Ausstattung

iwan smallFür die Tätigkeiten in Lehre und Forschung sowie für Dienstleistungen werden am Institut für Medizinische Physik und Strahlenschutz vielfältige Gerätschaften benötigt, von denen ein paar im Folgenden vorgestellt werden.

RAD7

Das RAD7 der Firma DURRIDGE ist ein Radonmonitor, der, wie das Atmos 12D, alpha-spektrometrische Messungen durchführt. Er kann sowohl im kontinuierlichen Messmodus, als auch im "Schnüffel"-Modus betrieben werden.Rad7Das IMPS verfügt über eines dieser Geräte.

Zunächst werden 0.7l Umgebungsluft in eine Messkammer gepumpt. Die gelandenen, instabilen Tochterprodukte des Radon werden durch Anlegen einer Hochspannung auf einen Halbleiter-Silicium-Detektor gelenkt. Aus den Detektorzählraten der Alphazerfälle dieser Nuklide kann auf die Radonkonzentration innerhalb der Messkammer geschlossen werden.

Anhand der Intensität der erzeugten Impulse lassen sich die Energien und dadurch auch die Mutternuklide der Alpha-Teilchen bestimmen. Dies ermöglicht die Unterscheidung zwischen "jungen" Zerfällen (kurzlebigen Mutternukliden) und "alten" Zerfällen (langlebigen Mutternukliden). Für Messungen im Schnüffel-Modus, der eine zeitnahe Bestimmung der Radonkonzentration ermöglichen soll, werden nur Alpha-Teilchen aus dem schnellen Zerfall von kurzlebigem 218Po gezählt. In diesem Modus ist eine Wiederholung der Messung nach nur 30min möglich. Im kontinuierlichen Messmodus wird zur Bestimmung der Radonkonzentration zusätzlich der Zerfall von langlebigen 214Po registriert. Aus der Zerfallsrate von 216Po kann außerdem die Thoronkonzentration ermitteln werden.

Triathler

triathler-web

Die Flüssigszintillationsspektrometrie (Liquid Scintillation Counting, LSC) benutzt organische Lösungen gleichzeitig als Detektor und Lösungsmittel. Die Probenahme erfolgt mittels einer 20ml-Kunststoffspritze. Unmittelbar danach werden 12 ml der Wasserprobe einem 20 ml fassenden Kunststofffläschchen (Vial) zugegeben und gut geschüttelt. In dem Vial befinden sich bereits 8 ml wasserunlöslicher Flüssigszintillator. Die Messung im Labor erfolgt frühestens drei Stunden später, um die Einstellung des radioaktiven Gleichgewichtes zu gewährleisten. Gemessen wird mit dem Triathler der Firma Hidex (siehe Bild), einem transportabler Flüssigszintillationsspektrometer. In Verbindung mit einem wasserunlöslichen Szintillator kann durch Impulsdauerdiskriminierung ein Energiespektrum ermittelt werden. Dies ermöglicht es, ausschließlich durch Alpha-Teilchen verursachte Impulse zu zählen. Eine Berücksichtigung der Umgebungsstahlung ist nicht notwendig, der sehr geringen Untergrund (>0,05 Bq/l) kommt einer niedrigen Nachweisgrenze entgegen. Die Messzeit beträgt 30 Minuten, die 2s-Messunsicherheit, zusammengesetzt aus den Unsicherheiten der Geräte-Efficiency und der Probenmenge, wird auf 10% geschätzt. Dazu muss die statistische Unsicherheit der jeweils gemessenen Impulszahl addiert werden. Bei einer Radonkonzentration von 5 Bq/l erhält man so eine 2s-Unsicherheit von 16%, für 20 Bq/l liegt sie bei ca. 12%. Mehrfachbeprobungen und Vergleichsanalysen mit anderen Messverfahren bestätigen diese Abschätzungen. Die Nachweisgrenze beträgt unter den beschriebenen Bedingungen 0,5Bq/l.

Rechencluster

ROCKS Abbildung 1: Frontansicht (links) und Rückansicht (rechts) des ROCKS-Clusters. Oben ist der Headnode (Server), unten die 10 Rechenknoten. Weitere 10 Rechenknoten wurden inzwischen installiert. (Photo 2013) IWAN Abbildung 2: IWAN, der alte und bereits abgebaute Rechencluster des IMPS. Das Prinzip des auf CAOS Linux basierten Clusters entsprach dem des ROCKS Clusters, nur dass für die Hardware günstige Standardrechner verwendet wurden. Vorne zu sehen sind die 12 AMD Athlon 64 X2 und 4 Intel Q6600, hinten ansatzweise die 14 Intel Pentium D, rechts unten im Bild der Server und die USV. (Photo 2008)

Bei der am IMPS verwendeten Monte-Carlo-Methode zur exakten Simulation von Strahlungstransport hochenergetischer Teilchen in Materie wird eine große Rechenkapazität benötigt. Die Anwendung kann eine Simulation auf mehreren Rechnern starten und durch Zusammenführung der einzelnen Ergebnisse die statistische Gesamtunsicherheit bzw. die zum Erreichen einer gewünschten Unsicherheit benötigte Zeit um ein Vielfaches vermindern.

Der zu diesem Zweck vom Institut betriebene Rechencluster ROCKS basiert auf der gleichnamigen Clusterlösung Rocks-Linux-Cluster. Die einzelnen Knoten sind über zwei geschlossene Netzwerke miteinander verbunden; nur der Server ist direkt über den Intranet erreichbar. Hierdurch verfügt das System intern über sichere und schnelle Kommunikationskanäle. Mittels Trennung von Daten- und Steuerungskanal über jeweils eine der Netzwerkschnittstellen kann der Overhead innerhalb des Clusters weiter gesenkt werden. Über die Rechner mit Intel E5504-CPUs hinaus wird das System dynamisch durch Virtuelle Maschinen des Datenverarbeitungszentrums IT Services erweitert. Der Cluster wird zusammen mit dem Fachbereich ME genutzt.
Tabelle: Technische Details zu den Computercluster am IMPS (ROCKS):

Hardware


(Rechenknoten)

Heterogen:
80 Intel(R) Xeon(R) E5504 2.00GHz
64 Intel(R) Xeon(R) E5606 2.13GHz
180 Intel(R) Xeon(R) E5640 2.66GHz
160 Intel(R) Xeon(R) E5-2650 4.80GHz
18 Virtuelle Maschinen 3.20GHz

RAM: ~ 2 GByte/Prozess

Vernetzung 2x 1 GBit/s Ethernet, geschlossen, Steuer- und Datenkomm. getrennt
1 GBit/s-Anbindung des Servers zum Intranet
Software Server: Rocks (open-source Linux cluster distribution)
Client: CentOS release 6.3 (Final)

Queuingengine: Open Grid Scheduler (OGS)

Anwendungen: EGSnrc, FLUKA, LS-DYNA, TOPAS

LLMS 500

llms500-webFür die Messung mit dem LLMS 500 der Firma Münschner Apparatebau (MAB) wird mittels eines Gebläses (Abb. 9) Umgebungsluft durch einen Glasfaserfilter geleitet, auf dem die Radonfolgeprodukte abgeschieden werden. Das geförderte Luftvolumen zeigt die im Gebläse integrierte Gasuhr an. Der Filter wird in eine Halterung gelegt und so in das Zählgerät LLMS 500 geschoben. Mit dem eingebauten Proportionaldetektor wird die Betastrahlung der auf dem Filter abgeschiedenen Folgeprodukte erfasst, nachdem zuvor ein Nullabgleich mit dem unbenutzten Filter stattgefunden hat. Mittels eines Kalibrierfaktors werden die gemessenen Impulse in eine Folgeproduktkonzentration oder bei bekanntem Gleichgewichtsfaktor in eine Radonkonzentration umgerechnet und ausgegeben.

Folgeproduktabscheidung

Zur Radonmessung in Wasser wird ein bekanntes Volumen des zu untersuchenden Wassers durch einen Glasfaserfilter geleitet, auf dem die Radonfolgeprodukte abgeschieden werden. Nach Trocknung des Filters auf einer Heizplatte wird dieser in eine Halterung gelegt und so in ein Zählgerät geschoben. Verwendung findet hierbei das auch für Luftmessungen benutzte LLMS 500. Mit dem eingebauten Proportionaldetektor wird die Betastrahlung der auf dem Filter abgeschiedenen Folgeprodukte erfasst, nachdem zuvor ein Nullabgleich mit dem unbenutzten Filter stattgefunden hat. Mittels eines Kalibrierfaktors werden die gemessenen Impulse der Folgeproduktkonzentration in eine Radonkonzentration umgerechnet und ausgegeben. Im Wasser kann vom Gleichgewicht zwischen Radon und seinen Folgeprodukten ausgegangen werden.

Atmos 12D

atmos Das IMPS verfügt über zwei dieser Geräte. Das Gerät der schwedischen Firma Gammadata misst kontinuierlich die Radonkonzentration in der Luft. Dabei handelt es sich um eine alpha-spektrometrische Messung, zu der die Zerfallsenergien von Rn-222 und Po-218 herangezogen werden.

Über Filter, die Staub und Folgeprodukte zurückhalten, wird etwa 1 l/min Luft in eine Vieldraht-Ionisationskammer gepumpt. Die durch Alpha-Zerfall des Radons und seiner in der Messkammer entstandenen Folgeprodukte erzeugten Ladungsträger führen zu Impulsen, deren Höhe proportional zur Energie der Alphateilchen ist.

Anhand der registrierten Impulse im Energiebereich von 5,0 bis 6,3 MeV wird die Radonaktivitätskonzentration errechnet und im Speicher abgelegt.

AlphaGUARD PQ2000

alphaguard Das IMPS verfügt über vier dieser Geräte. Wie das Atmos 12D ist auch das AlphaGUARD der Firma Genitron Instruments ein kontinuierlich arbeitender Radonmonitor. Zusätzlich ermittelt und speichert es den Verlauf der Temperatur, Feuchte und des Drucks der Luft. Durch Diffusion oder aber mittels einer Pumpe -je nach Ausführung des Geräts- gelangt die Luft über einen Filter in eine Ionisationskammer. Höhe und Form der erhaltenen Impulse werden zur Auswertung unterschieden.
In einer ebenfalls verwendeten Version erlaubt das AlphaGUARD zusätzlich den Anschluss eines externen Folgeproduktmessgerätes, dem es dann als Daten-Logger dient.


Radonausgasung


Zur Radonmessung in Wasser dient die Radonausgasung. Bei diesem Verfahren wird ein bekanntes Volumen des zu messenden Wassers in eine Gaswaschflasche gegeben, in der das Radon in die durchgeleitete Luft ausgetrieben wird. Mit der erreichten Radonkonzentration der Luft kann auf die Radonkonzentration der Wasserprobe geschlossen werden. Das Verhältnis der Radonkonzentrationen in Luft und Wasser ist temperaturabhängig und wird bei der Berechnung berücksichtigt. Durchgeführt wird die Messung mit einem AlphaGUARD, das über eine Pumpe "AlphaPUMP" mit einer Gaswaschflasche und einem Sicherheitsgefäß als Wasserfalle im geschlossenen Kreislauf betrieben wird. Ein Partikelfilter verhindert, dass Radonfolgeprodukte in die Meßkammer des AlphaGUARD gelangen.