Einblicke in die Kernstrahlungsmesstechnik der Radioaktivitätsmessstelle

Die Radioaktivitätsmessstelle betreibt und hält analytische Verfahren bereit, um die Auswirkung radioaktiver Stoffe künstlichen und natürlichen Ursprungs ermitteln zu können. Gemessen wird die von den Stoffen ausgehende ionisierende Strahlung. Ionisierende Strahlung selber ist nicht radioaktiv, kann aber aufgrund ihrer hohen Energieübertragungsrate in Materie den radioaktiven Stoffen zugeordnet werden. Der Energieeintrag in Materie führt zur Bildung von Ladungsträgern, die direkt oder indirekt gemessen werden können. Da die ionisierende Strahlung beim radioaktiven Zerfall von Atomkernen ausgesendet wird, bezeichnet man sie als Kernstrahlung. Kernstrahlungsmesstechnik registriert über angebotene Materie - den Detektoren - ionisierende Strahlung. Die Detektoren führen aufgrund ihrer Unterschiede zu verschiedenen Messmethoden, die Teil von Messverfahren sind.

Folgende Arten von Detektoren nutzt die Radioaktivitätsmessstelle für Landes- und Bundesaufgaben:

Die Schwierigkeit der Kernstrahlungsmessung ist es, neben der Registrierung der geringen Anzahl an Zerfällen von Atomen, die Kernstrahlung, die nicht der Probesubstanz zugerechnet werden kann, auszublenden. Insbesondere in der Umweltanalytik ist die Kernstrahlung, der Umweltradioaktivität natürlichen Ursprungs von der Probe und den Detektoren abzuschirmen. Die Radioaktivitätsmessstelle betreibt ausschließlich Verfahren, die aufgrund ihrer Abschirmwirkung gegenüber Störstrahlung als Low-Level- und Ultra-Low-Level-Messtechnik bezeichnet werden können.

Neben der eigentlichen Messmethode ist eine  radiochemische Vorbereitung der Probe Bestandteil des Messverfahren. Der Einsatz radiochemischer Vorarbeiten führt in der Regel zu nuklidselektiven Verfahren. Nuklide sind radioaktive Atome, die einem chemischen Element zugeordnet werden können. Nuklide eines Elementes mit unterschiedlichen Massen nennt man Isotope. Durch die radiochemische Vorbereitung einer Probe werden die zu messenden Nuklide von einer Vielzahl von Störnuklide, die in der Umwelt auftreten oder bei einer Freisetzung vorliegen könnten, abgetrennt. Der Ausschluss von Störnukliden ist wesentlicher Teil der Messverfahren in der Umweltradioaktivitätsanalytik, die mit einer entsprechend schwierigen Bewertung der Messwerte und analytischen Aussagen endet.

Den nuklidselektiven Verfahren stehen die nuklidspezifischen Verfahren gegenüber. Bei nuklidspezifischen Verfahren ist die Messtechnik entscheidend. Gelingt es, die Energie, die von Nukliden als spezifische Strahlung ausgesendet wird, exakt zu ermitteln, können einzelne Nuklide direkt bestimmt werden. Das ist spektrometrischen Verfahren möglich. Bei der Gamma-Spektrometrie gelingt es über eine beliebige Anzahl von Nukliden. Dabei kann aufgrund der nicht vorhandenen Materie-Materie-Wechselwirkungen der Strahlung die Bestimmung ohne radiochemische Vorbereitung zerstörungsfrei erfolgen. Bei der Alpha-Spektrometrie gelingt das nicht. Hier ist der Aufwand der radiochemischen Vorarbeiten am größten. Neben der Isolierung der zu messenden Nuklide müssen diese in Stoffgruppen aufgespalten werden, um Überlagerungen von Energien - Interferenzen - ausschließen zu können.

Mit Ausnahme der materielosen Gamma-Strahlung, ist die Reichweite von Kernstrahlung aufgrund von Materie-Materie-Wechselwirkungen begrenzt. Bei Alpha-Strahlung und Beta-Strahlung verbleibt ein Großteil der Strahlung in der Probe. Das bedeutet geringste, nicht wiegbare Mengen an radioaktiven Substanzen müssen vor der Messung von der Probenmatrix durch den Einsatz radiochemischer Methoden getrennt werden. Dies gelingt nur unter Zusatz von Spurenstoffen als Ausbeute-Tracer und der Zugabe von Trägermaterial als Spurenfänger. Mit diesen Zusätzen soll ausgeschlossen werden, dass sich die zu untersuchenden Nuklide durch unspezifisches stoffliches Verhalten der Analyse entziehen.