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Eine Kohlekomprette wird einige Tage über Hundsbühler Erde aufgeladen. Danach wirft man sie in eine randvoll mit Ethanol (Waschalkohol, Brennspiritus) gefüllte 0,25 Liter Flasche mit Kunststoffschraubverschluss. Nach ca. 3 Stunden  haben sich die Radonfolgeprodukte im Alkohol gelöst und es hat sich radioaktives Gleichgewicht eingestellt. Man kann den Inhalt über ein Glasfaserfilter der Firma Macherey/Nagel vom Typ MN 85/90 abfiltrieren. Das Filter wird anschließend auf einer elektrisch beheizten Platte getrocknet, auf den Messplatz gelegt , mit einem Blatt Papier als a -Strahlen-Filter abgedeckt und der Inspector darüber  in Stellung gebracht.

Sofort nach dem Trocknen leitet man den Messvorgang ein. Der Radiation Alert Inspector ® wird dazu über das Erfassungsprogramm ZEDER ® auf kontinuierliche Abtastung mit einer Torzeit von 5 Minuten eingestellt. Die Messreihe wird nach Angabe des Dateinamens und Angabe einer Beschreibung (optional) mit Druck auf die -Taste aufgezeichnet (Siehe Anleitung zum Zederpaket). Der gesamte Versuch dauert ca. 2 bis 5 Stunden. Man kann schon abbrechen, wenn sich die aktuelle Zählrate deutlich auf unter der Anfangsrate abgesenkt hat. Mit Zeder ist es jedoch auch kein Problem, bis zum Erreichen der Nullrate zu messen.

Im EXCEL ® - Diagramm ergibt sich eine Kurve, die einen exponentiellen Abfall erwarten lässt.

Zum Bestimmen der Halbwertszeit wird die Grafik halblogarithmisch dargestellt. Die Linien für die schrittweise halbierten Zählraten erscheinen als äquidistante Parallelen zur Zeitachse. Sie werden in EXCEL als konstante "Messdaten" angelegt (siehe Tabelle 1), die aus dem Maximalwert durch Teilung durch 2, 4, 8 ... berechnet werden. Die Zeitachse wird in einzelnen Minuten skaliert.

Abb. 2: Halblogarithmische Darstellung der Zerfallsmessung an dem Filter

In halblogarithmischer Darstellung erhält man nicht etwa eine Gerade, wie man vielleicht aus Abb. 1 vermuten könnte. Folglich gibt es keine konstante Halbwertszeit. Vielmehr liegen die Werte am Anfang um 45 Minuten, während sie am Ende auf die 20 Minuten zustreben. In COREL DRAW ® wurden die Trendlinie und senkrechten Linien zur exakten Zeitablesung eingetragen sowie die Halbwertszeiten bestimmt. Dazu ist die Zoom-Funktion dieses Programms sehr gut brauchbar (Abb. 2).

Beim Filtrieren wird ein Gemenge von , und auf dem Filter abgelagert. Die Halbwertszeiten für diese Nuklide betragen 3 Minuten, 27 Minuten und 20 Minuten.

Mit Beginn der Messung überlagern sich die Zerfälle der drei Anteile. Für die Messung kann man den a -Anteil durch Einfügen eines Blatts Papier ausblenden. Dennoch liefert Po-218 durch seinen Zerfall sehr schnell weitere Kerne Pb-214 nach, so dass auch die ß-Aktivität zunächst höher liegt und somit die erste Halbwertszeit länger erscheinen lässt. Weil die Halbwertszeit von Polonium kürzer ist als die der Folgeprodukte kann sich kein Gleichgewicht einstellen. Es werden mehr Kerne nachgeliefert, als in der Reihe über Blei und Wismut zerfallen können.

Hat der Poloniumzerfall nachgelassen, stellt sich die Halbwertszeit von mit 27 Minuten langsam als dominierend ein. Aber auch die Anzahl der - Kerne steigt damit. Die Tendenz zur Halbwertszeit von Bi-214 mit 20 Minuten nimmt zu. Bei genügend hoher Anfangsaktivität kann die Messreihe lange genug Zählraten liefern, die sich noch weit genug vom Untergrund abheben. Leider nimmt gleichzeitig auch die Tendenz zu statistischen Streuungen zu. Ausreichend lange Messzeit vorausgesetzt endet die Messreihe bei Halbwertszeiten um 20 Minuten.

Wasser wirkt als Moderator und würde den Gesamteffekt verringern, wenn das Filter nicht knochentrocken ist. Außerdem ist die Feuchtigkeit nicht gut für Zählrohr und Inspector.

Beim Filtrieren werden die Nuklide Po-218, Pb-214 und Bi214 an die feinen Fasern des Filters angelagert. Auf welchem Mechanismus das basiert ist noch nicht ganz geklärt. Beim Polonium-218 und Blei-214 könnte die positive Ladung des Rückstoßkerns nach dem a -Zerfall eine Rolle spielen.

An den Filtern wird nicht das Gas Radon angelagert, das desorbieren kann, wenn die Umgebung eine niedrigere Konzentration aufweist, sondern die Feststoffe Polonium, Blei und Wismut. Feststoffe können nicht desorbieren. Natürlich kann statt eines Papiers auch durch die Folie der a -Anteil zurückgehalten werden.

Klar kann man das aber das heißt dann auch 2 Stunden aufmerksame Führung des Messprotokolls. Mit ZEDER geht's halt automatisch.

Wenn in der Flasche eine Luftblase enthalten ist, dann kann sich dort auch Radon aus dem Ethanol anreichern. Die Konzentration im Ethanol sinkt dadurch und die Beladung des Filters ist nicht so effektiv. Für Wasser ist dieser Effekt noch wesentlich wichtiger, da für Wasser/Luft der Ostwaldkoeffizient 1:4, für Ethanol/Luft  aber 6:1 ist. Das heißt, dass in einem Volumen Luft 4 mal mehr Radon vorhanden ist als im gleichen Volumen Wasser darunter. Bei Ethanol ist es umgekehrt. Ethanol ist mit seiner Fähigkeit 24 mal mehr Radon zu lösen als Wasser quasi eine Radonfalle.

Es geht erstens darum möglichst viel Radon auf die Aktivkohle zu übertragen. Des weiteren soll sich Gleichgewicht eingestellt haben, damit vor allem auch die Folgeprodukte angereichert werden. Sie und nicht das Radon selbst sind Ausgangspunkt für die Messreihe.

Für die Reihe Po-218, Pb-214, Bi-214, Po-214 nein. Die Nuklide können in einem Präparat nicht so angereichert und gereinigt werden weil die Halbwertszeit zu kurz ist und kein einfaches Verfahren zur Verfügung steht.

Andererseits soll die Halbwertszeit für einen Schulversuch möglichst kurz sein. Ein guter Kompromiss und für jeden durchführbar ist die Messung der Halbwertszeit von Radon. Ein gereinigtes Präparat ist mit einer Kohle-Komprette leicht in 5 Minuten herstellbar und das Gleichgewicht stellt sich unter Abschluss der Komprette in einer Folie innerhalb weniger Stunden ein. Die Messung selbst leider über mindestens 4 Tage erfolgen. Hier erweist sich ZEDER als guter Helfer. (Siehe Anhang Halbwertszeit von Radon)

Warum kommen bei mir trotz langer Messung nicht 20 Minuten Halbwertszeit heraus?

Verwenden Sie eine Papierzwischenlage um den a -Anteil abzuhalten. Das letzte Glied in der für den Versuch interessanten Teilkette der Uran-Radiumreihe ist Po-214. Das ist ein a -Strahler mit einer Halbwertszeit von 0,16 ms. Wird dieser Zerfall ausgefiltert, dann stimmt das auch mit den rund 20 Minuten Halbwertszeit für Bi-214.

Wenn die Grafik in halblogarithmischer Darstellung so aussieht, dann wurde von den Bruttomesswerten die Nullrate nicht abgezogen. Bestimmen Sie den Untergrund und ziehen Sie in einer weiteren Spalte vom Bruttowert den Untergrund ab. In EXCEL ist das kein Problem.

Material: 

Eine 3 Tage im PET-Röhrchen aufgeladene Kohle-Komprette. Die Komprette wird sofort in die Innenhöhlung des Deckels einer Kleinbildfilmdose gelegt und mit Klebfolie (büro actuell) gut abgedeckt. Nach ca. 3 Stunden ist das durch den Transfer gestörte Gleichgewicht wieder hergestellt. Alternativ kann eine kurzzeitig (5 Minuten) beladene Komprette nach dem Erreichen des Gleichgewichts (siehe Versuch: Aufbaukurve) verwendet werden.

Technik: 

Ein PC und ZEDER ®

Mit dem ZEDER-Kabel werden Radiation Alert Inspector ® und PC über eine freie serielle Schnittstelle verbunden. Es wird sehr dringend empfohlen, den Inspector nicht aus der 9 V - Batterie zu versorgen sondern über den PC. Es gibt zwei Gründe dafür. Einer ist der, dass bei einem Betrieb über 7 Tage und mehr die Batterie evtl. den Geist aufgibt und die ganze Messung umsonst war. Der andere Grund ist viel essentieller. Die Lebensdauer des Zählrohrs schwindet mit jedem gezählten Impuls. Zeder kann die Lebensdauer  wesentlich verlängern, weil das Programm den Inspector nur dann einschaltet, wenn gemessen werden soll. Schließen Sie also unbedingt den 9 V - Clip vom ZEDER-Kabel am Inspector anstelle der Batterie an.

Das ZEDER-Programm wird mit dem Schalter für die richtige Schnittstelle gestartet und folgende Parameter eingestellt:

nicht angegebene Parameter werden einfach mit quittiert.

Torzeit 5 Minuten

Zykluszeit 1 Stunde

Anzahl Zyklen 600

Dateiname hwtradon

Beschreibung... [optional] !!! noch nicht drücken !!!

Jetzt wird das fertige Präparat mit Abstandshaltern so unter dem Radiation Alert Inspector plaziert, dass das Gitter des Zählrohrs nicht berührt wird. Starten Sie jetzt die Messung durch Druck auf .

Nach der grundsätzlichen Kontrolle ob alles auch ordentlich läuft können Sie nun alles ZEDER und Ihrem PC überlassen. Den Monitor schalten Sie aus ökologischen Gründen aus, Sie brauchen ihn normalerweise erst wieder in ein paar Tagen. Nach 5 Minuten sollte sich auch der Radiation Alert Inspector mit einem quiekenden Ton für die nächsten knapp 55 Minuten schlafen legen. Er wird vom PC pünktlich 10 s vor Beginn der nächsten Messung wieder geweckt. Das geht so lange, bis Sie die Messung durch zweimaliges Drücken der Q-Taste beenden oder die eingestellten 600 Messergebnisse erfasst sind.

Es bleibt die übliche Auswertung der Messreihe über EXCEL (Siehe Handreichung zu EXCEL ® .

Versuche zur Umweltradioaktivität - Messen mit dem Computer - Zerfallskurven
(c) 2001 J. Grzesina

Die Versuche zur Umweltradioaktivität wurden von Herrn Prof. Henning von Philipsborn von der Universität Regensburg entwickelt. Die dafür nötigen Gerätschaften und Materialien wurden von ihm in einem Koffer zusammengefasst, der den Namen "Philion-Koffer" trägt. Neben diesen hier beschriebenen Experimenten finden sich dort noch weitere, die alle sehr gut geeignet sind, Lerninhalte zum Thema "Radioaktivität" auf völlig gefahrlose Art und Weise zu vermitteln. 

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