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ND - oder die Kunst der Nichtmessung
  • SileneSilene Juli 2011
    Spätestens bei der Betrachtung der neuesten TEPCO-Veröffentlichung Final results of the nuclide analysis at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (for samples taken from July 2 to July 15) fällt es einem auf: aus sinnvollen Datensätzen sind inzwischen reine Datenwüsten geworden. Der Sand in diesen Wüsten ist das "ND".

    Je nach Kontext kann "ND" für "no data" (keine Daten), "not detected" (nicht messbar) oder "not determined" (nicht ermittelt) stehen. In Datentabellen findet man diesen Eintrag normalerweise, wenn eine Messung unmöglich war oder eine Messgröße zu klein ist, um sie zu bestimmen.

    Zeigt uns das "ND" in diesen Tabellen also an, dass die Radioaktivitätswerte verschwindend klein geworden sind? Nein, nicht unbedingt. Im technisch/wissenschaftlichen Bereich bedeutet "ND" eigentlich nur, dass man methodisch nicht in der Lage war, eine Messung durchzuführen.

    Welche Gründe könnte es dafür geben? Die meisten von TEPCO veröffentlichten Radioaktivitätswerte werden mit Hilfe von Gammaspektroskopie gewonnen. Bei dieser Methode werden Gammaquanten (energiereiche, kurzwellige Photonen, also Lichtteilchen), die von einer Probe abgestrahlt werden, mit Hilfe eines gekühlten Detektors eingefangen, gezählt und ihre Energie bestimmt. Trägt man in einem Diagramm die Anzahl der registrierten Quanten über der ermittelten Quantenenergie auf, erhält man eine Spektralkurve. Caesium-134, Caesium-137 und Iod-131 erzeugen unterschiedliche Spektralkurven. Deshalb kann man diese Isotope (und noch viele andere, die bei ihrem Zerfall Gammastrahlung hervorrufen) gammaspektroskopisch unterscheiden und zugleich ihre jeweiligen Aktivitäten ermitteln.

    Um präzise Werte zu ermitteln, lassen sich diese Messinstrumente mit Hilfe von Messstandards kalibrieren. TEPCOs Gammaspektrometer sind offensichtlich so eingestellt, dass man mit ihnen Aktivitäten ab etwa 10 Bq/l (Wasserproben) bzw. 1 Bq/m³ (Luftfilter) ermitteln kann. Dieser Messbereich wird aber mittlerweile in den meisten Proben unterschritten, obwohl die Aktivitäten von Radiocaesium und Iod-131 noch nicht sehr weit unter die zulässigen Grenzwerte (40-90 Bq/l, je nach Isotop) abgesunken sind. Diese Situation ist ziemlich unbefriedigend.

    Könnte TEPCO die Messempfindlichkeit nicht einfach erhöhen? Aber sicher könnten sie das. Sogar ohne großen Aufwand. Das kann einfach geschehen, indem man die Dauer der Messung oder das Volumen der Proben (resp. das filtrierte Volumen bei Luftmessung) erhöht.

    In der IAEA-Veröffentlichung MEASUREMENT OF RADIONUCLIDES IN FOOD AND THE ENVIRONMENT findet man zur Genauigkeit gammaspektroskopischer Messungen folgende Aussage:
    [...] the factors that tend to influence the detection limits are the counting efficiency, the quantity of sample (mass or volume), the counting time associated with Sb, and the background. To obtain low detection limits the efficiency should be high, the sample should be as large as practicable, the counting time should be as long as practicable, and the background should be as low as attainable. The efficiency is strongly influenced by the sample geometry and tends to decrease as the sample height (distance away from the detector) increases. Therefore, an optimum sample size and geometry may be used to obtain low detection limits. Doubling the counting time improves the detection limits by only a factor of V2, so, in order to lower the detection limits by a factor of two, the counting time would need to be four times as long.

    Im März konnte man aus TEPCOs Messprotokollen noch ziemlich genau ablesen, wie gemessen wurde: mit Hilfe von Germaniumdetektoren, Probenvolumen 500ml, das Zeitintegral lag bei 1000 Sekunden.
    Erzielbare Messgenauigkeit für Cs-137: etwa 9 Bq/l

    Falls man in TEPCOs Labors aus Gründen des Durchsatzes nicht in der Lage ist, die Messdauer zu erhöhen, sollte man zumindest das Probenvolumen vergrößern. 1000 ml sind Standard, größere Volumina stellen kein Problem dar. Man muss eigentlich nur geeignete PE-Flaschen kaufen und ein paar Stunden Zeit opfern, um das Gerät neu zu kalibrieren. Ist das zuviel verlangt?

    Inzwischen beschleicht mich aber immer häufiger der Verdacht, dass TEPCO und der NISA die vielen NDs in den Tabellen eigentlich ganz gelegen kommen. Denn für den Laien sieht es jetzt so aus, als wäre die Radioaktivität plötzlich verschwunden. Bei den Luftmessungen, wo "ND" ja eigentlich kein Thema sein dürfte, weil man die filtrierten Volumina prinzipiell beliebig erhöhen kann, wurde das langsame Einschleichen der Nichtinformation in die Präsentation der Daten schon fast zu einer Kunstform entwickelt.

    Hintergrundinfo: Es gibt mehrere Messpunkte, an denen die partikulär gebundenen Radioaktivität in der Luft über dem Werksgelände ermittelt wird:

    image

    In den letzten drei Monaten hat man fast ausschließlich am "West Gate" (unterhalb von MP-5) gemessen.
    Seit Anfang Juli wurde dort bei Messungen aber immer häufiger "ND" ermittelt. Praktisch zeitgleich wurden 14 neue Messstationen auf dem Gelände etabliert.
    In den täglich erscheinenden Press-Releases mit dem Titel "Nuclide Analysis Results of Radioactive Materials in the Air" wurden alle diese Messungen zunächst gleichwertig veröffentlicht und grafisch in einem gemeinsamen Diagramm zusammengefasst:

    image
    Man kann dadurch leicht erkennen, dass die NDs am Messpunkt "Westgate" sicher nicht auf einen Mangel an Radioaktivität zurückzuführen sind, sondern schlicht auf technische Probleme bei der Messung.

    Ab dem 19. Juli ging man dann plötzlich dazu über, alle Messpunkte der neuen Stationen wieder aus der Grafik zu entfernen und in einem separaten Diagramm unterzubringen.

    imageWenig später verzichte man darauf, die Daten der Messpunkte 1-14 tabellarisch aufzuführen. Seit heute ist in den Press-Releases zur Radioaktivität in der Luft nur noch eine einzige Grafik zu finden, alle störenden Informationen wurden wieder entfernt:

    image
    Sieht doch gleich viel netter aus, nicht wahr?
  • dirkdirk Juli 2011
    Ein anderes Beispiel:
    When they first tried to analyse the 25 cm³ sample, they used a measurement tool with a 40,000 Bq minimum and could not detect anything. Then they performed the analysis again with a lower minimum and finally found 37 Bq/cm³ . Tepco said the following possibilities can be thought : 1) the radiation substances leaking from the RPV are diminishing 2) cesium is dissolved in water 3) it is pushed outside by the nitrogen injected as a hydrogen explosion prevention measure. The same measurement will be performed again in the future at regular intervals.
  • SileneSilene Juli 2011
    Das ist die Übersetzung eines japanischen Zeitungsartikels im Physicsforum und bezieht sich auf die Messung der Radioaktivität im Containment von Block 1, nicht wahr?

    Da kommt mir einiges merkwürdig dran vor.
    37 Bq/cm³ Luft (bezieht sich das auf Cs-137?) sind ja nicht wirklich wenig, 40000 Bq/cm³ wären jenseits von Gut und Böse.
    Das wären 40 GBq/m³, nach meiner Abschätzung ergäbe das eine Strahlungsdosis von mehreren Tausend Sv/h.
    (1E-5 Bq/cm³ gemessen am 11.07. in der Luft am Westgate entsprach z.B. einer Dosis 5-10 µSv/h)
  • dirkdirk Juli 2011
    Jepp, das ist dort geklaut.
    Dazu Ex-SKF:
    TEPCO conducted the air sampling from inside the Containment Vessel in Reactor 1, expecting the very high density of radioactive materials, but the result, after workers got max 5 millisieverts for the work on July 29, shows the air inside the Containment Vessel is just as clean/dirty as the air outside the Containment Vessel. TEPCO was expecting the air inside the CV to be 1,000 times as contaminated as the air inside the reactor building (but outside the CV).
    So, what are the possible reasons as to why the air inside the CV is no different than the air outside?

    TEPCO's Matsumoto thinks it may be because cesium tends to dissolve into water.

    Or it could be that all that was inside the CV blew out and was gone when the reactor building blew up.

    It could also be because the corium has long gone from the Containment Vessel and deep into the concrete (I hope) that it doesn't affect the air very much any more.

    Remember TEPCO hasn't done (or released) the testing of the water in the basement of Reactor 1 reactor building, and that water was gushing in steam which measured 1,000 millisieverts/hour. Something very hot (temperature and radiation) is under that water.

    TEPCO has been sending in workers to Reactor 1 regardless, to install the heat exchanger for the Spent Fuel Pool.

    That, by the way, is another thing that hardly any information has been released by TEPCO: the SFP of Reactor 1. What's the radiation level of the water in the pool? What happened after the explosion? What's the temperature of the water? What happened to the spent fuels?
  • SileneSilene Juli 2011
    Die aktuellen TEPCO-Veröffentlichungen
    Nuclide Analysis Results of Radioactive Materials in the Air at the Sites of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station
    Nuclide Analysis Results of Radioactive Materials in the Air at the Sites of Fukushima Nuclear Power Stations
    enthalten jetzt tatsächlich keine aussagefähigen Werte mehr, nur noch NDs.

    Eine wirklich aufschlussreiche Information findet sich aber im "Kleingedruckten" des erstgenannten Dokuments:
    ※3 As using low flow rate (approx. 5little/min) dust sampler, it takes more than 1 hour to collect samples. Flow rate of collecting samples at west gate everyday is approx. 40little/min.

    ※4 In this analysis, "ND" means that the results fall bellow detection limits. The followings are the detection limits of three nuclides:
    (Volatile: I-131: approx. 3E-6Bq/cm3, Cs-134: approx. 9E-6Bq/cm3, and Cs-137: approx. 9E-6Bq/cm3) (Particulate: I-131: approx. 2E-6Bq/cm3, Cs-134: approx. 6E-6Bq/cm3, and Cs-137: approx. 6E-6Bq/cm3)
    Please note that these nuclides are sometimes detected even when they are below the limits, contingent on the detector or samples.

    Man müsste die Luftfilter also nur eine Stunde länger laufen lassen, schon hätte man die Tabelle wieder mit Daten gefüllt. Stattdessen spart man Zeit und misst - offensichtlich wunschgemäß - nichts mehr.
  • SileneSilene August 2011
    Am 27. Juni hat TEPCO öffentlich erklärt, dass sie neben den drei "Leitisotopen" (I-131, Cs-134, Cs-137), Plutonium und Strontium nun auch endlich die Aktivität von Tritium (H-3) sowie die α-/β-Gesamtaktivitäten bestimmen und veröffentlichen würden. Leider nur einmal pro Monat.

    Kurz zuvor waren am 24. Juni waren erstmals hohe Tritiumwerte aus dem Meerwasser veröffentlicht worden. Seitdem nichts mehr.

    Wollte ich nur mal erwähnt haben.
  • SileneSilene August 2011
    Neues Beispiel:
    Zwei aktuelle Darstellungen der Nuklidaktivitäten (Caesium, Iod) im Meerwasser am 3. August. Fällt Euch etwas auf?

    image
    Das obere Diagramm stellt die Aktivitäten direkt vor dem undichten Kraftwerk dar, das untere die Messwerte vor dem Daini-Kraftwerk (2F), rund 10 km entfernt.

    In unmittelbarer Nähe der Unglücksstelle werden seit einem Monat (!) keine Caesium- oder Iodaktivitäten mehr festgestellt, in 10 km Entfernung hat man dagegen eine Messreihe fast ohne Aussetzer. Merkwürdig, nicht wahr?

    Vor Daini kann man sogar Werte unter 10 Bq/l noch problemlos messen, vor Daiichi sind deutlich höhere Werte nicht mehr messbar. Die einzige Erklärung, die mir dafür einfällt: Die Daini-Analysen werden in einem anderen Messlabor durchgeführt, das sauberer arbeitet.
    Attachments
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  • SileneSilene August 2011
    In den aktuellen Datensätzen hat TEPCO übrigens auch ein paar Strontium-Aktivitäten mit untergebracht (Werte im Boden und im Meerwasser).

    Die versprochenen Daten für Tritium und die α/β-Gesamtaktivitäten bleiben weiter ein Geheimnis.
  • SileneSilene August 2011
    Ich habe schon nicht mehr dran geglaubt, aber die ersten α/β-Gesamtaktivitäten aus dem Meerwasser wurden veröffentlicht! Leider liegt ihre Aussagekraft ziemlich genau bei Null...

    image

    Bei diesem wie auch den anderen Messpunkten liegt die β-Gesamtaktivität niedriger als die Summe der gemessenen Einzelaktivitäten. Na ja, vielleicht nimmt man sich ja noch irgendwann ein paar Proben von März-April vor. Bei denen dürfte die Methode zu klareren Ergebnissen führen.
  • hobbyphysikerhobbyphysiker August 2011
    @ Silene

    Wo sind eigentlich die Behörden geblieben in dieser Sache.....
    Drei Zahlen zu addieren ist ja kein Hexenwerk......
  • SileneSilene August 2011
    Die β-Gesamtaktivität wird nicht rechnerisch sondern durch eine separate Messung bestimmt. Die Angaben in den Nuklidanalysen beruhen ja auf dem γ-Spektrum der jeweiligen Probe, wurden also indirekt ermittelt.

    Umso wichtiger ist es, dass bei beiden Verfahren die gleichen Standards verwendet und der Messfehler möglichst klein gehalten wird. Durch (unvermeidliche) Messfehler kann es natürlich dazu kommen, dass die ermittelte Differenz nicht positiv ist. Aber dermaßen eklatante Differenzen sollten nicht auftreten, weil sie die Aussagekraft der Messungen in Frage stellen.
  • SileneSilene August 2011
    [TEPCO] Trial finding of new dust sampling method around the West Gate of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station
    Trial contents
    In order to evaluate the amount of radioactive materials discharged to the air in more detail, we tried to reduce the detection limit of radioactive materials in the collected dust by lengthening time of collecting sample (increasing the amount of collection).

    Sampling method
    [Current method] Collect sample by dust sampler installed in the monitoring car after moving to monitoring point by car [New method] Collect sample by special timer-controlled dust sampler which is installed at monitoring point

    Ergebnis: Das Nachweisgrenze konnte etwa um den Faktor 10 gesenkt werden. Bravo!
  • hobbyphysikerhobbyphysiker August 2011
    @Silene
    Der Filter der Klimaanlagen der Gebäude vor Ort bringen mit Sicherheit mehr..........

    Es ist schon traurig, was man den Leuten so zumutet....
  • SileneSilene August 2011
    [Asahi Shimbun] TEPCO will use tubs for detailed survey of radiation leak
    Tokyo Electric Power Co. is making a detailed survey of the rate of discharge of radioactive substances from its damaged Fukushima No. 1 nuclear power plant, with the help of some old-fashioned tubs filled with water.

    TEPCO plans to install the tubs at 11 sites, one on the premises of the nuclear plant and 10 more in the vicinity, to help review the concentrations of radioactive fallout. [...]

    In July and August, TEPCO measured the concentrations of radioactive materials near the plant's west gate, which is about 1 kilometer from the nuclear reactors. On the basis of those concentrations, TEPCO estimated the hourly discharge at 200 million becquerels, one ten-millionth of the corresponding discharge rate at the onset of the crisis and one-fifth of the measurements as of late June. This corresponds to an annual exposure of 0.4 millisievert, TEPCO said.

    TEPCO, however, decided to conduct a more detailed survey to review this estimate, saying that it may be an overestimation.

    The water tubs are to be installed on platforms 90 centimeters above the ground or on building rooftops. TEPCO has already installed one on the premises of the plant, and is in the process of installing 10 more at distances of 5-10 kilometers from the plant across the municipalities of Tomioka, Namie, Futaba and Okuma. Eight were installed by Aug. 22.

    Besides the water tub stations, concentrations of radioactive substances are also being measured at 12 new stations, including in the air above the No. 1 through No. 3 reactor buildings, inside containment vessels and in the vapor rising from spent fuel storage pools. A precise estimate of the discharge rate will be available by the time the road map is reviewed in September.
  • SileneSilene August 2011
    [NHK] No cesium detected in seawater near No.3 reactor
    The operator of the Fukushima Daiichi nuclear power plant says no radioactive cesium was detected in seawater around the No.3 reactor on Saturday. This was the first time the substance was not detected since the monitoring began. [...]

    Seawater sampled near the water intake of the No.3 reactor did not contain any cesium-134 or cesium-137.

    Tja, da haben wir es. Das ist genau der Eindruck, den man mit den NDs erwecken möchte: Die Radioaktivität ist verschwunden. Aber leider entspricht diese Aussage nicht der Realität.
    In Wirklichkeit lag die Aktivität von Radiocaesium im Meerwasser nur unter 60 Bq/l, weshalb es von der ungenauen Messung nicht mehr erfasst und in der Tabelle als "ND" vermerkt wurde. Aber das klingt natürlich nicht so schön.

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