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Kalibration von Strahlungsmessgeräten Radioaktivitäts-Messer im Untergrundlabor – 30 Jahre UDO

Autor / Redakteur: Erika Schow* / Christian Lüttmann

Wenn irgendwo in Europa Radioaktivitätswerte aufgezeichnet werden, ist das Messgerät mit großer Wahrscheinlichkeit einmal in dem Untergrundlabor UDO gewesen. Dort kalibriert die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) seit 30 Jahren hochempfindliche Strahlungsmesser, mit denen die Umweltradioaktivität überwacht wird.

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Innenansicht des PTB-Labors UDO II im Salzbergwerk in Grasleben, 430 m unter Tage. Der Fußboden aus aktivitätsarmem Edelstahl ist auf ein mit reinem Steinsalz verfülltes Holzständerwerk aufgebracht. Wände und Decke des Labors bestehen ebenfalls aus dem sehr aktivitätsarmen reinen Steinsalz.
Innenansicht des PTB-Labors UDO II im Salzbergwerk in Grasleben, 430 m unter Tage. Der Fußboden aus aktivitätsarmem Edelstahl ist auf ein mit reinem Steinsalz verfülltes Holzständerwerk aufgebracht. Wände und Decke des Labors bestehen ebenfalls aus dem sehr aktivitätsarmen reinen Steinsalz.
(Bild: PTB)

Braunschweig – Nach der Reaktorkatastrophe in Tschernobyl im April 1986 wurden weltweit Netzwerke von Messstationen eingerichtet, um die Radioaktivität in der Umwelt flächendeckend zu überwachen. Heute sind allein in Europa mehr als 5.500 solcher Messstationen aktiv, die mit hochempfindlichen Dosimetern die Ortsdosisleistung überwachen und ihre Messdaten rund um die Uhr, im Stundentakt, an das Joint Research Center (JRC) der EU-Kommission nach Ispra in Italien melden.

Ein Großteil der eingesetzten Dosimeter wurde im Laufe der Jahre im Untertagelaboratorium für Dosimetrie und Spektrometrie UDO der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) untersucht und kalibriert. Das UDO bietet mit einem der weltweit niedrigsten Strahlungspegel in einem Messraum beste Bedingungen für die Bestimmung der Eigenschaften von Dosimetern und Spektrometern. Diese empfindlichen Messgeräte sind nicht nur für die Überwachung der Umweltradioaktivität von zentraler Bedeutung, sondern auch zunehmend für grundlegende Beobachtungen der Umwelt wie des Klimawandels und des Stoffkreislaufs.

Ein strahlungsfreier Raum für Strahlungsmesser

Wer ein empfindliches Dosimeter oder Spektrometer überprüfen will, braucht dazu eine Umgebung mit möglichst wenig natürlicher Strahlung (d. h. eine niedrige Ortsdosisleistung der Umgebungsstrahlung). Das ist besonders in tief unter der Erde gelegenen Räumen geboten, weil die natürliche Höhenstrahlung untertage stark abgeschwächt ist. Besonders vorteilhaft ist in dieser Hinsicht eine Umgebung aus reinem Steinsalz (NaCl), das extrem geringe natürliche Radioaktivitätskonzentrationen aufweist: mehr als hundertmal niedriger als in typischen Baumaterialien wie etwa Mauerziegeln. Aus diesen Gründen errichtete die PTB ihr Untertagelaboratorium UDO in 925 Metern Tiefe im Bergwerk Asse II bei Braunschweig.

Am 30. April 1991 wurde das Untertagelaboratorium für Dosimetrie und Spektrometrie offiziell eingeweiht. Nach Schließung des Bergwerks Asse II fand die PTB im Jahr 2011 einen neuen Standort für ihr Labor: in 430 Metern Tiefe im Salzbergwerk Braunschweig-Lüneburg nahe Helmstedt. Hier herrschen ähnlich gute Bedingungen wie am ursprünglichen Standort: Eine Ortsdosisleistung von lediglich (1,4 ± 0,2) Nanosievert pro Stunde – das entspricht ca. zwei Prozent der mittleren Ortsdosisleistung in Deutschland über Tage – sowie eine sehr geringe Radon-Aktivitätskonzentration in der Luft. Der Betrieb von UDO II, wie das Labor seither heißt, startete im Herbst 2012 mit einem großen Messvergleich von Dosimetern aus europäischen Frühwarnsystemen.

Mess-Netzwerk für Radioaktivität

Der Reaktorunfall 2011 in Fukushima machte deutlich, dass auch Jahrzehnte nach der Nuklearkatastrophe von Tschernobyl die Umgebung auf Radioaktivität und ionisierende Strahlung hin überwacht werden muss. Tatsächlich hat die Verbreitung von dosimetrischen und spektrometrischen Frühwarnsystemen sogar weiter zugenommen, und auch private Initiativen haben weltweit vernetzt damit begonnen, die ionisierende Strahlung in der Umwelt zu beobachten.

Mit rückführbaren und verlässlichen Kalibrierungen bei sehr geringen Dosisleistungen hat die Physikalisch-Technische Bundesanstalt es sich zum Ziel gemacht, die nationalen Frühwarnsysteme zu harmonisieren und den radiologischen Notfallschutz in Europa zu unterstützen. Das Vertrauen der Öffentlichkeit in Messungen könne nur erreicht werden, wenn die nationalen Ortsdosisleistung-Werte an Ländergrenzen keine nennenswerten „Sprünge“ aufweisen, heißt es von der PTB. So wird das Untergrundlabor UDO wohl noch viele Jahre einen wichtigen Dienst bei der Kalibrierung von hochempfindlichen Strahlungsmessgeräten leisten.

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Extrem lange Halbwertszeiten nachweisen

Von 1998 bis 2011 verfügte UDO über drei der empfindlichsten Gamma-Spektrometriesysteme in Europa, mit denen zahlreiche Proben auf deren radioaktive Nuklide (Radionuklid-Metrologie und Umweltradioaktivität) untersucht wurden. Die kleinste dabei gemessene Aktivität war die einer Vanadium-50-Probe mit etwa drei radioaktiven Zerfällen pro Tag (nachgewiesen durch ein Ereignis pro Tag im Photo-Peak des Gammastrahlung-Spektrometers). Solch eine Messung ist überhaupt nur in einer Umgebung mit sehr geringer Strahlung möglich.

Nach einer Messzeit von 120 Tagen konnte die Halbwertszeit dieses Nuklides mit (2,29 ± 0,25) 1017 Jahren genauer als jemals zuvor bestimmt werden. Diese unvorstellbar lange Zeit ist zehn Millionen Mal länger als das Alter des Universums. Die Kenntnis dieser Halbwertszeit ist wichtig für Doppel-Betazerfalls-Experimente und damit die Untersuchung der fundamentalen Eigenschaften der schwachen Wechselwirkung.

* E. Schow, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), 38116 Braunschweig

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