Measurements of atmospheric radon-220 using delayed alpha-particle coincidences

Summary

To measure atmospheric radon-220 (thoron) a device has been developed which uses alpha-alpha coincidences from the decay of radon-220 and its very shortlived decay product polonium-216 (half-life 0.16 sec). The alpha decays are detected in a scintillation chamber of 1340 cm³ effective volume and 2600 cm² sensitive inner surface. The equipment records all alpha-alpha coincidences with time delays up to 0.32 sec. This time constant has been chosen as an optimal compromise with regard to the half-life of polonium-216 and the rate of chance coincidences for atmospheric air free of aerosol particles flowing through the chamber.

Atmospheric thoron concentrations were measured at 0.5 and 1 meter as well as 1 and 6 meters above the ground in Mannheim at the station of the Deutsche Forschungs-Gemeinschaft where the important meteorological parameters are recorded regularly. Correlation and regression calculations were carried out for various parameters. The change of radon-220 content with wind speed in various heights is particularly interesting. A maximum is found for a certain wind speed in each altitude. This result has some consequences for the determination of diffusion coefficients from the ratios of radon-220 concentrations in every two different heights respectively.

Zusammenfassung

Für die Messung des atmosphärischen Radon-220 (Thoron) wurde eine Apparatur entwickelt, bei der von den α-α-Koinzidenzen beim Zerfall des Radon-220 und seines sehr kurzlebigen Folgeprodukts Polonium-216 (Halbwertszeit 0,16 sec) Gebrauch gemacht wird. Der Nachweis der α-Teilchen erfolgt mittels einer Szintillationskammer, deren effektives Volumen 1340 cm² und deren empfindliche innere Oberfläche 2600 cm² beträgt. Registriert werden alle α-α-Koinzidenzen innerhalb einer Zeit von 0,32 sec. Diese Zeitkonstante bedeutet einen optimalen Kompromiß bezüglich der Halbwertszeit des Polonium-216 und der Zahl der Zufalls-Koinzidenzen, wenn von Aerosolen gereinigte Luft durch die Kammer strömt.

Gemessen wurde die Konzentration des Radon-220 in 0,5 und 1 m bzw. 1 und 6 m Höhe auf der Meßstelle der Deutschen Forschungsgemeinschaft in Mannheim, wo laufend die wesentlichen meteorologischen Parameter registriert werden. Mit den einzelnen Parametern und den Radon-220-Aktivitäten wurden Korrelations-und Regressions-Rechnungen durchgeführt. Besonders interessant ist die Änderung der Radon-220-Konzentration mit der Windgeschwindigkeit für die verschiedenen Höhen. Für jede Höhe ergab sich jeweils ein Maximum für eine bestimmte windgeschwindigkeit. Dieses Ergebnis hat gewisse Konsequenzen für die Bestimmung der turbulenten Diffusionskoeffizienten aus den Radon-220-Konzentrationsverhältnissen in je zwei verschiedenen Höhen.