Radiometr uniwersalny RUST-2 S (sieciowy)

Jakiś czas temu omawiałem radiometr uniwersalny RUST-2, wcześniejszą wersję popularnego RUST-3 z krajowych zakładów POLON w Bydgoszczy. Tym razem trafiła mi się jego wersja oznaczona literą "S", wprowadzona do produkcji w 1972 r. Modyfikacja oznacza dodanie możliwości zasilania z sieci prądu zmiennego 230V. Sprzęt ma z boku gniazdo na wtyczkę podobną do popularnej "ósemki" stosowanej w radiach, magnetofonach, zasilaczach i innych domowych sprzętach RTV. Bolce jednak są grubsze i mają przekrój prostokątny, takie jak w starszych pedałach do maszyn do szycia Łucznik (nowsze mają jeden styk w poziomie, drugi w pionie). Nie mam takiego kabla (może od starego gramofonu Suphaphon GZC-110 by pasował?), zatem sprzęt przetestowałem na zasilaczu, podpinając się do styków baterii.

Przy zasilaniu bateryjnym radiometr pracuje na napięciu 9V (6 baterii R-20), zmierzony przeze mnie pobór prądu ok. 100 mA. 

Miernik ma typowe gniazdo słuchawkowe, stosowane też w DP-66, DP-75, RG-1 i RK-67 (oprócz wczesnych). Możemy do niego podpiąć słuchawkę miniaturową SM-73 od w/w mierników, a jeśli potrzebujemy odsłuchu na głośnik, producent oferował przystawkę głośnikową PS-1S:

Co do walorów użytkowych, to poza ułatwieniem pracy laboratoryjnej i większą wagą (3,8 kg zamiast 3,5) pozostałe parametry przyrządu są takie same jak w przypadku wersji bateryjnej. Generalnie radiometr ma taką wartość, jak podłączona do niego sonda pomiarowa. Jeśli mamy tylko sondę SGB-1P (3 liczniki STS-6 / SBM-19), to jego użyteczność jest porównywalna z "żelazkiem" RKP-1-2 o mniejszej manewrowości i ze skalą jedynie w impulsach na minutę (cpm). 

Co innego, gdy dysponujemy sondami scyntylacyjnymi (np. SSA-1P), neutronowymi (SSNT-1 i 2), okienkowymi (SGB-2P) itp. Generalnie RUST-2 jest przydatny dla bardziej zaawansowanych użytkowników, gdyż źle ustawiając napięcie pracy sondy (zakres 375-1575 V regulowany skokowo co 25,50, 75, 100 lub 125 V) można ją uszkodzić. Różne sondy mają też różny dopuszczalny zakres mierzonych impulsów - sonda licznikowa SGB-1P służy do pomiaru skażeń beta i gamma, stąd powinna pracować na najniższym zakresie, z kolei sondy scyntylacyjne powinny być używane na zakresie x1000 (użycie sond z licznikami GM powoduje duży uchyb ze względu na czas martwy tuby). Przy sondach scyntylacyjnych napięcie należy ustawiać zgodnie z kartą badania danej sondy, biorąc wartości z rubryki "napięcie mierzone bez obciążenia" - więcej w instrukcji do RUST-3:

Filmik z pracy urządzenia - sprawdzałem go na małych aktywnościach - granit, szkło uranowe, ekstrakt z popiołu drzewnego, elektroda torowa:

Przyrząd miał jeszcze ulepszoną wersję RUST-2S-2, wprowadzoną w 1975 r. Oprócz skali w cps zamiast cpm miernik był dodatkowo przystosowany do pracy w trudnych warunkach środowiskowych. Niestety nie mam informacji, ile wyprodukowano egzemplarzy poszczególnych wersji, wiem jedynie, że wszystkich radiometrów RUST-2 powstało 400 szt. Omawiana tutaj wersja RUST-2S pojawiła się jak do tej pory (2022) tylko raz, podstawowy model RUST-2 zaś 3 razy.

Bieg własny detektora

Jednym z bardziej istotnych parametrów detektorów promieniowania (liczników Geigera-Mullera, komór jonizacyjnych, detektorów scyntylacyjnych) jest tzw. bieg własny, czyli impulsy niepochodzące od mierzonego preparatu. Na bieg własny składa się wiele czynników, przede wszystkim tło naturalne, czyli promieniowanie kosmiczne i  promieniowanie pochodzące z Ziemi, jak również promieniowanie elementów detektora i jego osłon.
 Dlatego też przy pomiarach bardzo małych aktywności buduje się specjalne osłony, mające ograniczyć wpływ tła naturalnego. Przyjmuje się, że kilka centymetrów ołowiu odcina większość promieniowania z Ziemi i składową miękką promieniowania kosmicznego. Dalsze zwiększanie grubości osłony nie powoduje już wyraźnego wzrostu efektywności osłony, a przy dużych grubościach daje o sobie znać promieniowanie domieszek zawartych w ołowiu. Dlatego też ołowiu używa się raczej na zewnętrzne osłony lub zastępuje żelazem. Na wewnętrzną warstwę, izolującą od zanieczyszczeń ołowiu i żelaza, najlepsze są metale, które można otrzymać w stanie bardzo czystym, np. rtęć czy bizmut. Przykładową osłoną może być np. 5 cm ołowiu, 20 cm żelaza i 2 cm rtęci.
Na tzw. domki pomiarowe wykorzystuje się często takie materiały, jak sezonowany ołów i stal - pierwszy pochodzi z ołowianych sztab, służących za balast rzymskich okrętów, drugi np.z pancerzy okrętów wojennych zatopionych przed 1945 r. Oczywiście pojawia się tu konflikt z interesami archeologów, przeciwnych niszczeniu zabytków szkutnictwa Antyku. Trudno się jednak dziwić zakusom fizyków, skoro ołów wytopiony 2000 lat temu nie zawiera tylu domieszek, co wytapiany współcześnie (skażenie atmosfery i gruntu produktami prób nuklearnych i awarii reaktorów), a ewentualne krótkożyciowe domieszki zdążyły dawno ulec rozpadowi.

Innym sposobem na eliminowanie tła promieniowania jest stosowanie układów antykoincydencyjnych - próbka i miernik otoczone są innymi detektorami zliczającymi impulsy pochodzące z zewnątrz, a układ antykoincydencyjny liczy tylko te impulsy, które nie pojawiły się jednocześnie w głównym liczniku i którymkolwiek z liczników zewnętrznych. Jest to szczególnie przydatne do wyeliminowania składowej twardej promieniowania kosmicznego, która wywołuje impulsy w wielu licznikach jednocześnie.

Innymi czynnikami składającymi się na bieg własny detektora mogą być zakłócenia elektromagnetyczne, złe kontakty, szumy wzmacniacza, zmiany temperatury, wstrząsy, wahania napięcia zasilającego i wiele innych. Część z nich można wyeliminować (stała temperatura, stabilizacja napięcia zasilającego, wysoka jakość komponentów), inne należy po prostu uwzględniać w prowadzonych pomiarach. Zaleca się mierzyć bieg własny przed serią pomiarów, w trakcie pomiędzy poszczególnymi partiami próbek oraz po całym dniu pracy, kiedy pomiar biegu własnego można "zapuścić" na noc, a zebrane dane użyć następnego dnia. Jeżeli chodzi o napięcie pracy licznika Geigera, to powinno być ustalone w 1/3 plateau licznika, zaraz za progiem Geigera - wzrost napięcia powoduje zwiększenie biegu własnego, po przekroczeniu progu na końcu plateau miernik ulega wzbudzeniu i zaczyna sam generować impulsy.

Przykładowe wartości biegu własnego popularnych liczników G-M:

1. SBT-11A - 0.25 imp./s (15 imp./min.)
2. SBT-9 - 0.17 imp./s (10,2 imp./min.)
3. SBM-19 - 2 imp./s (120 imp./min.)
4. SBM-20 - 1 imp./s (60 imp./min.)
5. SI38G - 0.008 imp./s (0.45 imp./min.)
6. STS-5 - 27 imp./min (0.45 imp./s)
7. LND 712 - 10 imp./min (osłona 50 mm Pb + 3 mm Al)
8. BOB-33 - 27 imp./min (0.45 imp./min, osłona 20 mm Pb)

Porównanie różnych tub GM:

Oryginalne metryczki radzieckich liczników - bieg własny to sobstwiennyj fon, niestety nie podano go we wszystkich specyfikacjach:

SBM-20

SBM-19

SBT-10, SBT-10A, SBT-11, SBT-11A

STS-5

SBT-9, SBT-10, SBT-10A, SBT-11, SBT-11A

Metryczki licznika BOB-33 produkcji Przemysłowego Instytutu Elektroniki:

Zestawienie specyfikacji liczników cylindrycznych produkcji polskiej:

Cyt. za: A. Piątkowski, W. Scharf - Elektroniczne mierniki promieniowania jonizującego, Warszawa 1979.

Liczniki okienkowe produkcji węgierskiej, amerykańskiej i polskiej:

Cyt. za: ibidem

Więcej specyfikacji i porównań TUTAJ

"Castle Bravo"

Źródło - Departament Energii USA, https://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Castle_Bravo_Blast.jpg

1 marca 1954 r. na atolu Bikini Amerykanie zdetonowali bombę termojądrową "Shrimp" (Krewetka), w której zamiast płynnego deuteru i trytu znanego z pierwszej bomby (Ivy Mike) zastosowano stały deuterek litu, łatwiejszy do przechowywania i transportu (nie wymagał stosowania ekstremalnie niskich temperatur i wysokiego ciśnienia). W takiej bombie eksplozja następuje w kilku fazach. Najpierw tradycyjny ładunek jądrowy (uranowy lub plutonowy) dostarcza odpowiedniej temperatury i strumienia neutronów. Następnie neutrony powodują powstanie deuteru i trytu z deuterku litu, a temperatura umożliwia syntezę tych izotopów w jądra helu z wydzieleniem ogromnej energii. Dodatkowo bomba obudowana jest płaszczem ze zubożonego uranu, pełniącym funkcję reflektora neutronów w pierwszej fazie wybuchu oraz dodatkowego materiału rozszczepialnego w drugiej fazie. Bomby takie mają nazwę fission-fusion-fission (rozszczepienie-synteza-rozszczepienie).

Siła eksplozji osiągnęła 15 Mt zamiast spodziewanych 5, gdyż w reakcji tworzenia trytu z litu zawartego w deuterku litu brały udział oba izotopy - Li-6 i Li-7, czego nie przewidziano. Eksplozja spowodowała silne skażenie całego atolu, którego mieszkańcy zapadli na chorobę popromienną. Sprawę próbowano wyciszyć, lecz sprawa napromieniowania załogi kutra rybackiego "Piąty Szczęśliwy Smok" (będącego 140-170 km od epicentrum) zwróciła uwagę opinii międzynarodowej na konsekwencje eksplozji. Mieszkańców atolu ewakuowano, choć wielu z nich zmarło lub cierpiało na długofalowe skutki choroby popromiennej. Władze USA zostały zmuszone do wypłacenia odszkodowań zarówno mieszkańcom, jak również własnym naukowcom i załogom okrętów, znajdującym się zbyt blisko epicentrum. Skandal wywołał tzw. Projekt 4.1 w którym eksperymentowano na ludziach i zwłokach, aby zbadać efekty działań promieniowania i opadu radioaktywnego.