Dozymetr Master-1 - nowsza (większa) wersja

Dozymetr Master-1 był już przeze mnie omawiany, natomiast dziś chciałbym zwrócić uwagę na jego nowszą i większą wersję. Miernik tak samo wykorzystuje 1 tubę SBM-20, mierzy w trybie 36 sekund i ma zakres do 9,99 µSv/h. Jest trochę cięższy - 90 g (zamiast 60) - dłuższy: 14.2 cm (12.5) szerszy: 6 cm (4.2), grubość podobna, tylko bardziej jednorodna, bez rozdęcia na tubę G-M. 

Zasilanie z 4 baterii guzikowych L1142 1.5 V (przy klapce baterii oznaczenie  6 V), ale przy takim napięciu zasilania świruje wyświetlacz wyświetlając podczas pomiaru wszystkie segmenty, zaś przy zasilaniu starymi bateriami o wypadkowym napięciu 3-4 V wskazuje normalnie. 

Aby się upewnić, czy to nie efekt oporu między bateriami, nacisku na styki itp. podpiąłem zasilacz regulowany, zaczynając od napięcia 6V i redukując je stopniowo do 3. Efekt ten sam. Nie wiem, czy to cecha mojego egzemplarza czy też jakiś defekt, gdyż starszy, mniejszy Master-1 wymagał 4 baterii L1142 (o połowę cieńsze niż popularne AG-13). Wg instrukcji miernik może z 1 kompletem pracować 300 godzin, resurs przewidziano na 6 lat. Co do zasilacza - mam nowy (ZT-1500S), z pomiarem napięcia i natężenia oraz regulacją w zakresie 1.5-13.5V (presety 3, 6, 9, 12V i możliwość regulacji ich +/- 1.5V). 

Jeżeli chodzi o czułość, to łapie betę od Sr-90 i słabą gammę od elektrod torowych, siatek Auera i medalionów Quantum Pendant, natomiast słabo reaguje na emisję szkła uranowego i ceramiki. Przy próbie pomiaru silniejszych punktowych źródeł (55 µSv na powierzchni, np. skala od DP-63A) miernik po prostu się zatyka - pomiar ustaje, wynik się nie zmienia. Odsunięcie źródła na 2 cm przywraca bieg pomiaru. Źródła o podobnej mocy dawki, ale powierzchniowe (tarcza paliwomierza) nie wywołują tak silnego efektu, choć pomiar też wydaje się zwalniać. Z drugiej strony czego wymagać od tak prostej elektroniki? Błąd pomiaru wynosi 30%, a wynikający z różnic energii promieniowania względem cezu-137 (0.662 MeV, wzorzec kalibracyjny) błąd wynosi nie więcej jak 45% dla energii 0.05 - 0.662 MeV i nie więcej niż 15% dla energii od 0.662 do 1.5 MeV. Instrukcja wymienia też niestabilność wyników pomiaru przy pracy nieprzerwanej w czasie 6 godzin na poziomie nie więcej niż 10%. Czyli praktycznie mamy indykator pozwalający stwierdzić, czy coś świeci, czy bardzo świeci.

Do miernika dołączone jest tekturowe pudełeczko i instrukcja obsługi. W instrukcji oprócz technicznych danych miernika i krótkich wskazówek eksploatacyjnych zawarto również sposób kalibracji miernika przy użyciu odpowiednich źródeł. Nie wyjaśniono natomiast, co oznacza wyświetlający się napis "Data" na wyświetlaczu - zob. wyżej.

Węgiel C-14 i badanie radiowęglowe

Węgiel C-14 znany jest przede wszystkim z zastosowania w metodzie datowania radiowęglowego, ale skąd on się bierze w żyjących organizmach?

Nasza planeta jest ustawicznie bombardowana przez promieniowanie kosmiczne, składające się głównie z protonów (90%) i cząstek alfa. Cząstki te tworzą tzw. promieniowanie pierwotne, które na skutek zderzeń i rozbijania atomów gazów atmosferycznych tworzy promieniowanie wtórne (neutrony, miony, mezony). Neutrony reagują z azotem, tworząc węgiel C-14 i wodór. Węgiel ten utlenia się w atmosferze i trafia do wszystkich organizmów żyjących na Ziemi. W organizmach żywych jego zawartość jest stała, gdyż jest ustawicznie pobierany i wydalany. Z chwilą śmierci organizmu (rośliny, zwierzęcia) ustaje dopływ "świeżego" węgla C-14, zaś ten zawarty w organizmie ulega powolnemu rozpadowi. Okres półrozpadu wynosi 5730 ±40 lat, zatem mierząc zawartość C-14 w próbce można ustalić datę śmierci organizmu (ścięcia drzewa, wykonania wyrobu skórzanego, płóciennego itp.). Zawartość C-14 w atmosferze jest zmienna, zależy m.in. od aktywności promieniowania kosmicznego, zatem do obliczeń trzeba wprowadzić pewne poprawki. Po upływie 10 okresów półrozpadu (50 tys. lat) zawartość C-14 jest na tyle mała, że datowanie tą metodą nie jest możliwe. 

Metody radiowęglowej użyto m.in. przy badaniu Całunu Turyńskiego, który podczas badania w 1988 r. datowano na lata 1260-1390, zatem dużo późniejsze niż czasy Chrystusa. Sprawa wywołała głośne kontrowersje - obrońcy autentyczności Całunu sugerowali, że poddano badaniu a) tkaninę z miejsca reperowanego w średniowieczu, b) skontaminowanego dotykiem licznych wiernych oglądających Całun  c) nasyconego tlenkiem węgla podczas pożaru w 1532, d) zawierającego nieusuniętą pleśń z lat późniejszych.

W kwestii krzywej kalibracyjnej, zdolności rozdzielczej badania i innych kwestii szczegółowych odsyłam tutaj http://www.adamwalanus.pl/datowanie/p4.html

W przyszłości datowanie metodą radiowęglową może być utrudnione z powodu skażenia środowiska  izotopami sztucznie powstałymi w wyniku wybuchów nuklearnych i awarii jądrowych - węgiel C-14 powstaje w wyniku bombardowania azotu neutronami, zatem każda eksplozja atomowa wprowadza ogromną ilość C-14 do środowiska. Eksplozje mogą mieć zarówno charakter lokalny (bomby rozszczepialne), jak i globalny (bomby termojądrowe, wodorowe), wprowadzając kolejny zmienny czynnik oprócz wahań aktywności promieniowania kosmicznego. Dodatkowo zawartość C-14 może się diametralnie różnić w różnych rejonach Ziemi. Ustalenie krzywej kalibracji w tych warunkach może być po prostu niemożliwe.

Ciekawostka - pracując przy archiwizacji fotografii usłyszałem pytanie "Czy do datowania fotografii używamy badania węglem C-14 ?"  :)

Czas połowicznego rozpadu

Jednym z bardziej istotnych parametrów charakteryzujących izotopy promieniotwórcze jest czas połowicznego rozpadu (okres półrozpadu, okres połowicznego zaniku, halflife, t 1/2 etc.). Oznacza on czas, po którym połowa jąder atomów pierwiastka promieniotwórczego ulegnie rozpadowi. Rozpad promieniotwórczy ma charakter statystyczny, a jego szybkość zależy od tzw. stałej rozpadu, różnej dla poszczególnych izotopów.

Czas półrozpadu może wynosić ułamki milisekund, jak w przypadku najcięższych, syntetycznych pierwiastków transuranowych, a może wynosić tysiące i miliony lat. W przypadku niektórych pierwiastków, czas półrozpadu jest tak długi, że przyjmuje się, że są one trwałe. 

Oprócz fizycznego czasu półrozpadu, który nie zależy od warunków zewnętrznych (temperatura, ciśnienie, atmosfera, katalizatory), istnieje też czas biologicznego półtwania, określający prędkość wydalania danego izotopu z organizmu. W przypadku np. cezu-137 jest on szybszy, gdyż cez gromadzi się w mięśniach (powinowactwo do potasu), skąd jest szybciej wypłukiwany niż np. powinowaty do wapnia stront-90, lokujący się w kościach. 

Przyjęło się, że po 10 okresach półrozpadu można uznać, że cały izotop uległ rozpadowi - jego zawartość spadnie do 0,097%. A teraz sprawdźmy to, mnożąc przez 10 podane niżej przykłady najczęściej spotykanych izotopów:

• bizmut Bi-214 - 20 minut, powstaje w atmosferze jako produkt rozpadu radonu-222
• itr Y-90 - 64.4 godziny, produkt rozpadu strontu-90
• radon Rn-222 - 3.82 dnia, piwnice, kopalnie, wydzielany przy rozpadzie Ra-226
• jod I-131 - 8 dni, diagnostyka izotopowa, radioterapia, skażenie po wybuchach nuklearnych
• iryd Ir-192, 74 dni, defektoskopia
• polon Po-210 - 138 dni, dym papierosowy, antystatyczne szczoteczki do winyli, szkolne spintaryskopy
• kobalt Co-60 - 5.7 lat, źródła kontrolne, czujniki przemysłowe, naświetlania medyczne
• tryt H-3 - 12.33 lat, współczesne świecące zegarki, kompasy i celowniki do broni wojskowej
• stront Sr-90 - 28 lat, lotnicze czujniki oblodzenia, źródła kalibracyjne, skażenie po wybuchach nuklearnych
• cez Cs-137 - 30 lat, odgromniki iskrowe, źródła kalibracyjne, skażenie po wybuchach nuklearnych
• ameryk Am-241 - 432,2 lat - jonizacyjne czujki dymu
• rad Ra-226 - 1599 lat, stare świecące zegarki, kompasy i wskaźniki lotnicze, igły do brachyterapii
• węgiel C-14 - 5730 lat, powstaje w atmosferze pod wpływem promieniowania kosmicznego
• pluton Pu-239 - 24 tys. lat, bomby jądrowe, stare czujki dymu, generatory termoelektryczne
• uran U-235 - 700 mln lat, paliwo jądrowe 
• potas K-40 - 1.2 mld lat, wszystkie związki potasu (nawozy, żywność)
• uran U-238 - 4.5 mld lat, uran naturalny, szkło i ceramika uranowa
• tor Th-232 - 14 mld lat, siatki żarowe do lamp gazowych, elektrody spawalnicze, obiektywy fotograficzne, "zdrowotne" medaliony Quantum Pendant