Elektroskop i promieniowanie

Elektroskop, znany nam wszystkim z lekcji fizyki, jest przyrządem do wykrywania ładunków elektrycznych. Ładunki jednoimienne odpychają się, zatem jeśli naładujemy metalowy pręt z obrotowo zawieszonym ramieniem, wówczas ramię odchyli się od niego z siłą proporcjonalną do wielkości ładunku. Naładowany elektroskop utrzymuje ładunek dopóki go nie rozładujemy np. przez dotyk ręką co  sprowadza ładunki do ziemi. Pozostawiony bez interwencji, ulegnie stopniowemu samorozładowaniu, zależnemu m.in. od wilgotności powietrza (wilgoć przyspiesza), ale też od obecności promieniowania jonizującego. W ten sposób odkryto promieniowanie kosmiczne - naładowany elektroskop wynoszony rozładowywał się szybciej na pokładzie balonu lecącego wysoko nad ziemią niż na poziomie morza. Elektroskopu używano też do pomiaru natężenia promieniowania przed wynalezieniem licznika Geigera-Mullera w 1928 r. W specyficznym zastosowaniu znajdował się dużo dłużej - jako dozymetr indywidualny typu elektrooptycznego, np. polski DKP-50. Dozymetry te - o kształcie długopisu - były po prostu elektroskopami z włosowatym wskaźnikiem, ładowanymi w specjalnym pulpicie DP-23p albo rentgenoradiometrach DP-66 i DP-75. Promieniowanie powodowało stopniowe rozładowanie elektroskopu i przesuwanie wskaźnika po skali wyskalowanej w rentgenach (0-50R). Dozymetry musiały mieć wysoką sprawność (niska upływność) by ograniczyć samorozładowanie (na poziomie 2%/dzień). 

Mając różne źródła promieniowania można porównać czas samorozładowania elektroskopu. U mnie w korzystnych warunkach elektroskop rozładowuje się w 3 godziny. Do elektryzowania najlepsza jest szklana pałeczka i... kot :) Można też użyć wełny, własnych włosów, pałeczki z siarki itp. Mój egzemplarz elektroskopu jest nieco sfatygowany, ale spełnia swoją rolę:

Gry do elektroskopu przyłożymy np. skalę od paliwomierza lotniczego, rozładowanie nastąpi dużo szybciej - w niecałe 30 minut:

Podręczny zestaw źródełek

Gdy zajmujemy się dozymetrią i uzbieramy więcej mierników, często chcemy porównać ich czułość na poszczególne rodzaje i energie promieniowania oraz skontrolować zgodność wskazań. Fabryczne źródła kontrolne nie są u nas tak łatwo dostępne jak za granicą, zatem jako źródła promieniowania musimy wykorzystać przedmioty codziennego użytku. Poniżej proponowany zestaw:

1. Związki potasu - chlorek, jodek, azotan - potas naturalny zawiera śladową ilość radioaktywnego potasu-40, który znajduje się też w naszych ciałach, emisja jest bardzo słaba, więc może służyć do testowania mierników o dużej czułości, np. z okienkiem mikowym. Wystarczy woreczek strunowy zawierający ok. 100 g.
2. Elektroda wolframowa torowana (czerwona) - im grubsza, tym większa moc dawki, zalecam 3 a nawet 4 mm - emisja alfa, gamma i beta, testowanie wszystkich typów dozymetrów, mała energia promieniowania, więc niektóre mierniki z plastikową obudową mogą nie wychwycić, emisja gamma + beta jest 10 x większa niż sama emisja gamma - ułatwia to kontrolowanie wyników pomiaru. Można przechowywać w dowolny sposób. Do nabycia w marketach budowlanych.
3. Ssiatka żarowa do lamp gazowych (koszulka Auera) - zastosowanie jak wyżej, tyle że jest to źródło powierzchniowe, dobre do testowania czujników o większej powierzchni czynnej albo mierników z szeroko rozstawionymi detektorami (RKSB-104, niektóre wersje Sosny). Koszulki występują w wersji miękkiej, wypalanej dopiero po założeniu na lampę - te są wygodne, dostosowują się do kształtu np. obudowy sondy, można nimi owinąć miernik itp. Są też starsze koszulki wypalane fabrycznie, ich aktywność jest podobna, lecz lubią się kruszyć i pękać, powodując skażenie, zatem nie polecam. Koszulki miękkie należy włożyć w woreczek strunowy, aby uniknąć pozostawiania drobin bawełny nasyconej ThO2. Do nabycia na targach, często ze starymi lampami gazowymi do nakręcania na butle, rzadziej na Allegro. 
4. Szkło uranowe - niewielka aktywność, nawet przy większej zawartości uranu i grubszych warstwach z uwagi na tłumienie wewnątrz źródła, promieniowanie dość miękkie, zatem łatwo tłumione przez plastikowe obudowy mierników. Niektóre wyroby wykazują aktywność nieznacznie przekraczającą tło
5. Ceramika z polewą barwioną solami uranu - j.w., tylko moc dawki nieco wyższa. 
6. Tarcze starych zegarków ze świecącą farbą radową - do nabycia na targach, gdzie sprzedają złom zegarmistrzowski. Wykazują dużą rozpiętość w aktywności, więc mogą służyć do porównywania wskazań różnych mierników. Emisja gamma 2x mniejsza niż łączna emisja gamma + beta. Dozymetry z plastikową obudową mogą być niewrażliwe na promieniowanie tarcz z małą ilością farby. Tarcze przechowywać należy w woreczkach strunowych albo foliować, by uniknąć osypywania się farby świecącej. Z uwagi na ekshalację radonu należy je przechowywać w szczelnie zamkniętych pojemnikach. Kompletne zegarki wykazują mniejszą ekshalację, ale jednocześnie niższą moc dawki. Koszt kilka zł dla tarcz, zegarki od kilkudziesięciu do nawet kilkuset zł.
7. Kompasy Adrianowa z farbą świecącą - zastosowanie i uwagi j/w, moc dawki większa, między 0.5 a 1.5 gammy, przydatne do testowania mierników z grubszymi obudowami sond, np. rentgenometr pokładowy DPS-68. Nieszczelności obudowy grożą skażeniem od kruszącej się farby, zatem środki ostrożności muszą być ściślejsze. Koszt między 10 a 50 zł. Należy uważać na kompasy produkcji radzieckiej, gdyż nie są aktywne (srebrna igła, uszy do paska w plastiku obudowy), aktywność  wykazują polskie - igła czarna, uszka z mosiężnego drutu mocowanego do plastiku obudowy. 
8. Medaliony "zdrowotne" Quantum Pendant - zawierają tor-232, tylko w postaci bardziej skoncentrowanej niż w siatkach żarowych - niewielki krążek na rzemyku - w dodatku dostępne w wolnym handlu, np. na Allegro lub Aliexpress.

Izotopy wokół nas - tor-232

Tor-232 jest najpowszechniejszym na Ziemi pierwiastkiem niemającym żadnych stabilnych izotopów - występuje w skorupie ziemskiej w ilości 12 ppm (dla porównania uran 1.8 ppm).  Do minerałów toru należą głównie monacyt i toryt. Ulega rozpadowi alfa, rozpoczynając torowy szereg promieniotwórczy. Czas połowicznego rozpadu wynosi aż 14 mld lat, zatem aktywność właściwa toru jest niewielka. Dające się zmierzyć promieniowanie beta pochodzi od produktów rozpadu - aktynu-228 (2.124 MeV), bizmutu-212 (2.252 MeV) oraz ołowiu-212 (0.57 MeV).

Tor jako pierwiastek o wysokiej temperaturze topnienia (1755 st. C) znalazł zastosowanie m.in. w siatkach żarowych do lamp gazowych, tzw. koszulkach Auera. Koszulka z bawełny nasyconej dwutlenkiem toru z dodatkiem 1% dwutlenku ceru rozżarza się w płomieniu gazowym, dając intensywne światło o ciepłym odcieniu. Obecnie z uwagi na ryzyko skażenia w wyniku uszkodzenia takiej koszulki tor jest zastępowany itrem i cyrkonem.

 Dwutlenek toru stosowano też w wolframowych elektrodach do spawania metodą TIG - radioaktywność toru ułatwiała zapłon łuku elektrycznego i poprawiała jakość spoiny. Z uwagi na uwalnianie niewielkich ilości toru do otoczenia i spoiny obecnie stopniowo wycofuje się elektrody torowe. 

Innym zastosowaniem było szkło do wyrobu soczewek obiektywów - dodatek toru poprawiał właściwości optyczne. Obiektywy takie produkowano głównie w Japonii, choć i niemieckie Biometary z NRD czasem wykazywały zawartość toru. 

Tor-232 po absorpcji neutronu i kilku przemianach promieniotwórczych ulega przemianie do uranu-233 (naturalnie występującego w ilościach śladowych), który może służyć jako paliwo rozszczepialne w reaktorach jądrowych. Jest więc tzw. materiałem paliworodnym, tak samo jak uran-238, i może być stosowany w reaktorach powielających.

Jak się ostatnio przekonaliśmy, nieokreślony związek toru posłużył do produkcji "zdrowotnych" medalionów "Quantum Pendant", których aktywność, porównywalna z pojedynczą siatką Auera, jest na tyle wysoka, że nie powinny być noszone na skórze, zwłaszcza przez dłuższy czas. Poniżej filmik ze spektrometrią dla wątpiących: