Die Kakao-Nachweisgrenze

[opengeiger.de]

Damit liegt der Alphahound dann aber doch noch so im Bereich der Citizen Science Instrumente, das ist gut! Er wird günstiger sein als der Ranger von SE Intl und kann auf Grund der Strahlungstypen-Trennung mehr. !

Aber hier interessiert ja die "Kakao-Nachweisgrenze". Ich habe Harald DS's Tabelle mit Excel etwas umgeschrieben indem ich den Background abgezogen habe und habe trotz unterschiedlicher Detektoren das Verhältnis Gamma/Beta gebildet:

Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

Man kann also erstens erkennen, mit beiden Strahlungstypen ist die K-40 Radioaktivität des Kakao (hier Mix Sarotti und dänisch) vom Alphahound noch signifikant nachweisbar. Der Nachweis mit Beta ist etwas deutlicher, der Nachweis mit Gamma ist aber gerade so noch möglich. Das Verhältnis von Gamma/Beta ist auch nicht so schlecht. Und offensichtlich gehen auch noch andere Kakaopulver ganz gut.

Ja, jetzt wären noch ein paar Geräte spannend. Insbesondere der LB124 von Berthold. Wer hat denn so ein Gerät und ist Kakao-Liebhaber?

[Flipflop]

Frage: Stimmt es dass ein Container mit Bananen an einem Portalmonitor ein Alarm wegen dem vielen Kalium 40 auslöst?

[Peter-1]

Nun habe ich einen ersten Versuch gewagt. Mit 8 Stunden Meßzeit und Abzug vom Hintergrund bleibt nicht viel übrig. Hintergrund 17,2 CPS , mit 75 gr "Edel Bitter" 17,4 CPS. Mit meiner üblichen Berechnung führt das zu < 5 Bq für die 3 Täfelchen.
Ich hoffe dass der kleine K40 peak reell ist.
Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

Gruß
Peter

[opengeiger.de]

Frage: Stimmt es dass ein Container mit Bananen an einem Portalmonitor ein Alarm wegen dem vielen Kalium 40 auslöst?

Ja, das ist bekannt!

Siehe auch: banana equivalent dose

[NoLi]

...
Ja, jetzt wären noch ein paar Geräte spannend. Insbesondere der LB124 von Berthold. Wer hat denn so ein Gerät und ist Kakao-Liebhaber?

Kann ich frühestens in 3 Wochen probieren, dann komme ich wieder an LB-124Scint und CoMo-170 ran.

Norbert

[Würfel]

Kann ich frühestens am Montag probieren, das orange Bügeleisen (LB-124 scint) hab ich,
aber der Weltladen hat schon zu...

Stefan

[Harald der Strahler]

Neuerdings fast 700 Euro,

Sind doch nur 590 Euro (Habe US-Dollar = Euro gesetzt...). Also gewissermaßen ein Schnäppchen! 

[opengeiger.de]

Ich bin ein bisschen weitergekommen bei der Frage wie die Radioaktivität in die Schokolade kommt.

Einmal habe ich eine nette Bachelor-Arbeit von Martin Schuster an der TU München bzw. am Max-Planck-Institut für Physik gefunden mit dem Titel ,,Analyse der kaliuminduzierten Radioaktivität in Schokoladen basierend auf mit Hochreinen Germanium Detektoren aufgenommenen Spektren"
https://wwwgedet.mpp.mpg.de/publication/Schuster.pdf.

Der Autor hat versucht eine Korrelation zwischen Kakaogehalt und der an Schokolade gemessenen Kalium-40 Radioaktivität herzustellen. Die wesentliche Erkentnis aber war, Zitat: ,,It was verified that the potassium content is related to the percentage of cacao. However, a linear dependence was only observed for low cacao % chocolate. ,,

Da er das spektrometrisch mit HPGe Profi-Equipment gemacht hat, wollen wir dem Ergebnis durchaus Glauben schenken.

Nun habe ich etwas tiefer recherchiert, wie die Kakaobohnen prozessiert werden bis sie in der Kakaotasse bzw. in der Tafel Schokolade landen. Da fällt eine Sache auf, bei Kakaopulver im Supermarkt werden auf manchen Verpackungen gelegentlich auch Zusatzstoffe auf wie Säureregulator E501, E504 oder E525 genannt. Forscht man nach, stellt man fest, dass die Kakaobohnen nach der Fermentation, dem Trocknen und Rösten relativ sauer sind und gar nicht so sehr dunkelbraun, wie man das von einem Kakaopulver gewöhnt ist. Das Pulver löst sich auch schlecht in Wasser oder Milch. Das hat den Sohn Coenraad Johannes des holländischen Schokoladenfabrikanten Casparus van Houten, der Apotheker und Chemiker war, zum Forschen veranlasst. Durch die Neutralisierung der Säure erreichte er nicht nur einen weniger angenehmeren Geschmack, sondern der Kakao wurde dunkelbrauner und löste sich angeblich besser (was heute allerdings umstritten ist). Damit war er der Erfinder des alkalisierten Kakaopulvers, das heute in Europa vorwiegend als Back- und Trinkschokolade verwendet wird. Dieser Alkalisierungsprozess wird wegen der Nationalität des Erfinders auch Dutch-Prozess oder kurz ,,Dutching" genannt. Als Säure-Regulatoren Magnesiumoxid (E504), Kaliumhydroxid (E525), Ammoniumhydroxid, aber auch Kaliumcarbonat (E501), Natrium-, Calcium- oder Ammoniumcarbonat, Kaliumbicarbonat, Natriumbicarbonat und andere verwendet. Auf der anderen Seite gibt es aber auch das naturbelassene Kakaopulver, das offensichtlich nicht alkalisiert wird und hauptsächlich zur Schokoladeherstellung verwendet wird.

Siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Dutch_Process.

Nun habe ich auf einem Kakaopulver Specsheet den Hinweis gefunden, dass als Säureregulator 7% Kaliumcarbonat (=Pottasche!) enthalten sei. Dann rechnen wir doch mal: In der fermentierten, getrockneten und gerösteten Kakaobohne sind, sagen wir 3% natürliches Kalium drin, dazu kommt grob 7% Kaliumkarbonat, das etwa 50% natürliches Kalium enthält, dann haben wir doch so Pi mal Daumen 3+3.5%= 6.5% natürliches Kalium, welches das radioaktive K-40 Isotop enthält. Wenn also ein Kaliumsalz (oder Kaliumhydroxid) als Säureregulator verwendet wird und nicht etwas anderes, dann kommt zum hohen Kaliumgehalt des Kakaos also fast das gleiche nochmal on Top, was man im Endprodukt dann auch am Ticken des Geigerzählers deutlich sehen wird. Und in Schokolade, die aus naturbelassenem Kakao hergestellt wurde, haben wir das in der Regel nicht. Damit ist also der Rohkakao, der als Trinkschokolade oder zum Backen verkauft wird, etwas besser, wenn man mit dem Geigerzähler die Radioaktivität eines Lebensmittels sehen will, als eine Tafel Schokolade aus naturbelassenem Kakao. Und schau ich nun auf meinen Gepa Cacao Pur Amaribe aus dem Weltladen (gibts auch beim großen Rewe), was da irgendwo kleingedruckt draufsteht, ,,Zutaten: Kakakopulver stark entölt (98%), Säureregulator: Kaliumcarbonat; Kakaobuttergehalt 10-12%." Da haben wir's also, es ist nicht nur K-40 haltiger Kakao der Kakaobohne drin, sondern auch K-40 haltige Pottasche. Tickt also fast doppelt so gut wie ohne Säureregulator.
 
So gesehen, hat sich @Peter-1 die wirkliche Challenge gegeben. Ich nehm mal an, die Schokoladen-Täfelchen waren nicht säure-reguliert. Aber ich denke auch, um die Nachweisgrenze für K-40 in Lebensmitteln auszuloten, können wir gut beim alkalisierten Kakaopulver bleiben, denn was den Verteilkampf in der Familie anbelangt, wer will schon sauren Kakao trinken und die Radioaktivität im naturbelassenen Kakao hochwertiger Schokolade ist zwar etwas geringer, aber dennoch unstrittig vorhanden. Und so ganz sicher ist es ja auch nicht, dass alle Schokoladenhersteller wirklich immer nur naturbelassenes Kakaopulver verwenden, oder? 

[NoLi]

Super 

Norbert

[Harald der Strahler]

Sarotti Backkakao gemischt mit dänischem Backkakao (das einzige, was gerade zur Hand war...) 

Beta:     /      Gamma:
41 CPM           256 CPM     (Backkakao, 1g)

zum Vergleich:
32 CPM    /      232 CPM     (Quarzsand, 1g)
34 CPM    /      240 CPM     (Leermessung)

Gemessen mit Alphahound ABG (ohne Bleiburg), jeweils 9 x 1 Minute und davon der Mittelwert

Nachtrag: Die ermittelten Gammazählraten bei der Messung von Kalium‑40 in Schokolade mit AlphaHound sind unrealistisch.
Als ich die Effizienz des AlphaHound nochmals mit Kaliumcarbonat (K₂CO₃) bestimmt und dafür bewusst nur 0,2 g eingesetzt, um Selbstabsorption/Geometrieeffekte klein zu halten, habe ich auch die Gammazählrate dokumentiert (ohne Pb-Burg und mit Pb-Burg). Dabei ergab sich nach  Abzug des Hintergrundes für den BGO‑Gamma‑Kanal rechnerisch eine ,,Effizienz" von über 90%, was natürlich unrealistisch ist.
Meine Erklärung dafür: Der echte Gamma‑Anteil von K‑40 ist sehr klein (nur etwas über 10 % der Zerfälle), und bei nur 0,2 g K₂CO₃ ist die effektive Gamma‑Aktivität in 2π sehr niedrig; damit wird die Statistik/Unsicherheit ungünstig. Zusätzlich ist sehr wahrscheinlich, dass ein Teil der hochenergetischen K‑40‑Betas bzw. deren Sekundäreffekte (z. B.  Bremsstrahlung / Compton‑Ereignisse im Gerät) als ,,Gammas" im BGO‑Kanal gezählt wurden, also nicht nur die 1461‑keV‑Gammas. Die Frage, die sich stellt ist, ob man mit dem AlphaHound überhaupt vernünftige Gammawerte bei niederen K40 – Aktivitäten bekommt ohne immer zuvor durch einen Absorber die Betas zu eliminieren?
Übrigens, die Effizienz für den Beta‑Kanal (K40) des AlphaHound konnte ich von 31,5% bei 1g K2CO3 (1. Messung vor einigen Monaten) auf  ca. 40 % bei 0,2g K2CO3 erhöhen. Die Selbstabsorption spielt schon eine große Rolle. Bei 1g ist die K2CO3-Schicht schon zu dick (Selbstabsorption).

[Peter-1]

Noch eine 2. Messung mit fast 12 Stunden bringt keine anderen Ergebnisse. Zählrate wie bisher Hintergrund 17,2 CPS, mit Moser Edel Bitter 75 gr. 17,4 CPS.
Dazu das 2. Histogramm.
Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

Jetzt wird die Schok vertilgt. 

[opengeiger.de]

Zusätzlich ist sehr wahrscheinlich, dass ein Teil der hochenergetischen K‑40‑Betas bzw. deren Sekundäreffekte (z. B.  Bremsstrahlung / Compton‑Ereignisse im Gerät) als ,,Gammas" im BGO‑Kanal gezählt wurden, also nicht nur die 1461‑keV‑Gammas. Die Frage, die sich stellt ist, ob man mit dem AlphaHound überhaupt vernünftige Gammawerte bei niederen K40 – Aktivitäten bekommt ohne immer zuvor durch einen Absorber die Betas zu eliminieren?

Ja, ich denke das ist eine sehr wichtige Erkenntnis. Wir hatten das Thema früher auch schon einige Male, und der "Beta-Blocker" hat sich als wichtig herausgestellt, wenn man genau sein will. So gesehen bedeutet die "G"-Option im Alphahound einfach, dass da noch so was wie eine Radiacode-Hardware im gleichen Gehäuse mit dem Platik/ZnS Detektor mitverbaut ist, um einen "für alles" empfindlichen Detektor zu kreiiern. Wann man den Effekt kennt, ist das ja auch nicht weiteres schlimm, außer dass es bedeutet, man sollte so einen Beta-Blocker für alle Fälle eben auch vorbereitet haben.

So im großen ganzen scheint jetzt aber das Kakao-Experiment doch drauf raus zu laufen, dass die Bürgerforscher-Community die K-40 bedingte Radioaktivität im Kakao bzw. der Schokolade durchaus detektieren kann. Ich glaube schon, dass das dann grob heißt: die 3% Kalium in einer Schokolade sind gerade noch detektierbar und wenn ein Kalium-haltiger Säureregulator im Kakako enthalten ist, dann ganz sicher. Das gilt jetzt bestimmt nicht für jedes Messgerät in der Community, aber schon für einige. Und so eine minimale Nachweisgrenze in der Community zu haben, das ist schon was. 1% Kalium, das wären 0.3Bq/g, also liegt die Nachweisgrenze für die K-40 bedingte Radioaktivität in Lebensmitteln in der Community bei grob 1Bq/g. Ich hab doch richtig überlegt, oder? Man müsste es vielleicht noch in Bq/cm2 ausdrücken. Auf die großen, moderneren Kontaminationsmonitore bin ich aber noch gespannt, mein alter LB1210, der taugt dafür nicht.

[NoLi]

...
Übrigens, die Effizienz für den Beta‑Kanal (K40) des AlphaHound konnte ich von 31,5% bei 1g K2CO3 (1. Messung vor einigen Monaten) auf  ca. 40 % bei 0,2g K2CO3 erhöhen. Die Selbstabsorption spielt schon eine große Rolle. Bei 1g ist die K2CO3 schon zu dick (Selbstabsorption).

Für KCl gibt es in den Messanleitungen des BMUV Graphiken mit Berücksichtigung der Selbstabsorption bei der Kalibrierung von Messanlagen zur Bestimmung der Beta-Umweltradioaktivität von Proben.
Bis zu einer Flächengewichtsbelegung von 15 mg/cm² kann die Selbstabsorption von Beta-Teilchen unberücksichtigt bleiben, bei ca. 50 mg/cm² liegt die Selbstabsorption bei ca. 20 %.
K2CO3 hat eine ca. 20 % höhere Dichte als KCl, was aber bei Aktivitätsmessungen nur als Presslinge zum Tragen kommen wird. Bei loser Schüttung von K2CO3 und KCl braucht man diesen Unterschied nicht berücksichtigen...wichtiger ist, dass die Pottasche fein gemahlen vorliegt (z.B. die von OSTMANN).

Norbert

[NoLi]

...
Nun habe ich auf einem Kakaopulver Specsheet den Hinweis gefunden, dass als Säureregulator 7% Kaliumcarbonat (=Pottasche!) enthalten sei. Dann rechnen wir doch mal: In der fermentierten, getrockneten und gerösteten Kakaobohne sind, sagen wir 3% natürliches Kalium drin, dazu kommt grob 7% Kaliumkarbonat, das etwa 50% natürliches Kalium enthält, dann haben wir doch so Pi mal Daumen 3+3.5%= 6.5% natürliches Kalium, welches das radioaktive K-40 Isotop enthält.

Ein 100-Gramm-Nikolaus besitzt dann eine K-40 Aktivität von ca. 198 Bq.

Norbert