Sonda scyntylacyjna SSA-1P

Sonda ta została opracowana w 1966 r. przez zespół pod kierownictwem E. Januszkiewicza. Jej oznaczenie można rozwinąć jako sonda scyntylacyjna powierzchniowa alfa. Wraz z nią opracowano całą rodzinę sond, oznaczonych SSA, SSU, SGB i SSNT, której genezę i systematykę omawiałem w osobnym wpisie [LINK]. Sonda SSA-1P przeznaczona jest do wykrywania skażeń emiterami promieniowania alfa, zwłaszcza w obecności towarzyszącego mu promieniowania gamma, na które nie jest wrażliwa.

Sonda występowała w dwóch wersjach:

• starsza, produkowana przez Biuro Urządzeń Techniki Jądrowej, a potem ZZUJ "Polon", z niemieckim fotopowielaczem Zeiss M12FS52A, dłuższym korpusem, czarnym tylnym korkiem i pierścieniem łączącym, o masie 1,27 kg
• nowsza, produkowana po przekształceniu ZZUJ "Polon" w Polon-Alfa S.A., z brytyjskim fotopowielaczem EMI 6097B, krótszym korpusem, srebrnym tylnym korkiem i pierścieniem łączącym, o masie 1,28 kg

Z lewej nowsza wersja z brytyjskim fotopowielaczem (ekran magnetyczny został we wnętrzu korpusu), z prawej starsza wersja z fotopowielaczem Zeiss, której konstrukcja jest praktycznie identyczna z uniwersalnymi sondami scyntylacyjnymi SSU-3

SSA-1P została wyprodukowana w liczbie 1500 egzemplarzy, co czyni ją drugą co do liczebności produkcji sondą produkowaną przez ZZUJ "Polon" (po SGB-1P, której wykonano aż 2000 szt.).

Specyfikacja z Katalogu 37R - izotopowa aparatura radiometryczna i przemysłowa wydanego w 1969 r.:

Nowsza wersja jest produkowana do chwili obecnej - cena nowego egzemplarza w marcu 2025 r. wynosiła 6600 zł netto. 

https://pomiarymetr.pl/pomiar.php?typ=ssa-1-p

Z kolei na rynku wtórnym pojawiły się w latach 2013-2025 wedle mojej wiedzy 22 egzemplarze, z czego zaledwie 1,5 starszej wersji (połówka to korpus z fotopowielaczem, przerobiony na sondę uniwersalną SSU-3). Najczęściej stanowiły zestaw z radiometrem RUST-3, stosowany do sprawdzania szczelności izotopowych czujek dymu, ewentualnie komplet z EKO-C/s  lub RKP-2.

Tyle tytułem historii i systematyki, przejdźmy do omawiania samej sondy.

SSA-1P służy do wykrywania skażeń emiterami alfa-aktywnymi, szczególnie przy występującym wysokim tle promieniowania gamma i beta, na które sonda nie jest wrażliwa. Przeznaczona jest do pracy ze wszystkimi radiometrami podłączanymi na jeden wtyk koncentryczny typu BNC, czyli serią RUST, MSP, RUM, URL i URS, autorskimi konstrukcjami UDR i UDAR i wszystkimi innymi, zapewniającymi wysokie napięcie 750-1350 V (zwykle wystarczy 900-1000 V). Może również współpracować z monitorami skażeń RKP-2 oraz EKO-C w wersji EKO-C/s.

Detektorem promieniowania jest scyntylator - siarczek cynku  domieszkowany srebrem - ZnS(Ag) - umieszczony na podłożu ze szkła organicznego o grubości 3 mm i średnicy 125 mm, zaś powierzchnia czynna wynosi ok. 85 cm2. Całość pokryta jest cienką folią światłoszczelną o gęstości powierzchniowej 1 mg/cm2. 

Ponieważ scyntylator ma znacznie większą średnicę niż fotopowielacz, w sondzie zastosowano stożkowy światłowód powietrzny, pokryty od wewnątrz specjalną powłoką rozpraszającą. Zapewnia on połączenie optyczne między tymi elementami i sprawia, że większość błysków światła powstałych w scyntylatorze trafia do fotopowielacza:

Zasada działania sondy SSA-1P jest typowa dla wszystkich liczników scyntylacyjnych. Błyski światła, powstające przy padaniu cząstek alfa na scyntylator, są wzmacniane przez fotopowielacz i po wzmocnieniu w radiometrze przekazywane do układu zliczającego. 

Z uwagi na zasadę działania, podczas pracy sondy niezmiernie ważna jest światłoszczelność - producent zapewnia brak wzrostu biegu własnego przy natężeniu oświetlenia do 500 luksów. W pomieszczeniach takie natężenie występuje na większości stanowisk do średnio precyzyjnych prac, natomiast prace precyzyjne wymagają silniejszego oświetlenia. 

https://www.akademiadobrychwnetrz.pl/prawidlowe-natezenie-oswietlenia

Z kolei na dworze natężenie światła sięga zwykle tysięcy i dziesiątek tysięcy luksów. Należy o tym pamiętać, pracując z SSA-1P w terenie. Jest to szczególnie istotne, gdyż nawet małe zadrapanie folii światłoszczelnej może spowodować znaczne zwiększenie biegu własnego sondy. Większe uszkodzenie zniszczy fotopowielacz - na tej samej zasadzie, jak przy spojrzeniu przez noktowizor na słońce.

Dlatego też, jeśli mamy podejrzenie uszkodzenia folii światłoszczelnej, pierwszego włączenia sondy dokonujmy w ciemnym pomieszczeniu i dopiero stopniowo zwiększajmy natężenie oświetlenia. W razie stwierdzenia wzrostu odczytu pod wpływem światła, od razu wyłączamy wysokie napięcie radiometru! Jest to szczególnie istotne przy używanych egzemplarzach, gdzie folia jest zniszczona mechanicznie lub chemicznie:

W powyższym przypadku sonda nie wykazywała wzrostu wskazań przy pracy w ciemnym przedpokoju, jedynie nieco rozjaśnionym światłem z innych części mieszkania (zdjęcie bez korekcji):

Włączenie górnego światła spowodowało natychmiastowy skok odczytu na koniec zakresu, na szczęście momentalnie zgasiłem lampę, zatem przeciążenie trwało tylko ułamek sekundy. Podczas następnych prób, już w ciemności, sonda działała normalnie, nie doszło więc do uszkodzenia fotopowielacza - ale dlatego taką uwagę zwracam na światłoszczelność! 

Drobne uszkodzenia folii można zamalować czarną farbą temperową - nie wolno stosować farb na rozpuszczalnikach organicznych! Sondy z takimi reperacjami nadal zachowują parametry użytkowe, pod warunkiem że uszkodzeń nie jest za wiele. 

Uszkodzenia o większej powierzchni albo rozdarcia folii oznaczają konieczność wymiany całej folii. 

***

Sondę podłączamy przy wyłączonym radiometrze. Jeśli mamy RKP-2, który przedtem pracował bez sondy, wyłączamy go, czekamy kilka minut i dopiero podłączamy sondę.

Gdy sonda jest podłączona, a następnie włączamy miernik i zasilacz wysokiego napięcia - jeśli ma osobny włącznik. Napięcie pracy ustawiamy zgodnie z kartą badania danego egzemplarza sondy, a jeśli jej nie mamy, wyznaczamy doświadczalnie, o czym za moment.

Po uruchomieniu radiometru odczekujemy kilka minut i mierzymy bieg własny sondy z założoną osłoną na scyntylatorze.

Bieg własny jest bardzo niski, rzędu 0,033 cps (2 cpm), a jego dokładna wartość znajduje się w karcie badania danego egzemplarza. Wzrost biegu własnego oznacza albo utratę światłoszczelności, albo skażenie powierzchni sondy. W pierwszym przypadku ponawiamy próbę w ciemności, w drugim próbujemy ustalić miejsce skażenia za pomocą małego okienkowego licznika G-M lub sondy SSU-3 ze scyntylatorem ZnS(Ag). 

Jeśli bieg własny mieści się w granicach normy, możemy przystąpić do pomiarów. Badana powierzchnia powinna być wolna od różnego rodzaju okruchów czy wystających przedmiotów, mogących uszkodzić folię światłoszczelną. Najlepiej gdy jest ona płaska i gładka, gdyż sonda naciska na nią całym swoim ciężarem. W przypadku przedmiotów o nieregularnych krawędziach najlepiej zamontować sondę w statywie, utrzymującym ją w minimalnej odległości od badanego obiektu. 

Jeżeli chodzi o czułość, to SSA-1P reaguje nawet na niewielkie aktywności emiterów alfa, których nie jest w stanie zarejestrować okienkowy licznik G-M, szczególnie gdy współwystępuje tło gamma. Za jej pomocą udało mi się wykryć skażenie folii na sondzie SGB-3P, które było ledwo wykrywalne przez najczulsze liczniki okienkowe.

Przykłady pracy tej sondy przedstawia film:

Po zakończeniu pomiarów możemy odłączyć sondę  dopiero po wyłączeniu miernika i ta zasada obowiązuje przy wszystkich innych sondach, zarówno scyntylacyjnych, jak i licznikowych. 

Jeśli nie mamy karty badania danego egzemplarza sondy albo wymienialiśmy fotopowielacz, musimy ustalić napięcie pracy doświadczalnie. W tym celu zbliżamy sondę bez nakładki do źródła promieniowania alfa (np. Am-241) i stopniowo podnosimy napięcie w radiometrze, zaczynając od 500 V. W pewnym momencie pojawią się zliczenia, które będą rosły w funkcji napięcia. Po przekroczeniu pewnej wartości (800-1000 V) wskazania ustabilizują się, dalsze podnoszenie napięcia nie będzie miało wpływu na odczyt. Napięcie pracy ustawiamy wówczas ok. 50-100 V powyżej ustalonego progu. 

Nakładka ochronna powinna być założona na scyntylatorze podczas przerw w pracy oraz magazynowania sondy. Z uwagi na delikatność fotopowielacza sondę najlepiej przechowywać w fabrycznym opakowaniu ze styropianu.

Jeśli go nie mamy, pozostaje sztywny karton lub drewniana skrzyneczka, miękko wyścielone folią bąbelkową. 

Do tej pory testowałem trzy egzemplarze nowej wersji: dwa z 1995 r. i jeden z 2001 r., oraz jeden starszej, z 1980 r. Kupując na rynku wtórnym należy uważać na uszkodzenia folii światłoszczelnej oraz samego scyntylatora a także ryzyko zniszczonego fotopowielacza, zarówno elektronicznie, jak i mechanicznie. 

Czas na podsumowanie. Sonda SSA-1P będzie przydatna głównie do wykrywania skażeń emiterami alfa lub pomiarów małych aktywności, kiedy czułość okienkowych liczników G-M będzie niewystarczająca. Pamiętajmy jednak, że większość najpopularniejszych izotopów oprócz emisji alfa emituje też promieniowanie gamma i beta, zatem ich emisję wykryją również sondy z licznikami G-M. Emitery czystego promieniowania alfa są bardzo rzadkie (pluton, polon) i lepiej nie mieć z nimi do czynienia w codziennym życiu. Zakup sondy SSA-1P powinien być podyktowany faktyczną potrzebą, a przede wszystkim - posiadaniem odpowiedniego radiometru.