Dawka ekspozycyjna

Dawka ekspozycyjna oznacza zdolność promieniowania do jonizacji powietrza. Jednostką jest rentgen (R, dawniej też r) - 1 rentgen oznacza taką ilość promieniowania gamma lub rentgenowskiego (ważne!), która w 1 cm3 suchego powietrza wytworzy ładunek (liczbę par jonów) równy 1 jednostce elektrostatycznej (esu). Rentgen jest jednostką pozaukładową, w układzie SI jednostką dawki ekspozycyjnej jest kulomb na kilogram (C/kg), a mocy dawki ekspozycyjnej - amper na kilogram (A/kg, częściej pA/kg). Obecnie dawka ekspozycyjna straciła znaczenie w dozymetrii, zastąpiona przez dawkę pochłoniętą, określającą ilość energii przekazanej przez promieniowanie, oraz równoważnik dawki, uwzględniający działanie promieniowania na organizmy żywe [LINK]. Mimo to, posługując się starszą literaturą i sprzętem dozymetrycznym, nie unikniemy rentgenów i niezbędnych przeliczeń. 

Rentgen jest jednostką dosyć dużą, dawka 400 rentgenów odpowiada w przybliżeniu 4 siwertom, czyli dawce śmiertelnej LD 50/30. W odległości kilkunastu metrów od reaktora w Czarnobylu moc dawki wynosiła 1000 R/h (w 12 godzin po eksplozji). Wojskowe dozymetry chemiczne DP-70 skalowane były od 50 do 800 R, a dozymetry optyczne DKP-50 i DS-50 - od 2 do 50 R.
W rentgenach były tez wyskalowane wojskowe przyrządy o wysokim zakresie przewidziane na wypadek wojny jądrowej, zwane od nazwy jednostki rentgenometrami. Ich podziałka zaczynała się zwykle od pojedynczych rentgenów, a kończyła na setkach (zwykle 200-500 R). W Większości działały na zasadzie komory jonizacyjnej. Często montowano je na pojazdach i statkach powietrznych, jak np. DP-3B:

Rentgenometr pokładowy DP-3B, zakres 0.1-500 R/h

Rentgnometr przenośny D-08/1, zakres 0.1-300 R/h - źródło

Produkowano też rentgenometry o mniejszym zakresie, działające na zasadzie licznika Geigera, szczególnie upodobano sobie zakres do 50 R/h:

Rentgenometr przenośny DP-63A, zakres 0.1-50 R/h

 ***

W codziennych sytuacjach częściej mamy do czynienia z milirentgenami i mikrorentgenami. Naturalne tło promieniowania wynosi w przeważającej części Polski 0.01-0.02 mR/h (10-20 µR/h). Po awarii w Czarnobylu najwyższa lokalna moc dawki w Polsce wyniosła 0.45 mR/h. Kompasy i zegary lotnicze z farbą radową emitują 0,5-7 mR/h (szczegółowe dane TUTAJ). Za dopuszczalną dawkę transportową w latach 60. uznawano 10 mR/h na zewnątrz  opakowania, np. pojemników K-25, K-50 i K-90. Dla roboczo-transportowych pojemników RT przyjęto moc dawki na powierzchni pojemnika nie więcej jak 200 mR/h przy aktywności przewożonego źródła od 10 do 1000 Ci Co-60 - grubość osłon wzrastała wraz z dopuszczalną przechowywaną aktywnością, aby utrzymać limit mocy dawki na zewnątrz pojemnika.

Kieszonkowe radiometry stosowane w technice jądrowej miały zakres do 100-250 mR/h. W wielu przyrządach podziałka zaczynała się dopiero od 0,1 mR/h, czyli dziesięciokrotności tła naturalnego, gdyż w latach 60. przyjęto taką wartość za "tło" przy pracy z izotopami. Początkowo jednostkę zapisywano po prostu "mr", jak widać na skalach mierników i w literaturze:

Później jednostkę zaczęto zapisywać "mR" i zapis ten obowiązywał aż do końca stosowania rentgenów i milirentgenów:

Radiometr RK-67 - wersja wyskalowana w milirentgenach, produkowano też ze skalą w mikrogrejach
a nawet nanoamperach na kilogram.

RK-67-3, wersja wyskalowana w nanoamperach na kilogram, dioda sygnalizuje przekroczenie maksymalnego zakresu 20 nA/kg, czyli ok. 250 mR/h (2,4 mSv). Foto z zaprzyjaźnionego bloga Dozymetria.wordpress.com

Typowy RK-67 wyskalowany w milirentgenach na godzinę, z podanym przelicznikiem na pikoampery na kilogram (źródło j.w.)

Radiometr górniczy RG-1 czyli krzyżówka DP-66 i RK-67

Rentgenoradiometr DP-75 - ostatni z serii wojskowych uniwersalnych mierników promieniowania.

Starsze mierniki, zwłaszcza radzieckie, były wyskalowane w mikrorentgenach na sekundę (1 µR/s = 3,6 mR/h), w cyrylicy oznaczane мкР/ч (mkR/cz). Z lewej starszy radiometr RK-01 o zakresie 0,04-1000 µR/s (0,144-3600 mR/h), z prawej nieco nowszy RK-02M z zakresem 0.005-1000 µR/s (0,018-3600 mR/h):

Radiometry RK-01 i RK-02M - na jednym nawet ktoś dopisał sobie przelicznik na rentgeny,
skala kończy się słynnym z czarnobylskiej katastrofy 3,6 R/h 

Tutaj z kolei pochodzący z tej samej epoki geologiczny radiometr "Sputnik", wyskalowany w mikrorentgenach na godzinę (zakres w przeliczeniu 0.1-15 mR/h):


Co ciekawe, w kieszonkowych radiometrach produkowanych w ZSRR po awarii w Czarnobylu milirentgeny stosowano bardzo rzadko, praktycznie tylko w radiometrze ANRI 01-02 Sosna:

...a także w indykatorze Poisk-2, nawet z tabelką do przeliczania milirentgenów na jednostki aktywności beta, gdyż jak już wspomniałem, w rentgenach mierzymy tylko dawkę ekspozycyjną promieniowania gamma i rentgenowskiego:

Większość mierników ery poczarnobylskiej mierzyła w mikrosiwertach, choć np. nalepki na dozymetrach Biełła podawały przelicznik na mikrorentgeny:

Albo na sygnalizatorze DRGB-01 "Signal":

Popularny Polaron Pripyat miał nawet przełącznik jednostki pomiaru mR/h - µSv/h, który po prostu przesuwał przecinek o jedno miejsce w prawo (1 µSv = 0,1 mR) - czarny miernik mierzy w mikrosiwertach, szary w milirentgenach:

Tą samą opcję oferował również radiometr gamma DRG-06T (foto z zaprzyjaźnionego bloga Dozymetria.wordpress.com):

Jest to uproszczony przelicznik, gdyż faktycznie 0,087 µSv/h = 0,01 mR/h, ale niewiele mierników to uwzględnia. Warto wymienić kieszonkowy radiometr cyfrowy EKO-D, który zarówno dawkę, jak i moc dawki mierzy w obu jednostkach:

Inne cywilne mierniki i indykatory były skalowane albo w mikrosiwertach, albo w mikrorentgenach, np. Strielec-1, wyskalowany w mikrorentgenach:

Dozymetr "Fon", od którego zaczynałem przygodę z dozymetrią, miał skalę w mikrosiwertach:

Używając takich mierników należy zwracać uwagę, czy są wyskalowane w mikrosiwertach (µSv, po rosyjsku мкЗв - "mkZw"), czy mikrorentgenach (µR, ros. мкР - "mkR") i czy moc dawki jest podawana na godzinę (ч - cz., od ros. "czas" - godzina), czy na sekundę (с lub сек - "s" lub "sek"). Czesto miernik nie nosi oznaczeń albo są one nieczytelne na skutek wytarcia itp. Wówczas, jeśli miernik jest w miarę poprawnie skalibrowany (a zwykle jest*), wystarczy zmierzyć tło naturalne w miejscu, gdzie nie występują dodatkowe źródła promieniowania. W przypadku mikrorentgenów na godzinę naturalne tło promieniowania gamma wyniesie 10-20 µR/h, a w mikrorentgenach na sekundę - 0,003-0,005 µR/s. Oczywiście jak mamy jeszcze miernik wyskalowany w mikrosiwertach, to problem się jeszcze bardziej upraszcza (tło naturalne 0.10-0.20 µSv/h).

***

Obecnie dawka ekspozycyjna praktycznie straciła znaczenie, wyparta przez dawkę pochłoniętą (jednostka - grej, Gy) oraz równoważnik dawki (jednostka - siwert, Sv), które omówię w innej notce. Nawet starsi fizycy, z którymi rozmawiałem, dziwili się, jak odruchowo czasem podałem wartość w milirentgenach, zamiast w mikrosiwertach. Tym niemniej,warto znać przeliczniki, szczególnie gdy korzystamy ze sprzętu wyprodukowanego 30 i więcej lat temu. Poniżej tabela z rozporządzenia Prezesa Rady Ministrów w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy z substancjami promieniotwórczymi, podająca tzw. stałą jonizacyjną, czyli moc dawki ekspozycyjnej w rentgenach na godzinę w odległości 1 m od źródła zawierającego 1 Ci danego izotopu (w kwestii kiurów i bekereli odsyłam TUTAJ):

-----------------------------

* Do tej pory nie trafiłem na źle skalibrowany dozymetr, który wykazywałby znaczące odchylenia wyników pomiaru w stosunku do innych egzemplarzy tego samego modelu. Miałem w rękach 9 Polaronów, 5 RKSB-104, 6 Biełł i 7 Sosen i praktycznie zawsze wskazania mieściły się w granicach statystycznego rozrzutu. Pamiętajmy też, że te mierniki mają nominalną dokładność +/- 30%, a na uchyb ma wpływ bardzo wiele czynników.