niedziela, 23 kwietnia 2017

Zasilacz do Polarona

Jak wiadomo, popularny dozymetr Polaron Pripyat ma zamontowane gniazdko zasilania zewnętrznego. Fabryczna instrukcja zaleca stosowanie zasilaczy od... kalkulatorów "Elektronika". Wtyczka ma dwa bolce i kształt trapezu, włączenie jej do gniazda powoduje odłączenie zasilania z baterii.

 Dziś wreszcie udało mi się nabyć taki zasilacz, sygnowany Elektronika 01-02M. Oto on:


Napis na obudowie informuje, że napięcie wynosi 5V a natężenie 0.1A, mój egzemplarz bez obciążenia daje 7.4 V, niestety chwilowo nie mam Polarona by sprawdzić. Faktem jest, że Polaron nie jest zbyt wybredny jeśli chodzi o napięcie zasilające i potrafi pracować nawet i przy 4V - odsyłam do mojego filmu:

Inne pytanie - czy przy powszechnej dostępności akumulatorków 9V i niskim poborze prądu przez Polaron jest sens stosować zasilacz sieciowy? Moim zdaniem jedynie przy permanentnej pracy w domu po kilka godzin dziennie, zwłaszcza że kabel ogranicza manewrowość miernika :)

wtorek, 18 kwietnia 2017

Czujniki izotopowe

W mojej kolekcji etykiet zapałczanych (kiedyś się zbierało jak znaczki) znalazła się seria pt. "Izotopowe promieniowanie" z 1962 r., poświęcona zastosowaniu promieniowania jonizującego w różnego rodzaju czujnikach przemysłowych. 
Mierniki te to głównie gęstościomierze, przepływomierze, grubościomierze, mierniki poziomu, wilgotności, zapylenia itp. Mogą wskazywać poziom substancji w zbiornikach, np. silosach czy butlach gazowych na gaz płynny, przepływy w rurociągach, grubości ścianek, gramaturę tkanin, gumy, papieru, grubość blach, liczyć obiekty przesuwające się na taśmie produkcyjnej, ważyć ciężkie materiały w ruchu itp.
Mierniki dzielimy na absorpcyjne i rozproszeniowe - pierwsze mierzą pochłanianie promieniowania w warstwie materiału, drugie mierzą promieniowanie rozproszone, odbite od materiału, do którego nie ma dostępu z drugiej strony. Na poniższych etykietach przedstawiono mierniki absorpcyjne - czujnik znajduje się po przeciwnej stronie niż źródło. Mierniki rozproszeniowe pozwalają z kolei na pomiar np. cienkich warstw jednej substancji nakładanych na drugą, pod warunkiem, że między jedną a drugą substancją będzie odpowiednia różnica liczby masowej. Zaletą mierników izotopowych jest możliwość bezstykowego pomiaru, co ogranicza zużycie czujników przez kontakt np. z płynnym szkłem, substancjami żrącymi itp., jak również możliwość pomiaru substancji będących w ruchu, np. węgla na taśmociągu, blachy walcowanej na gorąco, szkła w wannie szklarskiej - i bezpośrednią korektę parametrów produkcji z dużo większą dokładnością niż przy regulacji ręcznej.


Izotopowe mierniki poziomu.

Jako źródło promieniowania stosuje się zarówno emitery beta (Sr-90), jak i gamma (Cs-137, Co-60). Stosuje się też źródła neutronowe (Am-Be), szczególnie przy pomiarach wilgotności, gdzie mierzony jest strumień neutronów spowalnianych na jądrach wodoru w cząsteczkach wody. Układ pomiarowy czujników absorpcyjnych składa się ze źródła i czujnika promieniowania, sprzężonego z urządzeniami wytwarzającymi dany produkt (np. walcarka blachy). Miernik rozproszeniowy umieszczony jest za źródłem promieniowania, osłoniętym dodatkowo ekranem, eliminującym promieniowanie pierwotne, albo obok źródła, poza zasięgiem bezpośredniej wiązki promieniowania.

Rozproszeniowa waga radiometryczna.

Absorpcyjna waga radiometryczna.

Poszczególne typy czujników wraz z parametrami pracy zostały szerzej opisane w publikacji A. Piątkowski, W. Scharf,  "Elektroniczne mierniki promieniowania jonizującego - poradnik", Wyd. MON, 1979, skąd też pochodzą powyższe ilustracje.


czwartek, 13 kwietnia 2017

Kupię sprzęt dozymetryczny

Na potrzeby mojej działalności naukowej i popularyzatorskiej nabędę sprzęt dozymetryczny, zarówno radiometry kieszonkowe (Polaron, Sosna, Biełła, Master), jak i laboratoryjne (RUST, RUM) i akcesoria do nich (sondy, przystawki, zasilacze). Nabędę też mierniki niesprawne, oczywiście w rozsądnej cenie. Nie interesują mnie tylko rentgenometry D-08 i rentgenoradiometry DP-66 i DP-75, których na rynku jest zatrzęsienie. Odpowiem na każdą ofertę, nawet jeśli z jakichś względów nie będę mógł nabyć danego sprzętu. Płatność gotówką lub przelewem, odbiór w Warszawie lub wysyłka.
















czwartek, 6 kwietnia 2017

Samolot atomowy

Zbudowanie pierwszego reaktora jądrowego (1942) stworzyło możliwość zastosowania energii jądrowej zarówno do generowania elektryczności i izotopów promieniotwórczych, jak i do napędu różnych jednostek. Początkowo były to okręty podwodne (USS Nautilus, 1954) i lodołamacze (NS Lenin, 1957), lecz wkrótce pokuszono się o próby zastosowanie tego napędu w lotnictwie. Wymagało to jednak pokonania wielu istotnych problemów technicznych, z których najważniejszym była masa reaktora i osłon ochronnych. Reaktor z osłonami ważył więcej, niż dałby radę udźwignąć największy z ówcześnie budowanych bombowców. Zmniejszenie osłon spowodowałoby z kolei napromieniowanie załogi. Charakterystyczny jest opis projektowanego samolotu atomowego z książki "Kto, kiedy, dlaczego?" z 1958 r., w którym przyjęto, że piloci w czasie 165 godzin lotów szkoleniowych ze zmniejszoną prędkością przyjmą dawkę 25 rentgenów (ok. 0.25 Sv), a następnie mogą wykonać jedno jedyne zadanie bojowe z maksymalną prędkością na dystansie ok. 6000 km, co da im dodatkowe 10 R (0.1 Sv). Potem na zawsze zakończą karierę w lotnictwie atomowym (!). Moc dawki przy prędkości 800 km/h miała wynosić ok. 0.3 R/h, ale przy 1300 km/h już 1 R/h. Warto zauważyć, że pochłonięcie w krótkim czasie łącznej dawki 0.35 Sv może już powodować łagodną chorobę popromienną oraz skutki późne. Cóż, iście radzieckie podejście do życia - "u nas ludzi mnogo". Zresztą nie tylko radzieckie, również Amerykanie eksperymentowali z działaniem wybuchów jądrowych na piechotę przebywającą w okopach. Dla porównania, likwidatorzy awarii w Czarnobylu otrzymywali całożyciową dawkę w ciągu 40 sekund pracy w ołowianym kombinezonie na dachu reaktora...

Wizualizacja radzieckiego samolotu atomowego z lat 50.
Projekt hangaru amerykańskiego samolotu atomowego.
Ostatecznie Amerykanie w 1952 r. zamontowali 3-megawatowy reaktor jądrowy w bombowcu Convair B-36 Peacemaker, tworząc samolot Convair X-6. Woda służyła w nim zarówno za moderator, jak i za chłodziwo, oddając ciepło przez wymienniki do atmosfery. Reaktor nie zasilał samolotu (!), miał służyć jedynie do badania wpływu promieniowania na podzespoły maszyny (i załogi). Napęd stanowiły 6 typowych tłokowych silników gwiazdowych na paliwo lotnicze, choć zamontowano też 4 silniki turboodrzutowe, które miały być napędzane przez reaktor. Dziób samolotu wyposażono w osłonę z gumy i ołowiu o łącznej wadze 12 ton (udźwig B-36 to 40 ton). Maszyna wylatała 215 godzin, z czego 89 z pracującym silnikiem, po czym, wobec zawieszenia projektu, została złomowana w 1958 r.  (Źródło - Wikipedia).
Po drugiej stronie żelaznej kurtyny Tupolew Tu-95LAL, działający na tej samej zasadzie, wykonał w latach 1961-1969 ok. 40 lotów testowych, w większości z... wyłączonym reaktorem. Głównym celem testów było sprawdzenie efektywności osłon z płynnego sodu, tlenku berylu, stalowych płyt, kadmu i parafiny. Skuteczność jest dyskusyjna, choć nie stwierdzono negatywnego wpływu na awionikę maszyny. Następna wersja, Tu-119, nie została nigdy ukończona z powodu anulowania projektu wobec coraz większych kosztów oraz rosnącego potencjału międzykontynentalnych pocisków balistycznych, powodującego odchodzenie od bombowców strategicznych. O innym atomowym samolocie - Miasiszczew M-60 - napiszę innym razem, znających rosyjski odsyłam do źródeł.

środa, 29 marca 2017

Radiometr uniwersalny RUST-2 S (sieciowy)


Jakiś czas temu omawiałem radiometr uniwersalny RUST-2, prostszą wersję popularnego RUST-3 z krajowych zakładów POLON w Bydgoszczy. Tym razem trafiła mi się jego wersja oznaczona literą "S". Modyfikacja oznacza dodanie możliwości zasilania z sieci prądu zmiennego 230V. Sprzęt ma z boku gniazdo na wtyczkę podobną do popularnej "ósemki" stosowanej w radiach, magnetofonach, zasilaczach i innych domowych sprzętach RTV, bolce jednak są grubsze i mają przekrój prostokątny. Nie mam takiego kabla (może od starego gramofonu Suphaphon GZC-110 by pasował?), zatem sprzęt przetestowałem na zasilaczu, podpinając się do styków baterii.


 Przy zasilaniu bateryjnym radiometr pracuje na napięciu 9V (6 baterii R-20), zmierzony przeze mnie pobór prądu ok. 100 mA. Do zestawu dołączony jest głośniczek z zawieszką (tzw. przystawka głośnikowa PS-1S), pozwalający na umocowanie go w pobliżu stanowiska pracy, oczywiście do gniazda można wpiąć też słuchawkę z odpowiednim wtykiem (bolce fi 2,7 mm, rozstaw c-t-c 11 mm). 



Co do walorów użytkowych, poza ułatwieniem pracy laboratoryjnej pozostałe parametry są takie same jak w przypadku wersji bateryjnej. Generalnie radiometr ma taką wartość, jak podłączona do niego sonda pomiarowa. Jeśli mamy tylko sondę SGB-1P (3 liczniki STS-6 / SBM-19), to jego użyteczność jest porównywalna z "żelazkiem" RKP-1-2 o mniejszej manewrowości i ze skalą jedynie w zliczeniach na minutę (cpm). 


Co innego, gdy dysponujemy sondami scyntylacyjnymi (np. SSA-1P), neutronowymi itp. Generalnie sprzęt jest przydatny dla bardziej zaawansowanych użytkowników, gdyż źle ustawiając napięcie pracy sondy (zakres 375-1575V regulowany skokowo co 25,50, 75, 100 lub 125V) można ją uszkodzić. Różne sondy mają też różny dopuszczalny zakres mierzonych impulsów - sonda licznikowa SGB-1P służy do pomiaru skażeń beta i gamma, stąd powinna pracować na najniższym zakresie, z kolei sondy scyntylacyjne powinny być używane na zakresie x1000 (użycie sond z licznikami GM powoduje duży uchyb ze względu na czas martwy tuby). Przy sondach scyntylacyjnych napięcie należy ustawiać zgodnie z kartą badania danej sondy, biorąc wartości z rubryki "napięcie mierzone bez obciążenia" - więcej w instrukcji do RUST-3:


Filmik z pracy urządzenia - sprawdzałem na małych aktywnościach - granit, szkło uranowe, ekstrakt z popiołu drzewnego, elektroda torowa:


poniedziałek, 20 marca 2017

Bieg własny detektora

Jednym z bardziej istotnych parametrów detektorów promieniowania (liczników Geigera-Mullera, komór jonizacyjnych, detektorów scyntylacyjnych) jest tzw. bieg własny, czyli impulsy niepochodzące od mierzonego preparatu. Na bieg własny składa się wiele czynników, przede wszystkim tło naturalne, czyli promieniowanie kosmiczne i  promieniowanie pochodzące z Ziemi, jak również promieniowanie elementów detektora i jego osłon.
 Dlatego też przy pomiarach bardzo małych aktywności buduje się specjalne osłony, mające ograniczyć wpływ tła naturalnego. Przyjmuje się, że kilka centymetrów ołowiu odcina większość promieniowania z Ziemi i składową miękką promieniowania kosmicznego. Dalsze zwiększanie grubości osłony nie powoduje już wyraźnego wzrostu efektywności osłony, a przy dużych grubościach daje o sobie znać promieniowanie domieszek zawartych w ołowiu. Dlatego też ołowiu używa się raczej na zewnętrzne osłony lub zastępuje żelazem. Na wewnętrzną warstwę, izolującą od zanieczyszczeń ołowiu i żelaza, najlepsze są metale, które można otrzymać w stanie bardzo czystym, np. rtęć czy bizmut. Przykładową osłoną może być np. 5 cm ołowiu, 20 cm żelaza i 2 cm rtęci.
Na tzw. domki pomiarowe wykorzystuje się często takie materiały, jak sezonowany ołów i stal - pierwszy pochodzi z ołowianych sztab, służących za balast rzymskich okrętów, drugi np.z pancerzy okrętów wojennych zatopionych przed 1945 r. Oczywiście pojawia się tu konflikt z interesami archeologów, przeciwnych niszczeniu zabytków szkutnictwa Antyku. Trudno się jednak dziwić zakusom fizyków, skoro ołów wytopiony 2000 lat temu nie zawiera tylu domieszek, co wytapiany współcześnie (skażenie atmosfery i gruntu produktami prób nuklearnych i awarii reaktorów), a ewentualne krótkożyciowe domieszki zdążyły dawno ulec rozpadowi.
Innym sposobem na eliminowanie tła promieniowania jest stosowanie układów antykoincydencyjnych - próbka i miernik otoczone są innymi detektorami zliczającymi impulsy pochodzące z zewnątrz, a układ antykoincydencyjny liczy tylko te impulsy, które nie pojawiły się jednocześnie w głównym liczniku i którymkolwiek z liczników zewnętrznych. Jest to szczególnie przydatne do wyeliminowania składowej twardej promieniowania kosmicznego, która wywołuje impulsy w wielu licznikach jednocześnie.
Innymi czynnikami składającymi się na bieg własny detektora mogą być zakłócenia elektromagnetyczne, złe kontakty, szumy wzmacniacza, zmiany temperatury, wstrząsy, wahania napięcia zasilającego i wiele innych. Część z nich można wyeliminować (stała temperatura, stabilizacja napięcia zasilającego, wysoka jakość komponentów), inne należy po prostu uwzględniać w prowadzonych pomiarach. Zaleca się mierzyć bieg własny przed serią pomiarów, w trakcie pomiędzy poszczególnymi partiami próbek oraz po całym dniu pracy, kiedy pomiar biegu własnego można "zapuścić" na noc, a zebrane dane użyć następnego dnia. Jeżeli chodzi o napięcie pracy licznika Geigera, to powinno być ustalone w 1/3 plateau licznika, zaraz za progiem Geigera - wzrost napięcia powoduje zwiększenie biegu własnego, po przekroczeniu progu na końcu plateau miernik ulega wzbudzeniu i zaczyna sam generować impulsy.
A tak przykładowo bieg własny tuby Geigera typu BOB-33 z 1969 r., mierzony w osłonie z 2 cm ołowiu wynosi < 27 imp./min (długość plateau 100V, nachylenie 0.053%/V). Z kolei BOB-33A z 1984 r. ma bieg własny deklarowany na 25 imp./min (dane odpowiednio: 100V, 0.125%/V). Inne tuby:

  1. SBT-11A - 0.25 imp./s (15 imp./min.)
  2. SBT-9 - 0.17 imp./s (10,2 imp./min.)
  3. SBM-19 - 2 imp./s (120 imp./min.)
  4. SBM-20 - 1 imp./s (60 imp./min.)
  5. SI38G - 0.008 imp./s (0.45 imp./min.)
  6. STS-5 - 27 imp./min (0.45 imp./s)
  7. LND 712 - 10 imp./min (osłona 50 mm Pb + 3 mm Al)
Porównanie różnych tub GM:







Oryginalne metryczki radzieckich popularnych tub 
(niestety nie dla wszystkich podano bieg własny):







Liczniki cylindryczne produkcji polskiej:

Cyt. za: A. Piątkowski, W. Scharf - Elektroniczne mierniki promieniowania jonizującego, Warszawa 1979.

Liczniki okienkowe produkcji węgierskiej, amerykańskiej i polskiej:


Cyt. za: ibidem


Więcej specyfikacji i porównań TUTAJ


czwartek, 16 marca 2017

Promienie katodowe i rentgenowskie

Promieniowanie rentgenowskie, zwane też na zachodzie promieniami X (X-ray), odkryto przez przypadek, podczas badania wyładowań w rozrzedzonych gazach. Po przyłożeniu wysokiego napięcia do elektrod w tzw. rurze Crookesa powstawał strumień elektronów emitowanych przez katodę i uderzających z dużą prędkością w anodę. Część elektronów, które nie trafiły w katodę, tylko w szkło bańki, powodowała świecenie szkła na skutek wzbudzenia jego atomów. 

Świecenie lampy elektronowej - prostowniczej diody próżniowej EY-86) na skutek promieniowania katodowego.
Wkrótce okazało się, że w rurach Crookesa powstaje jeszcze inne, wysoko przenikliwe promieniowanie, zdolne do pokonania szkła bańki i innych przeszkód. Odkryto je przez przypadek, dzięki luminescencji przypadkowo rozsypanego luminoforu podczas pracy lampy zasłoniętej czarnym papierem (warto mieć czasem bałagan w warsztacie!). Wiedziano, że przyczyną nie mogą być promienie katodowe ani światło, gdyż lampa była osłonięta. Nowe promienie początkowo nazwano "X" - od matematycznego symbolu niewiadomej, później nadano im imię jednego z odkrywców, W.K. Roentgena (nad promieniowaniem pracowali też inni uczeni, m.in. Nikola Tesla, Iwan Puluj i wspomniany już Crookes, który jednak nie zwrócił szczególnej uwagi na dużą przenikliwość promieni towarzyszących emisji katodowej).

Promienie katodowe wykorzystywane są m.in. w lampach elektronowych i kineskopach. W lampach elektronowych strumień elektronów między katodą a anodą jest regulowany przez napięcie przykładane do trzeciej elektrody, tzw. siatki sterującej, co pozwala na pracę lampy np. jako wzmacniacza, tak jak pracują obecnie tranzystory. W lampach dwuelektrodowych (diodach) przewodzenie możliwe jest tylko w jednym kierunku (od katody do anody), zatem nadają się do prostowania prądu zmiennego oraz detekcji sygnału radiowego, analogicznie jak późniejsze diody półprzewodnikowe (krzemowe, germanowe). W kineskopie strumień przyspieszonych elektronów jest odchylany w polu magnetycznym, rysując linia po linii obraz na warstwie luminoforu, którą pokryty jest od wewnątrz ekran. W lampach próżniowych (kineskopy) przyspieszeniu ulegają elektrony emitowane przez katodę, w lampach gazowanych (część lamp elektronowych) przyspieszane są jony gazu wypełniającego lampę.
Promieniowanie rentgenowskie powstaje niejako przy okazji, na skutek hamowania rozpędzonych elektronów na atomach ciężkich pierwiastków, z których wykonana jest anoda (w przypadku kineskopu - ekran). Zderzenie z atomami anody powoduje powstanie promieniowania hamowania (Bremmstrahlung), lecz większa część energii przetwarzana jest na ciepło. Dlatego też lampy rentgenowskie wymagają wydajnego chłodzenia (wodne albo przez stały obrót anody, by elektrony zawsze uderzały w inny jej punkt).
Promieniowanie rentgenowskie najprościej można otrzymać podłączając lampę elektronową do źródła wysokiego napięcia - może to być powielacz napięcia z telewizora, albo, gdy chcemy być tradycjonalistami - induktor Ruhmkorffa ze szkolnej pracowni. Świecenie szkła oznacza emisję promieni katodowych, a więc i promieni rentgenowskich. 


Do eksperymentu nadaje się każda lampa elektronowa majaca wyprowadzenie anody na czubku bańki (brak ryzyka zwarcia), szczególnie diody prostownicze EY-86 i DY-86. Zwykłe lampy grożą przebiciem między nóżkami cokołu (napięcie używane przy eksperymencie jest rzędu dziesiątek kV!). Można też użyć odgromników iskrowych ze sprzętów wojskowych (typ R-35, R-350), a nawet - neonówki na gwint E-14 (przy zasilaniu z induktora moc dawki od neonówki do 3 mR/h, EY-86 daje 0.7, inne 0,12-0.4). Moc dawki zależy bezpośrednio od napiecia i natężenia prądu na lampie, tabele można znaleźć w podręcznikach radiologii (np. S. Zgliczyński, Radiologia) i ochrony radiologicznej. 
Odgromnik iskrowy typ R-35 z radzieckiego demobilu, typ R-350 ma 2 elektrody bez środkowej, ale też działa.

UWAGA. Lampę należy osłonić  z boków kawałkami ołowiu, a w bezpośrednim sąsiedztwie umieścić dozymetr (może być i Biełła, jej ekranowanie nie jest zbyt grube i wykryje nawet słabą emisję RTG). Źródło zasilania włączać z odległości, najlepiej z sąsiedniego pokoju, a przebieg eksperymentu nagrywać kamerą lub aparatem na statywie. Unikać patrzenia na lampę (często występują wyładowana emitujące ultrafiolet - ryzyko zaćmy w przyszłości, poza tym po prostu bolą oczy jak od patrzenia na spawanie łukowe lub lampę kwarcową). Szczególnie chronić okolice narządów rozrodczych, mających największą wrażliwość na promieniowanie.  Drugi dozymetr warto mieć przy sobie dla upewnienia się, że jesteśmy poza zasięgiem promieniowania. EKSPERYMENTUJESZ NA WŁASNĄ ODPOWIEDZIALNOŚĆ