Monitor skażeń Contamat FHT 111M

Ten miernik jest produktem znanej niemieckiej firmy Frieseke und Hoepfner, produkującej profesjonalny sprzęt dozymetryczny dla przemysłu jądrowego oraz wojska (np. FH-40T). Prezentowany przyrząd służy do pomiaru aktywności powierzchniowej emiterów promieniowania alfa, beta oraz gamma.

Miernik współpracuje z kilkoma typami liczników proporcjonalnych, zarówno przepływowych, jak i o stałym napełnieniu. W moim egzemplarzu zamontowany jest przepływowy licznik proporcjonalny typu 4249627 z butanem jako czynnikiem roboczym. Okienko pomiarowe ma powierzchnię 166 cm2 i jest pokryte folią mylarową o gęstości powierzchniowej 0,9 mg/cm2. Opcjonalnie można zastosować znacznie cieńszą folię (0,3 mg/cm2), aby zwiększyć czułość na promieniowanie alfa. Gdy miernik nie jest używany, na okienko zakładamy ochronną pokrywę ze stali kwasoodpornej (kwasówki) o grubości 0,4 mm.

Licznik ten do pracy potrzebuje gazowego butanu, przechowywanego w niewielkim zasobniku (10 cm3) wewnątrz korpusu detektora. Zasobnik ten, jeśli nie mamy butanu przeznaczonego specjalnie do liczników proporcjonalnych, możemy napełnić zwykłym gazem do zapalniczek. 

Z prawej zawór do napełniania gazem, z lewej wentyl wypuszczający nadmiar gazu.

Zbiornik napełniamy przez 10-15 sekund, przyciskając pojemnik z gazem w pozycji pionowej do mosiężnego zaworu - tak samo jak napełniamy zapalniczki.

Następnie przed pierwszym uruchomieniem wciskamy chromowany przycisk z prawej strony tylnej ścianki obudowy, wpuszczając porcję gazu z zasobnika do objętości czynnej licznika. Usłyszymy krótki, pojedynczy syk. Czynność tą powtarzamy trzykrotnie co 5 minut, przygotowanie dozymetru do pracy zajmie nam więc 15 minut.

Z prawej przycisk do uzupełniania gazu, z lewej wskaźnik poziomu gazu, w którym przy całkowitym napełnieniu powinien
być jedynie mały pęcherzyk powietrza.

Uzupełnianie gazu zwane jest przepłukiwaniem (purge) i powinno się odbywać co 4 godziny. Zgodnie ze specyfikacją pełen zasobnik (10 cm3) powinien starczyć na 25 przepłukań licznika po 1 s każde, czyli 5 dni pracy [LINK]. 

Napełnienie licznika rozpoznamy po lekkim wybrzuszaniu się folii mylarowej w sześciokątnych okienkach ochronnej siatki - przed napełnieniem jest ona płaska. 

Licznika nie da się przepełnić - jeśli ciśnienie gazu będzie zbyt wysokie, nadmiar zostanie wypuszczony przez zawór wylotowy. Z tego co słyszałem od użytkowników, te liczniki zawsze miały problem ze szczelnością i wymagały częstej wymiany uszczelek, a i mimo tego potrafiły stopniowo tracić gaz. Gaz może się ulatniać zarówno z samego licznika po jego napełnieniu, jak również z zasobnika - jeśli nie chcemy rozkręcać przyrządu, pozostaje napełniać na krótko przed rozpoczęciem pracy i liczyć się z tym, że niewykorzystany gaz po pewnym czasie uleci do atmosfery. 

Uruchomienie licznika bez gazu spowoduje, że w trybie alfa wynik będzie rosnąć po zbliżeniu źródła promieniowania, jednak nie spadnie po odsunięciu. Z kolei w trybie beta wynik osiągnie koniec zakresu pomiarowego (19999 cps).

Według specyfikacji bieg własny tego licznika powinien wynosić 0,014 cps w trybie alfa i 5-7 cps w trybie beta+gamma, jeśli tło gamma wynosi 0,1 µSv/h. 

***

Ponieważ jest to pierwszy przyrząd z licznikiem proporcjonalnym testowany na blogu, przyjrzyjmy się zasadzie działania tego detektora. Cechą charakterystyczną licznika proporcjonalnego jest zależność stopnia jonizacji gazu wewnątrz licznika od energii cząstki (lub kwantu) wywołującego jonizację. Kwanty i cząstki o wyższych energiach będą wywoływały większą jonizację niż niskoenergetyczne. Ta cecha odróżnia licznik proporcjonalny od licznika Geigera, gdzie niezależnie od energii cząstki/kwantu jonizacja występuje w całej objętości licznika. Najważniejsze różnice pomiędzy tymi detektorami zestawiono poniżej:

https://www.easybiologyclass.com/difference-between-gm-counter-and-proportional-counter/

Licznik proporcjonalny pracuje przy niższym napięciu niż licznik Geigera - jego zakres pracy znajduje się powyżej zakresu komory jonizacyjnej, ale poniżej zakresu ograniczonej proporcjonalności, który poprzedza zakres licznika Geigera.

https://en.wikipedia.org/wiki/File:Detector_regions.gif

Liczniki proporcjonalne stosowane są wyłącznie w przyrządach do użytku profesjonalnego i to w dodatku specjalistycznego. Z polskich konstrukcji można wymienić licznik PZM-40, służący do napełniania gazem, którego aktywność chcemy zmierzyć (w tym wypadku powietrzem), oraz wyprodukowaną w małej serii sondę przepływową uniwersalną SPU-1P zasilaną butanem doprowadzanym z butli. 

***

Contamat FHT 111M mierzy częstość zliczania wywołaną przez emitery promieniowania alfa, beta i gamma. Przyrząd może pracować następujących trybach:

• przelicznik - zliczanie impulsów przez określony czas (do 999 s, domyślnie 10 s)
• pomiar łączny alfa+beta+gamma z odróżnianiem impulsów pochodzących od aktywności alfa oraz beta+gamma na podstawie ich amplitudy - przycisk przełączający tryb pracy zmienia tylko wyświetlaną wartość, obie wartości mierzone są jednocześnie.

Wynik podawany jest na wyświetlaczu LCD z okresowo włączanym podświetleniem. Widzimy na nim bieżącą wartość pomiaru wyrażoną cyfrowo oraz w postaci graficznego wskaźnika ze skalą logarytmiczną.

Dodatkowe symbole informują nas o trybie pracy (alfa lub beta+gamma), włączeniu dźwięku impulsów (głośnik) czy funkcji odejmowania tła naturalnego (- b). Możemy też wybrać jeden z 10 wprowadzonych wcześniej współczynników kalibracyjnych dla poszczególnych izotopów, opisanych ich masą atomową, i zamiast częstości zliczania uzyskać od razu aktywność powierzchniową w Bq/cm2. 

Niestety wprowadzenie współczynników kalibracyjnych, jak również zmiana większości ustawień wymaga podłączenia dozymetru do komputera za pośrednictwem portu szeregowego.

Przykład pomiar aktywności powierzchniowej w Bq/cm2  radionuklidu o A=14
Fot. eBay - LINK

Podświetlenie wyświetlacza włączamy przyciskiem z symbolem żarówki i działa przez 30 sekund. Obok wyświetlacza mamy dwie diody LED, sygnalizujące przekroczenie progów alarmowych dla każdego trybu osobno.

Przyrząd obsługujemy za pomocą klawiatury membranowej o 7 klawiszach, których znaczenie opisano po niemiecku i po angielsku na przednim panelu urządzenia. 

Funkcje tych przycisków przedstawiają się następująco:

• ◉ - włącznik
• 💡 - podświetlenie skali
•  N - dłuższe przytrzymanie w trybie przelicznika pokazuje wartość odchylenia standardowego
• [α | β+γ] - przełączanie wyświetlania wyniku - tylko emisja alfa lub beta+gamma, dłuższe przytrzymanie - wartość zapisanego tła naturalnego dla danego trybu
• ▼ - zapisanie bieżącego pomiaru w pamięci (łączna pojemność 128 rekordów)
• ▲ - rozpoczęcie / zatrzymanie pracy w trybie przelicznika (zliczanie impulsów przez określony czas), dłuższe przytrzymanie - pomiar tła naturalnego
• 🔈 - włączenie / wyłączenie alarmu progowego i dźwięku impulsów, dłuższe przytrzymanie - wyświetlenie progu alarmu
• ◉ + ▲ - skasowanie zapisanego pomiaru o danym numerze 
• ◉ +▼ - wyświetlenie zapisanych wyników pomiaru (ta pozycja powinna być umieszczona przed poprzednią, wówczas układałyby się logicznie - najpierw wyświetlanie rekordów, potem kasowanie)

Umieszczona na dozymetrze ściągawka jest o tyle pomocna, że w internecie do tej pory nie natrafiłem na angielską instrukcję obsługi - jest tylko niemiecka [LINK]. Niestety nie wynika z niej, jak ustawić próg alarmowy czy skasować uprzednio zapisaną wartość tła naturalnego. W związku z tym testy prowadziłem, kasując co chwila alarm, a ponieważ większość pomiarów przekraczała zarówno próg dla emisji alfa, jak i beta+gamma, kasować musiałem dwukrotnie, każdy z osobna. Jak widać na filmiku, w moim egzemplarzu progi ustawiono na dość niskie wartości.

Generalnie praca z FHT 111M jest prosta i intuicyjna, szczególnie że mamy wspomnianą ściągawkę z funkcjami poszczególnych przycisków. Na poziomie podstawowym obsługa sprowadza się do włączenia, a następnie wyboru trybu pomiaru (alfa lub beta+gamma). Wynik rośnie szybko i równie szybko spada, choć niekiedy przez pewien czas po spadku wyniku z wysokiej wartości utrzymuje się odczyt kilkukrotnie przekraczający tło. Przykładowo, z 2000 cps w ciągu 5 s po odsunięciu od źródła poza zasięg promieniowania robi się 20 cps, które utrzymuje się następne 10-20 s. Pomaga wówczas zmiana trybu pomiaru.

Jeśli zależy nam na uzyskaniu konkretnej, ustalonej wartości, bez ciągłych wahań (choć w FHT 111M są one nieznaczne), możemy użyć trybu przelicznika, wciskając ▲. Wówczas przyrząd będzie zliczał impulsy przez określony czas (domyślnie 10 sekund), a następnie wynik jest wyświetlany bez ograniczenia czasowego. Jest to więc tryb przypominający ANRI Sosna i inne mierniki tak pracujące - o samych trybach pracy pisałem osobno, używając własnego podziału na kategorie [LINK], podobnie jak o różnicach między przelicznikiem a integratorem [LINK].

Tryb przelicznika - z prawej u góry liczba sekund pozostałych do końca czasu pomiaru

W trybie przelicznika wykonałem pomiary od najbardziej reprezentatywnych "domowych" źródeł, z których część występowała również w powyższym filmie. Wyniki prezentują się następująco (alfa/beta+gamma):

• Am-241: 400/325 cps
• elektroda WT-20 3,2 mm - 1/15,2 cps
• elektroda WT-20 4 mm - 0,75/7,5 cps
• Quantum Pendant Angel Wings #1 - 3,7/76 cps
• Quantum Pendant Angel Wings #2 - 2,9/63 cps
• Quantum Pendant Sunflower - 0,12/10 cps
• kafel z herbem Bredy - 11,4/794 cps, drugi pomiar 13/826 cps
• misa Strehla Keramik (wnętrze, większy obszar z glazurą uranową) - 7,7/2141 cps
• talerzyk Fiestaware: 
• front - 1,45/1730 cps, drugi pomiar 2,61/1944 cps
• tył - 8,5/1830 cps, drugi pomiar  13,7/2117 cps
• miedziana tacka Esmaltes Garcia z glazurą uranową:
• wierzch - 0,104/441 cps
• spód - 0,10424,7
• minerał 100 g - 2,4/1800 cps
• wskazówka budzika Ruhla (podwójny woreczek strunowy) - 0,313/673 cps
• kompas Adrianowa:
• przód - 12/180 cps
• tył - 20/167 cps
• zakrętka słoika w którym jest trzymany - 15,7/65 cps
• radon-222 - puszka z pojemniczkiem ze skalą od DP-63A:
• pokrywa metalowa od wewnątrz - 22,3/126 cps
• folia owijająca pojemnik ze skalą - 252/34,4 cps
• pojemnik ze skalą 4,47/8519 cps 
• szkiełko paliwomierza - 3,34/18,7 cps
• soczewka z Th-232 - 9,93/207 cps
• siatka żarowa:
• Geniol 
• przez woreczek strunowy - 0,5/854 cps
• przez pergaminową kopertę - 14/943 cps
• bez żadnej osłony - 76/1098 cps
• sama koperta - 1,15/12,7 cps
• Luxor 
• przez woreczek strunowy - 0,552/299 cps
• przez papierową kopertę - 3,86/319 cps
• bez żadnej osłony - 24,4/388 cps
• sama koperta - 0,627/8,78 cps
• Universal
• przez celofanową kopertę - 5,54/309 cps
• Butterfly (duża)
• przez woreczek strunowy - 0,8/602 cps
• przez papierową kopertę - 10,6/673 cps

Odległość wykrywania:

• kontrolka DP66M - 75 cm
• misa Strehla Keramik z glazurą uranową - 110 cm
• soczewka Th-232 - 105 cm
• kompas Adrianowa - 120 cm

Zauważyłem wzrost odczytu od tego samego źródła wraz z upływem czasu od ostatniego przepłukania licznika. Dobrym przykładem może być kontrolka DP-66M emitująca czyste promieniowanie beta - jak od ostatniego przepłukania upłynęło ok. 10 minut, wynik sięgnął 30/1925 cps (alfa/beta+gamma), zaś po pojedynczym przepłukaniu spadł do 4,2/1700 cps potem znowu w miarę prowadzenia pomiarów wartości wyniosły 10/1912 cps i  19/2080 cps, zaś przepłukanie obniżyło odczyt aż do 0,7/1600 cps. Zależność ta nie występowała przy pomiarach źródeł zawierających Th-232, głównie siateczek żarowych oraz soczewki, pojawiała się jednak przy ceramice z glazurą uranową (kafel z herbem Bredy i talerzyk Fiestaware). Niestety dokładne ustalenie zależności stopnia napełnienia licznika i jego wydajności nie jest możliwe w moim egzemplarzu z uwagi na istniejące nieszczelności.

Contamat FHT 111M z bateriami waży 1,75 kg, czyli 0,25 kg więcej niż "żelazko" RKP-1-2, jednak podczas pracy wcale się tego nie odczuwa. Miernik jest dobrze wyważony (może nawet lepiej niż produkt "Polonu"?), a wszystkie przyciski są w zasięgu kciuka i to zarówno przy obsłudze prawą ręką, jak i lewą. 

Wykonany jest bardzo porządnie, jedyne zastrzeżenia jakie mam, dotyczą plastikowej osłony wyświetlacza, która łatwo ulega porysowaniu, a w starszych egzemplarzach jest rozszczelniona i wpuszcza kurz do wnętrza obudowy

***

Detektory promieniowania są wymienne - w tym celu wciskamy przycisk ukryty pod dużą gumową zaślepką z przodu obudowy, a następnie odchylamy panel mieszczący licznik.

Spodnia strona licznika i korpusu radiometru wyglądają tak:

Jeśli uruchomimy dozymetr bez żadnego licznika, wówczas wyświetli się kod 15 i miernik wyłączy się.

Licznik przepływowy napełniany butanem, który jest zamontowany w moim egzemplarzu, to model 4249627. Pod względem dozymetrycznym jest identyczny z licznikiem typu 4249625, ma jednak dodatkową siatkę, chroniącą okienko pomiarowe. Oba liczniki przeznaczone są do pomiaru promieniowania takich izotopów jak: C-14, P-32, S-35, Co-60, Ni-63, Sr-90/Y-90, I-131, Cs-137, Tl-204, Am-241. Wydajność obu liczników, mierzona na źródle kalibracyjnym o powierzchni 100 cm2 wygląda następująco:

http://perlamar.ie/wp-content/uploads/pdf/thermo/CONTAMAT_SURVEY_METER/FHT111M_Technical_specification.pdf

Oprócz wysokiej czułości na promieniowanie alfa i beta liczniki przepływowe napełniane butanem mają niestety również poważne wady:

• stałe ulatnianie się gazu, który jest łatwopalny i toksyczny
• ograniczony zakres temperatur pracy - producent zaleca 10-40 st. C, ponieważ temperatura wrzenia butanu wynosi ok. -0,5 st. C
• zależność wyniku od częstości "przepłukiwania"

Contamat FHT 111M może współpracować też z innymi licznikami przepływowymi, napełnianymi butanem, metanem lub mieszankami gazów (metan-argon, metan-dwutlenek węgla). Niektóre z nich wymagają zewnętrznego zbiornika gazu z uwagi na konieczność częstszego "przepłukiwania". 

Liczniki przepływowe można demontować w warunkach domowych, np. w celu wyczyszczenia wnętrza, zabrudzonego dodatkami z gazu do zapalniczek, albo wymiany folii mylarowej, która jest bardzo delikatna i może łatwo ulec przebiciu lub przetarciu. Jako zamiennik folii mylarowej można użyć koca termicznego (space blanket), który powinien przepuszczać cząstki alfa o energii powyżej 3 MeV - więcej na poniższym blogu:

https://gigabecquerel.wordpress.com/2020/01/12/fag-fht-111-contamat-repair/

Inne liczniki mają stałe napełnienie czynnikiem roboczym, np. ksenonem, i nie wymagają "przepłukiwania". Przykładem może być model 4249635, który służy do pomiaru promieniowania gamma i beta od takich izotopów, jak: C-14, P-32, S-35, Co-60, Sr-90/Y-90, Tc-99m, I-123, I-125, I-131, Cs-137. Jego okienko wykonane jest z folii tytanowej o gęstości powierzchniowej 4,5 mg/cm2, zatem nie zmierzymy nim emisji alfa. Bieg własny wynosi 10-13 cps. Zakres temperatur pracy jest nieco szerszy niż liczników z butanem: od -10 do +45 st. C.

http://perlamar.ie/wp-content/uploads/pdf/thermo/CONTAMAT_SURVEY_METER/FHT111M_Technical_specification.pdf

Oprócz liczników z okienkiem 166 cm2 dostępne są też mniejsze - 100 cm2. Zestaw wszystkich liczników przedstawiono w poniższym folderze reklamowym producenta:

https://tools.thermofisher.com/content/sfs/brochures/D10457~.pdf

W komplecie z dozymetrem znajduje się też źródło kontrolne w postaci plastikowej płytki, obejmującej całą powierzchnię licznika. Na jej środku znajduje się element aktywny - mieszanka Am-241 i Sr-90 o łącznej aktywności 3,7 kBq

***

Dozymetr zasilany jest z 5 baterii AA umieszczonych w uchwycie. Jeden komplet powinien starczyć na 150 godzin pracy. 

Aby otworzyć komorę baterii, trzeba podważyć pokrywkę śrubokrętem:

Dozymetr może współpracować ze specjalną stacją, pozwalającą m.in. na ładowanie akumulatorków, jeśli zastosujemy je zamiast zwykłych baterii, a także uzupełnianie gazu. 

Źródło - eBay [LINK]

Taki zestaw pojawił się nawet raz na naszym Allegro - oferta z 2018 r.

https://archiwum.allegro.pl/oferta/urzadzenie-contamat-fht-111m-nr-s288-i7156012481.html

Contamat występował też w starszej, analogowej wersji, wyposażonej w typowy mikroamperomierz i oznaczonej FHT 111:

https://geigercounter001.blog.fc2.com/blog-entry-1755.html

Sumaryczna ocena monitora skażeń Contamat FHT 111M nie jest łatwa, szczególnie jeśli analizujemy przydatność miernika dla dozymetrysty-amatora. Z jednej strony mamy wysoką czułość na promieniowanie alfa i niskoenergetyczne beta oraz możliwość selektywnego pomiaru emisji alfa oraz beta, z drugiej konieczność uzupełniania gazu i brak szczelności w wielu używanych egzemplarzach. W dodatku jakkolwiek instrukcja dopuszcza stosowanie komercyjnego gazu do zapalniczek zamiast butanu do liczników proporcjonalnych, to jednak ostrzega przed dodatkami i zanieczyszczeniami w takim gazie, mogącymi wpłynąć na pomiar, a pewnie i na trwałość licznika. 

Prowadzenie pomiarów jest łatwe, jednak zmiana ustawień, nawet tak podstawowych, jak próg alarmu, wymaga podłączenia przyrządu do komputera. Do tego dochodzi wysoka cena i niewielka podaż na rynku oraz konieczność sprowadzania z zagranicy. W chwili obecnej na eBay znajduje się jeden egzemplarz, nowy, wraz ze stacją, za 1300 $ (zob. wyżej). Mój był znacznie tańszy, gdyż sprzedający nie miał pewności co do poprawnego działania, a tak naprawdę była to kwestia braku gazu. 

Jeśli więc często musimy mierzyć aktywność skażeń powierzchniowych emiterami alfa i beta, zwłaszcza o niskich energiach, Contamat FHT 111M z pewnością się sprawdzi, natomiast do innych zastosowań, zwłaszcza w bardziej amatorskiej dozymetrii, są prostsze i mniej kłopotliwe w obsłudze przyrządy. 

Jeżeli mieliście do czynienia z tym monitorem skażeń albo innym przepływowym licznikiem proporcjonalnym, macie praktyczne porady dotyczące eksploatacji lub chcecie uzupełnić niniejszą recenzję, dajcie znać w komentarzach!