = ∫i(t)dt
0
Spannungssignal V(t): τ = R·C << tC
Spannungssignal V(t): τ = R·C >> tC
Vmax = Q/C ∝ Energie
Detektormodell
- Bestimmung von α-Strahlern im Spurenbereich (mBq)
- Für t1/2 bis ca. 75000 Jahren allen anderen Methoden überlegen
- diskrete, charakteristische α-Energien
αααα-Spektrometrie
- hohe Emissionswahrscheinlichkeiten für α-Übergänge
- hohen linearen Energietransfer
Si-Detektoren, gasgefüllte Gitterionisationskammer
⇒ Niedrige Nachweisgrenzen < 0,001 Bq
⇒ aufwendige Probenaufarbeitung (Dünnschichtpräparat)
Beispiel: Analyse von Pu
Realer
Detektor
Reale
Präparation:
FWHM ≈ 42,9 keV
239/240Pu: 0,029 Bq
238Pu: 0,032 Bq
αααα -Spektrum von Pu Octete 7
0
200
400
600
800
1000
1200
30
0
35
0
40
0
45
0
50
0
55
0
Channel number k [channals]
dN
/dk [
co
un
ts p
er
ch
an
nels
]
Pu-242
Po-210
Reale Analyse
0,194 Bq 242Pu (4,901 MeV)
239/240Pu (5,156 MeV)
238Pu (5,499 MeV)
Gasgefüllte Detektoren
Ionisierende Strahlung die Gas durchdringt erzeugt eine Spur von Ionenpaaren (positive Ionen und freie Elektronen).
elektrisches Feld Detektor
V iSpannungs- Strom-messung V messung i
ionisierende Strahlung
- +
αβαβαβαβ-counting mit Gasdurchflußzähler
Prinzip:
Bildung von Ionen im Zählgas. Sammlung von Ionen durch elektrische Spannung.34 eV pro gebildetes Ionenpaar.
Zählgas:
- Xenon
hochenergetische β-Strahler
- Argon (90%) -Methan (10 %)
- α- und β-Strahler
ββββ-counting – ηηηηPhys(E)
Beta-Strahler auf LB 770 (HV: 1800 V)
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
1
10 100 1000 10000
Eββββ [keV]
ηη ηηP
hys [
cp
s/B
q]
γγγγ-Spektrometrie
Vielzahl von γ-strahlenden Radionukliden (mehrere Tausend)diskrete Energieabgabe → eindeutige Nuklidzuordnung
durchdringende Strahlung → einfache Probenaufarbeitung
γγγγ-Spektrometrie
• Festkörperdetektoren
Abmessungen der Detektoren klein im Vergleich mit gasgefüllten Detektoren, da die Dichte ca. 1000 mal größer ist.
• Detektormaterialien (Szintillatoren)
- Plastikszintillatoren
- NaJ(Tl)
Energieaufwand zur Erzeugung eines Informationsträgers (Lichtblitz): >100eV
• Detektormaterialien (Halbleiter)
- Ge (Z=32)
- Si (Z =14)
Energieaufwand zur Erzeugung eines Informationsträgers (Lichtblitz): ca. 3 eV
Niedrige Energieauflösung ca. 6% bei 661,66 keV
Hohe Energieauflösung
ca. 0,2 % bei 661,66 keV
γγγγ-Spektrometrie - Messgeometrien
d
D
koaxialNaJ(Tl)-Detektor
koaxialHPGe-Detektor
d
D
koaxialHPGe-Detektorkoaxial
HPGe-Detektor
D
koaxialHPGe-Detektor
γγγγ-Spektrometrie – ηηηηPhys(E)
Messgeometrie: 100 mL Dose
0
1
10
100
10 100 1000 10000
E/keV
ηη ηη/1
0-3
Ips
/Bq GEM (50%)
GLP(2,5%)
Kalibrierung von γγγγ-Spektrometern: 40K (γγγγ-Spektrum)
GEM4, K-40, ca. 500 g in 0,7 L Ringschale, 13.01.2010
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
channel number
co
un
ts p
er
ch
an
nel
1460,83 keV
Kalibrierung von γγγγ-Spektrometern: 137Cs (γγγγ-Spektrum)
GEM4, Cs-137, 10 mLLSC auf L Ringschale, 13.01.2010
0
500
1000
1500
2000
2500
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
channel number
co
un
ts p
er
ch
an
nel
661,66 keV
Kalibrierung von γγγγ-Spektrometern: 60Co (γγγγ-Spektrum)
GEM4, Co-60, 3501 Bq am 30.04.2003, 1l Ringschale
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
channel number
co
un
ts p
er
ch
an
nel
1173,24 keV
1332,50 keV
LSC: Grundlagen und Messprinzip
Radionuklid Szintillationscockt
ailInformationsträger: Licht
Registrierung
Photomultiplier→→→→MCA→→→→PC
→→→→ ROI-Wahl
Pulshöhenspektrum: LSC-Spektrum
Strahlungsenergie Aktivität
→→→→ Pulshöhe
→→→→ Kanalnummer
→→→→ Anzahl der Lichtblitze pro Wechselwirkung
→→→→ Pulsrate
→→→→ Impulse pro Kanal
→→→→ Nuklididentifizierung →→→→ Quantifizierung
Vorteile
→ Probe im gasförmigen, flüssigen und festen Agregatzustand
→ große Auswahl an Szintillationscocktails für viele Probenarten
→ hohen Wert für ηphys bei niedrigen Strahlungsenergien.
→ hohe ηphys niedrige R0, kurze Messzeiten.
→ Pulshöhe und Strahlungsenergie ⇒ β-Spektrometrie
→ automatische Probenzuführung
→ hohe Messeffizienz
→ zeitliche Analyse der Pulsformen ⇒ α- und β-Strahler getrennt
Nachteile
→ aufwendige Qualitätssicherungsmaßnahmen (QS)
→ teuere Messgeräte (mit Einschränkung)
→ teuere Szintillationscocktails
→ begrenzte Haltbarkeit von Szintillationscocktails
→ begrenzte Mischbarkeit von Szintillationscocktail
→ Störung durch
� Farbquench
� Chemolumineszenz
� bei Nuklidgemischen
→ unvollständige α-, β-Diskriminierung
→ organische Abfälle
Besser: Cerenkov: Abfall: Wasser
Flüssigkeit mit Brechungsindex n > 1
Cerenkov-Counting: Prinzip
Cerenkov-Licht
Hochenergetische ββββ-Strahler
Cerenkov-Licht
Photomultiplier
Schwellenenergie: Cerenkov-Licht
Für Wasser: n = 1,33
⇒⇒⇒⇒ Schwellenenergie: 270 keV
z.B. zur Detektion von 40K, 32P in wässriger Lösung geeignet
⇒⇒⇒⇒ keine Energieauflösung
LSC-Cerenkov im Vergleich: ηPhys
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 500 1000 1500 2000
Emax/keV
ηη ηηp
hy
s/I
ps
/Bq LSC
Cerenkov
Beispiel: 89Sr, 90Sr in Rohmilch
89
As 89
Se 89
Br 89
Kr 89
Rb 89
Sr 89
Y(stabe)
90
Se 90
Br 90
Kr 90
Rb90
Sr90
Y 90
Zr (stable)
β− β− β− β−
0,4 s
β−
4,4 s 3,18 min 15,2 min
β−
β− β− β− β−
2,761 d1,5 s 32,2 s 4,3/2,6 min
β− β−
29,15a
Radionuclides 89
Sr90
Sr90
Y
Nuclide of beginning 89
As90
Se90
Se
fission yield 4,764% 5,835% 5,835%
decay product 89
Y(stable) 90
Y(radioactive) 90
Zr (stable)
Half life time 50,5 d 29,12 a 2,761 d
Decay constant 1,37·10-2
d-1
6,52·10-5
d-1
2,51·10-1
d-1
Mode of decay ββββ−−−−, (γ), (γ), (γ), (γ) ββββ−−−− ββββ−−−−, (γ), (γ), (γ), (γ)mean β−β−β−β−energy 583,3 keV 195,7 keV 934,8 keVEmission 1 (Bq·s)
-11 (Bq·s)
-11 (Bq·s)
-1
probabilityY
RCh
PA
Beispiel: 89Sr, 90Sr in Milch zur UKA nach REI (neue Methode)
Einengen: 2 L Milch
Ionenaustauschchromatographie und LSC
Veraschen
Abrauchen mit HNO3
Aufbereitung von 10 g Asche zur Analyse
Chromatographie
Präparation SrSO4 inkl. Ausbeutebestimmung
Messung im LSC Quantulus 1220 (Spektren)
aufwändig
aufwändig
Dr. Robert SchupfnerZentrales Radionuklidlaboratorium - URAFakultät Chemie und Pharmazie
RCh
PA
Beispiel: 89Sr, 90Sr in Milch zur UKA nach REI
aufwändigEinengen: 2 L Milch
aufwändig
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RCh
PA
Beispiel: 89Sr, 90Sr in Milch zur UKA nach REI
aufwändigEinengen: 2 L Milch
aufwändig
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RCh
PA
Beispiel: 89Sr, 90Sr in Milch zur UKA nach REI (neue Methode)
aufwändigEinengen: 2 L Milch
aufwändig
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PA
Beispiel: 89Sr, 90Sr in Milch zur UKA nach REI
aufwändigVeraschung (2 h bei 650°C): 2 L Milch
aufwändig
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RCh
PA
Beispiel: 89Sr, 90Sr in Milch zur UKA nach REI
aufwändigAbrauchen mit conc. HNO3: 2 L Milch
aufwändig
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RCh
PA
Beispiel: 89Sr, 90Sr in Milch zur UKA nach REI
aufwändigAbrauchen mit conc. HNO3: 2 L Milch
aufwändig
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RCh
PA
Beispiel: 89Sr, 90Sr in Milch zur UKA nach REI
aufwändigVeraschen (2 h bei 650°C): 2 L Milch
aufwändig
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RCh
PA
Beispiel: 89Sr, 90Sr in Milch zur UKA nach REI
aufwändig
Chromatographie: von 10 g Milchasche aufwändig
Dr. Robert SchupfnerZentrales Radionuklidlaboratorium - URAFakultät Chemie und Pharmazie
RCh
PA
Beispiel: 89Sr, 90Sr in Milch zur UKA nach REI
aufwändig
Chromatographie: von 10 g Milchasche aufwändig
RCh
PA
Beispiel: 89Sr, 90Sr in Milch zur UKA nach REI
aufwändigLSC-Spektrum von 90
Sr, 89
Sr und 90
Y nach radioachemischer Reinigung von
10 g Milchasche
0
5
10
15
20
25
30
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Kanäle
Ipm
pro
Kan
al
90Sr
90Y
aufwändig
RCh
PA
Beispiel: 89Sr, 90Sr in Milch zur UKA nach REI
aufwändigLSC-Spektrum von 90
Sr, 89
Sr und 90
Y nach radioachemischer Reinigung von
10 g Milchasche
0
5
10
15
20
25
30
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Kanäle
Ipm
pro
Kan
al
90Sr
90Y
aufwändig
RCh
PA
Beispiel: 89Sr, 90Sr in Milch zur UKA nach REI
aufwändigLSC-Spektrum von 90
Sr, 89
Sr und 90
Y nach radioachemischer Reinigung von
10 g Milchasche
0
5
10
15
20
25
30
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Kanäle
Ipm
pro
Kan
al
90Sr
90Y
89Sr
aufwändig
137Cs aus Tschernobyl und aus dem Kernwaffenfallout
in Jahresringen von Bäumen (TM: Trockenmasse)
Gerald Haas, Dissertation, 1994.
Cs-137 im Holz einer Fichten
0
1
2
3
4
5
6
1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
Jahresring
a [
Bq
/kg
TM
]
T-Cs-137
K-Cs-137
Zusammenfassung: geeignete Detektionsmethoden
*)EMF: environmental monitoring of food.+suited for determination without any restriction
(+)suited for determination under defined conditions-not suited for determination
Radio-
nuclide
Examles of
Applicationα−spe LSC
β−counting γ−spe
Cerencov-counting
3HMedinical Chemistry - + - - -
14CResearch of Metabolism - + (+) - -
32P - + + - +33P - + (+) - -35S
Medinical Chemistry - + (+) - -
89Sr - + (+) - (+)90Sr - + (+) -90Y
Nuclear Medicine - + + - +
125I RIA - + - (+) -131I
Nuclear Medicine - (+) + + (+)
228Th, 232ThDating of ivory + - - - -
238Pu, 239Pu EMF*) + - - - -
DNA-labeling
EMF*)
Radiation Detection Methods
97