Sonda ta jest kolejnym modelem z rodziny sond opracowanych przez Biuro Urządzeń Techniki Jądrowej w połowie lat 60. Dzięki zastosowaniu wymiennych scyntylatorów może służyć do selektywnego pomiaru promieniowania alfa, beta i gamma, czego nie zapewni licznik Geigera. Do sondy można zamontować następujące scyntylatory:
- ZnS(Ag) - emisja alfa
- plastikowy - emisja beta
- NaI(Tl) - emisja gamma (w wielu rozmiarach kryształu)
Dodatkowo scyntylatory czułe na promieniowanie alfa i beta mogą pracować w układzie bezokienkowym - wówczas scyntylator nie jest pokryty folią światłoszczelną, co zwiększa jego czułość, szczególnie na niskoenergetyczne promieniowanie, które jest tłumione nawet przez osłaniającą scyntylator cienką folię mylarową o gęstości powierzchniowej zaledwie 1 mg/cm2. Wymaga to jednak zastosowania tzw. statywu światłoszczelnego, gdyż inaczej światło z otoczenia zniszczy fotopowielacz, wzmacniający słabe błyski światła generowane w scyntylatorze przez promieniowanie. Skutki wystawienia włączonego fotopowielacza na światło dzienne porównać można ze spojrzeniem przez noktowizor na słońce. Wymóg zachowania światłoszczelności nie stanowi problemu przy scyntylatorach na promieniowanie gamma, które mogą mieć solidną metalową obudowę, odcinającą światło, a przejrzystą dla kwantów gamma.
Sonda ma standardowe wymiary korpusu pasujące do statywów i domków osłonnych produkcji krajowej. Również rozmiar scyntylatora jest ujednolicony. Wtyk typowy BNC-2,5 pasujący do radiometrów RUST, URL, URS, a także świetnych konstrukcji niefabrycznych w rodzaju UDR-1 i UDAR-1. Napięcie zasilania według starych specyfikacji wynosi 800-1400 V (Katalog 37R z 1969 r.), zaś według nowszych 600-1400 (instrukcja na stronie Polon-Alfa).
Podejrzewam, że jest to kwestia kolejnych wersji produkcyjnych i zastosowanego fotopowielacza - obecnie w użyciu jest nowsza wersja SSU-3-2 (opracowana w 1984 r.) z fotopowielaczem 6097A firmy Electron Tubes Ltd, przedtem zaś stosowano fotopowielacze M12FS35 firmy Zeiss.
Sprawę dodatkowo komplikuje fakt, że radiometry RUST-2 i RUST-3 nie oferują napięcia 800 V. RUST-2 ma "dziurę" między 650 a 1000 V, zaś RUST-3 "zaledwie" między 700 a 900 V. Problem ten nie występuje w stacjonarnych radiometrach URL-2 i URS-3, jak również wspomnianym już autorskich cyfrowych UDR-1 i UDAR-1. Sonda co prawda może pracować już przy napięciu 700 V, jednak będzie miała małą wydajność. Z kolei zbyt wysokie napięcie zwiększa tzw. prąd ciemny, a co za tym idzie, bieg własny. W skrajnych przypadkach może spowodować uszkodzenie sondy, zatem, podobnie jak w przypadku innych sond do radiometrów uniwersalnych, napięcie zwiększajmy stopniowo, obserwując wskazania. Dodatkowo, jeśli nie mamy pewności co do światłoszczelności sondy, pierwsze próby wykonujmy w zaciemnionym pomieszczeniu. Jeśli radiometr poprawnie wskazuje tło naturalne, możemy stopniowo oświetlać sondę coraz silniejszym światłem - jakiekolwiek wzrosty wskazań podczas tych manipulacji wymagają natychmiastowego wyłączenia miernika i znalezienia nieszczelności. Szczególnie uważać należy przy scyntylatorach ZnS(Ag), pokrytych cienką, wrażliwą folią mylarową - omawiałem ten problem przy sondzie SSA-1P. Jeśli chodzi o scyntylator gamma, problem nie jest tak poważny z racji jego metalowej obudowy, nieszczelności mogą się pojawiać jedynie przy gwincie pierścienia mocującego scyntylator na fotopowielaczu. Producent gwarantuje światłoszczelność do poziomu oświetlenia rzędu 500 luksów. Jest to natężenie światła zalecane do większości prac biurowych, prace precyzyjne wymagają dwukrotnie wyższej wartości, a w mieszkaniach oświetlenie jest zwykle dwa razy słabsze. Z kolei na dworze nawet w pochmurny dzień natężenie oświetlenia jest kilka rzędów wielkości wyższe - mój stary luksomierz selenowy pokazuje 3500 lx!
Prezentowany egzemplarz sondy SSU-3 nabyłem ze scyntylatorem NaI(Tl), przeznaczonym do pomiaru promieniowania gamma. Scyntylator jest w rozmiarze 38x25 mm, występuje również w mniejszym 22x25 mm. Czułość na promieniowanie gamma od 30 keV, czyli jest podobna jak cylindrycznych metalowych liczników G-M. Jednak wydajność jest o wiele większa w porównaniu z licznikiem G-M - dla promieniowania gamma wydajność licznika G-M jest na poziomie 1-2%, scyntylacyjny ma aż do 90%!
Najlepiej zilustruje to porównanie odległości, z której amperomierz z farbą świecącą starego typu (5 mR/h emisji gamma) był wykrywany przez SSU-3 oraz przez monitor skażeń RKP-1-2, wykorzystujący 3 duże cylindryczne liczniki GM. Sonda scyntylacyjna reagowała już z odległości 1,25 m - tło wzrastało z 18-20 cps do 22-25 cps, monitor skażeń zaś dopiero z 62 cm, tło wzrastało z 3-4 cps do 5-6. Testy prowadziłem przy napięciu 900 V, a gdy je obniżyłem do 700 V, wyniki SSU-3 zrównały się z wynikami RKP-1-2 zarówno jeśli chodzi o odległość, jak i wartość biegu własnego.
Najlepiej zilustruje to porównanie odległości, z której amperomierz z farbą świecącą starego typu (5 mR/h emisji gamma) był wykrywany przez SSU-3 oraz przez monitor skażeń RKP-1-2, wykorzystujący 3 duże cylindryczne liczniki GM. Sonda scyntylacyjna reagowała już z odległości 1,25 m - tło wzrastało z 18-20 cps do 22-25 cps, monitor skażeń zaś dopiero z 62 cm, tło wzrastało z 3-4 cps do 5-6. Testy prowadziłem przy napięciu 900 V, a gdy je obniżyłem do 700 V, wyniki SSU-3 zrównały się z wynikami RKP-1-2 zarówno jeśli chodzi o odległość, jak i wartość biegu własnego.
Z uwagi na bardzo dużą czułość i wydajność na promieniowanie gamma detektory scyntylacyjne były stosowane w prospekcji geologicznej, do poszukiwania złóż rud uranu. Po podłączeniu do odpowiednich układów pomiarowych były również używane do pomiarów spektrometrycznych, ponieważ siła impulsu w detektorze jest proporcjonalna do energii kwantu gamma, który ją wywołał. Pozwala to na zidentyfikowanie izotopu, który mierzymy, gdyż każdy z nich ma swoją charakterystyczną energię promieniowania.
Pomiar promieniowania gamma sondą scyntylacyjną jest o tyle kłopotliwy, że wymaga wyznaczenia współczynnika kalibracyjnego, czyli przelicznika liczby "surowych" impulsów z sondy na jednostki mocy dawki. Dokonuje się tego za pomocą źródeł kalibracyjnych o znanej aktywności, osobno dla każdego izotopu, który zamierzamy mierzyć. W warunkach domowych możemy to zrobić jedynie w przybliżeniu, porównując liczbę impulsów zliczanych przez sondę scyntylacyjną z mocą dawki mierzoną przez dozymetr z licznikiem G-M osłoniętym filtrem, który odcina promieniowanie beta. Pomiary takie trzeba przeprowadzać w różnych odległościach od źródła, analogicznie do kalibracji na ławie kalibracyjnej [LINK]. Niestety jeśli nie pracujemy w przemyśle jądrowym ani placówce naukowej, do dyspozycji mamy zwykle jedynie źródła o dość złożonym spektrum promieniowania: Ra-226 (stare zegarki i zegary lotnicze), Th-232 (siatki żarowe, elektrody, obiektywy) czy U-238+U-235 (ceramika z glazurą uranową, minerały). Wyjątek stanowi Am-241 (czujki dymu), emitujące słabe, monoenergetyczne promieniowanie gamma (59 keV).
Jeśli zdejmujemy scyntylator NaI(Tl) z sondy, pamiętajmy o przechowywaniu go w światłoszczelnym pojemniku wyposażonym w osuszacz (np. silikażel w woreczkach) i niedotykaniu palcami z uwagi na trujące właściwości talu, którym aktywowany jest jodek sodu. Higroskopijność i wrażliwość na światło, powodujące szybsze zużycie scyntylatora, to najpoważniejsze wady NaI(Tl).
Między scyntylatorem a fotopowielaczem powinna znajdować się specjalna wazelina, zapewniająca kontakt optyczny między powierzchniami tych elementów, jednak jeśli nie prowadzimy pomiarów spektrometrycznych, możemy ją wytrzeć i całość zmontować na sucho. Schemat mocowania scyntylatora mamy na tym rysunku ze strony producenta (LINK)
Wracając do siarczku cynku, można stwierdzić, że scyntylator ten, czuły tylko na promieniowanie alfa, jest niezwykle przydatny, jak chcemy zmierzyć jedynie tą emisję lub wykryć skażenia - wówczas nie przeszkadza nam tło gamma, w przeciwieństwie do pomiaru okienkowym licznikiem GM. Wadą liczników Geigera jest to, że wykrywają każdy rodzaj promieniowania zdolny do przeniknięcia okienka lub ścianki, choć ze zróżnicowaną wydajnością. Mamy wówczas swoisty groch z kapustą, który trudno rozdzielić. Nawet stosowanie systemu przesłon, analogicznego jak w Gamma Scoucie (cienka dla alfy, grubsza dla bety), nie rozwiązuje problemu - silne promieniowanie beta przejdzie przez cienki metal, który z kolei zatrzyma słabe promieniowanie gamma. Rozwiązaniem jest odpowiedni scyntylator, czuły tylko na określony rodzaj promieniowania. Za jego pomocą możemy stwierdzić, że emisja alfa od szkła uranowego jest znacznie słabsza niż od ceramiki z powodu mniejszej zawartości uranu i jego silnego związania z masą szklaną, co przekłada się m.in. na trudności z uzyskaniem autoradiogramu o odpowiednim zaczernieniu nawet przy dłuższej ekspozycji. Nawet wyroby ze szkła uranowego dość "gorące" (5-10 µSv/h) dają wynik rzędu pojedynczych cps, zaś standardowe szkło (1-3 µSv/h) - pojedyncze impulsy na kilka sekund. Z kolei nawet ceramika uranowa emitująca zaledwie 0,3-0,4 µSv/h łącznej emisji gamma+beta (wg Polarona) na sondzie z ZnS(Ag) wykazuje 2-3 cps!
Scyntylator ZnS(Ag) pozwala też demonstrować zasięg cząstek alfa w powietrzu i ich całkowite hamowanie przez pojedynczą kartkę typowego papieru do drukarki o gramaturze 80g/cm2:
Niestety nie posiadam scyntylatora plastikowego, aby dokonać pomiarów emisji beta. Mając taki scyntylator moglibyśmy się przekonać, że to, co uważamy za emisję beta przy pomiarze dozymetrami z licznikiem GM (Polaron, Sosna, RK-67), jest w sporej części słabą emisją gamma, towarzyszącą rozpadowi alfa, choć rozpad beta również występuje we wszystkich szeregach promieniotwórczych.
***
Sondę można porównać do omawianej wcześniej powierzchniowej sondy scyntylacyjnej SSA-1P, jednak w codziennej dozymetrii jest znacznie bardziej użyteczna. Niezwykle rzadko mamy (a przynajmniej powinniśmy mieć) styczność ze skażeniem powierzchni emiterami alfa, natomiast dużo częściej musimy zmierzyć aktywność próbki. Bardziej przydatna będzie sonda o mniejszej powierzchni okienka pomiarowego, gdyż próbki zwykle są małe lub też niewielki jest ich obszar aktywny (np. na ceramice i niektórych minerałach). Do tego duże okienko pokryte bardzo delikatną folią mylarową łatwiej uszkodzić podczas manipulowania sondą. I wreszcie brak możliwości wymiany scyntylatora mocno ogranicza zastosowanie SSA-1P.
Sonda niestety bardzo rzadko pojawia się na rynku wtórnym, choć wykonano jej łącznie 500 szt. - mój egzemplarz był pierwszy od wielu, wielu lat. Dysponując fotopowielaczem, scyntylatorem i odpowiednim warsztatem możemy oczywiście wykonać taką sondę we własnym zakresie, co z powodzeniem czyni Autor radiometrów UDR-1 i UDAR-1, od którego zresztą otrzymałem scyntylator alfa (pozdrowienia!).
I na koniec - pamiętajmy o bezpiecznym przechowywaniu sondy, polecam drewniane skrzyneczki od napojów alkoholowych, wyściełane czymś miękkim:
Sonda niestety bardzo rzadko pojawia się na rynku wtórnym, choć wykonano jej łącznie 500 szt. - mój egzemplarz był pierwszy od wielu, wielu lat. Dysponując fotopowielaczem, scyntylatorem i odpowiednim warsztatem możemy oczywiście wykonać taką sondę we własnym zakresie, co z powodzeniem czyni Autor radiometrów UDR-1 i UDAR-1, od którego zresztą otrzymałem scyntylator alfa (pozdrowienia!).
I na koniec - pamiętajmy o bezpiecznym przechowywaniu sondy, polecam drewniane skrzyneczki od napojów alkoholowych, wyściełane czymś miękkim:
Ja tam wolę kombo SSU-70+Standard70 ;)
OdpowiedzUsuńZestaw bardziej do pracy stacjonarnej ;) a RUST czy UDR weźmiesz w teren ;)
Usuń