Świecące zegary lotnicze - farba radowa znowu

Odkryty przez Marię Skłodowską-Curie i Piotra Curie rad bardzo szybko zaczęto stosować do wyrobu farb świecących, które wkrótce stały się jednym z symboli "radowego szaleństwa". Farby te wykorzystywały zjawisko scyntylacji, czyli powstawania w niektórych substancjach, zwanych scyntylatorami, błysków światła pod wpływem promieniowania. Zjawisko to wykorzystał już Ernest Rutherford w swych słynnych eksperymentach ze złotą folią i z rozbiciem jądra atomu azotu, używając ekranu pokrytego siarczkiem cynku. Ta sama substancja, zmieszana z chlorkiem radu,  emitowała charakterystyczne zielonkawe światło, składające się z tysięcy pojedynczych rozbłysków powstałych w scyntylatorze. Z powodu dużej aktywności właściwej radu - w 1 g odbywa się 37 miliardów rozpadów promieniotwórczych na sekundę - błyski te zlewały się w ciągłe światło. Farby radowej używano w latach 20. XX w. do malowania praktycznie wszystkiego, od numerów domów, przez tarcze zegarków, aż na zabawkach i kostiumach tancerek z nocnych lokali kończąc. Radu dodawano również do leków, kosmetyków, papierosów czy nawet prezerwatyw, stąd wspomniana, późniejsza nazwa "radowe szaleństwo". Wracając do naszej farby, to szybko znalazła zastosowanie w lotnictwie, które w dwudziestoleciu międzywojennym przeżywało istny rozkwit po jeszcze pionierskim okresie I wojny. Malowano nią przede wszystkim tarcze i wskazówki przyrządów kontrolnych w kokpicie, ale też np. dźwignie przełączników. Zapewniała podświetlenie tarcz i wskazówek, które nie wymagało zasilania, nie oślepiało pilota, a także nie było widoczne z dużej odległości

Kokpit samolotu Breguet XIV B2 [źródło]

Na radioaktywność wówczas nie zwracano uwagi, choć duże tarcze z grubymi cyframi i wskazówkami zawierały więcej farby niż zegarki na rękę, przez co emitowały znacznie większą moc dawki. W dodatku zegarek na rękę ma izolację w postaci mechanizmu i pokrywy, która pochłania większość promieniowania i do ręki dociera jedynie znikomy procent, niewiele wyższy niż naturalne tło promieniowania. Zegary lotnicze zaś osłonięte były jedynie cienkimi szybkami, przepuszczalnymi dla silnego promieniowania gamma wysyłanego przez rad. Problem stanowiła także liczba przyrządów na tablicy rozdzielczej samolotu. Absolutne minimum to prędkościomierz, wysokościomierz, wariometr, chyłomierz z zakrętomierzem, paliwomierz, manometr ciśnienia oleju, obrotomierz, sztuczny horyzont, busola, wskaźnik kursu i chronometr. Każdy z tych wskaźników, obficie pokrytych radową farbą, emitował między 10 a 50 µSv/h (1-5 mR/h) promieniowania gamma. Moc dawki od całej takiej tablicy była znaczna, rzędu setek µSv/h. Na szczęście jednak, zgodnie z prawem odwrotnych kwadratów,natężenie promieniowania zmniejsza się proporcjonalnie do kwadratu odległości. Zatem pilot siedzący w odległości ok. 0,5 m od wskaźników otrzymywał jedynie ułamek początkowej mocy dawki.  Poniżej pomiar przeprowadzony przez Michała (pozdrowienia!) przy użyciu dozymetru ANRI Sosna z 4 licznikami GM i radzieckiego wskaźnika ciśnienia tlenu - z początkowych 50 µSv/h pozostanie zaledwie 0,4 µSv/h twardego promieniowania gamma i 3,5 µSv/h emisji łącznej przy pomiarze z otwartą klapką-filtrem dozymetru:

Oczywiście powyżej mierzony jest jeden wskaźnik, a nie cała tablica, jednak narażenia na promieniowanie można uznać za pomijalne, jeśli porównamy je z mocą dawki od promieniowania kosmicznego, wzrastającą wraz z wysokością lotu. Pisałem o tym w osobnej notce - http://promieniowanie.blogspot.com/2018/10/promieniowanie-podczas-lotu-samolotem.html Tutaj jedynie przedstawię wzrost natężenia promieniowania wraz z wysokością - do pomiaru użyto popularnego licznika GM typu SBM-20, znanego z większości radzieckich dozymetrów. Wysokości podane w stopach, więc trzeba podzielić przez 3 by otrzymać metry:

http://rocketsetc.com/high-altitude-balloon/hab-2/gamma-radiation/

Przy takim natężeniu promieniowania dawka od zegarów stanowi zaledwie kilka procent łącznej dawki otrzymanej przez pilota. Dodatkowo radiację tłumił też kombinezon pilota. Z kolei ekspozycja na radon, emitowany przez tak dużą ilość radu, zależała od konstrukcji samolotu. W maszynach z otwartą kabiną wpływ radonu można  pominąć, gdyż ten radioaktywny gaz nie miał możliwości się skumulować, tylko był od razu wywiewany przez pęd powietrza. Koncentracja była większa w zamkniętych kokpitach, choć jeśli nie były hermetyzowane, piloci musieli używać masek tlenowych, co znacznie ograniczało wdychanie radonu. Pod koniec II wojny jednak, wraz ze wzrostem pułapu samolotów, wprowadzono hermetyzowane kabiny i przez kilka godzin lotu cała załoga miała swoiste inhalatorium radonowe. Poniżej kokpit słynnego Spitfire'a:

Farbę radową stosowało lotnictwo praktycznie wszystkich stron walczących w II wojnie - spójrzmy do kabiny niemieckiego Messerschmitta Bf-109:

https://www.flickr.com/photos/farinihouseoflove/2267875114

Radziecki Ił-2 Szturmowik - niektóre zegary wyglądają na wymienione po wojnie - można poznać po białej farbie:

Zerknijmy jeszcze na nowszą maszynę - oto hermetyzowana kabina pilotów ciężkiego bombowca B-29 Superfortress. W tak ciasnej przestrzeni, podczas trwającego kilka godzin lotu stężenie radonu musiało znacznie wzrastać, a jego produkty rozpadu osadzały się na wszystkim, z kombinezonami pilotów włącznie.

https://airandspace.si.edu/stories/editorial/take-look-these-cockpits

Jeśli nie wierzycie w wydajność lotniczych zegarów jako źródeł radonu, zróbcie eksperyment - pojedynczy zegar zamknijcie w pokoju o wymiarach 3x3 m z czujką radonu, najlepiej Airthings Wave, i co godzinę aktualizujcie pomiar. Po kilku godzinach z odczytu "<10 Bq/m3" może zrobić się i 30 Bq/m3, a przestrzeń jest większa niż w/w kabina pilotów i radon generowany jest przez jeden zegar, a nie 20. Po co o tym piszę? Aby zwrócić uwagę na fakt, ze eksponowanie w pomieszczeniach przyrządów z farbą radową, zarówno osobno, jak i zamontowanych w samolotach, wymaga monitorowania stężenia radonu i zapewnienia odpowiedniej wentylacji. Dotyczy to przede wszystkim muzeów, ale również prywatnych kolekcji lotniczych wskaźników, starych zegarów czy wyrobów z epoki "radowego szaleństwa".

***

Farby radowe były w użyciu aż do lat 60. XX w., kiedy zaczęto je stopniowo wycofywać, zmniejszając ilość używanego radu i zastępując go innymi izotopami, np. strontem-90 lub prometem-147.

Kokpit samolotu MiG-15, farba radowa wyróżnia się kremową barwą, białe wskaźniki są jej pozbawione.

Do wycofania farb radowych w Polsce przyczyniło się Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej, badające narażenie pracowników malujących tarcze przyrządów tymi farbami. Jak widać, Polska też miała swoje "Radium Girls", choć nie tylko kobiety zatrudniano przy malowaniu podświetlanych przyrządów. Znane były przypadki malowania spławików wędkarskich farbą radową  (!) i inne nieodpowiedzialne zachowania. Radową masę świecącą stosowano nie tylko w lotniczych wskaźnikach, ale również w kompasach Adrianowa, produkowanych w Śląskich Zakładach Mechaniczno-Optycznych "Opta" [LINK].

W latach 70. przeprowadzono w Polsce akcję wymiany lotniczych wskaźników na wykorzystujące nieradioaktywne farby, tzw. okresowego świecenia. Farby takie wymagają naświetlenia światłem widzialnym i później przez pewien czas oddają przyjętą energię w postaci światła.

Stosuje się je powszechnie w tablicach ostrzegawczych i tańszych zegarkach, w zabawkach itp. Akcja nie objęła jednak niektórych muzealnych eksponatów, przy których nadal można zmierzyć nieco podwyższony poziom promieniowania. Poniżej pomiar przy bombowcu Iliuszyn Ił-28 - sygnalizator PM-1401 mierzy tylko promieniowanie gamma, którego tło naturalne zwykle nie przekracza 0,1 µSv/h - a przy kokpicie tej maszyny mamy 0,48:

Część jednak samolotów eksponowanych w muzeach pozbawiono wszystkich wskaźników, o czym można się przekonać w warszawskim Muzeum Wojska Polskiego:

Wygląda to na nadgorliwość, gdyż ekspozycja plenerowa zapewnia wystarczające bezpieczeństwo, tak od promieniowania, jak i od radonu, zaś przez brak zegarów zabytek jest niekompletny. Problem pojawia się przy wystawach we wnętrzach - poniżej niemiecki manometr w Muzeum Armii "Poznań", stężenie radonu w pomieszczeniu zależy od szczelności gabloty, przed promieniowaniem wystarczająco chroni odległość i krótki czas przebywania w pobliżu:

Zegary lotnicze z farbą zawierającą rad mogą służyć do testowania sprzętu dozymetrycznego, szczególnie tego o wyższych zakresach i mierzącego jedynie promieniowanie gamma. Mierzona moc dawki zawiera się mniej więcej między 5 a 60 µSv/h (0,5-6 mR/h), zatem zmierzymy ją nawet pokładowym rentgenometrem DPS-68M, który ma sondy w metalowych osłonach i zakres 0,1-200 R/h. Możemy też badać odporność dozymetrów na przeciążenie - przyrządy o małym zakresie i prostej konstrukcji będą się "zatykać" jak np. Master-1. Zegary te jednak są dość niebezpieczne z racji możliwości skażenia drobinami farby radowej oraz dużą ekshalację radonu, szczególnie jeśli obudowa jest nieszczelna lub uszkodzona. Zatem lepiej unikać dłuższego kontaktu z nimi oraz przechowywania w miejscu przebywania ludzi. W razie wątpliwości, czy dany zegar jest bezpieczny należy zasięgnąć porady Inspektora Ochrony Radiologicznej. W kwestii szczegółów zagrożenia radonowego odsyłam do Zuzanny, specjalistki w dziedzinie radonu - http://rncheck.com/