Dozymetr TVX-1B do sprawdzania promieniowania kineskopów

Promieniowanie rentgenowskie powstaje w wyniku hamowania rozpędzonych cząstek naładowanych (np. elektronów) na powłokach elektronowych atomów o dużej masie atomowej. Rozpędzone elektrony zderzając się z elektronami na wewnętrznych powłokach atomu powodują ich wybicie poza atom. Na opróżnioną w ten sposób powłokę przechodzi elektron z powłoki wyższej.

https://www.researchgate.net/figure/X-ray-emission-process-An-incoming-photon-with-enough-energy-extracts-an-electron-from_fig1_263967770

Ponieważ energia elektronów na niższych powłokach jest mniejsza niż na wyższych, nadmiar energii jest wypromieniowywany w postaci kwantów promieniowania rentgenowskiego. Na tej zasadzie działa lampa rentgenowska, gdzie tarcza z wolframu jest bombardowana elektronami celem wytworzenia promieniowania rentgenowskiego.

Hmilch, Public domain, via Wikimedia Commons
https://pl.wikipedia.org/wiki/Lampa_rentgenowska

Energia maksymalna generowanego promieniowania w keV odpowiada w przybliżeniu napięciu anodowemu na lampie w kV. Widmo promieniowania jest ciągłe, z maksimum przypadającym na 2/3 tej wartości [LINK].

Promieniowanie rentgenowskie może też powstawać jako niepożądany efekt uboczny w aparaturze wysokonapięciowej, np. w kineskopach czy lampach elektronowych. W kineskopie elektrony emitowane przez działo elektronowe są przyspieszane wysokim napięciem przyłożonym do napylonej grafitem bańki kineskopu, a powstała w ten sposób wiązka uderza w ekran pokryty luminoforem, powodując jego świecenie. Odchylanie wiązki elektronów za pomocą pola magnetycznego generowanego przez cewki odchylające pozwala na tworzenie, linia po linii, obrazu na ekranie kineskopu.

https://propagation.ece.gatech.edu/ECE3025/tutorials/CathodeRayTube/CRTbuttons.htm

Ubocznym efektem będzie promieniowanie rentgenowskie, powstałe w wyniku hamowania elektronów na elementach ekranu (maska, luminofor, szkło).

https://www.britannica.com/technology/cathode-ray-tube

Energia tego promieniowania jest niska z uwagi na napięcia stosowane w kineskopach odbiorników telewizyjnych: 6-20 kV dla czarno-białych i 20-40 kV dla kolorowych, co przekłada się na 6-20 keV (2-13,3 keV) i 13,3-23 keV). Jest to więc promieniowanie tzw. miękkie, a nawet bardzo miękkie. Grube szkło ekranu, zawierające ołów, stront lub bar, skutecznie absorbuje większość emisji, jednak boczne ścianki kineskopu są dużo cieńsze i część emisji może się przez nie przedostawać. Narażenie na promieniowanie rentgenowskie od telewizorów zaczęło być analizowane w USA w 1967 r., gdy odkryto, że telewizory firmy "General Electric" emitują promieniowanie rentgenowskie przekraczające dopuszczalne normy. Podobne zjawisko zauważono przy innych telewizorach, przy czym większość emisji skierowana była w dół urządzenia. Przedstawicieli producentów przesłuchiwano przed specjalną komisją Kongresu, a następnie uchwalono ustawę 1968 Radiation Control for Health and Safety Act [LINK]. Limitami poziomów promieniowania zajęła się Agencja Żywności i Leków (FDA), wydając regulację 21 CFR 1020.0 [LINK], ustalającą dopuszczalny poziom promieniowania na 0,5 mR/h w odległości 5 cm od dowolnej powierzchni urządzenia. Zalecono też, aby nie oglądać telewizji z odległości bliższej niż niż 6 stóp (1,8 m) od ekranu.

Powstały wówczas różne mierniki promieniowania przeznaczone specjalnie do pomiaru skuteczności osłon w odbiornikach telewizyjnych. Jeden z nich, dzięki uprzejmości Czytelnika, mogę dziś przedstawić. Pełna nazwa to Monitor, X-ray emission, model TVX-1B. Producentem jest amerykańska firma WM B. Johnson & Associates Inc., obecnie znana jako WB Johnson Instruments (https://jradmeters.com/about-us/). Założona została w 1955 r. przez Williama Johnsona, fizyka, absolwenta Purdue University i uczestnika Projektu Manhattan

Przyrząd ma kształt długiego płaskiego prostopadłościennego pudełka, na którego bocznej powierzchni umieszczono 6 cienkościennych liczników G-M typu 72527 firmy LND.

Jest to licznik wypełniony helem, z alkoholowym czynnikiem gaszącym, co powoduje problemy związane z ulatnianiem się helu oraz szybkim zużywaniem czynnika gaszącego. O różnicach między licznikami alkoholowymi i chlorowcowymi pisałem przy okazji omawiania zasady działania licznika G-M [LINK]

https://www.lndinc.com/products/geiger-mueller-tubes/72527/

Producent nie podaje czułości na poszczególne energie promieniowania, jednakże na podstawie parametrów ścianki, wykonanej z aluminium (47,8 mg/cm2, 0,178 mm) można wnioskować, że czułość jest porównywalna z SBM-20 z korpusem ze stali nierdzewnej (40 mg/cm2, 0,05 mm) [LINK].

Liczniki umieszczono parami, przesunięte względem siebie w taki sposób, aby wyprowadzenie jednego licznika przypadło w połowie długości drugiego. Zapobiega to powstawaniu martwych pól w powierzchni czynnej dozymetru.

Dodatkowo przy każdym liczniku umieszczono diodę LED, pozwalającą szybko ustalić, który licznik wykrył "wyciek" promieniowania. Oszczędza to manewrowania korpusem dozymetru - jest on na tyle duży, że bez problemu obejmuje cały bok telewizora czy monitora.

Przyrząd wyskalowany jest w jednostkach częstości zliczania - impulsach na minutę (cpm). Aby uzyskać wartość mocy dawki, musimy uzyskaną częstość zliczania przemnożyć przez współczynnik kalibracyjny dla danej energii promieniowania. Bez niego będziemy mogli tylko stwierdzić, czy dany telewizor "przepuszcza" promieniowanie i mniej więcej w jakim stopniu.

Mikroamperomierz 50 µA ma podstawową podziałkę 0-1000 cpm co 20 cpm, służącą do pomiaru promieniowania, oraz dodatkową wyskalowaną w woltach (1-15 V co 1 V) do kontroli napięcia zasilania.

Główna podziałka współpracuje z czterema zakresami pomiarowymi:

x3 - 60-3000 cpm (1-50 cps)
x10 - 200-10.000 cpm (3,3 - 166,6 cps)
x30 - 600-30.000 cpm (10-500 cps)
x100 - 2000-100.000 cps (33,3-1666,6 cps)

Dolna podziałka służy do kontroli napięcia baterii oraz zasilania licznika G-M. Oba tryby testowe uruchamiamy włączając zakres oznaczony "Volts", a następnie dodatkowym przełącznikiem wybieramy, jakie napięcie chcemy zmierzyć. W przypadku napięcia baterii wybieramy pozycję BATT x1 i odczytujemy napięcie w woltach bezpośrednio ze skali. W przypadku pomiaru wysokiego napięcia licznika GM, wybieramy pozycję "High volts x100" i wynik mnożymy przez 100. Rekomendowane napięcie dla licznika LND 72527 to 900 V, choć zakres napięć pracy zawiera się między 850 a 1100 V.

Miernik ma dźwiękową sygnalizację impulsów, nie są to jednak impulsy z licznika, a generator.

Elementy sterujące są nieliczne:

przycisk resetu
pokrętło ustawiania zera
przełącznik stałej czasu (fast/slow, czyli albo szybsza reakcja na zmiany poziomu promieniowania kosztem dużych wahań odczytu, albo odwrotnie)
przełącznik wskaźnika baterii
dioda sygnalizująca rozładowanie baterii
wyłącznik dźwięku impulsów.

Zasilanie odbywa się z czterech baterii 6F22 9 V, z których trzy zasilają jedną część obwodu, a jedna pozostałą. Gniazda baterii umieszczone są poniżej obwodów drukowanych.

Jak przedstawia się czułość TVX-1B? Według testów przeprowadzonych przez właściciela sprzętu, miernik nie reaguje na szkło uranowe ani elektrodę torowaną z lampy ksenonowej, niewypalona koszulka Auera daje odczyt 300-450 cpm, wypalona 750-900 cpm i świecenie LED przy liczniku. Testy z założonymi osłonami licznika, nie przy samym detektorze. Taki odczyt był uzyskany tylko na jednym z liczników, wykazującym najwyższą czułość (z racji wieku część liczników jest znacznie mniej czuła, jeden prawie całkowicie stracił czułość). Diody LED przy licznikach wskazują średni prąd płynący przez dany licznik, a wahania jasności korespondują ze statystycznymi zmianami intensywności promieniowania. Podejrzewam, że pierwotna czułość była wyraźnie wyższa, jednak upływ czasu znacznie pogorszył parametry detektorów, głównie przez stopniową utratę wypełnienia.

***

Był też model TVX-1A, mający nieco mniejsze liczniki - Victoreen 1B88.

https://www.ebay.com/itm/185268876360

Przyrząd przedstawiłem w charakterze ciekawostki, gdyż z uwagi na gabaryty i specyficzne przeznaczenie jego zastosowanie jest ograniczone. Teoretycznie można byłoby nim szukać artefaktów na targu, jednak manewrowanie takim wielkim pudłem byłoby bardzo utrudnione, pomijając już wzbudzanie sensacji i niską czułość na najsłabsze promieniowanie. Inną opcją byłby stacjonarny monitor promieniowania, ale znowu, są lepsze mierniki do tego celu. Najwłaściwsze byłoby pierwotne zastosowanie przyrządu, szczególnie jeśli mamy kolekcję starych odbiorników telewizyjnych, zwłaszcza kolorowych (Rubin!).

***

Jeśli chodzi o sam pomiar emisji od telewizorów kineskopowych, próbowałem mierzyć różne telewizory od początków bloga, ale zawsze bezskutecznie. Były to następujące odbiorniki:

Ametyst (stacjonarny czarno-biały)
Fregata (stacjonarny czarno-biały)
Elektronika C432 (przenośny kolorowy)
Elektronika WL-100 (turystyczny czarno-biały)
Silelis (turystyczny czarno-biały)
Elemis (stacjonarny kolorowy)

Do pomiarów używałem głównie monitorów skażeń RKP-1-2 oraz EKO-C. Pierwszy miernik ma 3 cienkościenne liczniki STS-6/SBM-19 o łącznej powierzchni 150 cm2, drugi zaś okienkowy licznik SBT-10A z okienkiem mikowym 2 mg/cm2 o powierzchni 40 cm2. Odczyt nigdy nie przekraczał tła, za wyjątkiem niewielkiego wzrostu na samej powierzchni kineskopu, nawet przy niepracującym telewizorze, co wynikało ze śladowej zawartości różnych radionuklidów w szkle ołowiowym (to samo zjawisko występuje przy szkle kryształowym).

Mierząc emisję od telewizorów należy uważać na wzbudzanie się niektórych dozymetrów od pola elektromagnetycznego (EMF), generowanego przez pracujący telewizor, które może doprowadzić do błędnego przekonania o wysokim odczycie. Pierwszy model dozymetru Radiatex MDR-1 wzbudzał się przy telewizorku Silelis, na szczęście w następnych modelach Autor dokonał modyfikacji eliminujących wzbudzenie.

Nie wszystkie dozymetry są na to podatne (np. ANRI Sosna w powyższym filmie), zaś prosty test z klatką Faradaya z drobnej siatki drucianej pozwoli ustalić, czy mamy do czynienia z EMF, czy z promieniowaniem jonizującym [LINK].

Niestety nigdy nie miałem telewizora Rubin, w którym wysokie napięcie sięgało 25 kV. W modelu Rubin 714p, najbardziej popularnym na polskim rynku antykwarycznym, promieniowanie pochodziło tylko od kineskopu.

https://archiwum.allegro.pl/oferta/telewizor-rubin-714p-unitra-sprawny-i7883822197.html

Z kolei w starszym modelu Rubin 707 promieniowanie było emitowane nie tylko przez kineskop, ale również przez lampę GP-5 - triodę pracującą w układzie równoległym i stabilizującą wysokie napięcie 25 kV.