Wo Radon zerfällt

Wir freuen uns riesig auf Hangzhou! Denn in Hangzhou, nahe Shanghai dürfen wir am China Adolescents Science and Technology Innovation Wettbewerb (CASTIC) unsere Radon-Ionisationskammer präsentieren. Mit unserem Projekt haben wir bereits beim „Jugend forscht“ Wettbewerb in Physik den 5. Preis in diesem Jahr gewonnen. Jetzt gilt es unser Experiment und unsere theoretischen Berechnungen zu verbessern, damit wir in China erfolgreich sind können.

Radioaktivität kann zur großen Gefahr für den Menschen werden. Sie entsteht durch den Zerfall radioaktiver Elemente wie etwa Radon. Radioaktives Radon kann sich zum Beispiel in schlecht belüfteten Räumen ansammeln und für die Gesundheit der Bewohner gefährlich werden. So kann etwa die Alpha-Strahlung, die beim Zerfall von eingeatmeten Radon entsteht, Lungenkrebs hervorrufen. Eine verlässliche Nachweismethode für die Radioaktivität in Gasen ist daher ein wichtiges Ziel um gesundheitliche Risiken, durch zu hohe Strahlendosen gar nicht erst entstehen zu lassen. Fasziniert hat uns, dass die Konzentration radioaktiver Substanzen in der Raumluft auf eine komplexe, doch verständliche Art und Weise nachgewiesen werden kann, die jedoch ein Potential für Optimierungen hat.

Und genau an einer solchen Optimierung einer Nachweismethode arbeiten wir. Mit unserer Radon-Ionisationskammer wollen wir eine verlässliche Analysemethode entwickeln, mit der wir die Konzentration radioaktiver Substanzen exakt nachweisen können.

In unserer Radon-Ionisationskammer entsteht beim Zerfall von Radon Alpha-Strahlung, die wiederum Luftmoleküle ionisiert. Die dabei produzierten Ionen und Elektronen werden über einen Detektor eingefangen. So entsteht ein Strompuls, den wir messen können. Der Strompuls gibt wiederum Auskunft darüber wie sich die Ionen in der Kammer bewegen und wo die Ionen durch die Alpha-Strahlung entstanden sind. Damit können wir Rückschlüsse darauf ziehen wo das Radon lokalisiert und wieviel davon vorhanden ist.

In unserem Projekt wollen wir die Pulsformen, die beim Radonzerfall entstehen, untersuchen und unterschiedliche Arten davon erklären. Dazu verwenden wir ein Computerprogramm, um das System zu simulieren. Wir verwenden einen Arduino, der die Signale der Kammer über einen Verstärker empfängt, über ein Programm visuell darstellt und als Excel-Datei speichert. Unsere Ergebnisse haben bisher gezeigt, dass es einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der Pulsform eines Zerfalls und dessen Zerfallsort gibt. Unsere Ionisationskammer besteht aus einem Bereich, in dem das elektrische Feld weitgehend homogen ist. Zerfälle im homogenen Bereich des Feldes lassen sich äußerst zuverlässig feststellen, da die durch das ausgesandte Alphateilchen ionisierten Luftmoleküle durch die Drift im homogenen Feld eine höhere Stromstärke hervorrufen als im inhomogenen Feld. Dort werden manche Pulse registriert, andere können auf Grund ihrer geringen Stromstärke im Rauschen der Kammer nicht detektiert werden. Die Analyse der Pulsformen, die durch ihre Form nachweislich aus dem aktiven Volumen stammen, erlaubt uns eine präzisere Bestimmung der exakten Konzentration des Radons in der Raumluft, mit der es möglich ist, jeden Zerfall zu detektieren.

In Hangzhou, nahe Shanghai werden wir nun unsere Kammer als 3D Ausdruck und unsere verbesserte Analysemethode vorstellen. Bis zum Start des Wettbewerbs wollen wir mithilfe von Versuchen und mathematischen Modellen die Kammer weiter verbessern und sie damit effektiver für den Nachweis von Radon, zum Beispiel in Wohnräumen, machen.

Wir sind sehr gespannt darauf was uns in China erwartet und ob wir mit unserem Projekt Erfolg haben werden.