2024-08-08, Grapentin, Raphael

Es gibt diverse Geräte zur Messung von Radon in Luft. Dabei gibt es in der Schweiz die gesetzliche Grundlage um ein Gerät als Radonmessgerät oder als Radondosimeter zuzulassen. Diese Zulassung ermöglicht anerkannten Radonmessstellen mit diesen Geräten eine anerkannte Radonmessung durchzuführen. Für die Zulassung der Radonmessgeräte oder -dosimeter müssen bestimmte Bedingungen erfüllt werden, welche die Messgenauigkeit und auch den Messbereich betreffen. In diesem Bericht wurde untersucht, ob die Parameter der Luft, also Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck, einen Einfluss auf die Messgeräte haben und dazu führen könnten, dass ein Gerät die Bedingungen für die Zulassung nicht erfüllt. Die relevanten Parameter der Luft können sich bei Radonmessungen stark voneinander unterscheiden. So wird Radon häufig in Wohnräumen und Kellerräumen gemessen, eben so wichtig sind Messungen an radonexponierten Arbeitsplätzen. Diese können grosse Unterschiede in der Temperatur und Luftfeuchtigkeit aufweisen. Unterschiedliche Luftdrücke sind zum Beispiel bei Messungen in grossen Höhen vorhanden. Die Messung von Radonkonzentrationen erfolgt oft über die Detektion der Alpha-Strahlung beim Zerfall von ²²²Rn oder dessen Folgeprodukte. Ebenso sind Messgeräte, welche die Gamma-Strahlung gewisser Folgeprodukte messen, verbreitet. Bei der Messung der Alpha-Strahlung ist dessen Reichweite und die Messgeometrie massgebend für die Kalibrierung eines Gerätes. Mit zunehmender Dichte des Mediums, also der Luft, nimmt die Alpha-Reichweite ab und umgekehrt. Es ist gegeben, dass die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck die Dichte der Luft beeinflussen und somit die Messgenauigkeit eines Messgeräts beeinflussen können. Solche Effekte können bei den meisten Messgeräten auftreten. Eine Versuchsreihe wurde durchgeführt um die theoretischen Grundlagen anzuwenden. Dabei wurden ein AlphaGUARD und ein RadonMAPPER in 27 Messreihen unterschiedlichen Parametern, Radonkonzentration, Temperatur und Luftfeuchtigkeit, ausgesetzt und deren Messgenauigkeit mit der Referenzkonzentration verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Radonmapper bei 10 °C und 1000 Bq/m³ einen Mittelwert von 93% der Referenzkonzentration gemessen hat, bei einer Standardabweichung von 3%, bei 20 °C wurden 94±4% und bei 30 °C wurden 96±4% gemessen. Beim AlphaGUARD wurden umgekehrt 104±10%, 100±10% und 95±10% bei 10°C, 20°C respektive 30°C gemessen. Eine Abhängigkeit der Messwerte von der Luftfeuchtigkeit wurde nicht festgestellt. Damit wurde gezeigt, dass RadonMAPPER und AlphaGUARD eine Abhängigkeit der Messwerte sowie der Standardabweichung von der Temperatur aufweisen. Mithilfe einer linearen Extrapolation konnte jedoch gezeigt werden, dass die Anforderungen für die Eichung der Radonmessgeräte über den gesamten Betriebsbereich der Temperatur erfüllt sind. Ein Vergleich der Messdaten mit Studien zeigt, dass weitere Untersuchungen nötig sind, um abschliessend zu klären, wie die Geräte von den Parametern beeinflusst werden. Zu Radondosimetern wurde keine Messreihe durchgeführt. Auch gibt es keine Studien oder Untersuchungen, die zeigen, ob solche Dosimeter von den Parametern der Luft beeinflusst werden. Daraus ergibt sich, dass für Radonmessgeräte und Radondosimeter weitere Untersuchungen nötig sind, um den Einfluss von Umweltparametern auf Radonmessungen zu belegen. Eine Anpassung der Anforderungen an Radonmessgeräte und -dosimetern wäre zum jetzigen Zeitpunkt verfrüht und nicht ausreichend belegt.

2024-08-06, Grapentin, Raphael

Gemäss Schweizer Recht müssen Radonmessgeräte und Radondosimeter zugelassen werden. Dazu wird die Radonkammer des Eidgenössischen Instituts für Metrologie (METAS) genutzt. Die Radonkammer ermöglicht das Erzeugen einer Referenzkonzentration, die auf Primärstandards rückverfolgbar ist. Dabei konnten die Parameter der Luft, also Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck nicht gesteuert werden und lagen nur bedingt bei Werten, wie sie bei einer Radonmessung zu erwarten sind. Besonders radonexponierte Arbeitsplätze können eine grosse Bandbreite an Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten aufweisen, ebenso können Messungen in grosser Höhe bei deutlich geringerem Druck stattfinden als solche im Schweizer Mittelland. Damit stellt sich die Frage, ob und wie stark die Messgenauigkeit von Radonmessgeräten und Radondosimetern von den Parametern der Luft abhängt. Aus diesem Grund war es notwendig die Radonkammer des METAS anzupassen, sodass die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und der Luftdruck gesteuert werden können. Die Steuerung der Temperatur wurde über einen Wärmetauscher umgesetzt, der eine Flüssigkeit heizt oder kühlt. Diese Flüssigkeit umströmt die Hülle der Kammer in Schläuchen und überträgt so die Wärme. Mit einem Regelalgorithmus wird so die gewünschte Temperatur in der Kammer gehalten. Die Steuerung der Luftfeuchtigkeit funktioniert mit einem Ultraschallvernebler. Dieser wird elektrisch angesteuert und so die relative Luftfeuchtigkeit auf dem Zielwert stabilisiert. Eine Steuerung für den Luftdruck in der Kammer wurde zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht umgesetzt. In einer Testmessung wurden die Funktion der Steuerungen verifiziert. Bei Temperaturen von 5 °C, 20 °C und 40 °C und relativen Luftfeuchtigkeiten von 30%, 50% und 85% wurde eine Radonkonzentration von 400 Bq/m³ mit einem Luftvolumenstrom von 5.5 L/min erzeugt. Die Messungen zeigten, dass der Mittelwert der Temperatur nur in einer Messreihe um 0.01 °C von der Zieltemperatur abwich. Die Standardabweichungen der Temperatur betrugen maximal 0.05 °C. Bei der Luftfeuchtigkeit wurde mit 29.6% die grösste Abweichung des Mittelwertes vom Zielwert von 30% gemessen. Die Standardabweichungen der Messreihen betrugen maximal 1.1% relative Luftfeuchtigkeit. Damit wurde gezeigt, dass die Zielwerte für Temperatur und Luftfeuchtigkeit genau erreicht und über Messreihen von sechs Stunden stabil gehalten werden können. Abschliessend ist es weiterhin interessant eine Steuerung des Luftdrucks in der Messkammer zu realisieren, damit auch dieser Parameter kontrolliert werden kann. Anhand dieser Optimierungen können nun Messgeräte geprüft und Datengrundlagen geschaffen werden.