Pozytonowa tomografia emisyjna (PET)

Pozytonowa tomografia emisyjna (ang. positron emission tomography, PET) jest najbardziej zaawansowaną techniką obrazowania stosowaną obecnie w medycynie. Wywodzi się ze scyntygrafii, w której do organizmu pacjenta wprowadzany jest preparat zawierający izotop radioaktywny, a następnie detektor bada jego rozmieszczenie w diagnozowanej tkance. W tym celu najczęściej wykorzystuje się izotopy emitujące promieniowanie gamma, np. jod-131 przy scyntygrafii tarczycy [LINK]. Z kolei w pozytonowej tomografii emisyjnej stosuje się izotopy ulegające rozpadowi beta plus. W tym rozpadzie jeden z protonów ulega przemianie w neutron z jednoczesną emisją neutrina i pozytonu. Liczba atomowa pierwiastka zmniejsza się o 1, czyli cofa się on o jedno miejsce w układzie okresowym. Liczba masowa pozostaje bez zmian, zatem powstały pierwiastek jest tzw. izobarem  pierwiastka, z którego powstał. Poniżej porównanie rozpadu beta minus, który omawiałem niedawno [LINK] i beta plus (na dole) 

http://50-cent-crying-gif.iconfiles.info/beta-decay.htm

Pozyton jest "dodatnim elektronem", czyli antycząstką dla elektronu. Gdy na swej drodze napotka elektron, znajdujący się na orbicie dowolnego atomu, wówczas dochodzi do anihilacji obu cząstek, czyli całkowitego przekształcenia ich w energię, zgodnie z zasadą równoważności masy i energii, sformułowaną przez Einsteina. Podczas anihilacji powstają dwa kwanty promieniowania gamma o energii odpowiadającej masie spoczynkowej każdej z cząstek, czyli 511 keV każdy. Rozchodzą się one zawsze pod kątem 180 stopni:

By Jens Maus (http://jens-maus.de/) - own work - part of PhD thesishttp://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-23509, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=379922

Właśnie tę właściwość kwantów powstałych w wyniku anihilacji pary elektron-pozyton wykorzystuje pozytonowa tomografia emisyjna. Ponieważ podczas anihilacji oba kwanty powstają jednocześnie i rozchodzą się w ściśle przeciwległych kierunkach, istnieje możliwość precyzyjnego zlokalizowania ich źródła, a także odróżnienie kwantów pochodzących z anihilacji od promieniowania z innych źródeł. Pozostaje tylko kwestia dostarczenia izotopu do organizmu pacjenta i sprawienia, by przedostał się do tkanki, którą chcemy badać.  

Izotopy podawane są najczęściej w postaci substancji biorących udział w przemianach metabolicznych w organizmie, w których jeden z atomów jest "podmieniony" na izotop ulegający przemianie beta plus. Najczęściej jest to fludeoksyglukoza, czyli pochodna glukozy, w której jedna z grup hydroksylowych (-OH) zastąpiona jest przez atom fluoru.

Jeżeli w takiej cząsteczce naturalny, niepromieniotwórczy fluor-19 zastąpimy radioaktywnym fluorem-18, otrzymamy wówczas radiofarmaceutyk znany pod nazwą 18-F-FDG, pozwalający na dostarczenie fluoru-18 do wszystkich komórek organizmu. Glukoza, będąca głównym "paliwem" dla wszystkich tkanek organizmu, jest również absorbowana przez komórki nowotworowe. Ponieważ jednak metabolizm komórek nowotworowych odbywa się głównie na mniej wydajnej drodze beztlenowej (tzw. zjawisko Warburga), powoduje to wyższe zapotrzebowanie na glukozę niż komórek zdrowych, a tym samym większą koncentrację fluoru-18 "podczepionego" do glukozy. Pozwala to wykryć nawet bardzo małe zmiany nowotworowe, będące w stadium umożliwiającym skuteczne i szybkie wyleczenie. Czas półrozpadu fluoru-18 wynosi zaledwie 109 minut, a produktem rozpadu jest stabilny tlen-18. 

W technice PET stosowane są też inne radiofarmaceutyki, różniące się zarówno farmaceutykiem (nośnikiem izotopu, np. cholina, woda, amoniak), jak również samym izotopem (węgiel-11, tlen-15, azot-13). Przykładowo, w przypadku wody "podmieniany" jest naturalny tlen-16 na radioaktywny tlen-15. Wybór radiofarmaceutyku zależy od specyfiki badanego schorzenia i funkcji danego narządu.

Promieniowanie powstałe w wyniku anihilacji par pozyton-elektron wykrywane jest za pomocą zestawu kilku tysięcy detektorów scyntylacyjnych, ułożonych w formie pierścienia otaczającego pacjenta. 

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c1/PET-schema.png

Działają one na zasadzie powstawania błysków światła (scyntylacji), w niektórych substancjach, zwanych scyntylatorami. Te błyski są następnie wzmacnianie przez fotopowielacz i kierowane do układów zliczających oraz analizujących. Szczególną rolę odgrywa tu układ koincydencyjny, który powoduje zliczanie tylko tych impulsów, które pojawiły się w tej samej chwili w leżących naprzeciw siebie detektorach. Pozwala to na rejestrowanie tylko tego promieniowania, które powstało w organizmie pacjenta w wyniku działania radiofarmaceutyku, a pomija promieniowanie pochodzące od naturalnych izotopów w organizmie człowieka (potas-40), a także od tła naturalnego. 

Ponieważ PET ukazuje przede wszystkim zmiany metaboliczne, bez wyraźnego obrazowania struktur anatomicznych, metoda ta jest łączona albo z rezonansem magnetycznym (PET-MRI), albo z tomografią komputerową (PET-CT). Poniżej widzimy porównanie obrazu uzyskanego metodą PET (z lewej), rezonansem magnetycznym (pośrodku) oraz w wyniku komputerowego nałożenia na siebie obu obrazów (z prawej):

Z kolei analogiczny obraz uzyskany z PET (dwa z lewej), tomografii komputerowej (szary) oraz połączenia obu tych metod (kolorowy), tym razem dla całego ciała, wygląda następująco:

 

Zaletą metody PET jest ograniczenie narażenia na promieniowanie jonizujące - przy zastosowaniu fluoru-18 (t1/2 = 109 min) izotop ulegnie całkowitemu rozpadowi po 10 okresach półrozpadu, a więc po 1090 minutach czyli 18 godzinach. 

Jak sprawa wygląda od strony dozymetrycznej? Długo czekałem na możliwość dokonania pomiaru u osoby po badaniu PET, jednak przez dwa lata od opublikowania wpisu nikt się nie zgłosił, choć Czytelnicy pisali w różnych sprawach. Dopiero teraz (2023) koleżanka Żony zgodziła się wziąć dozymetr Radex Obsidian i dokonywać pomiarów od momentu pomiaru aż do wieczora tego samego dnia.  Dozymetr ten loguje pomiar co 1 minutę i umożliwia eksport danych do komputera. Jak widać na poniższym wykresie, zmierzono spadek mocy dawki ze 130 µSv/h do 6,8 µSv/h w ciągu 10 godzin:

Serdeczne podziękowania dla Pacjentki za przeprowadzenie pomiarów wypożyczonym przeze mnie dozymetrem!

W przypadku innych izotopów czas ten może być jeszcze krótszy  np. rubid-82, występujący w preparacie Cardiogen-82 używanym przy badaniu przepływu krwi przez serce (PET perfusion imaging), ma czas półrozpadu 1,2 minuty. Jest on najkrótszy spośród izotopów najpowszechniej stosowanych w obrazowaniu PET:

• rubid-82 - ~1.27 min
• tlen-15 - ~2 min.,
• azot-13 - ~10 min.,
• węgiel-11 - 20 min., 
• gal-68 - ~67 min.,
• fluor-18 - 109 min., 
• cyrkon-89 - ~78.41 h, 

Jest to jednocześnie wadą PET, ponieważ powoduje konieczność budowy cyklotronu produkującego izotopy bezpośrednio w miejscu prowadzenia badań, aby uniknąć nadmiernej utraty aktywności podczas transportu. Zwiększa to znacznie koszt badania i powoduje ograniczenie stosowania PET głównie do większych ośrodków medycznych. W Polsce badania metodą PET dostępne są w 16 ośrodkach na terenie 8 województw [LINK]:

http://www.old.slcj.uw.edu.pl/pl/pet/OsrodkiPETwPolsce.htm

Pozytonowa tomografia emisyjna stosowana jest najczęściej do diagnostyki chłoniaków, nowotworów głowy i szyi, tarczycy i trzustki. Może służyć też do monitorowania postępów chemioterapii oraz diagnostyki padaczki. W przypadku niektórych nowotworów, np. jelita grubego, inne metody diagnostyczne są wystarczające, ale PET stosuje się np. do rozpoznawania przerzutów. Oczywiście w niektórych przypadkach PET będzie mieć mniejszą skuteczność, trudno jednak o uniwersalną technikę diagnostyczną w równym stopniu wykrywającą wszelkie zmiany. 

***

Na koniec ostatnia kwestia, czyli bezpieczeństwo. Pozytonowa tomografia emisyjna przez swą istotę zakłada przyjęcie przez pacjenta pewnej dawki promieniowania jonizującego. Jest ona tak dobrana, aby zachowując skuteczność diagnostyczną jednocześnie ograniczyć możliwe negatywne konsekwencje, zgodnie z zasadą ALARA: As Low As Reasonably Achievable - tak mała (dawka), jak to realnie możliwe. Przyjęte dawki są rzędu kilku milisiwertów, czyli porównywalne lub nieco wyższe niż roczna dawka uzyskiwana przez mieszkańca Polski ze wszystkich źródeł, wynosząca 3,2-3,6 mSv. W przypadku metody PET-CT, w której obrazowanie odbywa się równocześnie poprzez pozytonową tomografie emisyjną, jak również "tradycyjną" tomografię komputerową (która wykorzystuje promieniowanie rentgenowskie) łączna dawka będzie sumą dawek od obu metod. Przykładowe rozkłady dawek możemy znaleźć w poniższej tabeli - jak widać, w zależności od badanego narządu lub części ciała większa dawka przypada bądź na PET, bądź na tomografię:

Źródło - LINK

W przypadku metody PET-MRI, gdzie badanie PET połączone jest z rezonansem magnetycznym (MRI) dawka składa się wyłącznie z promieniowania pochodzącego od radiofarmaceutyku użytego w metodzie PET. Rezonans magnetyczny wykorzystuje pole magnetyczne, a nie promieniowanie jonizujące, więcej na ten temat pisałem w notce o promieniowaniu podczas badań diagnostycznych [LINK].

Różnice w wielkości dawek przyjętych podczas PET wynikają też z rodzaju zastosowanego izotopu, jego aktywności w podanej dawce oraz czasu połowicznego rozpadu.

Źródło - LINK

Z uwagi na obecność izotopu promieniotwórczego utrzymującą się przez kilka godzin w organizmie osoby badanej zalecane jest unikanie przez ten czas kontaktu z dziećmi i kobietami w ciąży. Zalecenie to wywodzi się z większej ich podatności na ewentualne negatywne skutki promieniowania. Z tego też powodu ciąża wyklucza możliwość przeprowadzenia badania. Wynika to ze wspomnianej wyżej zasady minimalizowania narażenia na promieniowanie jonizujące i ważenia stosunku zysków i strat. 

W większości przypadków jednak dokładność metody PET, umożliwiającej wykrywanie nawet bardzo wczesnych zmian nowotworowych oraz innych zaburzeń funkcji organizmu powoduje, że zysk ze skutecznej diagnostyki znacznie góruje nad możliwymi negatywnymi skutkami promieniowania. Na tej samej zasadzie lepiej przyjąć małą dawkę promieniowania podczas prześwietlenia złamanej kończyny i mieć pewność właściwego nastawienia złamania niż ryzykować nieprawidłowe zrośnięcie się kości. Tym bardziej w przypadku nowotworów, gdzie gra toczy się często o najwyższą stawkę, a warunkiem powodzenia leczenia jest jak najwcześniejsza diagnoza. Nie bójmy się zatem PET, szczególnie że nie jest to metoda stosowana masowo i bez wyraźnej medycznej potrzeby nie otrzymamy skierowania na to badanie. Jeśli zaś już lekarz nas kieruje na PET, skorzystajmy z dobrodziejstw nauki i poddajmy się temu wyjątkowo dokładnemu badaniu.  

Pomiar promieniowania beta

Promieniowanie beta stanowi strumień elektronów, czyli cząstek elementarnych o ujemnym ładunku elektrycznym. Jego przenikliwość jest znacznie większa niż cząstek alfa - w powietrzu mogą pokonać nawet kilka metrów, w ciele człowieka zaś kilka centymetrów, zatrzyma je dopiero blacha aluminiowa lub szkło, są jednak mniej przenikliwe niż kwanty promieniowania gamma [LINK].

Źródło - LINK

Do pomiaru promieniowania beta stosuje się głównie liczniki Geigera-Mullera, które z zasady mają bardzo wysoką wydajność pomiaru tej emisji, rzędu 99%, w odróżnieniu od 1% dla promieniowania gamma [LINK]. Mogą to być:

• metalowe liczniki cylindryczne (STS-5, STS-6, SBM-19, SBM-20, BOI-33, BOI-53), wykrywające cząstki beta o energii powyżej 500 keV, 
• szklane liczniki cylindryczne (BOB-33A, M4011), czułe na silną emisję, powyżej 700 keV,
• liczniki okienkowe (BOH-45, SBT-10A, Beta-1, Beta-2, LND-7317), których czułość zależy od grubości okienka mikowego (16-200 keV).

Stosować też można odpowiednie scyntylatory plastikowe. Problem pojawia się dopiero przy jednostkach pomiaru. Jakkolwiek teoretycznie możliwe jest mierzenie promieniowania beta w jednostkach równoważnika mocy dawki, to z uwagi na zróżnicowane energie różnych izotopów beta-aktywnych taki pomiar byłby zupełnie niemiarodajny. 

Najbardziej wiarygodny jest "surowy" pomiar liczby impulsów na sekundę (cps) lub na minutę (cpm) zliczonych przez detektor. Na tej podstawie, znając powierzchnię detektora i współczynnik kalibracyjny dla danego izotopu, możemy obliczyć aktywność powierzchniową w Bq/cm2. Wymaga to oczywiście wiedzy, jaki izotop mierzymy, oraz wyznaczenia współczynnika kalibracyjnego dla tego nuklidu w danym dozymetrze. Konieczna jest więc kalibracja w laboratorium posiadającym odpowiednie źródła, m.in. CLOR [LINK].

https://www.ifj.edu.pl/badania/przeglady-naukowe/2009-2010/presentations/laboratoria/lwpd.pdf

Dzięki temu będziemy wiedzieć, że dla izotopu X częstość zliczania 10 cps oznacza aktywność powierzchniową 5 Bq/cm2, zaś dla izotopu Y częstość zliczania 15 cps przekłada się na aktywność 8 Bq/cm2. Pozwoli to wyznaczyć tzw. współczynnik kalibracyjny, czyli stosunek liczby impulsów do jednostki, w której chcemy wykalibrować miernik, w tym wypadku aktywności Jest to sytuacja idealna, z którą rzadko będziemy mieli do czynienia, szczególnie że rzadko kiedy mierzymy promieniowanie jednego tylko izotopu lub jest on nieznany, bądź też emisja beta występuje z innymi rodzajami promieniowania, szczególnie niskoenergetycznymi kwantami gamma.

Pomiar częstości zliczania jest podstawową funkcją wszystkich radiometrów uniwersalnych (RUST, URL, URS), które ponieważ służą do pracy z bardzo zróżnicowanymi sondami, mierzącymi wszystkie rodzaje promieniowania, muszą podawać surowy wynik do dalszych przeliczeń.

Stosowany bywa też w uniwersalnych miernikach przenośnych (RKP-1-2, RKP-2, EKO-C), zwykle jako dodatkowy tryb, obok pomiaru mocy dawki promieniowania gamma. Dzięki niemu, po wyznaczeniu odpowiednich współczynników kalibracyjnych, możemy mierzyć aktywność dowolnego izotopu beta-aktywnego.

Pomiar częstości zliczania może być przełączany, jak w powyższym monitorze EKO-C, a może odbywać się równolegle z pomiarem w jednostkach równoważnika dawki. Z popularnych mierników wymienić można:

• Gamma Scout (wszystkie wersje)
• Mazur PRM-9000
• GQ GMC-320 Plus

Niektóre przyrządy oferują pomiar aktywności powierzchniowej, najczęściej w rozpadach na minutę (lub rzadziej na sekundę) z centymetra kwadratowego. W tym wypadku producent fabrycznie ustalił współczynnik kalibracyjny, zwykle dla strontu-90, jako najpopularniejszego emitera beta. Nie jest to popularne rozwiązanie, ze starszych przyrządów miały je:

• RKS-20.03 Prypeć
• RKSB-104 Radian
• RKGB-01 Gorin 
• ANRI Sosna (wymaga przeliczenia po zliczeniu impulsów przez określony czas)
• DRGB-01 EKO-1
• IRD-02B1
• DP-66

Jeżeli chodzi o nowsze mierniki, to będą to 

• Terra (wszystkie modele)
• MKS-01SA1M
• Radex RD1008 (w układzie antykoincydencyjnym z licznikiem na promieniowanie gamma)

Taki pomiar jest najbardziej przydatny w warunkach amatorskich, gdyż daje bezpośrednią informację o liczbie rozpadów beta przypadających na centymetr kwadratowy powierzchni i wymaga tylko posiadania dozymetru z odpowiednim detektorem. Oczywiście pamiętajmy, by wykonać pomiar zarówno z otwartą (gamma+beta), jak i z zamkniętą osłoną detektora (gamma), a następnie odjąć wartość pomiaru gamma od łącznego gamma+beta. Taki wynik będzie nieco zawyżony przez niskoenergetyczną emisję gamma, ale wystarczy do pomiarów porównawczych.

Niestety większość dozymetrów dostępnych obecnie na rynku nie oferuje pomiaru ani częstości zliczania, ani aktywności powierzchniowej. Najczęściej mamy do czynienia z następującymi układami:

• detektor ze zdejmowaną przesłoną lub umieszczony w dwustronnej sondzie, ale bez skali w rozpadach, jedynie z opcją "indykacji beta"
• detektor na stałe odsłonięty, skala j.w.
• detektor zasłonięty cienkim plastikiem obudowy
• detektor w ekranie ołowianym i zasłonięty plastikiem ołowianym.

Więcej o tych "szkołach" budowy dozymetrów pisałem na łamach Postępów Techniki Jądrowej [LINK], teraz chciałbym skupić się na dwóch pierwszych układach. 

"Indykacja beta" oznacza orientacyjny pomiar aktywności beta w tych samych jednostkach, w których mierzona jest moc dawki promieniowania gamma.  Oznacza to, że promieniowanie beta jest mierzone na tej samej skali, co promieniowanie gamma, wyskalowanej w jednostkach mocy dawki ekspozycyjnej (mR/h), pochłoniętej (µGy/h) lub równoważnika dawki µSv/h). Jest to tak naprawdę stwierdzenie obecności promieniowania beta po porównaniu wyniku pomiaru z zasłoniętym i odsłoniętym detektorem (DP-66M, DP-75) lub odkrytą i zakrytą stroną sondy pomiarowej (RK-67, RK-20, RK-21). Instrukcja do RK-21 podaje, że różnica w pomiarach obiema stronami sondy wynosi dla emisji gamma od 1,2 do 5 w zależności od energii promieniowania, dla emisji beta zaś aż 1000:

Oprócz obecności promieniowania beta można też oszacować aktywność, choć trudno przełożyć wartości w jednostkach mocy dawki na jednostki aktywności powierzchniowej. Ciekawym przykładem jest tutaj seria wojskowych rentgenoradiometrów DP-66 - pierwszy model, oznaczony DP-66, miał skalę w mR/h i rozp/min/cm2, drugi (DP-66M) już tylko w mR/h, ale instrukcja podawała sposób przeliczania tych wartości. 

Dla celów amatorskich, jeśli mamy któryś z mierników wyskalowanych tylko w jednostkach mocy dawki, możemy podać aktywność beta w tych jednostkach, zaznaczając tylko, jakim przyrządem była mierzona. Sam często podaję łączny pomiar beta+gamma wg Polarona z uwagi na powszechne stosowanie tych mierników wśród dozymetrystów amatorów, szczególnie dla ceramiki z glazurą uranową, która emituje całe spektrum promieniowania. Pamiętajmy też, że pomiar licznikiem G-M generalnie ma charakter orientacyjny i porównawczy, a do dokładniejszych i bardziej selektywnych pomiarów służą inne detektory, głównie scyntylacyjne. Szczególnie w przypadku ceramiki uranowej łatwo pomylić emisję beta z niskoenergetycznym promieniowaniem gamma, które w dodatku zawyża wynik z powodu energetycznej zależności licznika G-M. 

Obecnie niestety większość dozymetrów ma całkowicie lub częściowo odsłonięty detektor bez żadnej zdejmowanej klapki, pozwalającej na odcięcie promieniowania beta. Taki przyrząd mierzy swoisty "groch z kapustą", czyli mieszankę promieniowania gamma i beta o różnych energiach. Jeśli detektor jest częściowo osłonięty, np. gęstą kratką lub szczelinami w obudowie, wówczas część emisji beta i niskoenergetycznej gamma ulegnie osłabieniu i wynik pomiaru będzie składał się w większości z promieniowania gamma o wyższych energiach. Nie będzie to jednak pomiar samej "czystej" emisji gamma, jak w przypadku miernika z klapką-filtrem lub detektorem owiniętym folią ołowianą, tak samo jak nie będzie to pomiar całości emisji z danego źródła. Możemy co prawda wykonać filtr z blachy aluminiowej o grubości 1 mm i wykonać dwa pomiary tak samo, jak przy dozymetrach ze zdejmowanym filtrem, jednak zarejestrujemy znacznie niższy odczyt emisji beta. 

Pomijam już fakt, że to, co umownie nazywamy "betą", szczególnie przy źródłach zawierających naturalny tor i uran, w rzeczywistości jest mieszanką emisji beta i niskoenergetycznych kwantów gamma. W dodatku jeśli pomiar dokonywany jest nieskompensowanym energetycznie licznikiem G-M, wówczas niskoenergetyczne kwanty gamma znacznie zawyżają pomiar, gdyż taki licznik jest znacznie bardziej czuły na promieniowanie gamma o niskiej energii niż o wysokiej. Wówczas część odczytu to faktyczne cząstki beta, zaś reszta zliczeń to przeszacowane impulsy od niskoenergetycznego promieniowania gamma. Jednak do dokładnego rozdzielenia tych rodzajów promieniowania potrzebne są detektory scyntylacyjne. 

Podsumowując, dla celów porównawczych, głównie ceramiki uranowej, możemy posługiwać się wartościami podawanymi przez Polarona bez klapki, gdyż i tak, większością kieszonkowych dozymetrów, nie uzyskamy pomiaru samego promieniowania beta. Praktycznie zawsze będzie to pomiar łączny aktywności beta i niskoenergetycznych kwantów gamma. Zatem miejmy to na uwadze, gdy mówimy, że dane źródło daje ileś  µSv/h "bety" na Polaronie.

Autoradiogramy cz. V

Właśnie wywołałem serię autoradiogramów nastawionych w marcu bieżącego roku. Jako źródła wystąpiły następujące obiekty, głównie z glazurą uranową (w nawiasie aktywność alfa zmierzona scyntylatorem ZnS(Ag) i łączna alfa+beta+gamma mierzona EKO-C bez osłony):

• fragmenty talerza w holenderskim stylu "Gouda" (2-5 Bq/cm2,  340 cps)
• kafel z motywem gwiazdek (5,2-9 Bq/cm2, 490 cps)
• tacka z opalizującą żółtą glazurą [LINK] (0,8-2,2 Bq/cm2, 10 cps)
• włącznik natynkowy do światła [LINK] (poniżej progu, 30 cps)
• "odpromiennik" na telefon zawierający Th-232 [LINK] (3,8-7 Bq/cm2, 20 cps)

Najsilniejszy ślad zostawił kafel z pomarańczową glazurą, co pozwoliło na krótki czas wywoływania i uniknięcie zadymienia. Dzięki temu mogę zaprezentować odbitkę bez żadnej obróbki graficznej, prosto ze skanera:

Holenderski talerz, z którego pochodziły fragmenty użyte w eksperymencie, był cały pokryty ciemnozieloną glazurą, na której naniesiono pomarańczowe, czerwone i niebieskie detale obwiedzione złocistym szlaczkiem. Jest to tzw. styl Gouda, którego nazwa pochodzi od miasta, specjalizującego się w wyrobach ceramicznych. Miałem kilka wyrobów tego typu, ale dopiero ten wyszczerbiony i popękany talerz mógł zostać pokruszony i użyty do wykonania autoradiogramów.

Jak widać po intensywności zaciemnień, złocisty szlaczek zawierał większą koncentrację związków uranu niż zielone tło, a pomarańczowy barwnik zupełnie nie był aktywny i kompletnie odcinał cząstki alfa z zielonego podłoża. Mały fragment, umieszczony na tym samym arkuszu papieru, niestety uległ przesunięciu od przypadkowego potrącenia pojemnika, na szczęście docisk większego kawałka był wystarczająco silny, by utrzymać go na miejscu.

Drugi fragment odcisnął się mniej równomiernie, gdyż pochodził ze środka talerza i był lekko wybrzuszony:

Z kolei najmniejszy przylegał najmocniej do papieru i możemy na nim zaobserwować charakterystyczny "marmurkowy" wzór, złożony z najbardziej aktywnych miejsc:

Włącznik światła postawiłem na papierze stroną nieszkliwioną, która normalnie przylega do ściany, a na której w ultrafiolecie zauważyłem luminescencję, świadczącą o obecności związków uranu. Na papierze fotograficznym zaznaczyły się poszczególne miejsca koncentracji uranu oraz otoczka, pochodząca od rozproszonego promieniowania z bocznych krawędzi korpusu włącznika.

Tacka z motywem gwiazdy, wykonanym z żółtej, opalizującej glazury, miała bardzo małą aktywność, a jednak udało uzyskać się wyraźny, choć bladawy obraz. Niestety część papieru leżała nad wgłębieniem w tacce i nie przylegała odpowiednio, skutkując rozmazaniem obrazu:

Odpromiennik został włożony w zgięty na pół kawałek papieru fotograficznego i dociśnięty płaskim magnesem do wewnętrznej ściany puszki po cukierkach. Odwzorowanie na emulsji jest bardzo równomiernie zaciemnione, a dodatkowo występują ślady promieniowania rozproszonego po drugiej stronie.

Z uzyskanych efektów wynika kolejne potwierdzenie poprzednich ustaleń:

• o uzyskaniu obrazu na emulsji decyduje przede wszystkim aktywność alfa, stąd nawet niskoaktywna glazura uranowa może wytworzyć wyraźny autoradiogram, jeśli tylko scyntylator ZnS(Ag) wykaże obecność cząstek alfa
• bardzo ważny jest równomierny i silny docisk źródła do papieru
• wystarczająco naświetlony autoradiogram potrzebuje krótkiego czasu wywoływania (1 min po ukazaniu się obrazu)
• nadmierne przedłużanie wywoływania powoduje wzrost zadymienia
• suszenie na szybie lub innej płaskiej, gładkiej powierzchni jest wystarczające i nie powoduje nadmiernego pofalowania odbitek

Jeżeli próbowaliście wykonywać podobne autoradiogramy lub macie jakieś pytania co do zastosowanej techniki, dajcie znać w komentarzach!

Czarna glazura uranowa

Glazura barwiona związkami uranu występuje praktycznie we wszystkich barwach za wyjątkiem niebieskiej. Kolor czarny stosowany był jednak najczęściej na porcelanie elektrotechnicznej (gniazdka, wtyczki, włączniki, kostki) i to nie z przyczyn estetycznych, a praktycznych – dodatek uranu obniżał temperaturę topnienia i napięcie powierzchniowe, ułatwiał też przyleganie glazury do ceramiki [LINK].

Spodziewałem się jednak znaleźć naczynia, które pokryto tą glazurą w celach ozdobnych i zwracałem szczególną uwagę na czarne szkliwo. Przez kilka lat poszukiwania nie dawały rezultatu, choć przy okazji odkryłem glazurę w kolorze wiśniowym [LINK] i opalizująco żółtym [LINK], a także dymne szkło uranowe [LINK].

Wreszcie jednak zauważyłem wybitnie świeżą dostawę na stoisku, które od pewnego czasu było jałowe pod względem uranowym. Nie planowałem głębokich poszukiwań i to zwłaszcza tam, szczególnie że miałem wyjątkowo mało czasu. Nowy asortyment i niezawodny RKP-1-2 w ręku sprawiły jednak, że po chwili wygrzebałem małą miseczkę, dającą bardzo wyraźny odczyt.

Zacząłem więc dokładnie przeszukiwać kartony. Analogiczna miseczka w kolorze zielonym nie wykazywała aktywności, choć ten kolor glazury bywa również „świecący”. 

Chwilę później znalazłem kieliszek, sprawiający wrażenie elementu zestawu. Dalsze nurkowanie przyniosło łącznie 4 sztuki tych kieliszków.

 

Po powrocie do domu przystąpiłem do pomiarów, do których użyłem większości posiadanego sprzętu dozymetrycznego. Wyniki przedstawiają się następująco (wszystkie pomiary z odsłoniętym detektorem): 

Miseczka (bok/góra) 

• Polaron - 23/20 µSv/h
• ANRI Sosna - 10-12/19 µSv/h
• MKS-01SA1M - 2700/3100 rozp/min/cm2
• Radex RD1008 - 750/1000  rozp/min/cm2 
• EKO-C - 90/230 cps

Kieliszek (bok/góra)

• Polaron - 34-40/33 µSv/h
• ANRI Sosna 27-29/35
• MKS-01SA1M - 5100-6000/7200  rozp/min/cm2
• Radex RD1008 - powyżej 1666 rozp/min/cm2 (zakres kończy się na 999 rozp/min/cm2, ale zamknięcie przesłony detektora daje 40% osłabienie promieniowania od glazury uranowej, jednak nadal nie jest ono wystarczające, by nie przekroczyć zakresu)
• EKO-C - 260-280/300 cps

Jak widać, miseczka pokryta jest równomiernie, natomiast na kieliszkach grubość powłoki wykazuje znaczne wahania, przekładające się na wynik pomiaru.

Oba wyroby wykazują luminescencję w ultrafiolecie, ale tylko w promieniowaniu emitowanym przez świetlówki UV z uwagi na mniejszą dominantę światła widzialnego niż w przypadku diod LED. Luminescencja uwypukla też różnice w grubości powłoki, widoczne w postaci zacieków, które mają istotny wpływ na moc dawki.

W świetle UV widać też nierówności ceramicznego podłoża, wyglądające na sygnaturę producenta.

Na sam koniec przedstawię inny wyrób z czarną glazurą uranową, wyszukany przez @foton_gamma:

Popielniczki osiągają 13,65 µSv/h łącznej emisji na Polaronie i 1,84 µSv/h na KB4011, niestety nie wykazują luminescencji.

Nieco podobny odcień czerni przemieszanej z brązem ma znaleziony niedługo później talerzyk. Na spodzie widać trzy korony, symbol producenta - firmy Rörstrand, zaś Viking to wzór, który opracował Carl Harry Stålhane, produkowany następnie w latach 1968-1979. Z kolei VDN to Varudeklarationsnämnden, szwedzka Tabela Deklaracji Towarowych, normująca różne produkty, od naczyń po pasze dla bydła, w zakresie jakości i użytych materiałów. Ten talerzyk oznaczono symbolem P-333, czyli jest to porcelana skaleniowa (P), szkliwo ma średnią odporność na uszkodzenia (3), nie nadaje się do do przechowywania wszystkich produktów (3) i można myć je ręcznie w temperaturze do 45 st. C (3). Dla porównania numer 555 oznaczałby brak ryzyka pęknięć glazury, zastosowanie do wszystkich produktów i możliwość mycia w zmywarce w 75 st. C. Jak widać, oznaczenia tego talerzyka ujawniają całkiem pokaźną garść informacji.

Wyniki pomiarów łącznej emisji beta+gamma przedstawiają się zaś następująco (przód/tył):

• RKS-20.03 Prypeć - 31/26
• ANRI 01-02 Sosna - 29/25
• MKS-01SA1M - 3900/3300 rozp/min/cm2 (łączny pomiar alfa+beta+gamma)
• EKO-C - 380/310 cps
• RKP-1-2 - 700-800/500-600 cps

Talerzyk niestety nie wykazuje luminescencji ultrafiolecie, zarówno tym z LED-ów, jak i ze świetlówek.

Z kolei to naczynie znalezione 20.08.2023 r. ma czarną glazurę, która w silnym świetle ujawnia marmurkowy ciemnobrązowy deseń i czarny szlaczek wokół górnej krawędzi. Sygnowane "Wiskemann Bruxelles", choć ta firma produkowała głównie sztućce i metalową zastawę stołową [LINK]. Przedmiot trudny do sfotografowania z uwagi na odblaski:

 Odczyt na Sośnie bez klapki 10,05/9,62 µSv/h (bok/spód), luminescencja w ultrafiolecie 365 nm (ze świetlówek) wyraźna. 

***

Jeżeli trafiliście na czarną glazurę uranową i chcecie się podzielić zdjęciami Waszych zdobyczy, dajcie znać w komentarzach! Ja tymczasem wyruszam na następne poszukiwania. 

Indykator promieniowania "Impuls"

Gdy zobaczyłem ten indykator na Olx, spodziewałem się otrzymać urządzenie rozmiarów SIM-03 czy Eltes 902 Tymczasem miernik ma prawie wielkość pudełka transportowego od Polarona i jest największym z prostych indykatorów promieniowania produkowanych w licznych firmach po katastrofie w Czarnobylu.

 

„Impuls” jest indykatorem promieniowania mającym orientacyjną skalę w postaci rzędu diod LED oraz dźwiękową i świetlną sygnalizację zliczanych impulsów. Detektorem promieniowania jest nieznanego typu licznik G-M umieszczony w metalowym ekranie, odcinającym promieniowanie beta i wyrównującym charakterystykę energetyczną promieniowania gamma. Na obudowie zaznaczono zarówno środek długości licznika (z lewej strony), jak i oś podłużną (na górnej powierzchni).

Zakres wskazywanych wartości zaczyna się od 0,3 µSv/h (oznaczenie żółte), a następnie idą same „czerwone” dwukrotności tego poziomu, aż do 38,4 µSv/h. Zadziwiające jest użycie tak ścisłych wartości, szczególnie na wyższych zakresach, zamiast zaokrąglonych (40, 20, 10), zwłaszcza w indykatorze o błędzie pomiarowym rzędu 30-50%.

Indykator obsługujemy trzema przełącznikami:

• górny, z symbolem słońca, włącza przyrząd, uruchamiając jednocześnie świetlną sygnalizację impulsów za pomocą znajdującej się przy nim diody LED
• środkowy, z symbolem głośnika, obsługuje dźwięk:
• [пост.] – stała sygnalizacja impulsów
• [откл.] – wyłączony
• [порог] – tylko sygnalizacja przekroczenia 1,2 µSv/h
• dolny, z napisem контроль, sprawdza działanie obwodów dozymetru, po jego wciśnięciu i przytrzymaniu zaczynają się świecić kolejno diody LED sygnalizujące poszczególne wartości mocy dawki i włącza się sygnał dźwiękowy

Przełączniki umieszczono we wgłębieniach, zapobiegającym przypadkowemu włączeniu. Pracują z wyraźnym oporem i nie są intuicyjnie opisane, szczególnie włącznik - trudno mieć pewność, że urządzenie kompletnie wyłączyliśmy, skoro wyłącznik opisano symbolem żarówki i logicznym się wydaje, że wyłącza tylko podświetlenie.

***

Dozymetr pracuje w trwających ok. 1 s cyklach, w czasie których wynik szybko rośnie aż do osiągnięcia wartości  charakterystycznej dla danego źródła, po czym wszystkie diody LED gasną i pomiar rozpoczyna się od nowa. Szybki czas reakcji jest dużym plusem tego miernika - wynik mamy praktycznie po 1 s, a jeśli chcemy mieć pewność wystarczy zaobserwować 3 pomiary. 

Czułość indykatora jest ograniczona do silniejszych emiterów promieniowania gamma. Ekran licznika G-M jest gruby i skutecznie odcina niskoenergetyczną emisję gamma i cząstki beta. Ceramika uranowa powoduje jedynie nieznaczny wzrost wskazań i to tylko przy najbardziej aktywnych egzemplarzach, tak samo jak szkło uranowe. Z drugiej strony może to być zaletą, jeśli chcemy wiedzieć, jaką część całkowitej emisji siatki żarowej czy soczewki stanowi twarde promieniowanie gamma. Jak widać na poniższym filmiku, większość typowych źródeł oscyluje między 0,6 a 2,4 µSv/h emisji gamma.

Zakres pomiarowy tego indykatora trudno przekroczyć, nawet zegary lotnicze będą oscylować między 9,6 a 19,2 µSv/h.

 ***

Zasilanie odbywa się z baterii tzw. płaskiej typu 3R12 o napięciu 4,5 V, stosowanej dawniej w latarkach i niektórych radioodbiornikach przenośnych. Jest to drugi dozymetr zasilany z takiej baterii, jeśli liczyć szkolny indykator z zakładów Elektrodieło, omawiany w 2018 r. 

Zastosowanie baterii 3R12 znacznie zwiększa rozmiary dozymetru, choć ma ona nieco większą pojemność niż odpowiadający jej układ 3 ogniw R-6/AA. Pobór prądu nie jest jednak na tyle duży, by uzasadnić takie rozwiązanie.

Baterie 3R12 są nadal łatwo dostępne, a w razie potrzeby zastąpimy je koszyczkiem na 3 ogniwa AA. Możemy go przylutować na stałe do styków, albo rozmontować zużytą baterię 3R12 i w niej umieścić koszyczek, tworząc improwizowany adapter.

Producent przewidział też użycie zasilacza 4,5 V z wtykiem jack 3,5, podłączanego do gniazda z boku obudowy, nie podał jednak polaryzacji.

Gabaryty i masa (!) przyrządu mocno ograniczają jego funkcjonalność, nawet pomimo ucha ze skórzaną smyczą. Porównajmy ten prosty indykator z wielofunkcyjnymi radiometrami RKS-20.03 Prypeć czy ANRI 01-02 Sosna:

Rozmiary obudowy spowodowane są zarówno zasilaniem z baterii 3R12, jak również zastosowaniem dwóch płytek drukowanych. Mniejsza mieści transformator od przetwornicy wysokiego napięcia (brązowy) i jest umieszczona na osi, w którą wkręca się śrubkę skręcającą połówki obudowy:

Do większej płytki zamontowano licznik G-M w ołowianym ekranie, obwody scalone, diody, przełączniki i głośniczek:

Niestety ekran licznika G-M jest zaklejony klejem epoksydowym, nie mogłem więc dostać się do samego licznika i ustalić jego typu.

Najprawdopodobniej jest to SBM-20M:

Czas na podsumowanie. Indykator "Impuls" ma znaczenie głównie kolekcjonerskie, szczególnie wobec niskiej podaży na rynku i praktycznym braku informacji w sieci. Jego zastosowanie jest bardzo ograniczone przede wszystkim z powodu wymiarów i masy - wiele lżejszych i mniejszych przyrządów ma znacznie lepsze parametry użytkowe, nawet jeśli oczekujemy tylko przybliżonego pomiaru mocy dawki promieniowania gamma.

Radiometr uniwersalny RUST-2S-2

RUST-2S-2 jest drugą i ostatnią modyfikacją radiometru RUST-2 przed wprowadzeniem modelu RUST-3 w 1987 r. Chronologia odmian przedstawia się następująco:

• RUST-2, zasilany wyłącznie z baterii (1969 r.)
• RUST-2 S, z zasilaniem bateryjnym i sieciowym (1972 r.)
• RUST-2 S-2, z zasilaniem bateryjnym i sieciowym, o wzmocnionej budowie (1975 r.).

Jest to też najrzadsza wersja tego miernika, wyprodukowanego w łącznej liczbie 400 egzemplarzy – od 2013 r. pojawił się tylko raz i to właśnie ten egzemplarz mam możliwość zaprezentować.

RUST-2S-2 jest uniwersalnym radiometrem przeznaczonym do współpracy ze wszystkimi sondami podłączanymi przez gniazdo BNC-2,5 i pracującymi przy napięciu 375-700 lub 900-1575 V. Wynik podawany jest w impulsach na minutę (cpm) na mikroamperomierzu typu MEA-33 z podziałką podstawową 10-300 cpm (0,16-5 cps) wyskalowaną co 10 cpm. Mnożniki poszczególnych zakresów wynoszą 1, 10, 100 i 1000, co daje maksymalną częstość zliczania 300000 cpm (5000 cps).

 W stosunku do modelu RUST-2S można zauważyć następujące różnice konstrukcyjne:

• zamieniono miejscami pokrętła zgrubnej i dokładnej regulacji wysokiego napięcia
• zmieniono poziomy zgrubnej regulacji napięcia (w nawiasie RUST-2 i 2S): 375, 550 (525), 900 (1000), 1075 (1150), 1250 (1300) i 1425 (1450) V, co zmniejszyło lukę w zakresie dostępnych napięć z 650-1000 V do 700-900 V 
• rozszerzono dokładną regulację do 150 V, aby zachować łączny zakres napięć do 1575 V
• przycisk "reset" otrzymał wzmocniony gumowy kołpak
• dodano przycisk podświetlenia skali w miejsce pokrętła ustawiania zera
• gniazdo słuchawkowe rozszerzono o trzeci styk, pozwalający na współpracę z rejestratorem
• uszczelniono gniazdo zasilania sieciowego i zastosowano wtyk ze stykiem ochronnym
• prawy segment frontowego panelu przymocowano za pomocą małych chromowanych pokręteł

Obie wersje przedstawiają się następująco - u góry RUST-2S:

Obsługa przyrządu jest identyczna, jak pozostałych odmian RUST-2. Pokrętło zgrubnej regulacji napięcia jest jednocześnie włącznikiem zasilania, zaś pierwsza pozycja gałki dokładnej regulacji służy do sprawdzania napięcia baterii. 

Sondę podłączamy do radiometru PRZED włączeniem urządzenia i odłączamy również przy wyłączonym mierniku - oba pokrętła przekręcone do oporu w lewo. Przy zasilaniu z baterii sprawdzamy napięcie zasilania, ustawiając przełącznik precyzyjnej regulacji napięcia w pozycji "Batt" - wskazówka powinna znaleźć się na czerwonym łuku na skali. Następnie wybieramy napięcie pracy zgodnie z wartością w karcie badania danej sondy, stosując odpowiednią kombinację wartości z obu pokręteł. Jeśli nie znamy napięcia pracy, zwiększajmy je stopniowo, aż uzyskamy reakcję miernika, i dodajmy jeszcze 50 V. Najpopularniejsze sondy produkcji ZZUJ Polon potrzebują następujących napięć:

• SGB-1P, SGB-3P i inne na licznikach SBM-19/STS-6/BOI-53 - 400 V
• SGB-2P, SGB-1Ra i inne z licznikami okienkowymi serii BOH - 400-600 V
• SSU-3-2 - 900-1200 V w zależności od zastosowanego fotopowielacza
• SSA-1P - 750-1350 V
• SGB-1DW i inne z licznikami STS-5/BOI-33/SBM-20 - 400 V

Generalnie napięcie pracy sondy licznikowej musi być większe od napięcia progu zastosowanego w niej licznika G-M, czyli zwykle 400-600 V dla najpopularniejszych obecnie liczników chlorowcowych. Starsze liczniki alkoholowe wymagają dużo wyższych napięć (1000-1800 V), przy scyntylatorach potrzebne jest ok. 800-1200 V. Zbyt niskie napięcie albo nie uruchomi sondy, albo będzie pracować ona ze zmniejszoną wydajnością (por. test sondy SSU-3-2), za wysokie zaś może skrócić jej żywotność czy wręcz uszkodzić.

***

Jedną z dodatkowych funkcji, które odróżniają RUST-2S-2 od poprzednich wersji, jest podświetlenie skali. Uruchamiamy je przyciskiem chwilowym umieszczonym obok "resetu" na przednim panelu.

Skala jest też pokryta farbą świecącą okresowego świecenia, tak samo jak w RUST-2, DP-66, DP-75, RKP-1-2 czy RG-1. Niestety szyldy pokręteł, choć wyglądają na wykonane z tego samego materiału, to jednak nie świecą, choć zwiększyłoby to ergonomię pracy w ciemności.

Zasilanie odbywa się z zestawu 6 ogniw R-20, umieszczonych w dwóch rurkach z tworzywa sztucznego, albo z sieci 220 V.  Na dolnej ściance komory baterii znajduje się też zaślepka, pod którą ukryty jest przełącznik regulacji czułości wejścia (25/50 mV). Ten sam patent zastosowano w pozostałych wersjach RUST-2, dopiero w RUST-3 wprowadzono pokrętło na przednim panelu, w dodatku z większą liczbą pozycji. 

Pokrywa komory baterii jest uszczelniana i przykręcona za pomocą dwóch śrub. Można je odkręcić palcami, choć dla zapewnienia szczelności lepiej dokręcać śrubokrętem.

Gniazdo zasilania zewnętrznego jest bardzo specyficzne - 3 styki ułożone w trójkąt, styk uziemienia nieco dłuższy niż pozostałe. Trudno do niego dobrać zastępczy kabel, ale w razie potrzeby można użyć typowej "ósemki" po odpowiednim przycięciu brzegów. 

Z prawej strony urządzenia znajdują się też wtyki do podłączenia zewnętrznego rejestratora. Możemy do nich podłączyć też typową słuchawkę SM-73 lub przystawkę głośnikową PS-1S - używamy w tym celu gniazd P i O, zaznaczonych dodatkowo nieznacznym wgłębieniem w obudowie. Takie samo rozwiązanie jest też stosowane w RUST-3.

Czas na podsumowanie. RUST-2S-2 jest nieco bardziej funkcjonalny niż poprzednie wersje, szczególnie pierwszy RUST-2, zasilany jedynie z baterii. Nadal jednak znacznie ustępuje modelowi RUST-3, nie wspominając już o nowoczesnych miniaturowych radiometrach, takich jak chociażby seria UDR konstrukcji Karola. Mimo to, jeśli mamy odpowiednie sondy i wystarczy nam pomiar w cpm na analogowym wskaźniku, możemy z powodzeniem korzystać z RUST-2S-2, szczególnie przy prostszych pracach. Jest to nadal bardzo solidnie wykonany i dokładny przyrząd, który w wielu krajowych placówkach funkcjonuje do dziś, jak choćby w Świerku, gdzie służy za stacjonarny monitor skażeń:

Jeżeli macie dodatkowe informacje dotyczące tego radiometru, dajcie znać w komentarzach!