Promieniowanie popiołu drzewnego czyli potas-40 raz jeszcze

Wreszcie udało mi się zakończyć mój wielomiesięczny eksperyment. Podczas urlopu wybrałem pół wiadra popiołu z pieca opalanego drewnem i zalałem wodą do pełna.  Przy mieszaniu należy wziąć na tyle dużo wody, by wszystkie substancje rozpuszczalne mogły się rozpuścić, ale jednocześnie nie za wiele, bo dłużej będziemy odparowywać. 

Po zamieszaniu i zostawieniu na chwilę odcedziłem szarą breję przez płótno, uzyskując żółtawy roztwór. Korzystając z ogniska odparowałem go na tyle, by zmieścił się w dwulitrowej butelce. 

Uwaga, nie używać garnków z aluminium, bo soda zawarta w popiele wchodzi w reakcję z tym metalem - nie zniszczy go, a nawet wyczyści, ale po co zużywać odczynnik i wprowadzać dodatkowe substancje do roztworu? Najlepiej stosować naczynia emaliowane lub ze stali nierdzewnej. 

Po powrocie odparowywałem pozostały roztwór, trzymając w odkrytej misce w temperaturze pokojowej. Jeśli mamy w domu wystarczająco ciepło, możemy odparować tak całość płynu, ja wolałem jednak przyspieszyć ten proces.  Gotując uważajcie, by nie przesadzić z ogniem, bo wtedy zaczyna pryskać naokoło, szczególnie w ostatniej fazie odparowania! 

Brązowawą breję pozostałą na dnie miski przełożyłem na spodeczek, zeskrobałem też pozostałości osadzone na brzegach i zostawiłem do wyschnięcia. Otrzymujemy takie oto "ciasteczko", będące mieszanką rozpuszczalnych składników popiołu, kamienia kotłowego, drobnego szlamu itp.

Można je oczywiście uformować stosownie do potrzeb, zwilżając wodą i ubijając. Możemy nadać tej masie kształt odpowiadający okienku pomiarowemu naszego radiometru, będziemy wtedy mieć niskoaktywne źródełko do testowania czułości na początku zakresu:

Gdy całość ostatecznie przeschnie, przystępujemy do pomiaru, używając w tym celu zarówno Polarona, jak i EKO-C. Jak widać, liczniki wskazują ok. dwukrotne podniesienie tła:

Miernik jest uszkodzony, powinien wskazywać 4 cps zamiast 2, a wskazuje 40:

Co istotne, szara masa pozostała po wypłukaniu związków rozpuszczalnych w wodzie nie wykazywała aktywności większej od tła. Jak widać, większość związków zawierających potas-40 rozpuszcza się w wodzie i można je dość łatwo wyekstrahować (węglan potasu, azotan potasu). 

Oczywiście w osadzie powstałym po gotowaniu było sporo innych substancji, m.in. wapienny kamień kotłowy z wody użytej do ekstrakcji (nasza studnia jest mocno zawapniona), węglan sodu, azotan sodu i inne substancje przyjmowane przez rośliny z gleby - stąd emisja jest niższa niż w przypadku chemicznie czystych związków potasu. 

Ważne, by do eksperymentu używać popiołu drzewnego, najlepiej z ogniska albo pieców opalanych drewnem. Popiół i żużle z pieców węglowych również wykazują radioaktywność, ale z innego powodu - zawartości uranu w węglu (ok. 12 ppm). Postaram się to zbadać w następnym eksperymencie. Dobrym źródłem popiołu są ogólnodostępne miejsca ogniskowe na plażach czy leśnych polanach, wystarczy wybrać się z wiadrem i łopatką po sezonie grillowym. Niestety w takich miejscach część potasu została wcześniej wypłukana przez padające deszcze.

Popiół drzewny przez wiele lat był używany do otrzymywania związków sodu i potasu, nawożenia gleby oraz... prania. Przy mieszaniu popiołu z wodą można zauważyć pewną śliskość w palcach, zupełnie jak przy użyciu detergentu, a to dzięki zawartości sody (węglanu sodu). Ale tu już odbiegamy od naszej dziedziny.

Odgromniki iskrowe zawierające cez-137

Samotny Wilk doniósł mi, że niektóre rodzaje ograniczników przepięć (odgromników) typu iskrowego zawierają niewielką ilość cezu-137, którego promieniowanie jonizuje gaz wewnątrz odgromnika i ułatwia przeskok iskry. Odgromniki te były dość trudno dostępne, występowały głównie jako "spark gap" na eBay'u. Tymczasem wystarczył rzut oka na Allegro, by znaleźć dokładnie takie same, amerykańskiej firmy Raytheon, w niewygórowanej cenie 20 zł. Po otrzymaniu przesyłki przyszedł czas na pomiar i spodziewane rozczarowanie. Żaden z moich radiometrów nie wykazał promieniowania ponad naturalny poziom tła - ani Polaron, ani Sosna, ani przewidziany m.in. do detekcji cezu PM-1401, ani nawet EKO-C z okienkiem mikowym. Jak widać, szkło i metalowe kule elektrod na tyle dobrze tłumią promieniowanie Cs-137, że gdyby nie oznaczenie na obudowie, w ogóle bym nie podejrzewał tego odgromnika o zawartość substancji radioaktywnych. Należy też mieć na względzie czas połowicznego rozpadu Cs-137, równy 30 lat - zatem od momentu wyprodukowania tych odgromników minął już co najmniej jeden taki okres i aktywność izotopu jest o połowę niższa niż na początku.

Dla celów porównawczych nabyłem kilka odgromników produkcji radzieckiej, nie noszących takich oznaczeń jak amerykańskie, ale wynik pomiaru był taki sam. 

Odgromniki radzieckie i amerykański (u dołu z prawej).

Wilkowi dziękuję za informację i zachęcam wszystkich PT Czytelników do przesyłania informacji o podobnych odkryciach :)

19. Piknik Naukowy Polskiego Radia i Centrum Nauki Kopernik

Już jutro na Stadionie Narodowym odbędzie się 19. Piknik Naukowy Polskiego Radia i Centrum Nauki Kopernik, na którym swoje stoisko będzie mieć m.in. Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej - stanowisko C21 na tej interaktywnej mapie. Z kolei w namiocie Ambasady Francji stoisko będzie miała Fundacja Forum Atomowe, nie zabraknie również reprezentacji Narodowego Centrum Badań Jądrowych. Wszystkim pasjonatom fizyki polecam ten event, zwłaszcza że w użyciu będą niektóre moje eksponaty, prezentowane na tym blogu (nie zdradzę, które) :)

Tyle tytułem ogłoszeń, do zobaczenia w następnych notkach :)

Izotopy wokół nas - cez 137

Cez-137, obok jodu-131 i strontu-90, należy do najbardziej rozpowszechnionych produktów rozszczepienia, występujących podczas eksplozji i awarii jądrowych. Czas połowicznego zaniku wynosi 30 lat, podczas rozpadu występuje promieniowanie gamma o energii 662 keV oraz beta o energii 512 keV. Cez wykazuje powinowactwo do potasu, zatem w organizmie wbudowuje się w mięśniach, wątrobie i śledzionie, skąd jest systematycznie usuwany w czasie ok. 3 miesięcy. Jest zatem mniej niebezpieczny niż stront-90, który z racji podobieństwa do wapnia wbudowuje się w tkankę kostną, skąd bardzo trudno go usunąć. Szczególnie aktywnie wchłaniają cez grzyby, więcej informacji w tym artykule. Skażenie Polski cezem po katastrofie w Czarnobylu było rozłożone bardzo nierównomiernie, jak widać większość kraju uniknęła silniejszych dawek poza tzw. anomalią opolską, gdzie deszcze spłukały cez z atmosfery na ziemię.

Zagrożenie wywołane przez radioaktywny cez po katastrofie w Czarnobylu było na tyle poważne, że produkowane wówczas radzieckie radiometry beta-gamma wyposażano w opcję pomiaru aktywności cezu w produktach spożywczych i wodzie. Do mierników dołączano specjalne plastikowe kuwetki, które napełniano badaną substancją, a następnie włączano specjalny tryb pomiaru, trwający dłuższy czas (Polaron - 10 lub 100 minut, RKSB-104 i RKGB-01 - 40 lub 400 s). Przed pomiarem należało wypełnić kuwetkę wodą bez skażeń promieniotwórczych, by móc odjąć naturalne tło. W instrukcjach podawano dopuszczalne wartości aktywności cezu w produktach, dla grzybów wynosiła ona 600 Bq/kg. Niektóre mierniki, jak ANRI Sosna, wyskalowane były w kiurach na litr / kilogram, a ponieważ kiur jest bardzo dużą jednostką (1 Ci = 37 GBq), zatem wynik był podawany w ułamkach. Poniżej komplet radiometru wraz z kuwetką:

Pewne ilości cezu pojawiały się w wyrobach metalowych na skutek przypadkowego przetopienia źródeł radioaktywnych wraz ze złomem. Najbardziej drastycznym przypadkiem było skażenie w Goianii, gdzie z opuszczonego szpitala ukradziono źródło radioaktywne używane w radioterapii. Pojemnik przechodził z rak do rąk i został w końcu otwarty, powodują poważne napromieniowanie wielu osób oraz skażenie terenu. Również w Tammiku na Litwie ukradziono źródło cezowe, choć w tym przypadku, z uwagi na charakter źródła (blok metalu), uniknięto skażenia obiektów i osób, które zostały jedynie napromieniowane (różnicę opisałem TUTAJ).

Cez stosowany jest również jako źródło kalibracyjne, zarówno w laboratoriach, jak i w niektórych radiometrach, np. RK-67 (foto niżej) oraz w radioterapii, jako tzw. bomba cezowa, mniej popularna niż bomba kobaltowa z kobaltem-60.

Można go też spotkać w odgromnikach iskrowych, zabezpieczających niektóre instalacje, jako czynnik ułatwiający przeskok iskry - więcej na ten temat TUTAJ.

Izotopowe czujniki oblodzenia w samolotach i śmigłowcach

Uzbrojony w sygnalizator PM-1401 i Polarona postanowiłem poszukać czujników izotopowych stosowanych w różnego rodzaju statkach powietrznych. Odwiedziłem w tym celu Muzeum Polskiej Techniki Wojskowej przy ul. Powsińskiej. Wzrost wskazań zaobserwowałem przy 5 eksponatach - 2 myśliwcach Lim, jednym bombowcu Ił-28 i dwóch śmigłowcach Mi-2. Nie wykazywały emisji samoloty MiG-21 w różnych wersjach ani Su-17. 

Lim - emisja przy wlocie powietrza do silnika.

Ił-28 - tu emisja była najsilniejsza, mogła pochodzić też od zegarów z farbą radową.

W przypadku samolotów część emisji mogła pochodzić od zegarów z farbą radową - pomimo akcji usuwania ich w latach 70. część mogła się zachować, zwłaszcza w egzemplarzach przeznaczonych do muzeów.

Jeżeli chodzi o śmigłowce, to udało mi się wykryć radioizotopowy czujnik oblodzenia, umieszczony przy wlocie powietrza do silników:

Sam czujnik :)

Trzeba było podnieść rękę z sygnalizatorem, by uzyskać wskazanie :)

Śmigłowce stoją na górce, jakby ktoś chciał samemu mierzyć :)

Czujnik ten działał na tej samej zasadzie jak izotopowa czujka dymu - narastająca warstwa lodu osłabiała strumień cząstek beta ze źródła ze strontem-90, padający na licznik Geigera - zmianę natężenia strumienia wykrywał układ pomiarowy i włączał sygnalizację w kabinie pilota. Podgrzewanie wlotów trzeba było włączyć ręcznie, a zaniedbanie tego wywołało parę katastrof  tych śmigłowców.

Oprócz czujników izotopowych stosowano inne konstrukcje - czujniki pneumatyczne, elektryczne, obrotowe, wibracyjne oraz wizualne. Zainteresowanych odsyłam do artykułu w piśmie "Prace Instytutu Lotnictwa" nr 213, Warszawa 2011. Z tego artykułu (s. 89) pochodzi poniższy schemat działania izotopowego czujnika oblodzenia:

Czujnik we wlocie powietrza Mi-2 w wytwórni.

Następnym razem odwiedzę Muzeum Wojska Polskiego :)

EDIT: Byłem, oto czujnik oblodzenia w śmigłowcu Mi-24 w zbiorach MWP (u góry z prawej):

Elektrody TIG typu WT-20 z dwutlenkiem toru

Do spawania metodą TIG (tungsten inert gas) stosuje się specjalne elektrody z wolframu, czystego lub uszlachetnianego domieszkami tlenków metali. Elektrody te oznaczane są kolorami, oznaczającymi rodzaj domieszki:

• złota - lantan (La)
• biała - cyrkon (Zr)
• szara - cer (Ce)
• zielona - brak domieszek
• czerwona - tor (Th)

Jak widać, czerwone elektrody zawierają 2% dwutlenku toru i stanowią najłatwiej dostępne źródło promieniowania do testowania dozymetrów.  Emisja nie jest zbyt mocna i zależy od grubości elektrody - najcieńsze o grubości 1 mm dają ledwie wykrywalne promieniowanie, grubsze 3-4 mm świecą nieco mocniej, choć i tak słabo w porównaniu z koszulkami żarowymi Auera (ok. 60 cps, 0,6uSv gammy i bety, 0,2uSv gammy czyli niewiele ponad tło). Oczywiście emisja całej paczki elektrod będzie mocniejsza niż pojedynczej sztuki, ale tu dochodzi koszt, rosnący wraz z grubością elektrody - 1 mm kosztują 2 zł, ale 4 mm już 20-40 zł!Poniżej fotografia elektrody o średnicy 3 mm:

Elektrody są dość wygodnym, punktowym źródłem, niewymagającym szczególnych warunków przy przechowywaniu, niepowodującym również ryzyka skażenia. Można je bez problemu trzymać w szufladzie, bez obawy, że zaczną się kruszyć niczym stare koszulki Auera. Nie emitują tak dużych ilości radonu co świecące zegary (zawierają tylko 2% ThO2, zawartego w strukturze stopu z wolframem). Słaba emisja sprawia, że nie trzeba trzymać ich w pancernych pudełkach, gdyż  promieniowanie zanika w odległości kilku cm, jest też łatwo tłumione przez plastik, drewno, metal i szkło.
Ponieważ niedługo elektrody z zawartością toru mają zostać wycofane i zastąpione lantanowymi, wskazany jest pośpiech przy nabywaniu tych łatwo dostępnych i najbardziej bezpiecznych źródełek :)

Filmik z pomiaru w/w elektrody różnego rodzaju miernikami - różnice w wynikach spowodowane są odmienną geometrią układu pomiarowego, typami układów zliczających oraz samych czujników (tuby G-M typu SBM-20 - Polaron, Sosna, Radiatex, SBT-13 - EKO-C, kryształ scyntylacyjny - PM-1401):