Sonda powierzchniowa SGB-3P

Sonda powierzchniowa SGB-3P jest „starszą siostrą” omawianej niedawno SGB-1P [LINK]. Podobnie jak ona służy do pomiaru aktywności emiterów promieniowania beta i gamma, ale zamiast 3 liczników G-M ma aż 6, co przekłada się na dwa razy większą łączną powierzchnię czynną - 300 cm2. 

Sonda była produkowana przez ZZUJ „Polon” wraz z innymi konstrukcjami serii SGB, SSU i SSA, wprowadzonymi pod koniec lat 60. i współpracującymi z radiometrami RUST i URL. Wykonano zaledwie 200 egzemplarzy, zatem bardzo rzadko pojawia się na rynku, w przeciwieństwie do SGB-1P (2000 szt.), stanowiącej „podstawowe” wyposażenie RUST-2 i RUST-3.

SGB-3P ma kwadratową obudowę ze stalowej blachy emaliowanej o grubości ok. 1,5 mm, mającej na celu zmniejszenie wpływu promieniowania docierającego do liczników od góry i boków. Od spodu zaś znajduje się cieńsza osłona ze stali chromowanej mająca wycięcia na poszczególne liczniki G-M.

Okienka te osłonięte są folią o deklarowanej gęstości powierzchniowej 4-7 mg/cm2, zabezpieczającą przed skażeniem wnętrza sondy oraz innymi zanieczyszczeniami. 

W razie potrzeby możemy folię wymienić, stosując jako zamiennik np. Estrofol o grubości 0,04-0,07 mm. Folię wycinamy z zapasem 1 cm z każdej strony i przyklejamy od wewnątrz. Ostatecznie możemy użyć dowolnej cienkiej i w miarę sztywnej folii, pamiętajmy tylko o dokładnym przyklejeniu na wszystkich krawędziach.

Detektorami promieniowania są radzieckie liczniki STS-6 lub ich krajowe odpowiedniki BOI-53, mające gęstość powierzchniową ścianki ok. 50 mg/cm2. Zapewniają one wykrywanie promieniowania beta o energii powyżej 500 keV oraz gamma od 30 keV.

Zastosowanie aż 6 wysokoczułych liczników STS-6/BOI-53 przekłada się na bardzo szybką reakcję nawet od niskoaktywnych źródeł i to bez znaczącego wzrostu biegu własnego, który jest taki sam jak w SGB-1P, czyli ok. 300 cpm (5 cps). Mierząc sondą SGB-3P należy unikać przekraczania częstości zliczania 6000 cps, co odpowiada 1000 cps dla pojedynczego licznika. Powyżej tej wartości następuje szybsze zużywanie się liczników, a także zaniżenie wyniku z uwagi na czas martwy. Sonda zasadniczo służy do pomiaru małych aktywności i lepiej jej nie przeciążać, jeśli zależy nam na długiej i bezawaryjnej pracy.

Napięcie pracy jest takie samo, jak przy SGB-1P, czyli 380-400 V i nie należy go przekraczać z uwagi na skrócenie żywotności detektorów czy nawet ryzyko uszkodzenia. Uwaga ta tyczy się zresztą wszystkich sond podłączanych do radiometrów uniwersalnych. Co do zasady napięcie pracy sondy powinno być podaje w karcie badania, dołączonej do danego egzemplarza, jednak rzadko kiedy taki dokument jest dostępny i musimy przyjąć napięcie znamionowe dla pojedynczego licznika danego typu.

Złącze sondy jest typowe – koncentryczne BNC-2,5 – i pozwala na podłączenie radiometrów serii MSP, RUST, URL i URS, jak również autorskich konstrukcji UDR i UDAR.

Kupując sondę SGB-3P, pamiętajmy o przetestowaniu każdego z liczników osobno za pomocą źródła obejmującego jeden licznik. Najlepiej nadaje się do tego elektroda TIG, umieszczona równolegle do detektora i pomiar w trybie przelicznikowym np. przez 1 minutę. W ten sposób łatwo się przekonamy, czy wszystkie liczniki są sprawne i czy żaden nie jest bardziej wyeksploatowany.

Oczywiście pewne odchyłki w pomiarach pomiędzy poszczególnymi licznikami będą występować z uwagi na drobne różnice w geometrii układu pomiarowego oraz rozrzut parametrów liczników, nawet w obrębie jednej serii produkcyjnej.

W moim przypadku liczba zliczeń od elektrody WT-20 fi 3 mm, zbieranych w ciągu 1 minuty przedstawiała się następująco:

1. 1117 (1108)
2. 1238
3. 1343
4. 1360
5. 1227
6. 1066 (1072)

Powtórzyłem pomiar w przypadku obu skrajnych liczników i wynik nadal był zauważalnie niższy, choć nadal nie jest to różnica znacząca, szczególnie w kontekście całej sondy. 

Jeżeli planujemy stosować SGB-3P do poszukiwania źródeł, a zauważyliśmy podobne różnice w czułości poszczególnych detektorów, to możemy liczniki o największej czułości umieścić na skrajnych bocznych pozycjach, mniej czułe montując pośrodku. W ten sposób zapewnimy sobie wysoką czułość na brzegu sondy, czyli w miejscu, którym wchodzi ona w pole promieniowania poszukiwanego źródła i musi od razu szybko zarejestrować wzrost zliczeń. Liczniki środkowe wówczas tylko "przejmują" i "podtrzymują" odczyt zarejestrowany przez boczne, ich rola przy poszukiwaniu źródeł jest mniejsza. Doskonale dowodzi tego autorski radiometr-monitor skażeń SCM-2, konstrukcji Karola, w którym zupełnie zrezygnowano ze środkowego licznika, pozostawiając 2 boczne. 

Z kolei jeśli sondą będziemy po prostu mierzyć aktywność źródeł powierzchniowych, niewielkie różnice w odczytach poszczególnych liczników nie będą miały znaczenia. Przykładowe wartości pomiarów aktywności powierzchniowej moim egzemplarzem przedstawiają się następująco:

• pokój 1: parkiet 328 cpm, parapet z lastriko 313 cpm, łóżko 331 cpm
• pokój 2: parkiet 325 cpm, parapet z lastriko 374 cpm, kanapa 323 cpm, stół 327 cpm
• przedpokój: parkiet 333 cpm
• płytki w kuchni - 627 cpm
• płytki w łazience - 705 cpm
• płytki na balkonie - 558 cpm
• parapet na balkonie - 316 cpm
• cegła szamotowa z pieca akumulacyjnego - 441 cpm
• paczka żwirku bentonitowego - 481 cpm
• patera z niskoaktywnego miodowego szkła uranowego - 618 cpm
• duża patera ze szkła kryształowego - 835 cpm
• mały wazon ze szkła wazelinowego - 2019 cpm
• duży wazon ze szkła chryzoprazowego - 2390 cpm

Użyte do testów źródła przedstawiłem na poniższej fotografii. Od prawej: cegła szamotowa, żwirek bentonitowy, wazon chryzoprazowy, talerz z miodowego szkła uranowego i wazon ze szkła wazelinowego, u góry obok radiometru UDR-2 patera ze szkła kryształowego:

Następne pomiary przeprowadziłem na dworze, przy okazji wizyty na targu. Zmierzyłem aktywność następujących powierzchni:

• bruk granitowy - 895 cpm
• bruk bazaltowy - 455 cpm
• betonowa płyta chodnikowa sprzed wojny - 457 cpm
• betonowa płyta chodnikowa współczesna - 430 cpm
• granit z pomnika Żeromskiego przed MDK Koło - 1055 cpm
• żeliwna pokrywa kanału - 258-270 cpm 
• stół do ping-ponga z lastriko - 466 cpm
• głaz z różowego granitu - 876 cpm
• głaz z jasnego granitu - 846 cpm
• inny głaz z różowego granitu - 719 cpm

Uzyskane wyniki dobitnie pokazują, że podwyższona aktywność powierzchniowa, zmierzona SGB-3P lub innymi wysokoczułymi detektorami, nie zawsze oznacza obecność skażeń radioaktywnych, a jedynie zawartość naturalnych izotopów promieniotwórczych, pochodzących ze skorupy ziemskiej i z atmosfery. Jest to  doskonała ilustracja wszechobecności izotopów radioaktywnych w naszym otoczeniu i mogą posłużyć za argument w dyskusjach z osobami obawiającymi się promieniowania jonizującego np. w kontekście rozwoju energetyki jądrowej w Polsce. Jak widać, przeciętny Kowalski ma w swoim domu i jego okolicy co najmniej kilka niskoaktywnych źródeł promieniowania. Mają one znacznie większy wpływ na łączną dawkę przyjmowaną w ciągu całego roku niż energetyka jądrowa, a jednocześnie nie powodują negatywnych skutków ubocznych. Ale to temat na osobną dyskusję, zresztą antyatomowe argumenty poruszałem już w innych notkach.

Przy okazji warto zauważyć, że najniższy odczyt miał miejsce na żeliwnej pokrywie studzienki kanalizacyjnej, która bardzo skutecznie odcina promieniowanie z otoczenia. W ten sposób możemy sprawdzić, czy sonda nie jest skażona izotopami radioaktywnymi, mogącymi zawyżać pomiar. Najlepiej dokonać kilku pomiarów na różnych studzienkach i porównać z pomiarami "w powietrzu".

Z kolei zdolność sondy do wykrywania źródeł z odległości testowałem za pomocą poniższego talerza, obficie pokrytego glazurą uranową (pojedynczy uchwyt talerza emituje 19,7 tys. rozp/min/cm2 na MKS-01SA1M, 846 cps na sondzie RK-100, 6870 rozp/min/cm2 na AT6130 i 9 mR/h łącznej emisji na ANRI Sosna):

Wzrost liczby zliczeń udało mi się zarejestrować już w odległości 3 m - z tła rzędu 330 cpm do 398 cpm, zaś z odległości 1,6 m odczyt skoczył do 502 cpm. Pomiar w trybie przelicznikowym ma większą precyzję niż pomiar uśredniany (integratorowy), zajmuje jednak więcej czasu i trudno prowadzić go w ruchu. Przełączyłem więc UDR-2 w tryb integratora i ponowiłem testy. Z odległości 3 m trudno było zauważyć wzrost, gdyż tło oscylowało między 5 a 6 cps. Jednoznaczny wzrost do 8 cps zarejestrowałem dopiero z odległości 1,6 m, zaś ewidentny - do 14 cps - z 1,3 m. 

Sondę wraz z UDR-2 zabrałem też na targ, aby w praktyce przetestować jej zastosowanie do wykrywania źródeł.  Duża powierzchnia sondy przyspiesza "skanowanie" kartonów, powoduje jednak wzrost tła - liczniki rejestrują promieniowanie z większego obszaru, zatem duża liczba nikoaktywnych obiektów, np. szkła kryształowego, powoduje oscylowanie wyniku między 7 a 10 cps przy typowym tle rzędu 5 cps. W takim "szumie" mogą ukryć się obiekty o niewielkiej aktywności, które łatwiej wykryjemy mniejszą sondą, o bardziej kierunkowej charakterystyce, jednak za cenę wolniejszego szukania.

Udało mi się jednak znaleźć miejsce, gdzie odczyt wyraźnie wzrastał do 15 cps i stabilizował się na tym wyniku. Zacząłem więc sprawdzać wszystkie obiekty po kolei i znalazłem zestaw czterech talerzyków z wytwórni Grafenroda, leżących pod warstwą zwykłych białych nieaktywnych talerzy. 

Do poszukiwania źródeł zalecam stosowanie radiometrów ze wskaźnikiem analogowym, czyli albo UDAR-1 konstrukcji Karola, albo stare RUST-2 i RUST-3, gdyż wskazówka mikroamperomierza ma znacznie mniejszą bezwładność niż wyświetlacz i szybciej zareaguje na wzrost poziomu promieniowania. Z kolei jeśli chcemy mierzyć małe aktywności, bardziej przydatny będzie tryb przelicznikowy, oferowany przez cyfrowe radiometry UDR-1, UDR-2, a także "kombajn" URS-3. Pomiar przelicznikowy jest dokładniejszy i pozwala zarejestrować znacznie mniejsze różnice aktywności, a im dłużej zliczamy impulsy, tym większa dokładność, nie występują też wahania wyniku, charakterystyczne dla pomiaru integratorowego. Temat rozwinąłem w osobnej notce [LINK]. 

Sonda ma bardzo prostą konstrukcję - liczniki G-M połączono równolegle przez dzielnik napięć z rezystorów. Możliwe uszkodzenia to albo defekt licznika G-M, albo brak połączenia we wtyczce lub przy wyjściu przewodu we wnętrzu sondy. Szczególnie wyprowadzenie kabla koncentrycznego wewnątrz sondy jest podatne na zerwanie, ponieważ przewody przylutowane do żyły (+) i ekranu (-) są dość mocno naciągnięte i jeszcze okręcone wokół siebie.

Mój egzemplarz trzeciego dnia testów najpierw zaczął zawyżać pomiar do 15, 20 i 30 cps, później na chwilę wrócił do normy, po czym przestał działać całkowicie. Ponieważ radiometr był sprawny, zacząłem diagnozować sondę i szybko zauważyłem zerwanie przewodu idącego do żyły. Przylutowanie i zaizolowanie połączenia rozwiązało problem. Warto sprawdzić to miejsce w pierwszej kolejności, jeśli sonda przestaje działać, szczególnie że wiele egzemplarzy pochodzi jeszcze z lat 70. 

***

Podsumowując, zastosowanie sondy SGB-3P w amatorskiej dozymetrii jest takie samo jak SGB-1P, czyli poszukiwanie źródeł promieniowania, pomiar niskoaktywnych źródeł powierzchniowych oraz wykrywanie skażeń. Może służyć do pomiaru aktywności opadu całkowitego osadzonego na węglu aktywnym lub filtrze bibułowym celem wykrycia radioaktywnych skażeń powietrza. Możemy nią sprawdzić, czy nasza powierzchnia robocza nie została skażona podczas pracy z artefaktami. Większy rozmiar w stosunku do SGB-1P pozwala na szybszą kontrolę dużych powierzchni, jednak przekłada się na znacznie większą masę (2 kg zamiast 0,5 kg) i mniejszą ergonomię manewrowania. Ciężar sondy jest szczególnie uciążliwy, gdy używamy jej z radiometrem RUST-3, który bez baterii waży 4 kg. Doskonale sprawdzają się za to autorskie radiometry UDR i UDAR, mające znacznie mniejszą masę i wymiary niż przyrządy serii RUST.

Generalnie większość amatorskich zadań dla SGB-3P wykonamy również mniejszą, lżejszą i znacznie tańszą SGB-1P lub monitorami skażeń RKP-1, RKP-1-2 lub RKP-2. 

SGB-3P służyła przede wszystkim do wykrywania skażeń na dużych powierzchniach, głównie podłogach, stołach czy odzieży roboczej. Przewidziano do niej nawet specjalny wózek WSP-1, pozwalający na prowadzenie sondy ze stałą odległością 5 lub 8 mm od podłogi i jednoczesny odczyt z radiometru RUST, umieszczonego w opcjonalnej przystawce

Na koniec przedstawię specyfikację sondy z katalogu Izotopowa aparatura przemysłowa i radiometryczna - Katalog 37R z 1969 r:

I zestawienie sond Polonu z 1979 r. wraz ze współpracującymi miernikami - brakuje niestety RUST-3, który został wprowadzony dopiero w 1983 r.:

Jeżeli dysponujecie egzemplarzem SGB-3P i zarejestrowaliście inne wartości biegu własnego lub zastanawiająco wysokie odczyty na jakiejś powierzchni, dajcie znać w komentarzach!