Czym są izotopy?

W ramach przedstawiania podstawowych zagadnień chciałbym przybliżyć pojęcie izotopu, stanowiącego jedno z najważniejszych zjawisk w fizyce jądrowej.

Izotopy są odmiennymi postaciami danego pierwiastka, różniącymi się liczbą neutronów w jądrze. Liczba protonów, czyli tzw. liczba atomowa, która świadczy o przynależności do danego pierwiastka, pozostaje taka sama, różna jest jednak liczba masowa, czyli suma liczby protonów i neutronów. Najłatwiej prześledzić to na przykładzie najlżejszego pierwiastka - wodoru. Ma on trzy izotopy:

• wodór lekki (¹H) - 1 proton = liczba atomowa 1 = liczba masowa 1
• wodór ciężki (²H, deuter, D) - 1 proton i 1 neutron = liczba atomowa 1 = liczba masowa 2
• wodór superciężki (³H, tryt, T) - 1 proton i 2 neutrony  = liczba atomowa 1 = liczba masowa 3

Wszystkie z nich mają podobne właściwości fizyczne i chemiczne, m.in. reagują z tlenem, tworząc wodę. Jednak ta woda będzie miała pewne różnice w gęstości, temperaturach przemian fazowych  (wrzenia, krzepnięcia) oraz przenikalności elektrycznej, w zależności od izotopu wodoru, z którego powstała. Przykładowo, woda ciężka (D₂O) będzie mieć wyższą temperaturę krzepnięcia i wrzenia w stosunku do wody lekkiej. Z kolei woda superciężka, znana też jako woda trytowa (T₂O), będzie radioaktywna, gdyż tryt jako jedyny z naturalnych izotopów wodoru emituje promieniowanie.

Dozymetr EDOS

Przyrząd ten znajdował się na wyposażeniu armii Czechosłowacji (CSLA), gdzie był przewidziany do grupowej kontroli napromieniowania podczas konfliktu jądrowego. Jeden egzemplarz stanowił wyposażenie każdego oddziału jako uzupełnienie dozymetrów indywidualnych, noszonych przez wszystkich żołnierzy. Jego wskazania przyjmowano jako uśrednione napromieniowanie całej zbiorowości. W ten sposób starano się zniwelować różnice we wskazaniach dozymetrów pojedynczych żołnierzy, wynikające z nierównomiernego oddziaływania promieniowania na polu bitwy. Dozymetr grupowy pozwalał też choć częściowo skontrolować wskazania dozymetrów indywidualnych i vice versa.

Tło promieniowania

Termin "tło promieniowania" lub "promieniowanie tła" (background radiation) pojawiał się już wielokrotnie na łamach bloga, jednak jeszcze nie został zdefiniowany per se.

Czym jest więc owo "tło promieniowania"?  Najkrócej rzecz ujmując, jest to całość promieniowania jonizującego, obecnego na stałe w przyrodzie [LINK]. Składa się ono z kilku źródeł, których udział jest zmienny w zależności od warunków geofizycznych w danym miejscu na kuli ziemskiej:

• promieniowanie kosmiczne, głównie wtórne, powstałe w wyniku reakcji promieniowania pierwotnego, bombardującego atmosferę z kosmosu, z atomami tlenu i azotu zawartych w powietrzu - jego udział rośnie wraz z ze wzrostem wysokości nad poziomem morza, o czym można przekonać się w wysokich górach czy, jeszcze dobitniej, podczas lotu samolotem
  

• naturalne pierwiastki radioaktywne zawarte w skorupie ziemskiej - jest to głównie uran i tor wraz ze swoimi produktami rozpadu, występujące zarówno jako główny składnik niektórych minerałów (uraninit, autunit, toryt, monacyt), jak również w śladowych ilościach w granicie i węglu. Innym naturalnym pierwiastkiem radioaktywnym jest potas-40, występujący w śladowych ilościach w potasie naturalnym. Warto tu jeszcze wspomnieć o radonie, radioaktywnym gazie powstałym w wyniku rozpadu radu, stale wydzielającym się z podłoża skalnego i niekiedy osiągającym wysokie stężenia we wnętrzach budynków.

  

  Zawartość aktynu-228, naturalnego pierwiastka z szeregu torowego, na terenie Polski, cyt. za:
   Atlas Radiologiczny Polski 2011.

  
  
  
  

Rentgenometr pokładowy DPS-68M1

Przyrząd ten jest ostatnim z serii pokładowych rentgenometrów, produkowanych na potrzeby Sił Zbrojnych PRL od 1968 r.:

• DPS-68
• DPS-68M
• DPS-68M1

Pierwsze dwa przyrządy wykorzystywały zestaw liczników G-M, złożony z STS-5 (niższe zakresy) i DOB-50, zatem ich zakres pomiarowy był podobny do DP-66/DP-66M i kończył się na 200 R/h. W DPS-68M1 z kolei zastosowano miniaturowe liczniki DOI-80 i DOI-30, montowane również w DP-75, co rozszerzyło zakres aż do 500 R/h. Zasady obsługi DPS-68M1 nie różnią się od jego poprzedników, przybliżę jednak ten miernik z uwagi na znaczną obecnie podaż na rynku. 

Dozymetr Graetz EDW-150A

Ten dozymetr był pierwszym przyrządem dozymetrycznym, jaki w ogóle trafił w moje ręce, jeszcze w czasach, gdy samo określenie „licznik Geigera” miało wręcz magiczne brzmienie. Równie szybko mnie rozczarował z uwagi na nieintuicyjną obsługę i małą przydatność do domowych pomiarów. Było to jednak na kilka lat przed powstaniem bloga, zatem teraz, bogatszy o ośmioletnie doświadczenie, przystępuję do omówienia przyrządu. Miernik co jakiś czas pojawia się na portalach aukcyjnych, a jest na tyle specyficzną konstrukcją, że jego zakup powinien być dokonany świadomie.

Graetz EDW150A zlicza łączną dawkę w zakresie 1-2000 µSv oraz sygnalizuje przekroczenie jednego z czterech progów dawki (200, 500, 1000 i 2000 µSv) oraz dwóch progów mocy dawki (25 i 100 µSv/h). Wynik podawany jest na wyświetlaczu LCD wraz z ikoną informującą o stanie baterii oraz kropką migającą w rytm zliczonych impulsów. 

Budzik Westclox 66 Stars Dial Black

Firma Westclox wywodzi się z założonej w 1885 roku przez Charlesa Stahlberga United Clock Company w Peru, w stanie Illinois w USA. Miała produkować zegarki z mechanizmem opatentowanym przez Stahlberga, w którym płyta główna ze stopu ołowiu miała wstawione tuleje łożyskowe z mosiądzu i koła zębate ze stopu ołowiu (US Patent nr 326602). Firma niestety zbankrutowała, zanim zdążyła wyprodukować jakikolwiek zegarek. W 1887 r. reaktywowano ją jako Western Clock Company i znów zbankrutowała, ale już rok później została uruchomiona na nowo jako Western Clock Manufacturing Company. W 1908 r. uzyskała patent na mechanizm alarmu budzika „Big Ben”, w którym dzwonek był częścią obudowy, tzw. bell back. Skrócona nazwa firmy - „Westclox” - pojawiła się w 1910 r., ale zarejestrowano ją jako znak handlowy dopiero w 1916 r. Produkowała zegarki kieszonkowe, zegary ścienne i budziki. 

https://www.madeinchicagomuseum.com/single-post/westclox/

Podczas II wojny światowej zaprzestano produkcji cywilnej, wytwarzając przyrządy lotnicze, kompasy, zegary dla marynarki wojennej oraz zapalniki do pocisków artyleryjskich. W 1948 r. firma otworzyła oddział w Szkocji, w którym powstało ponad 50 mln produktów, m.in. prezentowany tutaj budzik. Szkocki oddział firmy Westclox został zamknięty w 1988 r. z powodu spadającego popytu na zegary mechaniczne w związku z upowszechnieniem mechanizmów kwarcowych.