Radioaktywna ceramika - obrotowy włącznik światła firmy Siemens

Postanowiłem posprzątać w mojej szufladzie z częściami elektrycznymi. Przy okazji włączyłem dozymetr, bo nigdy nie wiadomo, czy jakiś przełącznik nie był stosowany np. w wojskowym samolocie. Poprzekładałem wszystkie gniazdka, wtyczki, przejściówki i nagle Polaron zaczął ćwierkać. Przy czym? Przy obrotowym włączniku do światła firmy Siemens-Schuckert. Jak się okazało, jego ceramiczne pokrętło pokryto glazurą z dodatkiem soli uranu. 

Włącznik znalazłem kilka lat temu w opuszczonej kamienicy przy ul. Wschowskiej 9, jako jeden z wielu i jedyny radioaktywny. Kamienicę rozebrano w 2009 r., a od paru lat na jej miejscu stoi apartamentowiec. 

W starych domach często można spotkać obrotowe włączniki światła, przeważnie jednak wykonane są z porcelitu szkliwionego na biało albo z tworzyw sztucznych (bakelit, ebonit), zatem nie wykazują promieniowania. Prezentowany włącznik jest jedynym z glazurą uranową, jaki udało mi się znaleźć w opuszczonych budynkach, zwiedzonych w latach 2007-2013. Co prawda wtedy jeszcze nie zajmowałem się dozymetrią, ale kolekcjonowałem stare wyroby elektrotechniczne i inne relikty przeszłości.

Polewa uranowa zwykle miała kolor pomarańczowy, żółty lub zielony i pokrywano nią głównie wyroby ozdobne: naczynia i figurki. Zastosowanie jej w tak masowo produkowanym przedmiocie jak włącznik światła pozwala twierdzić, że nie była zbyt droga. A skąd w ogóle wziął się pomysł zastosowania uranu w wyrobach ceramicznych? Rudy uranu początkowo były tylko odpadem w kopalniach srebra i składowano je na hałdach. Dopiero później odkryto ich właściwości barwiące i zaczęto celowo wydobywać i oczyszczać na potrzeb przemysłu. Najważniejsze złoża eksploatowano w okolicach Jachymova na terenie obecnych Czech (wówczas c.k. monarchia austro-węgierska). Do końca XIX w. ich jedynym zastosowaniem było barwienie ceramiki i szkła (słynne szkło uranowe). Dopiero odkrycie radu przez Marię Skłodowską-Curie i jej męża Piotra spowodowało wzrost zapotrzebowania na rudę uranową i skok cen. Powstanie reaktorów jądrowych i bomby atomowej uczyniło z uranu surowiec strategiczny i czasowo zakończyło jego zastosowanie jako barwnika. Złagodzenie restrykcji po 1955 r. na krótko wznowiło produkcję ceramiki z uranową polewą, jednak nie stosowano jej już do wyrobów elektrotechnicznych.

Wróćmy do naszego przełącznika. Ceramiczne pokrętło pokryto z wierzchu czarną polewą, od spodu zostawiając surowy porcelit. 

Zbliżenie  - widać wyraźnie czarną barwę, początkowo myślałem, że kolor jest bardzo ciemno zielony:

W świetle UV występuje zielona luminescencja charakterystyczna dla uranu, zwykle tłumiona przez czerwoną lub pomarańczową barwę uranowej polewy. Co ciekawe, czarna glazura uranowa świeci jedynie w ultrafiolecie emitowanym przez świetlówki UV, ultrafiolet z LED-ów nie wywołuje luminescencji.

Promieniowanie emitowane przez tą polewę składa się głównie z niskoenergetycznego promieniowania gamma oraz cząstek beta. Ponieważ licznik Geigera jest bardziej czuły na promieniowanie o niskiej energii, zatem dochodzi do zawyżenia wyników, jeśli pomiar wykonywany jest licznikiem bez kompensacji energetycznej. Poniżej przykładowe pomiary łącznej emisji:

• Polaron Pripyat' - 17 µSv/h
• ANRI 01-02 Sosna (2 liczniki blisko siebie) - 11 µSv/h
• RK-67 - 12 µSv/h
• Radiatex MRD-2 - 2,5 µSv/h
• BlackWings - 2,5 µSv/h
• Soeks Ecovisor F4 - 4,5 µSv/h
• RK-21C - 2 µSv/h 
• EKO-C - 15/70 cps, 1,1/4 µSv/h (bez filtra/z filtrem)

Wyniki te wyraźnie pokazują, jak niewiele zostaje z "17 µSv/h" mierzonych Polaronem bez klapki, gdy artefakt zmierzymy dozymetrem stosującym ten sam licznik G-M, ale osłonięty plastikiem obudowy. Gdybyśmy zaś próbowali mierzyć Polaronem z zamkniętą klapką, wynik nie przekroczyłby tła naturalnego. Temat szerzej rozwinąłem przy omawianiu innego ceramicznego artefaktu [LINK]

***

Dzięki uprzejmości Adama ze strony Była sobie elektronika mam możliwość przedstawienia innych wyrobów elektrotechnicznych pokrytych glazurą uranową:

Kostki transformatorów dzwonkowych, wskazane strzałkami.

Włączniki i wtyczka - niektóre wykazują dodatkowo luminescencję w UV, inne tylko "świecą" radiacyjnie, choć są
pokryte równie czarną polewą.

Pokrętła - z prawej całe świeci w UV, z lewej glazura uranowa pokryta jest innym barwnikiem wszędzie oprócz spodu.

Sytuacja j.w.

Dwa porcelitowe przełączniki natynkowe firmy Siemens-Schuckert - "świeci" tylko ten z prawej.

I na deser - natynkowe gniazdko ścienne z uranową polewą.

Edit [2018]: niedawno dowiedziałem się, że ten sam typ polewy stosowano też w kółkach do stolików typu barek. Swoją drogą ceramiczne kółka to słaby pomysł - ślizgają się po podłodze, zamiast toczyć, a jak się zablokują, rysują jej powierzchnię. Artefakt opisałem w osobnej notce [LINK]

Edit [2020]: na znanym z zaporowych cen targu na Kole trafiłem wyjątkowo drogi włącznik natynkowy pokryty glazurą uranową, a następnie, na Allegro, znacznie tańszy egzemplarz, opisany TUTAJ

Radioaktywna ceramika

Sole uranu wykorzystywane były do barwienia szkła (słynne szkło uranowe), ale również dodawano je do polewy na naczyniach z ceramiki. Słynęła z tego chociażby seria "Fiesta" charakteryzująca się żywymi kolorami, głównie pomarańczowoczerwonym. Skorupy tych naczyń sprzedawane są na Ebay jako źródła do testowania dozymetrów. Kosztują kilka euro, ale mogłyby być problemy na granicy., choć aktywność i potencjalna szkodliwość tych materiałów jest niewielka.

Chodząc po targu i szukając wyrobów ze szkła uranowego postanowiłem zapolować i na ceramikę.  Niestety, o ile szkło jest łatwe do rozpoznania przez jasnozieloną barwę, opalizującą i lekko jarzącą się na fluorescencyjny kolor w świetle słonecznym - o tyle ceramika jest trudna do rozpoznania. Z tego co czytałem, sole uranu używane były do produkcji naczyń czerwonych, pomarańczowych, żółtych, ale też zielonych i kremowych. Zwłaszcza tych ostatnich jest masa na rynku, a głupio sprawdzać dozymetrem każdą sztukę, w końcu sprzedawca nas pogoni ;) Dziś akurat miałem szczęście - rzucił mi się w oczy dwukolorowy, zielono-żółty wazonik. Stoisko było obszerne, kucnąłem więc tyłem do sprzedawcy (na szczęście zajętego rozmową) i wyjąłem Polarona. Momentalny skok wskazań rzędu 0,6 mR/h oznaczał automatycznie zakup. Cena była okazyjna - 1 zł - więc wazon powędrował do plecaka. Na stoisku było sporo kuchennego "mydła, bździdła i powidła", ale podobnych przedmiotów nie spotkałem. Z pewnością będę wracał :) Zachęcony sukcesem polowania obszedłem ponownie cały targ, ale inne naczynia nie wykazywały emisji. Muszę popracować nad pomiarem z odległości albo za pomocą dozymetru przymocowanego do nadgarstka ;)

Wazonik wygląda tak, zielony kolor świeci mocniej niż żółty:

Nalepka cenowa jest współczesna, ale sam wazon równie dobrze może być współczesny, jak i sprzed kilkudziesięciu lat. Tutaj pokaz świecenia - mocniejsze niż przy szkle uranowym:

Edit:

 Tydzień później na targu nie trafiłem żadnej świecącej ceramiki, choć sprawdziłem chyba wszystkie ciemnozielone wazoniki i dzbanuszki z brązowym wnętrzem (jest ich dość sporo, ale nie wykazują emisji). Równie nieaktywne są talerze, kubki i spodki w jaskrawych kolorach, łudząco podobne do Fiestaware, ale zbyt współczesne w wykonaniu i bez śladów wieloletniego używania.

Radiotoksyczność

Kolejnym istotnym terminem w ochronie radiologicznej (a także w dozymetrii) jest tzw. radiotoksyczność. Termin ten oznacza szkodliwość danego izotopu promieniotwórczego dla organizmu człowieka, z uwzględnieniem energii promieniowania, łatwości wchłaniania i selektywnego kumulowania w organizmie (tzw. narządy krytyczne) oraz wydalania z niego. Każdy izotop ma tzw. czas połowicznego rozpadu, po którym rozpadowi ulegnie połowa atomów w danej próbce (rozpad ma charakter statystyczny, jedne atomy rozpadają się szybciej, inne później, zatem nie można oszacować, kiedy rozpadnie się konkretny atom). W przypadku wniknięcia radioizotopów do organizmu pojawia się nowy parametr tzw. biologicznego czasu  połowicznego rozpadu, czyli czasu, po którym aktywność izotopu w organizmie (lub środowisku) zmaleje do połowy. Czas ten jest zawsze niższy niż fizyczny czas połowicznego rozpadu i zależy m.in. od rodzaju izotopu promieniotwórczego. Jod-131 (t1/2=8 dni) i cez-137 (t1/2=30 lat) wydalają się stosunkowo szybko, gorzej ze strontem-90 (t1/2=28 lat) czy plutonem-238 (t1/2=87 lat), który osadza się w kościach i stamtąd praktycznie się nie wydala...

***

Pod względem radiotoksyczności podzielono izotopy promieniotwórcze na 4 grupy. W grupie najniższej występuje zaledwie parę izotopów, w tym węgiel C-14 (t1/2=5700 lat) i tryt H-3 (t1/2=12,33 lat). Grupa druga jest najliczniejsza, zaliczamy do niej m.in. kobalt Co-60 (słynne ostatnio źródła przemysłowe i medyczne, t1/2=5,7 lat), wspomniany już cez Cs-137 (znany z wybuchów jądrowych i awarii czarnobylskiej) oraz iryd Ir-192 (t1/2=73,8 dnia), stosowany w defektoskopii. Grupa trzecia obejmuje jod J-131, towarzyszący Cs-137 i Sr-90 przy wybuchach i awariach jądrowych oraz naturalny tor (Th 232, t1/2=1,405×10¹⁰ lat) i uran (U-238, t1/2=4,468×10⁹ lat) - z którymi możemy zetknąć się w codziennym życiu.  Grupa ostatnia, zawiera najbardziej radiotoksyczne izotopy - i niestety najczęściej stosowane - stront Sr-90 (eksplozje jądrowe i źródła kontrolne do wojskowych rentgenoradiometrów), polon Po-210 t/1/2 138 dni (papierosy! - i herbata od rosyjskich agentów...), rad (Ra-226, t1/2=1620 lat) - zegary, zegarki i inne stare świecące gadżety (wraz z połową produktów rozpadu), ameryk Am-241 t1/2=432,2 lat (starsze czujki dymu) i pluton Pu-239 (jeszcze starsze czujki dymu). Po więcej informacji odsyłam do podręcznika Podstawy ochrony radiologicznej K. Żarnowieckiego (s. 126-132 i tablica II-9).

***

Dozymetr Radiatex - nowa wersja - MDR-2

Radiatex MDR-2 to znacznie udoskonalona wersja dozymetru MDR-1. Po konsultacjach z użytkownikami Autor wprowadził szereg modyfikacji. Przede wszystkim tuba GM nie jest owinięta folią aluminiową, co znacznie zwiększyło jej czułość na promieniowanie beta i słabą gammę. Rozszerzono regulację czasu pomiaru - do wyboru są czasy 4, 20, 40, 80, 160 i 240 s. Wprowadzono licznik impulsów na sekundę (przestawiany - graficzny lub cyfrowy), co znacząco ułatwia pomiar emisji beta. Wyniki pomiarów można logować co 4 s, 1 minutę, 2,3,5 lub 10 minut, co pozwala śledzić zmiany promieniowania tła w terenie. Umożliwiono współpracę z komputerem przez port micro-USB - można zarówno importować dane logowane wcześniej, jak również korzystać z dozymetru jak z podłączonego do PC czujnika radioactive@home. Miernik ma również możliwość kontroli napięcia baterii, obniżono pobór mocy i umożlwiono zaprogramowanie różnych typów baterii (alkaliczna, litowo-jonowa, Ni-MH). W układzie elektronicznym zamontowano filtr, dzięki czemu dozymetr nie świruje przy zbliżeniu np. do pracującego kineskopu tak jak poprzednia wersja. Tuba GM, tym razem STS-5, umocowana jest w zaciskach, dzięki czemu możemy zamienić ją na inną o tych samych parametrach pracy (BOB-33A, BOI-33 itp.). Dozymetr umożliwia również włączenie alarmu po przekroczeniu określonej dawki oraz zapamiętywanie najwyżej mocy dawki, a także pomiar kumulatywny, w zależności od potrzeb użytkownika.

Urządzenie ma plastikową obudowę, łatwo przenikliwą dla promieniowania beta. Jeśli mimo to ktoś chce zwiększyć czułość, może wyciąć okienko w obudowie. Z drugiej strony, jeśli chcemy mierzyć tylko promieniowanie gamma, możemy umieścić dozymetr w blaszance np. od herbaty, wyłożonej dodatkowo paskami ołowiu. W ten sposób możemy mierzyć oddzielnie emisję beta i gamma. Dzięki licznikowi impulsów na sekundę (CPS) możemy obliczyć aktywność beta w rozpadach/min*cm2 - mierzymy liczbę impulsów bez osłony, potem w osłonie, odejmujemy i mnożymy przez 60.

Dozymetr z włączonym trybem cyfrowym wyświetlania CPS.

Dozymetr z włączonym wykresem graficznym CPS.

Wnętrze z oryginalną tubą STS-5

Wnętrze z polską tubą BOB-33A.

Spód płytki drukowanej.

Zmiana mocy dawki w czasie przejazdu z Woli na Grochów trasą W-Z - widać, kiedy byłem w tunelu (logowanie co 1 min)

Wazonik z zieloną polewą - pomiar co 1 minutę.

Moc dawki w piwnicy - pomiar co 1 minutę.

Logi spod biurka podczas robienia radiogramów - pomiar co 1 minutę.

 minutę.

Na koniec - nieco długawy - filmik z działania dozymetru (trzeba było sprawdzić na wszystkim, co tylko świeciło):

W planach jest licznik wyposażony w tubę z okienkiem mikowym do pomiaru emisji alfa, który mógłby być alternatywą dla koszmarnie przepłaconego Gamma-Scouta lub trudno dostępnego EKO-C.

Dozymetr Master-1

Master-1 to jeden z najtańszych i najczęściej pojawiających się na rynku kieszonkowych dozymetrów. Jest jednocześnie najlżejszy... i najmniej przydatny w domowej dozymetrii. Ale po kolei.

Urządzenie z bateriami waży ok. 80 g (Polaron - 250, Sosna - 320) i ma wymiary 12,5x4,5x2 cm. Z przodu malutki wyświetlacz z zakresem do 9,99µSv/h (0,99mR/h) i guzik "reset", z tyłu klips, rozłączający obwód baterii po przypięciu dozymetru np. do paska czy kieszeni. Swoją drogą, ciekawy patent. Niektóre wersje mają osoby włącznik sieciowy na skraju obudowy z prawej strony:

Korpus wykonany jest z czarnego plastiku, wersja kremowa jest bardzo rzadka. Istnieje też nowszy wariant obudowy, bardziej masywny, ale nadal sygnowany "Master-1" - opis TUTAJ.

Dozymetr wykorzystuje standardową tubę SBM-20-1, owiniętą folią ołowianą, zatem mierzy teoretycznie tylko promieniowanie gamma. Teoretycznie, gdyż zatrzymanie wysokoenergetycznych cząstek beta nie jest takie proste, Sosna czy Polaron mają w tym celu 2 mm stali z dodatkową folią ołowianą. Zatem mierząc emisję gamma, której towarzyszy promieniowanie beta lepiej dodatkowo wyekranować betę np. kawałkiem blachy czy szkła, w przeciwnym wypadku pomiar nie będzie miarodajny.

Dokładność i tak nie jest duża, tak samo, jak i czułość. Zakres do 9,99µSv/h (0,99 mR/h) jest często za mały, zwłaszcza jak mierzymy np. zegary lotnicze, osiągające moce dawek 1,5-5,5mR/h. Musimy wówczas liczyć "przekręcenia się" licznika a następnie je zsumować (podobnie robiłem z ANRI Sosna, ale... w reaktorze w Świerku). W dodatku silniejsze źródła po prostu... zatykają licznik, który przestaje zliczać albo zwalnia. Pomiar dozymetrem Master-1 trwa 36 s, po jego zakończeniu znika migający symbol сч obok cyfr na wyświetlaczu. Zasilanie z 4 baterii guzikowych L1131 lub zamienników. Nie jest to wygodne, ale baterie starczają na dość długo i są tanie (na bazarze 1 zł / szt.).

Nie będę ukrywał, że jest to najsłabszy z dotychczas testowanych dozymetrów. Jego główną zaletą są małe rozmiary, pozwalające zabrać go "wszędzie", oraz niska cena. Osobiście jednak wolałbym dopłacić kilkadziesiąt złotych i kupić "Biełłę", która ma szerszy zakres i sygnalizację dźwiękową liczonych cząstek. Najlepiej oczywiście kupić Polarona, który ma większość cech idealnego dozymetru dla amatora.

Poniżej rzadko występująca kremowa wersja obudowy:

Oryginalny klips został zastąpiony takim oto patentem rozłączającym zasilanie. Co ciekawe, wyświetlacz pracuje jeszcze przez jakiś czas po odłączeniu baterii :)

W oryginale klips rozłączający zasilanie powinien wyglądać tak. Źródło - Wikimedia Commons.

Jak widać, była też wersja niebieska, spotkałem się również z czerwoną i brązową. Fot. Forum RHBZ

Jeszcze inna odmiana obudowy - fot. Forum RHBZ.

Schemat dozymetru Master-1, niestety nie wiem, której wersji.

***

Druga wersja z bardziej masywną obudową, sprzęt omówię w osobnej notce:

I na koniec filmik - dozymetr podczas pracy:

Radiogramy - twarz promieniowania

Powtórzyłem eksperyment Becquerela, który przyczynił się do odkrycia zjawiska radioaktywności. Becquerel był przekonany, że radioaktywność związków uranu jest wywoływana przez promieniowanie ultrafioletowe, zawarte m.in. w świetle słonecznym. Ultrafiolet, wywołując fluorescencję rudy uranowej, miał również wywoływać promieniowanie jonizujące, które zaczerniało materiał światłoczuły. Istotą eksperymentu było wystawienie na słońce płyty światłoczułej, owiniętej w czarny papier, nieprzepuszczający światła - i umieszczenie na niej kawałka rudy uranowej. Eksperyment przebiegiał "pomyślnie" - im dłużej naświetlał materiał na słońcu, tym bardziej był zaczerniony. Pewnego dnia słońce zaszło na dłuższy czas, zatem uczony schował materiał do szafki, czekając na sprzyjającą pogodę. Po kilku dniach, postanowił wywołać długo trzymany materiał - na szczęście dla rozwoju fizyki! - i okazało się, że płyta jest kompletnie zaczerniona. Dowiodło to, że radioaktywność uranu nie jest związana z wpływem światła słonecznego, a luminescencja jest tylko efektem ubocznym. Podobne badania przeprowadzała Maria Skłodowska-Curie, która wspólnie z Henri Becquerelem otrzymała Nagrodę Nobla za odkrycie i zdefiniowanie zjawiska radioaktywności. 

 ***

Poniższe eksperymenty nieco się różnią od tych z końca XIX w. Jako źródeł użyłem starych zegarków bez szkiełek, aby zapewnić jak najlepsze przyleganie do papieru i jak najmniejsze rozproszenie promieniowania. czas naświetlania - 48 godzin, trochę za mały, zwłaszcza w przypadku tarczy bez wskazówek - ledwie zarysowały się kontury cyfr. Na drugim widać, o ile silniej świeci wskazówka od reszty tarczy. Próbowałem również naświetlać papier za pomocą zegarów lotniczych przez szybkę, ale pomimo sporej mocy dawki (2 i 5 mR/h) rezultat był mizerny. Istotne jest przyleganie próbki do papieru - skala od DP-63 wyraźniej zaczerniła papier od strony niepokrytej farbą, gdzie były tylko pojedyncze zacieki, niż od frontu, gdzie moc dawki była kilkadziesiąt razy wyższa (i to przez 24h). Jako "ciemni' użyłem tekturowych pudełek z pokrywkami, nakrytych dla pewności ciemną tkaniną, a także żeliwnej brytfanny z przykrywką. Nie zaobserwowałem zaświetleń, jedynie wiek papieru trochę nabruździł, ale zaraz otworzę świeżą paczkę :)

Następne radiogramy wykonywałem już na papierze chlorowym - mniej czuły, zatem trudniej zaświetlić, pracując pod biurkiem przy zasłoniętych zasłonach i z czerwoną lampką rowerową zamiast lampy ciemniowej :)  Jak widać, dobrze naświetlony radiogram wywoływać można krótko, wystarczy i 30 s, jeśli obraz jest słaby, to nawet długie "męczenie" w wywoływaczu niewiele mu pomoże, pojawi się za to zadymienie:

Właściwie naświetlony radiogram - 5,5 mR/h przez 3 dni (nawet mogłem nieco krócej, a i tak byłby efekt).

Podczas naświetlania wskazówki nie było na tarczy - jak widać, farba świecąca, pod wpływem wilgoci, przeniknęła na tarczę, dając dość intensywne zaczernienie oraz odbity relief loga producenta (UMF Ruhla).

***

W dalszej części eksperymentów wydłużyłem czas naświetlania aż do dwóch tygodni. Jak widać, powyżej pewnej granicy zaciemnienie wzrasta nieznacznie:

5,5 mR/h - z lewej 3 dni, z prawej - 2 tygodnie:)

5,5mR/h - od dołu i od góry przez 2 tygodnie. Na papierze bromowym podobny efekt po kilku dniach :)

Stopień zaciemnienia niewiele się zmienił, co najwyżej można było krócej wywoływać i uniknąć zadymienia.

Porównanie aktywności 3 tarczy zegarkowych - naświetlanie 2 tygodnie, środkowa trochę przepalona, prawa też :)

Naświetlanie przez 4 dni dawką 5,5 mR/h kilku położonych jeden na drugim arkuszy papieru.

To samo za pomocą skali od paliwomierza o podobnej aktywności.

Ciemnia. Od lewej - wywoływacz, przerywacz, utrwalacz, płukanie.

Brytfanna z pokrywą świetnie nadaje się do naświetlania, niektóre źródełka docisnąć można odważnikiem.