Promieniowanie szkła kryształowego

Szkło kryształowe, potocznie zwane "kryształami", jest wytwarzane przed dodanie do masy szklanej tlenków ołowiu, głównie glejty (PbO) i minii (Pb3O4). Zawartość tlenku ołowiu wynosi od 18 do 80 %, w zależności od przeznaczenia danego gatunku szkła. Dodatek ten zmienia wiele właściwości szkła, zmniejszając temperaturę topnienia i lepkość w postaci płynnej, a także twardość i odporność na działanie kwasów i zasad. Jednocześnie zwiększa współczynnik załamania światła i dyspersję, a także gęstość i stopień absorpcji promieniowania gamma oraz rentgenowskiego.  

Oczywiście wbrew potocznej nazwie szkło kryształowe nie ma struktury krystalicznej, tylko, tak samo jak inne gatunki szkła, amorficzną (bezpostaciową). 

Powyższe właściwości szkła ołowiowego powodują, że jest stosowane w ochronie radiologicznej jako materiał na przezroczyste osłony przed promieniowaniem, głównie w tzw. komorach gorących, gdzie pracuje się z izotopami radioaktywnymi o dużych aktywnościach. 

Komora gorąca w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku

Używa się go również do wyrobu obiektywów achromatycznych, czyli pozbawionych aberracji chromatycznej. Szkło ołowiowe jest w nich tzw. szkłem flint, czyli o wysokiej dyspersji i wysokim współczynniku załamania światła, a drugą soczewką jest szkło typu crown (potasowe), mającym niskie oba te parametry.

 

https://pl.wikipedia.org/wiki/Achromat

Ostatnim, ale najbardziej powszechnym zastosowaniem szkła ołowiowego są wyroby dekoracyjne, czyli popularne "kryształy". Niska temperatura topnienia i mała lepkość ułatwiają formowanie, zaś miękkość i podatność na czynniki żrące pozwalają na kunsztowne rzeźbienie i wytrawianie. Z kolei właściwości optyczne szkła ołowiowego zapewniają mu charakterystyczny blask i efektowne rozszczepienia światła na szlifach.

Sklep ze szkłem kryształowym w Warszawie, 1968 r., fot. G. Rutowska, zbiory NAC.

"Kryształy" były bardzo popularne w latach PRL i wytwarzano je w licznych hutach, zarówno specjalizujących się w szkle kryształowym (Julia, Violetta), jak i w zwykłych hutach szkła gospodarczego (Irena, Edyta). 

Huta szkła kryształowego "Julia", fot. G. Rutowska, zbiory NAC.

Obecnie z racji zmiany mody i obaw przed zawartością ołowiu "kryształy" są wyprzedawane za bezcen lub wręcz wystawiane na śmietniki, szczególnie najbardziej pospolite wzory. Pozwala to na łatwe zaopatrzenie się w bardzo ciekawe źródło niskoenergetycznego promieniowania. Szkło kryształowe wykazuje bowiem nieznaczną radioaktywność, możliwą do zmierzenia za pomocą większości dozymetrów beta-gamma. Osiągane wyniki stanowią dwu- lub trzykrotne przekroczenie tła naturalnego dla emisji łącznej beta+gamma lu alfa+beta+gamma. 

Niekiedy wręcz przekraczają wartości mierzone przy najmniej aktywnym szkle uranowym - porównajcie wyniki z powyższego filmu i przedstawione w notce o niskoaktywnym szkle uranowym [LINK]. 

Mierzone wartości zależą od wielu czynników, w tym zawartości ołowiu i innych pierwiastków w szkle, grubości szkła oraz jego kształtu, który wpływa na geometrię układu pomiarowego. Płaskie wyroby, przylegające do całej powierzchni detektora, zapewniają nieco wyższe odczyty niż przedmioty o skomplikowanych kształtach.

Wyroby, które mierzyłem, zarówno w domu, jak i na targu, generowały dosyć zbliżone poziomy promieniowania, na poziomie dwu- lub trzykrotności tła naturalnego. Odniesienie do tła naturalnego jest istotne szczególnie przy wysokoczułych licznikach okienkowych, których wysoka czułość oznacza jednocześnie znaczny bieg własny. Przykładowo 70 rozp/min*cm2 w MKS-01SA1M może się wydawać wysokim odczytem, ale pamiętajmy, że z tej wartości 30 rozp/min*cm2 przypada na tło naturalne. Uwaga ta dotyczy też innych niskoaktywnych źródeł, mierzonych detektorami o wysokiej czułości.

Długo nie mogłem ustalić, który izotop odpowiada za promieniowanie szkła kryształowego. Ostatecznie dzięki pomocy Czytelnika (pozdrowienia!) udało się zbadać spektrum promieniowania, gdzie wyraźny jest pik potasu-40:

Z uwagi na swoją zdolność do pochłaniania promieniowania wyroby ze szkła kryształowego mogą służyć za improwizowany domek osłonny przy pomiarach małych aktywności. Podczas próby zebrania spektrum dozymetrem Raysid udało mi się osiągnąć prawie dwukrotne zmniejszenie odczytu tła naturalnego: z 26 cps do 15.

  ***

Promieniowanie szkła kryształowego może niekiedy przeszkadzać przy poszukiwaniu szkła uranowego i ceramiki na targach, podnosząc ogólny poziom promieniowania na stoisku. Zjawisko to występuje szczególnie silnie, jeśli w kartonie znajduje się wiele wyrobów kryształowych, wówczas wynik na dozymetrze oscyluje wokół dwukrotności tła naturalnego. Nazwałem to zjawisko "pułapką ośmiu cps", gdyż szczególnie silnie widać je przy pomiarach "żelazkiem" RKP-1-2. Pułapka ta daje mylne wrażenie, że w pobliżu dozymetru znajduje się silnie "świecący" artefakt, podczas gdy promieniowanie pochodzi od większej liczby niskoaktywnych wyrobów. 

Jeżeli chodzi o bezpieczeństwo, to od strony radiologicznej nic nam nie grozi, generowana moc dawki jest bardzo niska, można ją porównać np. z granitem. Większym problemem jest zawartość ołowiu, ale tylko w przypadku długoterminowego przechowywania napojów o wysokiej kwasowości (wina, soków, coca-coli). Wówczas ołów będzie stopniowo przechodził do roztworu na skutek wypłukiwania ze ścianek naczynia. W przypadku wina porto już po dwóch dniach w kryształowej karafce zawartość ołowiu wyniosła 89 µg/l, zaś po czterech miesiącach aż 2000-5000 µg/l. Z kolei brandy przechowywana 5 lat w kryształowym naczyniu uzyskała stężenie 20000 µg/l. Z drugiej strony długotrwałe korzystanie z kryształowych naczyń powoduje wypłukanie większości ołowiu z warstwy bezpośrednio stykającej się z cieczą i zmniejszenie dalszego przenikania ołowiu do napojów. 

Z punktu widzenia dozymetrycznego szkło kryształowe jest łatwo dostępnym pomocniczym źródłem promieniowania, przydatnym do testowania czułości dozymetrów na początku zakresu pomiarowego.