🔬 Bestimmung der Aktivität (Bq) gammastrahlender Radionuklide in festen, flüssigen und gasförmigen Messproben mittels hochauflösender Gammaspektrometrie — Energie- und Nachweiswahrscheinlichkeitskalibrierung, Nettofläche des Vollenergiepeaks durch Summation oder Anpassung, Totzeitkorrektur, charakteristische Grenzen nach ISO 11929; Energiebereich 5–3000 keV; in Akkreditierungsumfängen Cäsium-137 (und Cäsium-134) in Lebensmitteln, Futtermitteln und Wasser, PN-EN ISO 20042

Physikochemie PN-EN ISO 20042

Übersicht

WAS DIE NORM BESCHREIBT. Der Anwendungsbereich auf der PKN-Katalogkarte der PN-EN ISO 20042:2022-01 (englische Fassung) beginnt so (unsere Übersetzung): „Dieses Dokument beschreibt Verfahren zur Bestimmung der Aktivität in Becquerel (Bq) gammastrahlender Radionuklide in Messproben mittels Gammaspektrometrie. Die Messungen erfolgen in einem Prüflaboratorium nach geeigneter Probenvorbereitung. Messproben können fest, flüssig oder gasförmig sein“; danach nennt die Karte die Anwendungen und Vorbehalte aus Abschnitt 1 der Norm (inhaltlich übereinstimmend mit der Beschreibung unten). Den Normtext lesen wir in zwei iTeh-Leseproben: ISO 20042:2019 (französische Fassung) — vom Inhaltsverzeichnis über Vorwort, Einleitung und die Abschnitte 1–4 bis einschließlich 5.2 (Summationsverfahren); SIST EN ISO 20042:2021 (Text der EN ISO 20042:2021) — Titelseiten, Europäisches Vorwort und Anerkennungsnotiz. Außerhalb der Proben bleiben 5.3 (Anpassungsverfahren), die Abschnitte 6 (Validierung der Messungen in sieben Schritten), 7 (Kernzerfallsdaten, Zerfallsketten), 8 (Energie- und Effizienzkalibrierung, Referenzquellen), 9 (Behälter), 10 (Probenahme, Vorbereitung, Befüllen des Behälters, Aufnahme und Auswertung des Spektrums, Untergrundkorrekturen), 11 (Berechnung der Aktivität und der charakteristischen Grenzen), 12 (Prüfbericht) sowie die Anhänge A–F (Qualitätssicherung, Korrekturen des Auswerteprozesses, Unsicherheit, Detektortypen, Rechenbeispiel für Cäsium-137 in einer wässrigen Probe, Beispiel einer Simulation von Korrekturen).

NACH DEM TEXT DER ISO 20042:2019 (Einleitung, Abschnitte 1–4, 5.1–5.2). Die Norm wurde von ISO/TC 85 „Kernenergie, Nukleartechnologien und Strahlenschutz“, Unterkomitee SC 2 „Strahlenschutz“, erarbeitet; CEN hat EN ISO 20042:2021 am 25. Juli 2021 ohne Änderung angenommen (Übernahme durch CEN/TC 430). Einleitung: Die Norm wird in einem Qualitätsmanagementsystem nach ISO/IEC 17025 angewendet; sie ist die Grundlage für gammaspektrometrische Messaufgaben nach ISO 18589-3, ISO 18589-7, ISO 10703, ISO 13164-2 und ISO 13165-3 und gehört zu einer Reihe generischer Normen zur Radioaktivitätsmessung (z. B. ISO 19361); unter den anthropogenen Radionukliden nennt sie Gammastrahler in Abfällen, Ableitungen, der Umwelt, Lebens- und Futtermitteln nach genehmigten Freisetzungen, Fallout von Kernwaffenexplosionen und den Unfällen von Tschernobyl und Fukushima. Anwendungsbereich (1): Aktivität in Bq in festen, flüssigen und gasförmigen Messproben, im Laboratorium nach Vorbereitung gemessen; Anwendungen — Routineüberwachung kerntechnischer Anlagen und von Standorten mit erhöhter natürlicher Radioaktivität, Veränderungen der Umweltradioaktivität, Unfallsituationen, Abfälle aus der Stilllegung kerntechnischer Anlagen, Kontamination von Boden, Lebensmitteln, Wasser, Grundwasser, Meerwasser und Klärschlamm, Abschätzung der Inkorporation. Es wird vorausgesetzt, dass der Anwender die Zusammensetzung der Probe oder des Standorts kennt und die Probe homogenisiert und repräsentativ ist; manche Probenarten werden nach spezifischen Normen vorbereitet; die Norm gibt allgemeine Hinweise zur Wahl der Ausrüstung, Detektoren, Inbetriebnahme und Validierung, Qualitätskontrolle und Wartung, umfasst aber keine elektrischen Prüfungen von Detektor und Elektronik; Software ist nach einschlägigen Normen (z. B. ISO/IEC/IEEE 12207) zu erstellen und zu prüfen; die Grundsätze gelten auch für In-situ-Messungen, deren Einzelanforderungen jedoch in ISO 18589-7 stehen. Energie: von 5 keV bis 3000 keV, die meisten Messungen liegen zwischen 40 keV und 2000 keV; Aktivitäten von Werten unter 1 Bq in Umweltproben bis zu Unfallwerten und hochaktiven Abfällen. Normative Verweisungen (2) umfassen u. a. Normen zur Probenahme von Ölsaaten, Milch, Wasser, Boden (Reihe ISO 18400) und Getreide, ISO 10703, ISO 11929 (charakteristische Grenzen), ISO 18589-2 und -7, GUM und ISO/IEC 17025. Begriffe (3): u. a. Untergrundkontinuum, Totzeit (Echtzeit minus Lebenszeit), Erkennungsgrenze und Nachweisgrenze (nach ISO 11929), Nachweiswahrscheinlichkeit (Wahrscheinlichkeit, dass ein Photon gegebener Energie im Vollenergiepeak registriert wird), Halbwertsbreite (FWHM, in keV), Nettopeakfläche, Peak-zu-Compton-Verhältnis (für 60Co bei 1332,5 keV gegenüber dem Mittel des Bereichs 1040–1096 keV), Referenzquelle (bekannter Aktivität, rückführbar auf nationale oder internationale Primärnormale), echte Koinzidenzsummation (gleichzeitiger Nachweis von mindestens zwei Gammaquanten aus der Kaskade eines Kerns). Prinzip (5.1): meist hochauflösende Gammaspektrometrie mit Identifizierung und Quantifizierung durch Software; niedrig auflösende Detektoren (z. B. Natriumiodid, andere Szintillatoren — ISO 19581) sind beim schnellen Screening von Lebensmitteln bei einem nuklearen Ereignis nützlich, bei komplexen Gemischen wie Umweltproben ist hohe Auflösung jedoch unerlässlich; im Halbleiterdetektor wird die im elektrischen Feld gesammelte Ladung in einen Impuls umgewandelt, dessen Höhe der Energie proportional ist; das Spektrum aus dem Vielkanalanalysator zeigt annähernd gaußförmige Peaks auf einem Untergrundkontinuum; die Nettopeakfläche ist der Zahl der Photonen gegebener Energie während der Messzeit proportional (nach Totzeitkorrektur) und wird durch Summation oder Anpassung bestimmt. Summationsverfahren (5.2): Summe der Zählereignisse im interessierenden Bereich minus Untergrund, berechnet unter Annahme eines linearen Kontinuums unter dem Peak aus den Zählungen der Randkanäle, Unsicherheit unter Annahme einer Poisson-Verteilung in jedem Kanal; der interessierende Bereich ist sorgfältig zu wählen, besonders wenn der Peak an einer Unstetigkeit des Spektrums, neben einem anderen Peak oder auf hohem Kontinuum liegt; Peaklage — als mit Nettozählungen gewichtetes Mittel.

STATUS (Stand der Karte 03.10.2026). Die Karte der PN-EN ISO 20042:2022-01 (englische Fassung, veröffentlicht 19-01-2022, 66 Seiten, Preisgruppe V) trägt keinen Vermerk „Zurückgezogen“: Sektor Maschinen und Technik, KT 246 Strahlenschutz, ICS 13.280, „Übernimmt: EN ISO 20042:2021 [IDT], ISO 20042:2019 [IDT]“; ein Feld „Ersetzt“ hat die Karte nicht. Eine polnische Sprachfassung gibt es in der PKN-Suchmaschine nicht (Suchbegriff „PN-EN ISO 20042“, 03.10.2026). Im iTeh-Katalog (Abruf 03.10.2026) hat ISO 20042:2019 den Status „Published“ und die Stufe 90.93 „International Standard confirmed“ (abgeschlossen 29.08.2026).

WIE VIELE LABORATORIEN UND IN WELCHER FORM (Kopie der Datenbank der Akkreditierungsumfänge, Datenstand bis 17.09.2026, Abruf 03.10.2026). Die Nummer 20042 steht in 7 Datensätzen bei 5 Laboratorien: AB 377, AB 435, AB 519, AB 537, AB 585. In den aktuellen PCA-Dokumenten (Abruf 03.10.2026, Ausgaben vom 26.11.2025 bis 07.08.2026) steht die Nummer in 6 Positionen derselben 5 Laboratorien (AB 519 — 2, die übrigen je 1). Schreibweise überall „PN-EN ISO 20042:2022-01“. Der Reiter „Laboratorien“ („PN-EN ISO 20042“) zeigt dieselben 5 Laboratorien — geprüft mit der Abfrage des Reiters auf dem Produktionsserver labcoda.pl am 03.10.2026.

WAS DIE LABORATORIEN PRÜFEN (Positionen bei PCA). Alle Positionen lauten „Aktivitätskonzentration des Radionuklids 137Cs“, Gammaspektrometrie. Lebensmittel, landwirtschaftliche Erzeugnisse und Futtermittel: AB 377 — (0,5–10000) Bq/kg und Bq/l; AB 435 — 0,5 Bq/kg bis 10000 Bq/kg (und Bq/l); AB 537 — Lebensmittel, (0,5–5000) Bq/kg oder Bq/l; AB 585 — Futter- und Lebensmittel, (0,20–4806,01) Bq/kg, in derselben Position auch Cäsium-134 — (0,20–406,3) Bq/kg; AB 519 — Milch, Fleisch, Geflügel, Eier, Fisch, Gemüse, Obst, Pilze, Getreide und rohe Futtermittel, (0,1–1500) Bq/dm3 und Bq/kg. Wasser: AB 519 — Wasser, Oberflächenwasser und Trinkwasser, (0,1–1500) Bq/dm3, mit PN-EN ISO 10703:2021-12; AB 377 und AB 435 messen Cäsium-137 in Wasser allein nach PN-EN ISO 10703, in Lebens- und Futtermitteln — nach der vorliegenden Norm. Obergrenzen mit Hundertstelgenauigkeit (4806,01 und 406,3 Bq/kg bei AB 585) sind die Schreibweise des PCA-Dokuments, nicht der Norm. Keine Position ist ausgesetzt.

WO LEICHT EIN SCHEINBAR RICHTIGES ERGEBNIS ENTSTEHT. Bei der Probe: Die Norm setzt voraus, dass die Probe homogenisiert und repräsentativ ist und der Anwender ihre Zusammensetzung kennt (1) — ein Ergebnis aus einer inhomogenen Probe ist korrekt berechnet, betrifft aber nicht das geprüfte Material; manche Matrizes sind nach spezifischen Normen vorzubereiten. Beim Detektor: Ein niedrig auflösender Detektor eignet sich für das Screening von Lebensmitteln bei einem Ereignis, nicht aber für komplexe Radionuklidgemische (5.1) — ungetrennte Peaks ergeben eine Summe statt des Ergebnisses eines Radionuklids. Bei der Peakfläche: Das Summationsverfahren setzt ein lineares Kontinuum unter dem Peak voraus (5.2) — bei einem Peak neben einem anderen, an einer Unstetigkeit des Spektrums oder auf hohem Untergrund verschiebt ein schlecht gewählter interessierender Bereich das Ergebnis ohne Meldung der Software. Bei der Zeit: Die Peakfläche bezieht sich auf die Lebenszeit, nicht die Echtzeit — der Unterschied ist die Totzeit (3.5, 3.12). Bei der Kalibrierung: Die Nachweiswahrscheinlichkeit hängt von Art und Geometrie des Detektors und der Probe ab (5.1), daher passt eine in anderer Geometrie oder Dichte als die Probe durchgeführte Kalibrierung nicht zu ihr; echte Koinzidenzsummation (3.24) betrifft Radionuklide, die Kaskaden von Gammaquanten emittieren, und die Korrekturen dafür beschreibt Anhang F, den wir nicht gelesen haben.

WAS WIR NICHT ANGEBEN. 5.3, die Abschnitte 6–12 und die Anhänge haben wir nicht gelesen; daher nennen wir weder die Validierungsschritte, die empfohlenen Kerndaten (z. B. Energien und Emissionswahrscheinlichkeiten von Cäsium-137 und Cäsium-134), die Art der Effizienzkalibrierung, Behältertypen, die Vorbereitung von Lebensmittelproben (Trocknen, Veraschen, Zerkleinern), Formeln für die Aktivität, Erkennungs- und Nachweisgrenze noch das Rechenbeispiel aus Anhang E. Höchstwerte für die Kontamination von Lebens- und Futtermitteln nennen wir ebenfalls nicht — die Texte der Vorschriften haben wir für diesen Eintrag nicht gelesen.

Prinzip der Methode

Die Probe wird nach der Vorbereitung (z. B. Homogenisieren, Trocknen oder Veraschen) in einem Behälter bekannter Geometrie am Detektor platziert, meist einem hochauflösenden Halbleiter; die von einem Gammaquant erzeugte Ladung wird in einen energieproportionalen Impuls umgewandelt, und ein Vielkanalanalysator zeichnet das Spektrum auf. Jedes Radionuklid liefert Vollenergiepeaks bei bekannten Energien; die Nettopeakfläche (nach Abzug des Untergrundkontinuums, durch Summation oder Anpassung, nach Totzeitkorrektur) wird durch die Nachweiswahrscheinlichkeit aus der Kalibrierung, die Emissionswahrscheinlichkeit, die Messzeit und Masse oder Volumen der Probe geteilt, mit Zerfallskorrektur, und ergibt die Aktivität in Bq/kg oder Bq/l mit Unsicherheit und charakteristischen Grenzen nach ISO 11929.

Anwendungen

• Boden, Lebensmittel, Trinkwasser, Grundwasser, Meerwasser, Klärschlamm — Überwachung radioaktiver Kontamination (1)
• Routineüberwachung kerntechnischer Anlagen, Veränderungen der Umweltradioaktivität, Unfallsituationen, Abfälle aus der Stilllegung kerntechnischer Anlagen (1)
• Gammastrahler im Bereich 5–3000 keV, meist 40–2000 keV; von Werten unter 1 Bq bis zu hochaktiven Abfällen (1)
• Lebensmittel, landwirtschaftliche Erzeugnisse, Futtermittel und Wasser — Aktivitätskonzentration von Cäsium-137 (bei einem Laboratorium auch Cäsium-134) in den Akkreditierungsumfängen von 5 Laboratorien bei PCA

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-EN ISO 20042:2022-01

Titel (PL)

Pomiary promieniotwórczości — Radionuklidy emitujące promieniowanie gamma — Ogólna metoda badania z zastosowaniem spektrometrii promieniowania gamma

Title (EN)

Measurement of radioactivity — Gamma-ray emitting radionuclides — Generic test method using gamma-ray spectrometry

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Probenahme und Probenvorbereitung

   Probenahme nach den Normen für die Matrix (Milch, Getreide, Wasser, Boden); Homogenisieren und Vorbereiten — für manche Matrizes nach spezifischen Normen. PN-EN ISO 20042:2022-01 gültig (PKN-Karte, Stand 03.10.2026).

2. Kalibrierung

   Energie- und Effizienzkalibrierung mit Referenzquellen oder numerischen Verfahren, in einer der Probe entsprechenden Geometrie; Einzelheiten (Abschnitt 8) geben wir nicht an.

3. Aufnahme des Spektrums

   Probe im Behälter am Detektor; Aufnahme des Spektrums mit Lebenszeit und Echtzeit; Untergrundmessung.

4. Spektrumauswertung

   Identifizierung der Vollenergiepeaks; Nettofläche durch Summation (lineares Kontinuum, sorgfältige Bereichswahl) oder Anpassung.

5. Ergebnis

   Aktivität in Bq/kg oder Bq/l mit Zerfalls- und Totzeitkorrektur, mit Unsicherheit sowie Erkennungs- und Nachweisgrenze nach ISO 11929.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Referenzquellen sind radioaktiv — es gelten die für das Laboratorium maßgeblichen Strahlenschutzvorschriften
• Proben aus Unfallsituationen und Abfälle können hohe Aktivität haben (1) — Umgang nach Expositionsbewertung
• Halbleiterdetektoren arbeiten mit Hochspannung (5.1); elektrische Prüfungen von Detektor und Elektronik liegen außerhalb der Norm

Häufige Fragen