31 stycznia, 2022

Dozymetr RadiaScan 701A

Firma RadiaScan (https://radiascan.com/) produkuje wysokiej klasy dozymetry, zarówno scyntylacyjne (RadiaCode 101), jak również z licznikiem G-M, do których zalicza się prezentowany tutaj RadiaScan 701A. Przyrząd ten należy do całej serii urządzeń:

  • RadiaScan 501 – czuły na promieniowanie gamma i silniejsze beta
  • RadiaScan 601 – czuły tylko na promieniowanie gamma, za to z zakresem rozszerzonym aż do 3 Sv/h
  • RadiaScan 701 – czuły na promieniowanie gamma, beta i silniejsze alfa
  • RadiaScan 801 – j.w., tylko z profesjonalnym wzorcowaniem

Wszystkie te przyrządy występują w odmianie „A” czyli z możliwością ładowania akumulatorków bezpośrednio w przyrządzie przez port mini-USB. 

RadiaScan 701A jest kieszonkowym radiometrem-dozymetrem promieniowania alfa, beta i gamma, wykorzystującym okienkowy licznik Beta-1-1, znany choćby z MKS-01SA1M. 


Beta-1-1 wykrywa promieniowanie gamma o energii od 65 keV do 3 MeV, beta od 50 keV, zaś czułość na promieniowanie alfa nie jest podana w specyfikacji, producent potwierdza jednak wykrywanie cząstek alfa ameryku-241 i plutonu-238 oraz 239. Licznik osłonięty jest zdejmowaną klapką, której jedna strona ma metalową wkładkę i odcina promieniowanie beta, zaś druga, wykonana tylko z cienkiego plastiku, eliminuje jedynie promieniowanie alfa:

Dozymetr oferuje aż 5 trybów pracy:

  • GAMMA – podstawowy tryb pomiaru mocy dawki promieniowania gamma
  • SEARCH – szybki tryb pomiaru mocy dawki promieniowania gamma do wyszukiwania źródeł
  • ALPHA – pomiar aktywności alfa z funkcją odejmowania tła
  • BETA – pomiar aktywności beta z funkcją odejmowania tła
  • DETECTION – tryb wykrywania skażeń z funkcją odejmowania tła

Mamy też dodatkowe funkcje:

  • pomiar łącznej dawki
  • logowanie bieżących pomiarów 
  • pomiar w ustalonych odstępach czasowych (schedule
  • możliwość zaprogramowania włączenia lub wyłączenia dozymetru o określonej godzinie
  • wybór stopnia dokładności pomiaru w %
  • zegar z datownikiem 

Dozymetr obsługujemy za pomocą klawiatury membranowej, która pracuje dość twardo, bez wyraźnych kliknięć. Pośrodku przedniego panelu mamy 4 kursory z dodatkowymi oznaczeniami, nad nimi włącznik (czerwony) i przycisk "menu". 


Funkcje kursorów i włącznika zmieniają się w zależności od trybu, omówię je szczegółowo przy poszczególnych trybach, podobnie jak wyświetlacz. 

***

Po uruchomieniu dozymetr zawsze włącza tryb GAMMA i zaczyna mierzyć moc dawki w µSv/h, podając jedocześnie błąd pomiaru, zmniejszający się wraz z czasem trwania pomiaru. Dodatkowa skala logarytmiczna pokazuje relację między bieżącym pomiarem a dwoma progami alarmowymi, ustawionymi domyślnie na 0,4 µSv/h (żółty) i 1,2 µSv/h (czerwony). Pod skalą pojawiają się też tekstowe powiadomienia (Norm, Radiation, Dangerous), informujące nas o bezpieczeństwie danego poziomu promieniowania, oczywiście w odniesieniu do narażenia całego ciała - por. bezpieczna dawka promieniowania [LINK]. Kolor cyfr wyniku również odpowiada progom, w których mieści się dana wartość (zielony - poniżej I progu, żółty - między I a II progiem, czerwony - powyżej II progu):


W razie nagłego wzrostu lub spadku mocy dawki wynik jest automatycznie resetowany i pomiar rozpoczyna się od nowa, wtedy zamiast cyfr widzimy kreski, a na dolnym pasku napis "No data". Pomiar możemy też zresetować ręcznie, wciskając krótko wyłącznik.

W trybie GAMMA lewy kursor wyłącza dźwięk a prawy powoduje wyświetlenie daty zamiast czasu na górnym pasku ekranu. Górny kursor (z symbolem kasety) zapisuje wynik pomiaru do pamięci dozymetru. Dolny zaś powoduje wyświetlenie łącznej dawki zamiast mocy dawki, wówczas ikona z symbolem "γ" zmienia się na "Σγ":

Tryb GAMMA zasadniczo służy do pomiaru z zamkniętą klapką filtra, umieszczoną pozycją "gamma" na okienku pomiarowym. 

Odcina ona wtedy emisję beta oraz niskoenergetyczną gamma. Filtracja jest skuteczna: przykładowo, kafel z herbem Bredy, pokryty wysokoaktywną glazurą uranową, daje odczyt 0,71 µSv/h z klapką w pozycji "gamma" i aż 43 µSv/h bez niej. Uzyskiwane wyniki są więc zbliżone do innych dozymetrów, zarówno z licznikami okienkowymi, jak i cylindrycznymi. Pamiętajmy oczywiście o zastrzeżeniach dotyczących pomiaru emisji beta (i alfa) w jednostkach mocy dawki - taki pomiar jest uproszczony i ma znaczenie wyłącznie porównawcze [LINK]

***

Drugim istotnym trybem jest SEARCH. Aby go włączyć, wchodzimy do menu głównego i kursorem przechodzimy na ikonę z lupą, którą zatwierdzamy przyciskiem MENU. Następnie włącznikiem wychodzimy z menu. W ten sam sposób włączamy również inne tryby. Gdy wchodzimy do menu, wybrany tryb jest podświetlony na żółto, zaś nawigowanie kursorami zaznacza kolejne pozycje menu na pomarańczowo, pamiętajmy więc, by zatwierdzić żądany tryb pomiaru zanim wyjdziemy z menu.


W trybie SEARCH oprócz wyniku pomiaru mamy też 3 paski - środkowy, szary, oznacza wynik z ostatniej sekundy, natomiast otaczające go paski zielone - wynik uśredniony zgodnie ze stałą wybraną w ustawieniach (od 4 do 60 s). Przy zbliżaniu się do źródła szary pasek będzie wyraźnie się wydłużał, a dopiero za nim wydłużą się paski zielone, z kolei przy oddalaniu się tendencja będzie odwrotna. 

Dzięki temu urządzenie szybko reaguje na zmiany poziomu promieniowania, co jest bardzo przydatne przy poszukiwaniu źródeł. Okupione jest to oczywiście znacznymi wahaniami wyniku, który przy tle naturalnym potrafi niekiedy spaść do zera, by zaraz skoczyć do 0,34 µSv/h. Przy mocy dawki na poziomie tła błąd pomiaru praktycznie nie spada poniżej 99%, jednak już źródła 1 µSv/h zmniejszają go do 50%, a jeszcze silniejsze do kilku %.

W tym trybie kursory działają tak jak w trybie GAMMA, za wyjątkiem dolnego, który nie ma żadnej funkcji, zaś wyłącznik nie resetuje pomiaru. Wyłączone są też alarmy progowe.

***

Kolejne dwa tryby - ALPHA i BETA - można omówić łącznie, gdyż ich zasada działania jest taka sama. Oba mierzą aktywność powierzchniową w rozpadach na minutę z centymetra kwadratowego przy jednoczesnym odejmowaniu tła. Włączamy je, wybierając w menu ikonę z symbolem "α" lub "β". W tych trybach najpierw mierzymy tło - kursorem górnym podświetlamy kwadracik ze strzałkami, a następnie kursorem prawym zaczynamy pomiar tła. 

W trybie BETA pomiaru tła dokonujemy z klapką założoną stroną "gamma" na okienko detektora, aby odciąć promieniowanie beta i zmierzyć jednie tło gamma, które później będzie odejmowane. W trybie ALPHA zaś pomiar tła wykonujemy z otwartą klapką, zasłoniętą jedynie kartką papieru, aby zmierzyć emisję gamma i beta, a następnie mierzymy obiekt bez jakiejkolwiek osłony. Pomiar tła trwa określony czas (domyślnie 5 min, ale dla większości źródeł wystarczy 1 min, zmieniamy w ustawieniach) i na górnym pasku widzimy jego odliczanie. 


Jeśli mamy już wartość tła, wówczas zdejmujemy klapkę (lub kartkę papieru w trybie "alfa") i kursorem dolnym zaznaczamy kwadrat z symbolem "alfa" lub "beta", zależnie od trybu, w którym jesteśmy. Wciskamy prawy kursor i pomiar będzie trwał tyle samo czasu, co pomiar tła. W trakcie pomiaru będziemy widzieć dwie wartości: pośrodku ekranu wielkimi cyframi wyświetlany główny pomiar, zaś u góry, drobniejszą czcionką wartość tła, zwykle dużo niższą niż bieżący odczyt. Po zakończonym pomiarze zaś zobaczymy drobniejszą czcionką zapisany łączny pomiar obiektu i tła. 


Z kolei jeśli przejdziemy kursorem górnym z powrotem do trybu pomiaru tła, zobaczymy w tej górnej linijce wartość samego tła, główny wynik pozostaje bez zmian na swoim miejscu. 


W przypadku zbyt małej aktywności źródła, gdy dozymetr nie może osiągnąć dokładności pomiaru większej niż 50%, w miejsce wyniku będą pojawiać się kreski. Pomiar możemy też przerwać za pomocą krótkiego wciśnięcia włącznika.

Zapisana przez dozymetr wartość tła jest używana przy kolejnych pomiarach, zatem musimy ją zresetować jeśli mierzymy inne źródło. W przeciwnym wypadku, gdy następne źródło będzie słabsze, dozymetr odejmie za wysokie tło beta+gamma. 

Oba tryby przeznaczone są do pomiarów izotopów o znanym i "czystym" rodzaju emisji (tylko alfa lub tylko beta). Jeśli nie znamy rodzaju promieniowania, dokonajmy najpierw serii pomiarów z kartką papieru, bez niej oraz z założoną klapką filtra.

***

Ostatni tryb, nazwany DETECTION, służy do wykrywania skażeń radioaktywnych emiterami alfa, beta lub gamma np. na żywności, powierzchniach lub przedmiotach. Uruchamiamy go ikoną z symbolem jabłka. W tym trybie najpierw dokonujemy pomiaru tła, który trwa nawet kilkanaście minut i odbywa się w µSv/h lub cps z dokładnością do 3 miejsca po przecinku. Następnie w ten sam sposób mierzymy badany obiekt. Różnica między pomiarami jest oceniania przez oprogramowanie dozymetru, który wyświetla komunikat o bezpieczeństwie danego poziomu promieniowania. Tryb ten jest nastawiony na wykrywanie niewielkich różnic między tłem a badanym obiektem. Generalnie jego zasada działania jest identyczna jak trybów ALPHA i BETA, różni się tylko jednostką pomiaru i odejmowaniem tła naturalnego mierzonego poza badaną próbką.

Dla naszych potrzeb tryb ten może być przydatny przy źródłach o bardzo niskiej aktywności i słabym promieniowaniu, jak granit, popiół, związki potasu, szkło kryształowe, trytowe oświetlacze, cegły, kamionka, niskoaktywna glazura uranowa i szkło uranowe o małej zawartości uranu. Wówczas nastawiamy pomiar, trwający nawet kilkanaście minut i widzimy, czy obiekt emituje promieniowanie przekraczające tło w danym miejscu, a także, jak bardzo je przekracza. Przykładem może być ta patera ze szkła uranowego o wyjątkowo niskiej aktywności - uzyskany wynik to emisja z samej patery, bez tła wynoszącego 0,1 µSv/h:


Pomiar w trybie DETECTION może być prowadzony zarówno z otwartą klapką, jak i z zamkniętą, w zależności od tego, jaką emisję chcemy zmierzyć. Pamiętajmy tylko, by tło mierzyć w ten sam sposób co obiekt (z klapką lub bez), jak również, by pomiary z klapką przeprowadzać w µSv/h, zaś bez niej w cps (ta sama zasada co do pomiarów aktywności alfa i beta). Osobiście zalecam najpierw pomiar bez klapki, a jeśli wykaże wzrost wobec tła, wówczas możemy powtórzyć go z klapką, by przekonać się, z jakim rodzajem promieniowania mamy do czynienia. Podczas testów dokonywałem pomiarów bez klapki, z uwagi na niskie aktywności źródeł, mierząc w obu jednostkach celem porównania z innymi miernikami:
  • kawałek granitu - 0,375 µSv/h = 1,037 cps 
  • trytowy breloczek - 0,550 µSv/h = 1,669 cps (wynik pochodzi od promieniowania hamowania)
  • azotan potasu 50 g - 0,498 µSv/h = 1,542 cps
  • patera z jasną żółtą glazurą uranową - 0,436 µSv/h = 1,242 cps
  • odpromiennik na telefon - 1,750 µSv/h = 4,35 cps 
Pomiar w tym trybie trwa dosyć długo, możemy go jednak przerwać za pomocą włącznika. Jeśli do tego czasu błąd pomiaru osiągnął wielkość wybraną w ustawieniach (zwykle 10%), wyświetli się komunikat "finished", jeśli zaś pomiar będzie przerwany przed osiągnięciem takiej dokładności, komunikat brzmi "terminated". 

***

Czułość dozymetru jest bardzo dobra we wszystkich trybach i z pewnością sprawdzi się przy poszukiwaniach szkła uranowego, ceramiki z glazurą uranową, minerałów, zegarków z farbą radową czy innych artefaktów zawierających radioizotopy. Do tego celu najbardziej nadaje się tryb SEARCH - w czasie testów nawet niskoaktywne szkło uranowe powodowało wyraźny wzrost wskazań, praktycznie eliminujący ryzyko mylnej identyfikacji. 


Również zegarki z farbą radową, nawet małe damskie firmy UMF Ruhla, powodowały skok do 0,7 µSv/h i zaraz do 1,2 µSv/h, zaś bardziej aktywne szybko osiągały ponad 3 µSv/h (w tym wypadku pomiary warto prowadzić z otwartą klapką dla przyspieszenia reakcji miernika). RadiaScan 701A pozwoli nam więc bardzo szybko przetestować nawet kilkadziesiąt zegarków, minerałów czy naczyń i wybrać te najbardziej świecące.

Z kolei jeśli zależy nam na precyzyjnych pomiarach konkretnego źródła, wówczas mamy tryb GAMMA, gdy interesuje tylko moc dawki, lub ALPHA/BETA, gdy chodzi nam o pomiar konkretnej aktywności. Bardzo przydatne jest tutaj odejmowanie tła gamma i podawanie aktywności we właściwych jednostkach, czyli rozpadach na minutę z centymetra kwadratowego. Oczywiście, dla uproszczenia możemy mierzyć aktywność w jednostkach mocy dawki, szczególnie jeśli chcemy porównać wyniki z Sosną i Polaronem, pamiętajmy jednak o zastrzeżeniach dla takiego pomiaru.


Przy pomiarach emiterów alfa daje o sobie znać dość głębokie umieszczenie licznika G-M w stosunku do ochronnej kratki obudowy. W RadiaScan 701A licznik umieszczony jest wyraźnie głębiej niż w MKS-01SA1M, ale nie tak głęboko, jak w Radex RD1008. 


Ogranicza to liczbę cząstek alfa, które mogą dotrzeć do okienka licznika, gdyż każdy dodatkowy milimetr powietrza skutecznie je hamuje. Zmniejsza też nieco czułość na najsłabsze źródła, ale na szczęście mamy tryb DETECTION, który częściowo to kompensuje wydłużeniem czasu pomiaru.

***

W menu głównym dozymetru mamy łącznie 8 pozycji, z czego 5 to włączniki poszczególnych trybów. Pozostałe to:

  • LOG (symbol książki) - podgląd logów osobno dla każdego trybu pomiarowego
  • OPTIONS - ustawienia
  • INFORMATION - numer seryjny dozymetru i wersja oprogramowania.

Menu ustawień wymaga dokładniejszego omówienia, zwłaszcza że angielskie nazwy poszczególnych pozycji mogą nie być jasne na pierwszy rzut oka:

  • modes (ustawienia poszczególnych trybów pracy):
    • GAMMA
      • dose units - jednostki pomiaru (R, Sv)
      • dose rate - progi alarmu mocy dawki (alarm 1, alarm 2, factory)
      • dose - progi alarmu łącznej dawki (alarm 1, alarm 2, reset, factory)
      • capture - tryb logowania wyników pomiaru
        • enable - włączenie
        • interval - odstęp pomiędzy pomiarami (hh-mm-ss)
      • schedules - pomiary w określonych odstępach czasu - 4 osobne harmonogramy, w każdym mamy następujące ustawienia:
        • enable - włączenie
        • start - godzina rozpoczęcia
        • duration - czas trwania (hh-mm-ss)
        • pause - odstęp między kolejnymi pomiarami w serii (hh-mm-ss)
        • samples - liczba pomiarów w serii 
    • ALPHA
      • error - stopień niepewności pomiaru, którego osiągnięcie zakończy pomiar
      • duration - planowany czas pomiaru, gdy ustawimy go na 0, pojawi się opcja "unlimited", czyli pomiar do osiągnięcia wybranej dokładności pomiaru
      • alarm 1, alarm 2
      • factory
    • BETA - ustawienia takie same jak w trybie ALPHA
    • SEARCH
      • units - jednostka (Sv/h, cps)
      • sampling time - czas uśredniania wyniku 
      • capture - zapis pomiaru
        • enable
        • interval - odstęp między zapisami (hh-mm-ss)
    • DETECTION
      • units - jednostka (Sv/h, cps)
      • error (%)
      • duration (czas w minutach lub bez ograniczenia)
      • thresholds (alarm 1, alarm 2, factory)
  • screen (ustawienia ekranu)
    • contrast - kontrast, a właściwie jasność (od -3 do +3, zalecam -3 lub -2)
    • turn off - autowyłączenie (nigdy, 15 s, 30 s, 2 min, 10 min)
    • language - język (rosyjski, angielski, francuski, ukraiński)
    • time - format czasu (12 lub 24h)
    • date - format daty 
  • signals 
    • LEDs (zielono-czerwona dioda w górnym lewym rogu obudowy)
      • enable - włącza diodę
      • brightness - jasność (1, 2, 5 ,12 ,25 ,50 ,75, 100 %, sugeruję używać wartości poniżej 5%, gdyż dioda mocno bije po oczach)
    • sounds (dźwięki)
      • all sounds - wyłącza wszystkie dźwięki
        • buttons - wyłącza dźwięk przycisków
        • clicks - wyłącza dźwięk impulsów
        • alarm - dźwięk przekroczenia progów alarmu
          • off - wyłączony
          • once - pojedynczy
          • loop - powtarzający się 
      • alarm - testowanie dźwięku alarmów, jeśli są włączone w powyższym menu:
        • alarm 1 (szybki przerywany sygnał)
        • alarm 2 (wolniejszy przerywany sygnał)
        • off the scale - przekroczenie zakresu (modulowany przerywany sygnał, przypominający nadawanie alfabetem Morse'a)
  • clock (czas i data)
    • date
    • time
    • zone - strefa czasowa (w Polsce UTC+1)
    • daylight saving - czas letni (dozymetr automatycznie przestawi czas na letni)
    • schedules - czas automatycznego włączenia lub wyłączenia dozymetru, dostępne 4 osobne harmonogramy z następującymi ustawieniami: 
      • enable - włączenie danego harmonogramu
      • time - czas rozpoczęcia (hh:mm)
      • power on/power off - wybór, czy dozymetr o wybranej godzinie ma się włączyć, czy wyłączyć
  • other
    • batteries - rodzaj założonych baterii:
      • rechargeable - yes - jeśli stosujemy akumulatorki zamiast zwykłych baterii
    • factory settings - ustawienia fabryczne

Menu jest mocno rozbudowane, aczkolwiek zabrakło w nim ustawień głośności dźwięku, szczególnie jeśli chodzi o dźwięk impulsów. Jest on słyszalny w umiarkowanie cichym otoczeniu, jednak ginie w szumie ulicy czy zatłoczonego pomieszczenia. Przydałaby się choćby trójstopniowa regulacja.

***

Zerknijmy jeszcze na wyświetlacz. W RadiaScan 701A zastosowano kolorowy wyświetlacz w oparciu o technologię organicznych diod elektroluminescencyjnych (OLED). 


Zawartość ekranu zmienia się w zależności od trybu pomiarowego, co przedstawiłem przy omawianiu poszczególnych trybów. Są jednak elementy stałe - górny pasek, na którym mamy od lewej: 

  • zegar (lub czas pomiaru w trybach ALPHA, BETA i DETECTION), 
  • znak logowania pomiaru - książka, której karty zapełniają się w miarę ubywania miejsca na logi
  • znak pomiarów w trybie harmonogramu (schedule) - budzik, nawias wokół dzwonka oznacza, że harmonogram został włączony
  • znak aktywnej sygnalizacji diodą LED - słoneczko
  • znak sygnalizacji dźwiękowej - głośniczek
  • wskaźnik baterii z 3 paskami

Z kolei na dolnym pasku podawane są  informacje dotyczące bezpieczeństwa danego poziomu promieniowania lub też statusu pomiaru. Wyjątkiem jest tryb SEARCH, w którym alarmy są nieaktywne.

***

RadiaScan 701A współpracuje z firmowym oprogramowaniem, które można pobrać bezpośrednio ze strony producenta https://scan-electronics.com/en/downloads. Program pozwala na sterowanie dozymetrem za pośrednictwem komputera, zgrywanie logów czy pracę dozymetru jako stacjonarnego monitora promieniowania. Dozymetr możemy obsługiwać za pomocą osobnej konsoli z najważniejszymi przełącznikami dozymetru (tryby, dźwięk, wyłączenie wyświetlacza, przerwanie pomiaru, wyłączenie miernika) lub też, klikając myszą przyciski na rysunku dozymetru, choć tu dozymetr reaguje z pewnym opóźnieniem:


Przydatną opcją jest też możliwość robienia zrzutów ekranu dozymetru, szczególnie przy trudnościach w fotografowaniu wyświetlacza OLED.  W tym celu używamy funkcji "Capture device screen" i zapisujemy plik w formacie PNG lub BMP.

***

Dozymetr zasilany jest z 2 akumulatorków AAA o pojemności 1100 mAh każdy, dostarczanych przez producenta. Przed pierwszym użyciem należy je naładować, podłączając dozymetr z akumulatorkami do znajdującej się w zestawie ładowarki z wtykiem mini-USB. Ładowanie trwa do 3 godzin, o jego trwaniu informuje nas czerwona dioda LED. 


Akumulatorki osiągają pełną sprawność po 3-4 cyklach pełnego ładowania i rozładowania. Z ładowaniem wiąże się pewna osobliwość - otóż ładowarkę musimy podłączyć przy wyłączonym mierniku, w przeciwnym wypadku ładowanie się nie rozpocznie. Jeśli już ją podłączymy, możemy uruchomić dozymetr i normalnie wykonywać pomiar. Możemy też przerwać ładowanie podczas pracy dozymetru, wciskając dłużej prawy kursor, wówczas dozymetr będzie tylko zasilany z ładowarki - zamiast ikony baterii pokaże się wtyczka. Zamiast akumulatorków możemy też stosować normalne ogniwa AAA, pamiętajmy tylko, by wówczas w ustawieniach wyłączyć opcję "rechargeable".

***

Czas pracy dozymetru zależy od korzystania z wyświetlacza i dźwięku. Według instrukcji, przy wyświetlaczu ciągle włączonym i z kontrastem ustawionym na 50% dozymetr będzie pracował 10 godzin, zaś gdy wyświetlacz przeważnie będzie wyłączony, czas ten wydłuży się do 50 godzin. 

Podczas testów, po pierwszym naładowaniu akumulatorków, dozymetr pracował przez 8 godzin bez przerwy, w różnych trybach, z wyświetlaczem ustawionym na -3 i okresowo włączanym dźwiękiem. Mniej więcej po 5 godzinach wskaźnik poziomu baterii spadł do 2/3, a następnie, na krótko przed całkowitym rozładowaniem, do 1/3. Gdy wskaźnik baterii świeci się na czerwono, akumulatorki są całkowicie rozładowane i dozymetr wyłączy się po wciśnięciu dowolnego przycisku albo samoczynnie po 30 sekundach.

***

W komplecie z dozymetrem otrzymujemy szczegółową instrukcję w formie książeczki liczącej 86 stron, "paszport" (świadectwo kontroli technicznej i gwarancja), akumulatorki, ładowarkę i kabel mini-USB.


Czas na podsumowanie. RadiaScan 701A należy do najwyższej półki przyrządów dozymetrycznych klasy popularnej, wyposażonych w wysokoczuły licznik okienkowy. Głównym konkurentem będzie MKS-01SA1M, mający ten sam licznik, ale położony bliżej kratki, co ma szczególne znaczenie przy pomiarze emisji alfa. Przyrząd ten jednak, o przeznaczeniu profesjonalnym, jest znacznie uboższy w funkcje. Z kolei RadiaScan 701A ma wiele dodatkowych opcji, z których najbardziej przydatne jest odejmowanie tła przy pomiarach aktywności alfa i beta oraz wydłużony czas pomiaru w trybie DETECTION, przydatny do pomiaru niskoaktywnych źródeł. Zaletą dozymetru jest też bardzo  czytelny wyświetlacz, podający od razu wszystkie dane, jak również możliwość współpracy z komputerem. 

RadiaScan 701A sprawdzi się przy wszystkich źródłach, z którymi możemy mieć do czynienia. Jest to przyrząd dla bardziej zaawansowanych amatorów, ale z pewnością wart swej ceny.  

Zalety

  • duża czułość na wszystkie rodzaje promieniowania
  • selektywny pomiaru emisji alfa i beta dzięki podwójnemu filtrowi
  • odejmowanie tła przy pomiarach aktywności
  • skuteczny tryb poszukiwania źródeł
  • funkcja programowania pomiarów

 

Wady

  • okienko pomiarowe licznika G-M nieco zbyt oddalone od kratki
  • przyciski pracują dość twardo

Jeżeli już planujecie zakup tego dozymetru, polecam bezpośredni kontakt z producentem na jego stronie (https://radiascan.com/), zaś w kwestii formalności celno-skarbowych przy wysyłce do Polski polecam artykuł Krzyśka [LINK]. Oczywiście zachęcam do zgłaszania uwag i propozycji w komentarzach.

26 stycznia, 2022

O atomie słów parę

Przekonanie, że świat składa się z atomów, sięga aż starożytności. Po raz pierwszy sformułował je Leucyp (Leukippos) z Miletu w V w. p.n.e., jednak przeważająca część pism tego filozofa zaginęła. Musimy więc posiłkować się pismami ucznia Leucypa, Demokryta z Abdery. Teoria atomistyczna następnie była rozwijana przez Epikura (341-271 p.n.e.). Atomy uważano wówczas za:

  1. małe
  2. niepodzielne
  3. niezmienne
  4. nieprzenikliwe
  5. różnią się rozmiarami i kształtem
  6. otoczone próżnią
  7. znajdujące się w wiecznym ruchu
  8. właściwości ciał zależą od rodzaju tworzących je atomów i ich rozmieszczenia
    1. substancje twarde - atomy ułożone gęsto, miękkie - luźno
    2. słodki smak - gładkie atomy
    3. pozostałe smaki - ostre, nierówne atomy
  9. istnienie jest skupieniem atomów, a śmierć rozproszeniem.

Teoria ta nie miała ścisłych podstaw eksperymentalnych, a jedynie filozoficzne, poparte prostymi obserwacjami przyrody. Mimo to, z pewnymi zastrzeżeniami (pkt. 2 i 3), niektóre założenia są nadal aktualne (pkt. 1, 5, 7 i częściowo 8). Atomy początkowo uważano za niepodzielne, czyli niemożliwe do rozbicia na mniejsze całości. Stąd też  ich nazwa, wywodząca się od gr. atomos. Miała ona również odbicie w języku polskim - wybitny polski chemik Ursinus Leopolita ze Lwowa (XIV w.) nazwał je „niesiekomymi”, czyli niedającymi się dzielić ("siekać"). Jak się jednak miało okazać na przełomie XIX i XX w., atomy mogą zarówno mogą się zmieniać jeden w drugi, jak również i dzielić - ale nie wyprzedzajmy faktów. 

Teorię atomistyczną rozwinął Robert Boyle, podając przy tym nowoczesną definicję pierwiastka chemicznego (1661) i formułując prawo dotyczące zachowania gazu doskonałego w przemianie izotermicznej, znane później jako prawo Boyle'a-Mariotte'a. Następnie John Dalton stworzył kompleksową teorię atomistyczną, opublikowaną w 1808 r.:

  • Materia złożona jest z niepodzielnych atomów
  • Atomy mają kulisty kształt
  • Wszystkie atomy jednego pierwiastka mają identyczną masę i pozostałe właściwości
  • Każdy pierwiastek zbudowany jest z niepowtarzalnych atomów, różniących się od innych pierwiastków masą
  • Atomy są niezniszczalne i nie podlegają przemianom podczas reakcji chemicznych, zmienia się tylko ich wzajemne ułożenie i powiązanie
  • Cząsteczka związku chemicznego składa się ze skończonej i niewielkiej liczby atomów różnych pierwiastków [LINK].


https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/39/Daltons_symbols.gif

Choć teoria atomistyczna była bardzo użyteczna dla chemików, pozwalając wytłumaczyć tworzenie związków chemicznych, rozpuszczalność, rozcieńczanie itp., to jednak przez fizyków była traktowana jako hipoteza aż do końca XIX w. Spierano się zarówno o samo istnienie atomów, jak również ich budowę. Spekulowano o obecności cząstek elementarnych i przez długi czas uważano atomy za jednorodne kule, przypominające kulki łożyskowe lub kule bilardowe. Wkrótce jednak nastąpiła cała seria doniosłych odkryć.

Najpierw w 1838 r. Michael Faraday odkrył elektron przepuszczając prąd elektryczny przez szklaną rurę z rozrzedzonym powietrzem. Zaobserwował wówczas charakterystyczne światło między elektrodami, które nazwano promieniami katodowymi. Następnie Joseph John Thomson w 1896 r. ustalił naturę promieni katodowych, które okazały się strumieniem elektronów, ujemnie naładowanych lekkich cząstek, ulegających odchyleniu w polu elektrycznym i magnetycznym (na tej zasadzie działa kineskop).  

https://fizyka.umk.pl/~marta_985/prezentacja1/odkrycie_elektronu.html

Powstał wówczas model atomu, tzw. model Thomsona, który zakładał, że ujemnie naładowane elektrony są zatopione w jednorodnym jądrze atomowym o ładunku dodatnim niczym rodzynki w cieście. Jeszcze bardziej obrazowo można to porównać do ciasteczek „piegusków”: 

http://ilf.fizyka.pw.edu.pl/podrecznik/1/3/1

Elektrony musiały być rozmieszczone w jądrze symetrycznie, aby ich ujemny ładunek mógł być równoważony przez dodatni ładunek jądra. Rodziło to duże problemy przy większej liczbie elektronów, które próbowano rozwiązać, zakładając grupowanie się elektronów w większe pakiety, następnie rozmieszczone symetrycznie. Mimo to, powyżej pewnej liczby elektronów, model ten był zbyt skomplikowany od strony matematycznej. 

Model Thomsona został definitywnie obalony w eksperymencie Rutherforda ze złotą folią  bombardowaną cząstkami alfa. Przeprowadzali go Hans Geiger i Ernest Marsden pod kierownictwem Ernesta Rutherforda w latach 1908-1913. Folia miała grubość 1/1000 mm, co odpowiadało w przybliżeniu warstwie o grubości 400 atomów złota. Źródłem cząstek alfa był polon-210. Emitowane przezeń cząstki, po przejściu przez kolimator formujący odpowiedni strumień, trafiały w tarczę ze złotej folii, a następnie w umieszczony za nią ekran scyntylacyjny z siarczkiem cynku. Każde trafienie cząstki w ekran powodowało błyski, możliwe do zliczenia pod mikroskopem, pod warunkiem zaadaptowania wzroku do ciemności. Ekran scyntylacyjny można było umieszczać pod zmiennym kątem w stosunku do tarczy i to po obu jej stronach. Z urządzenia wypompowano powietrze, aby nie zakłócało toru lotu cząstek alfa.

https://en.wikipedia.org/wiki/Geiger%E2%80%93Marsden_experiments


Większość cząstek alfa przechodziła przez złotą folię bez zmiany kierunku. Niekiedy jednak (1:1000) zdarzało się odchylenie toru o kąt powyżej 10 stopni, pojedyncze zaś odchylały się o 90 stopni czy były wręcz odrzucane wstecz (1:20000 cząstek). Porównane to zostało przez Rutherforda  do pocisku artyleryjskiego kalibru 15 cali (381 mm), który trafiwszy w bibułkę, odbił się od niej i wrócił do strzelającego. Obrazowo ukazuje to poniższy schemat - w rzeczywistości ekran scyntylacyjny nie był umieszczony dookoła złotej folii, tylko trzeba było go ustawić pod odpowiednim kątem w stosunku do tarczy.

https://slideplayer.pl/slide/13793311/

Po ustawieniu ekranu po stronie źródła, pod kątem 45 stopni w stosunku do tarczy, zaobserwowano pojedyncze scyntylacje, których zgodnie z modelem Thomsona nie miało prawa być. Dla pewności umieszczono specjalną przesłonę, aby wyeliminować możliwość trafienia w ekran cząstek pochodzących bezpośrednio ze źródła:

cyt. za: Richard Rhodes, Jak powstała bomba atomowa, Warszawa 2021, s. 60, tory cząstek
zaznaczyłem samemu dla zwiększenia czytelności schematu

Eksperyment wyraźnie dowiódł, że w atomie większość masy jest skupiona w jądrze, zaś pozostała przestrzeń jest praktycznie pusta. Zanegowało to definitywnie model Thomsona, przy którym takie zjawisko nie miałoby prawa wystąpić:

https://mlodytechnik.pl/eksperymenty-i-zadania-szkolne/chemia/28543-z-atomem-przez-wieki-czesc-2

Powstał wówczas model Rutherforda z elektronami krążącymi po orbitach niczym planety wokół Słońca. Był od razu krytykowany, ponieważ opierał się na klasycznej mechanice newtonowskiej. Elektrony, krążące wokół jądra na zdefiniowanych orbitach, powinny przyspieszać. Zgodnie z teorią elektromagnetyczną Maxwella naładowana cząstka, gdy przyspiesza, emituje promieniowanie elektromagnetyczne. Promieniowanie to, zgodnie z zasadą zachowania energii, powoduje utratę energii przez cząstkę. W związku z tym cząstka powinna krążyć coraz bliżej jądra, aż wreszcie, po 10^-10 s, zderzyć się z nim. Czyniłoby to atom niestabilnym, podczas gdy atom z zasady jest bardzo stabilny (z wyjątkiem dla rozpadu promieniotwórczego). Model Rutherforda wyparty więc został przez model Bohra, który dopuszczał jedynie dyskretne orbity elektronowe, po których krążą elektrony nie wypromieniowując energii. Każda orbita miała określony poziom energii elektronów. Przejście z niższej orbity na wyższej wymagało dostarczenia energii z zewnątrz, zaś z wyższej na niższą powodowało oddanie nadmiaru energii poprzez emisję kwantu promieniowania gamma. 

https://www.britannica.com/science/Bohr-model


Model Bohra również został zastąpiony przez jeszcze nowsze modele - jednym z głównych usprawnień było zastąpienie orbit kołowych przez orbitale, czyli chmury, w których jest największe prawdopodobieństwo spotkania elektronu. 

Zgodnie bowiem z zasadą nieoznaczoności Heisenberga niektórych wielkości nie można oznaczyć jednocześnie, ponieważ metoda pomiaru wpływa na mierzony układ. Taką parą wartości jest np. pęd i położenie elektronu. Gdy próbujemy zmierzyć jedną z nich, akt pomiaru sprawia, że część drugiej wielkości tracimy. Przypomina to próbę sfotografowania szybko poruszającego się pojazdu: na zdjęciu możemy uzyskać ostry obraz pojazdu albo tła, ale nigdy obu tych obiektów jednocześnie.

***

Wróćmy jednak do odkryć poszczególnych cząstek elementarnych. Elektron był już znany, natomiast budowa jądra pozostawała niewiadomą. Wiedziano tylko, że zawiera silny ładunek dodatni, równoważący ujemne ładunki elektronów. W 1886 r. Eugene Goldstein odkrył tzw. promieniowanie anodowe, czyli strumień dodatnich jonów, powstający w lampie katodowej za jej perforowaną katodą. 

https://en.wikipedia.org/wiki/Anode_ray


W odróżnieniu od promieni katodowych, których ujemny ładunek był stały, promienie anodowe wykazywały zmienny stosunek dodatniego ładunku elektrycznego do masy, zależny od tego, jakim gazem napełniono lampę katodową (ładunek dodatni zależy od liczby protonów w jądrze, zaś masa od sumy protonów i neutronów). Nie mogły więc to być pojedyncze cząstki. W 1898 r. Wilhelm Wien odkrył, że jony wodoru mają najwyższy stosunek ładunku do masy, wynoszący 1:1. Wkrótce Rutherford przeprowadził serię eksperymentów z bombardowaniem różnych gazów cząstkami alfa. W tym celu skonstruował cylindryczną komorę wyposażoną w źródło radowe (D), ekran scyntylacyjny (S) oraz króćce do wpompowywania i wypompowywania gazów:


https://iopscience.iop.org/book/978-0-7503-1173-1/chapter/bk978-0-7503-1173-1ch3


Zaczął od wodoru i odkrył, że cząstki alfa, mające wysoką energię, powodują przyspieszanie jonów wodoru i powstawanie błysków na ekranie scyntylacyjnym nawet w dużej odległości do źródła, nieosiągalnej dla cząstek alfa. Gdy napełnił aparaturę powietrzem, również zaobserwował wzrost liczby scyntylacji, choć zawartość wodoru w powietrzu atmosferycznym jest niewielka (0,5 ppm), nie licząc pary wodnej. Pomimo osuszenia powietrza i oczyszczenia całej aparatury z możliwych źródeł wodoru efekt się utrzymywał. Ponieważ powietrze w 78% składa się z azotu, Rutherford napełnił aparaturę tym gazem. Efekt znacznie się wzmocnił. Początkowo myślał, że azot zamienił się w węgiel C-14, z emisją cząstki alfa i jonu wodoru: 14N + α → 14C + α + H+. Jednak obserwacje w komorze mgłowej wskazały, że cząstka alfa została wchłonięta i dokonała się przemiana azotu w tlen z jednoczesną emisją protonu. 14N + α → 17O + p. 

Była to pierwsza w historii dokonana przez człowieka przemiana atomów jednego pierwiastka w drugi. Wraz z odkryciem radioaktywności naturalnej (Henri Becquere, Maria Skłodowska-Curie i Piotr Curie) oraz sztucznej (Irena i Frederic Joliot-Curie) stanowiła podstawę do odebrania atomowi jednej z cech, przypisywanych mu w starożytności: niezmienności. Za niezmienne bowiem można uznać atomy pierwiastków stabilnych (niepromieniotwórczych) i ewentualnie takich, których okres połowicznego rozpadu znacznie przekracza wiek Ziemi (4,46 mld lat). Natomiast atomy pierwiastków promieniotwórczych zmieniają się i to niekiedy dość szybko, tworząc całe szeregi promieniotwórcze (uranowo-radowy, uranowo-aktynowy, torowy, neptunowy). Tego starożytni nie mogli przewidzieć, dopiero odkrycie Becquerela i prace małżonków Curie pozwoliły ustalić, że rad zmienia się w radon, następnie w polon i tak dalej aż do stabilnego ołowiu. 

https://docplayer.pl/17172256-Wyznaczanie-promieniowania-radonu.html


Przemiany atomów mogą odbywać się też w drugą stronę, poprzez wchłonięcie cząstki, np. neutronu (tak z uranu-238 powstaje pluton-239). Atom można też rozszczepić, wtedy z jednego jądra cięższego powstają 2-3 lżejsze. 

http://jrdygas.if.pw.edu.pl/WZFW_W6_reakcje_jadrowe.pdf


Temat ten zostanie omówiony osobno, wraz z odkryciem neutronu, które pozwoliło na skompletowanie głównych cząstek elementarnych, z których złożony jest atom.

***

Atom jest cząstką niezmiernie małą, której rozmiary są trudne do zobrazowania. Poniżej przedstawię kilka przykładów, które choć nie zawsze są ze sobą spójne, to jednak ukazują z jakimi wielkościami mamy do czynienia.

  • Gdyby całą wodę obecną na Ziemi (morza, oceany, rzeki, jeziora, wody podziemne i woda w atmosferze) zmieszać z 1 litrem alkoholu etylowego, to 1 litrze tej mieszaniny będzie 7000 cząsteczek alkoholu (C2H5OH) czyli 63000 atomów.

  • Atom jest tyle razy mniejszy od jabłka, ile razy jabłko jest mniejsze od Ziemi. Jest to jedna z pierwszych poglądowych ilustracji rozmiarów atomu, z jaką zetknąłem się na początku zainteresowania fizyką jądrową, jeszcze w szkole podstawowej.



Cyt. za: Kto kiedy dlaczego, tom I, Warszawa 1964, s. 213
 

  • Podobna analogia, ale w proporcji zamiast jabłka pojawia się ziarnko maku, czyli obiekt 70-100 razy mniejszy (typowe jabłko ma średnicę 7-10 cm):

http://sp385.waw.pl/nauczyciele/fizyka/wp-content/uploads/2020/03/podrecznik8.pdf


  • Jeśli jądro atomowe byłoby wielkości piłki tenisowej (6,5-6,8 cm), najbliższy elektron byłby w odległości 1 km. 

  • Jeśli atom byłby rozmiarów największego stadionu piłkarskiego na świecie, to jądro byłoby mniejsze od piłki futbolowej (68-70 cm), zaś elektrony byłyby malutkimi iskierkami krążącymi po koronie stadionu (cyt. za: Księga odkryć i wynalazków, wyd. R.A.F. Scriba, Warszawa 1994).

  • Jeśli jądro atomowe miałoby rozmiary piłeczki ping-pongowej (4 cm), to atom byłby rozmiarów boiska piłkarskiego

http://ilf.fizyka.pw.edu.pl/podrecznik/1/3/2

  • Jeśli atom miałby rozmiary boiska piłkarskiego (długość 105 m), to jądro miałoby średnicę 1 mm łebka od szpilki.

  • Jeśli protony i neutrony miałyby średnicę 1 cm, to elektrony i kwarki miałyby średnicę włosa, zaś cały atom miałby średnicę 30 boisk piłkarskich (3,15 km), cyt. za:  http://mikro.swiat.prv.pl/rozmiary.html

  • Generalnie jądro atomu jest 100.000 razy mniejsze niż cały atom, w nim też jest zlokalizowana praktycznie cała jego masa. Elektrony

 ***

Atom oczywiście atomowi nierówny. Różnią się składem – liczbą nukleonów (protonów i neutronów) w jądrze, jednak zależność między wielkością jądra a wielkością całego atomu nie jest taka prosta.  Otóż sumaryczny rozmiar atomu zależny jest zarówno od liczby powłok elektronowych, jak również rozmiarów jądra atomowego.  Większe jądra mają więcej protonów, które swym dodatnim ładunkiem silniej oddziałują na ujemnie naładowane elektrony, przybliżając ich orbity do jądra. Zatem atomy o najcięższych jądrach wcale nie będą największe. 

https://www.kwantowo.pl/2021/03/08/czy-atomy-maja-podobna-wielkosc/


Problem bardzo przystępnie został opisany tutaj: https://www.kwantowo.pl/2021/03/08/czy-atomy-maja-podobna-wielkosc/ 

Atom może też zwiększyć swój rozmiar w stanie wzbudzonym, czyli gdy któryś z elektronów przeskoczy na wyższą powłokę elektronową lub gdy przyłączy dodatkowy elektron, stając się jonem ujemnym. Z kolei utrata jednego z elektronów, czyli zostanie jonem dodatnim, zmniejszy atom. Temat wzbudzenia i jonizacji rozwinę osobno.

***

Powyższy tekst ukazuje jedynie mały wycinek zagadnień związanych z naturą atomu. Zachęcam do dalszych samodzielnych poszukiwań w oparciu o m.in. cytowaną przeze mnie literaturę. Jeśli spotkaliście się z jakimś wyjątkowo ciekawym porównaniem dotyczącym rozmiarów atomu lub chcecie coś uzupełnić w tym wpisie, dajcie znać w komentarzach. 

20 stycznia, 2022

Jak zrobić domek osłonny obniżający tło?

Domki osłonne, zwane też domkami pomiarowymi, stosowane są przy pomiarach małych aktywności oraz spektrometrii promieniowania gamma. W obu przypadkach służą do obniżenia wpływu promieniowania tła naturalnego, które przy małych aktywnościach byłoby silniejsze niż promieniowanie pochodzące z próbki, zaś przy spektrometrii wprowadzałoby dodatkowe piki zaciemniające obraz. Promieniowanie tła pochodzi zarówno z kosmosu, jak również z naturalnych i sztucznych radionuklidów obecnych w skorupie ziemskiej.

Domki osłonne najczęściej wykonuje się z ołowiu, stąd potoczna nazwa „domek ołowiany”. Ołów  jako materiał osłonny ma niewątpliwą zaletę w postaci dużego ciężaru właściwego (11,35 g/cm3), przekładającego się na wysoką krotność osłabienia promieniowania. Zaletą jest też niska temperatura topnienia (327 st. C), pozwalająca na odlewanie dowolnych kształtów nawet w warunkach domowych. Metal ten jest miękki, daje się więc łatwo formować: ciąć, zwijać, wyginać, kuć, wiercić bez użycia dużej siły. Niestety ma też wady. Przede wszystkim jest trujący, zarówno przy narażeniu przez skórę, jak i drogą oddechową, w tym przy wdychaniu oparów podczas topienia. Ma też porowatą strukturę, wychwytującą zanieczyszczenia i skażenia, trudną zaś do dekontaminacji. I wreszcie ostatnia kwestia, czyli cena. Obecnie koszt 1 kg ołowiu to ok. 30 zł. Do budowy domku pomiarowego nadaje się ołów w każdej postaci, jednak jeśli chcemy oszczędzić sobie topienia, mamy do wyboru:

  • kulki o następujących średnicach i masie nasypowej, wszystkie po 850 zł za 25 kg:
  • blacha o następujących grubościach

Domek osłonny możemy więc wykonać, bądź obsypując granulatem rurę o średnicy odpowiadającej naszemu detektorowi bądź też owijając ją wieloma zwojami blachy. W obu wypadkach koszt ołowiu będzie jednak znaczny. Jest jednak jeszcze jedno rozwiązanie, które właśnie przetestowałem.

Otóż na osłony przed promieniowaniem stosuje się również żelazo. Ma ono nieco mniejszy ciężar właściwy niż ołów (7,8 g/cm3 wobec 11,35 g/cm3), jest jednak nieporównywalnie tańsze. Zatem przy użyciu nieznacznie grubszej warstwy żelaza uzyskamy taką samą krotność osłabienia jak stosując cieńszą warstwę drogiego ołowiu. Ponieważ żelazo ma dużo wyższą temperaturę topnienia niż ołów (1538 st. C) i jest nieporównywalnie twardsze, pozostaje nam zastosowanie granulatu. Można użyć kulek, blaszek lub gradowiny, czyli odpadu po produkcji gwoździ. Masa nasypowa wynosi 4,5 kg/litr, zaś cena 25 kg zaledwie 200 zł. Dostępna jest zarówno gradowina ze stali surowej, jak i ocynkowanej. Możemy zalać ją żywicą lub parafiną, by nadać stałą formę. Zależy to od naszej inwencji i potrzeb.

***

Teraz przedstawię mój domek pomiarowy. Kupiłem 25 kg granulatu, w postaci drobnych krążków fi 2 mm ze stali ocynkowanej.

Jako obudowy użyłem starej puszki CSS "Społem" o wymiarach 17x25,5 cm i pojemności 5,7 litra.


Najpierw włożyłem do puszki gruby worek od śmieci i wywinąłem brzegi na zewnątrz. Następnie nasypałem na dno warstwę ok. 5 cm gradowiny. Następnie pośrodku umieściłem krążek z ołowiu o grubości 1 cm, stanowiący podstawę komory pomiarowej. Na nim umieściłem rurkę tekturową od ręczniczka papierowego – najlepiej co prawda użyć miedzianej lub aluminiowej, aby odcinała promieniowanie rozproszone w ołowiu, niestety nie miałem takiej pod ręką. Następnie zacząłem obsypywać boki gradowiną. 


Rurka szybko ustabilizowała się , mocno trzymana po bokach przez grubą warstwę granulatu. Materiał sypałem aż do krawędzi puszki, wtedy brzegi worka zwinąłem do środka i przymocowałem gumką wokół części rurki wystającej ponad brzeg puszki. 


Nastał moment testu. Uruchomiłem miniaturowy dozymetr scyntylacyjny RadiaCode 101 wraz z aplikacją na telefonie. Poczekałem na ustabilizowanie się tła – wyniosło w moim pokoju 0,122 µSv/h (6,2 cps). Umieściłem dozymetr w domku i zacząłem obserwować wskazania w aplikacji. Wynik zaczął bardzo szybko spadać aż osiągnął 0,02 µSv/h (0,98 cps). Obniżenie tła było więc rzędu 7,5 razy. Domek jeszcze nie miał zakrycia od góry. Warstwa granulatu wynosiła 5 cm po bokach, zaś od spodu była dodatkowo wzmocniona przez 1 cm ołowiu. Następnie umieściłem w kanale domku woreczek z gradowiną, ale jego wpływ na spadek wskazań był praktycznie zerowy.


Następnie uruchomiłem SRP-68. Miernik ten, stosowany w prospekcji geologicznej, ma znacznie większy kryształ scyntylacyjny. Po odczekaniu minuty tło naturalne oscylowało między 15 a 17 µR/h (~0,15-0,17 µSv/h). Zacząłem wsuwać sondę do domku. Już po zanurzeniu jej końca w pierwszych warstwach granulatu wynik zaczął spadać poniżej 10 µR/h. Gdy koniec sondy spoczął na dnie, wynik wahał się między 3,5 a 5,5 µR/h. Przyjmując uśrednione wartości 0,16 µSv/h i 0,045 µSv/h mamy obniżenie tła 3,5x.


Skąd taka różnica w krotności osłabienia? Otóż RadiaCode 101 rejestruje zarówno promieniowanie gamma o niskich energiach, jak również część promieniowania beta, o czym łatwo można się przekonać za pomocą uranowej glazury czy kontrolki od rentgenoradiometrów. Domek pomiarowy bardzo skutecznie odcina te emisje, zaś promieniowanie wysokoenergetyczne, głównie twarda składowa promieniowania kosmicznego, słabo działa na mały kryształ CsI(Tl), stanowiący detektor w RadiaCode 101. Z kolei SRP-68 ma duży kryształ NaI(Tl), osłonięty zarówno aluminium, jak i gumą. Jest więc znacznie mniej czuły na emisję beta i niskoenergetyczną gamma, co łatwo sprawdzić zarówno glazurą czy kontrolką, jak również innymi „codziennymi” źródłami, np. siateczkami żarowymi. Przy pomiarach SRP-68 rejestruje głównie twarde promieniowanie, czyli też wysokoenergetyczną składową promieniowania kosmicznego. To promieniowanie jest mniej wydatnie osłabiane przez 5 cm stali, stąd mniejsza krotność osłabienia.

Po przeprowadzeniu pierwszych testów postanowiłem skonstruować „korek”, zamykający domek od góry.  Użyłem w tym celu woreczka strunowego z garścią gradowiny. Umieszczałem go w kanale domku po włożeniu tam dozymetru. Nie zarejestrowałem jednak zauważalnego dalszego osłabienia promieniowania. 

Przy okazji  - woreczki wypełnione granulatem ze stali lub ołowiu mogą służyć również za segmentowy domek osłonny - obłożymy nimi badany obiekt wraz z detektorem, jeśli całość nie zmieści się w domku.

 ***

Prezentowany projekt domku osłonnego jest skalowalny. Jeśli krotność osłabienia tła będzie za mała, można użyć większego naczynia i dosypać granulatu lub po prostu włożyć cały domek do dużego wiadra z warstwą granulatu na dnie i obsypać po bokach. 

Zastosowana rurka mieści "na styk" spektrometr µSpect, z niewielkim luzem sondę od SRP-68 i ze sporym zapasem miniaturowe dozymetry takie jak RadiaCode 101. 


Niestety nie zmieszczą się do niej mierniki o większych obudowach, na szczęście możliwa jest bardzo szybka "przebudowa" domku i zastosowanie rurki o większej średnicy. Zastosowanie granulatu (obojętnie, stalowego czy ołowianego) ułatwia nam przebudowy, oszczędzając ponownego topienia lub zwijania blachy. 

***

Zerknijmy jeszcze na przykłady fabrycznych domków osłonnych, zaczynając od katalogów z lat 60.:

Cyt. za: Aparatura jądrowa - informator techniczny, Warszawa b.r.w. [1961]


Cyt. za: Katalog 37R - izotopowa aparatura przemysłowa i techniczna, Warszawa 1969.

Radziecki "domek ołowiany ciężki" typu DS-000, ważący 73 kg, i przeznaczony do detektora z okienkowym licznikiem G-M typu MST-17 wchodzącym w skład zestawu DP-100:

https://promieniowanie.blogspot.com/2018/12/radiometr-dp-100.html

Istniał też typ "lekki" w kształcie prostopadłościanu, o nieco cieńszej ściance, z wbudowanym licznikiem G-M typu STS-6:

https://promieniowanie.blogspot.com/2018/12/radiometr-dp-100.html

Innym rozwiązaniem jest forma szafeczki, jak np. domek pomiarowy do radiometru RKB-20.01 Beta, o grubości ścianki ok. 2,5 cm i ważący 20 kg:

https://promieniowanie.blogspot.com/2017/11/radiometr-beta-rkb-2001.html


Zerknijmy jeszcze na współczesne konstrukcje - LC-201 o ściance złożonej z 100 mm ołowiu i 2 mm miedzi:

https://modelmedical.pl/produkty/niskotlowy-domek-olowiany-lc201/


A także domek SDO-1 firmy Polon-Alfa złożony z półpierścieni o grubości ścianki 30 mm, zapewniających 5x obniżenie tła dla scyntylatora NaI(Tl) 40x40 mm. Domek ten jest  wyposażony w statyw mocujący sondę, pasujący do współczesnych sond scyntylacyjnych "Polonu":

https://www.polon-alfa.pl/pl/products/2076/SDO-1


Jeżeli budowaliście własne domki osłonne lub macie propozycje ulepszeń mojej konstrukcji, dajcie znać w komentarzach!