Rentgenoradiometr Radiološki detektor DR-M3

Przyrząd ten jest bliźniaczą konstrukcją z czechosłowackim Intenzimeter IT-65 omawianym na blogu w 2019 r. [LINK]. Oba mierniki były produkowane w kooperacji Czechosłowacji z Jugosławią i różnią się tylko drugorzędnymi szczegółami. "Radiološki detektor DR-M3" wytwarzały zakłady Rudi Čajavec z Banja Luki, produkujące zarówno cywilny sprzęt audio-video (klasy popularnej oraz profesjonalny), jak również wojskową elektronikę (sprzęt łączności, radiolokacyjny, dozymetryczny). Firma działała od 1950 r. do końca lat 90. i w szczytowym okresie zatrudniała 10.000 pracowników. Produkcja DR-M3 trwała od początku lat 70. do połowy 80., a rocznie wytwarzano 2000 egzemplarzy [LINK].

Jak wspomniałem, DR-M3 i IT-65 niewiele się różnią zarówno pod względem technicznym, jak i wizualnym. Główna różnica to kondensatory foliowe firmy Tesla w IT-65. Oba mierniki mają logo zakładów Rudi Čajavec na przednim panelu, choć oczywiście napisy są w innych językach. IT-65 ma oznaczenia elementów sterujących z farbą okresowego świecenia (jak RBGT-62a), aczkolwiek później produkowano też bez niej, zaś DR-M3 zawsze miał tylko zwykłe napisy. 

Jest jeszcze jedna różnica, o której nie wspomina większość opisów w internecie, a mianowicie szybka mikroamperomierza: w IT-65 ma kształt soczewki, by trochę ułatwiać odczyt, zaś w DR-M3 jest zupełnie płaska.

Tyle tytułem wstępu. Przejdźmy do omówienia i recenzji.

Przyrząd mierzy moc dawki promieniowania gamma w bardzo szerokim zakresie: 0,5 µGy - 500 cGy/h (0,05 mR/h - 500 R/h), a także  aktywność beta, choć z racji braku odpowiedniej skali jest to tylko indykacja. Cechy te zaliczają go do kategorii rentgenoradiometrów, czyli mierników mierzących zarówno niskie poziomy promieniowania, bliskie tła naturalnego, jak i bardzo wysokie, występujące podczas wojny jądrowej. Inne przyrządy tej klasy to nasze DP-66 i DP-75, niemieckie SV-500 czy radzieckie DP-5 i IMD-5.

DR-M3 ma dwa detektory promieniowania, każdy z nich obsługuje osobny zakres pomiarowy:

• okienkowy licznik G-M typu Philips 18504 (po 1983 r. ZP-1400) w zewnętrznej sondzie z obrotową przesłoną - zakres niższy: 0,5-5000 µGy/h (0,05-500 mR/h)
• powietrzna komora jonizacyjna wewnątrz pulpitu pomiarowego - zakres wyższy: 0,05-500 cGy/h (0,05-500 R/h)

Mierniki z lat 1972-1983 wyskalowano w jednostkach mocy dawki ekspozycyjnej (mR/h i R/h), zaś produkowane po 1983 r. w jednostkach mocy dawki pochłoniętej (µGy/h i cGy/h).

Prezentowany egzemplarz pochodzi z lipca 1984 r. (4 cyfry nad numerem seryjnym to miesiąc i rok produkcji), zatem wyskalowany jest już w grejach. DR-M3 w tej wersji są rzadsze, gdyż były znacznie krócej produkowane.

Przyjrzyjmy się detektorom zastosowanym w tym przyrządzie. Licznik okienkowy Philips 18504 znamy choćby z naszego RK-10-1 i czechosłowackiego DC-3A-72. Jego parametry przedstawiają się następująco:

• gęstość okienka – 2 do 3 mg/cm2
• średnica okienka – 9 mm
• materiał okienka - mika
• gęstość ścianki komory (katody) – 250 mg/cm2
• efektywna długość komory (katody) – 40 mm
• materiał, z którego wykonana jest komora (katoda) – 28% chrom, 72% żelazo
• gaz, którym wypełniona jest komora - mieszanina neonu, argonu i halogenu
• pojemność między anodą a katodą – 2 pF
• rezystor anodowy – 10 MΩ
• napięcie progowe – max 325 V
• napięcie robocze – 375 do 600 V
• maksymalne dopuszczalne napięcie anodowe – 600 V
• nachylenie plateau – 0,02%/V
• czas martwy – max 100 µs
• oczekiwana żywotność lampy – 5 x 10^10 impulsów 
• zakres temperatur pracy: -55 do +75°C

https://www.crowave.com/blog/2019/12/31/radioloski-detektor-dr-m3/

Stosowany po 1983 r. licznik Philips ZP-1400 miał prawie identyczne parametry. 

https://www.crowave.com/blog/2019/12/31/radioloski-detektor-dr-m3/

Różnice występowały w nachyleniu plateau (0,04%/V), pojemności między anodą a katodą (1,1 pF) i czasie martwym (90 µs)

https://lampes-et-tubes.info/rd/ZP1400.pdf

Licznik umieszczono w sondzie, mieszczącej też przedwzmacniacz. Okienko pomiarowe osłonięte jest obrotową przesłoną z czterema wycięciami, pozwalającą na pomiar łącznej emisji (beta, gamma i teoretycznie alfa) lub tylko samego promieniowania gamma. 

Z uwagi na znaczne oddalenie okienka od krawędzi czołowej sondy i mały zasięg cząstek alfa w powietrzu miernikiem tym zmierzymy tylko promieniowanie beta i gamma. Sytuację poprawi zdjęcie obrotowej przesłony wraz z pierścieniem mocującym, jednak wówczas delikatne okienko mikowe będzie bardzo narażone na uszkodzenia. Pozostaje też kwestia kalibracji - przyrząd ma podziałkę wyskalowaną tylko w jednostkach mocy dawki, bez skali w jednostkach aktywności powierzchniowej czy częstości zliczania. Podziałka jest logarytmiczna, ponieważ musi pokryć szeroki zakres 0,5 - 5000 µSv/h.

Przejdźmy do testów. Pomiary prowadziłem z oryginalną przesłoną sondy, gdyż w takiej konfiguracji miernik byłby używany "w polu", poza tym nie chciałem naruszać plomb. 

Jak widać, reakcja na ceramikę z glazurą uranową jest dość ospała, w przeciwieństwie do bardziej aktywnych artefaktów. Cząstki alfa z Am-241 praktycznie nie są w stanie dotrzeć do okienka pomiarowego. Pomiarów szkła uranowego nie prowadziłem, skoro na ceramikę miernik ledwo reaguje. Z drugiej strony pomiar silniejszych emiterów gamma daje taki sam wynik zarówno podczas pomiaru od czoła przy zamkniętej przesłonie, jak i od boku sondy. 

Przy omawianiu tego zakresu warto jeszcze wspomnieć o normach skażeń, przewidzianych przez producenta na wypadek wojny jądrowej:

• ciało ludzkie (na całej powierzchni skóry) - max 15 mR/h (131,5 µGy/h), 
• odkryte części ciała do 10% powierzchni (twarz, szyja i dłonie) - max 4,5 mR /h (39,46 µGy/h).
• woda pitna - max 0,4 mR/h (3,5 µGy/h) na 1,5 litra, ale nawet takiej wody nie wolno pić dłużej niż 30 dni.

Przy powyższych wartościach przyjęto przelicznik z mocy dawki ekspozycyjnej na pochłoniętą dla pochłaniania w powietrzu: 1 mR/h = 8,7 µGy/h (1 µGy/h = 0,144 mR/h). Przy absorpcji w ciele człowieka można przyjąć przelicznik 1 mR/h = 10 µGy/h.

***

Na niższym zakresie dozymetr ma sygnalizację dźwiękową impulsów za pośrednictwem nausznej słuchawki. . 

Słuchawka ma część głośnikową przypinaną na taki sam wtyk, jak w wojskowych wersjach naszych słuchawek SM-73, a także w słuchawce od RBGT-62a. Wtyk ten też był używany w aparatach słuchowych produkcji "Omig" oraz ładowarkach PT-1.

Ciekawa jest konstrukcja złącza słuchawkowego - w DR-M3 bolce wystają z pulpitu zamiast typowego gniazda, do którego wsuwamy wtyczkę. Na bolcach są nacięcia, które zaskakują o zatrzask wtyczki. 

Niestety dźwięk w słuchawce jest bardzo cichy, chyba najcichszy spośród testowanych do tej pory wojskowych mierników promieniowania. Podczas nagrywania filmiku musiałem umieścić słuchawkę bezpośrednio pod mikrofonem i to w tekturowym cylindrycznym pudełku.

***

Drugi zakres dozymetru (0,05-500 cGy/h, czyli 0,5 mGy/h - 5 Gy/h) obsługiwany jest przez komorę jonizacyjną, umieszczoną wewnątrz korpusu, z okienkiem pomiarowym na spodniej ściance. Środek geometrii układu pomiarowego zaznaczono żółtym krzyżem.

Komora ma ścianki z ołowiu o grubości 1 mm, jedynie spodnia ścianka jest cieńsza, dla zapewnienia charakterystyki kierunkowej. 

https://www.crowave.com/blog/2019/12/31/radioloski-detektor-dr-m3/

W jej wnętrzu znajduje się elektroda zbiorcza (na zdjęciu z lewej) i lampa elektrometryczna 

https://www.crowave.com/blog/2019/12/31/radioloski-detektor-dr-m3/

W komorze pracują elementy o specjalnej konstrukcji, przeznaczone głównie do sprzętu dozymetrycznego i innej aparatury pomiarowej. Pentoda w obwodzie wzmacniacza jest typu subminiaturowego, a rezystor pomiarowy zaprojektowano tak, aby charakteryzował się dużą dokładnością i stabilnością. Dla jak największej dokładności zastosowano specjalne powłoki warstwy rezystora, a dla stabilności temperaturowej rezystory zamknięto w szklanych bańkach próżniowych. 

Komora jonizacyjna wymaga kalibracji przed każdym uruchomieniem wyższego zakresu. Odbywa się ona w ten sposób, że wciskamy przycisk KAL i pokrętłem KAL nastawiamy wskazówkę na znacznik KAL (czarna kreska na czerwonej skali od wyższego zakresu). Gdy naciskamy przycisk KAL. zasilanie komory jonizacyjnej (13 V) jest wyłączone, a napięcie kalibracyjne (-3 V) podawane jest na wejście (siatkę) wzmacniającej lampy elektronowej poprzez rezystor kalibracyjny. Potencjometr KAL pozwala nam ustawić wskazówkę instrumentu na pozycję skali 100, co oznacza, że ​​obszar promieniowania rentgenowskiego jest ustawiany elektrycznie jak w warunkach kalibracji z kobaltem-60 przy dawce ekspozycji 100 R/h (100 cGy/h = 1 Gy/h).

Komora jonizacyjna często ulega defektowi, który uniemożliwia kalibrację - gdy kręcimy pokrętłem przy wciśniętym przycisku, wskazówkę udaje się nastawić na pozycję KAL, jednak kiedy puszczamy przycisk, wskazówka pozostaje w tym samym miejscu lub trochę opada. Wówczas wciśnięcie KAL resetuje ją do zera, ale puszczenie przywraca do pozycji KAL. 

Przyczyną jest zwarcie w komorze jonizacyjnej, które zwykle następuje od nieznacznego przesunięcia elementów od wstrząsów, zwykle podczas transportu. Problem jest dość częsty i nie ominął mojego egzemplarza. Na szczęście z wyższego zakresu lepiej byśmy nie musieli nigdy korzystać. 

Zacytuję tu dyskusję ze strony Crowave.com, opisującą podobny defekt i sposób jego rozwiązania:

• mam problem, że po kalibracji w zakresie cGy/h wskazówka nie wraca poniżej 0,5, tylko utrzymuje się na poziomie około 5cGy.
• Ech, nie mam już tego urządzenia rozbieranego, ale z Twojego opisu wynika, że ​​problem leży prawdopodobnie w samej komorze jonizacyjnej, czyli w elementach, które są w niej i na niej zamontowane. W skali cGy przyrząd pomiarowy jest podłączony szeregowo do obwodu zasilania anody (ok. +10V), dzięki czemu zawsze mierzy prąd płynący przez rurkę. Prąd może płynąć tylko wtedy, gdy sieć ma pewien ujemny potencjał. W stanie normalnym siatka nie jest nigdzie połączona i nie jest do niej przykładane napięcie, przez co przez anodę nie przepływa prąd, a co za tym idzie, nie ma odchylenia wskazówki. Podczas kalibracji do siatki przykładane jest około -3 V, więc prąd płynący przez anodę wzrasta do prawie pełnego odchylenia skali. Może się zdarzyć, że do siatki dostanie się jakieś napięcie przez coś (połączenie pojemnościowe) lub przez jakiś przewodzący brud, w związku z czym rura przewodzi prąd. Problem w tym, że to wszystko jest wciśnięte w złącze obudowy komory i przyciski kalibracji, więc ciężko cokolwiek rozebrać, zmierzyć i rozdzielić przewody, żeby znaleźć usterkę. Najlepszym rozwiązaniem może być oddzielenie anody rurowej od komory jonizacyjnej. Jeśli wskazówka spadnie do zera, oznacza to, że problem polega na upływie prądu przez lampę. Jeśli wskazówka nie spadnie, problem leży w linii 13 V zasilającej komorę jonizacyjną. Wszystkie inne napięcia nie mają nic wspólnego z przyrządem w tym zakresie pomiarowym. W tych obwodach są też cztery potencjometry do kalibracji napięcia i przyrządu, ale tak naprawdę nie wiem, które to potencjometry.
• Rozwiązałem problem, był bardzo prosty. Jak się domyślacie, sieć prawdopodobnie miała gdzieś kontakt. Zdjąłem taśmę z górnej części komory i zobaczyłem, że plastik trzymający rezystor kalibracyjny i rurkę elektroniki został lekko przesunięty, lekko go przesunąłem i najwyraźniej nie ma już zwarcia. Wszystko działa jak powinno.

***

Miernik wyposażono w kontrolkę Sr-90, umieszczoną w bocznej ściance futerału. Źródło jest ukryte w metalowym "guziku" z jednym otworem o średnicy 3 mm, skierowanym na zewnątrz futerału. 

Występ na obudowie źródła współpracuje z wycięciem w osłonie okienka sondy, pozwalając na takie ustawienie obu elementów, aby wiązka cząstek beta trafiała przez jedno z wycięć w osłonie bezpośrednio do okienka pomiarowego. W moim egzemplarzu przy pomiarze z osłoną sondy dopasowaną do występu kontrolki wskazówka sięgnęła podziałki 85-90, zaś przy ustawieniu wycięcia zupełnie odwrotnie w stosunku do występu odczyt zmalał do 60.

Źródło nie ma zewnętrznej osłony, takiej jak w DP-66 czy DP-5A i B. Tą rolę pełni klapa futerału -kiedy jest zamknięta, wówczas jej boczna krawędź zakrywa otwór "kontrolki". 

Jeśli pozostawimy kontrolkę odsłoniętą, to RKP-1-2 będzie wykazywać minimalny wzrost wskazań jeszcze z odległości 1 m. Z bliska MKS-01SA1M pokazuje >30.000 rozp/min/cm2, a Prypeć >20.000 rozp/min/cm2. Jedynym miernikiem, jakim udało mi się zmierzyć aktywność, był Radex Obsidian w trybie pomiaru selektywnego: 1,89 µSv/h i 102.000 rozp/min/cm2 (dla porównania DP-66M - 0,87 i 95.700 rozp/min/cm2.

***

Zasilanie odbywa się z dwóch baterii R-20 albo z akumulatora samochodowego za pośrednictwem dodatkowego kabla. Baterie połączono szeregowo, ale ich ułożenie w komorze sugeruje łączenie równoległe (plus do plusa, minus do minusa). Komora baterii zamknięta jest klapką mocowaną na zatrzask kulkowy. Aby ją otworzyć, musimy podważyć klapkę np. paznokciem od strony oznaczonej strzałką. 

Z kolei przy zamykaniu najpierw wprowadzamy dwa zatrzaski w wycięcia w plastiku obudowy, a następnie dociskamy drugi koniec pokrywy, by zamek kulkowy zaskoczył.

Pobór prądu wynosi 58 mA we wszystkich trybach pracy w warunkach tła naturalnego, włączenie podświetlenia zwiększa go do 163 mA. Pomiar sięgających połowy skali niższego zakresu podnosi pobór prądu do 61 mA. Oprócz typowych baterii 1,5 V dozymetr może bez problemu pracować na akumulatorkach 1,2 V -  podczas testów z zasilaczem ZT-1500S obniżyłem napięcie do 2,4 V i podczas testu baterii wskazówka była jeszcze nieco za początkiem zielonego paska skali. 

Ciekawie rozwiązano przełączanie obu źródeł zasilania - po prostu zdublowano pozycje przełącznika zakresów, rozdzielając je pozycją "wyłączone". Przy zasilaniu z baterii napięcie zasilania sprawdzamy w pozycji KN, za którą mamy zakresy - kolejno wyższy i niższy, a opisy wszystkich tych pozycji są połączone linią z oznaczeniem BAT. Przy zasilaniu z akumulatora pokrętło przekręcamy w drugą stronę, tu nie ma pozycji testu baterii, a tylko dwa znaczniki zakresów połączone kreską z opisem AKU.

Przystawka zasilania zewnętrznego podłączana jest do gniazda w panelu przednim miernika, osłoniętego nakrętką na łańcuszku. Z instalacją samochodu łączymy ją przez gniazdko zapalniczki. Wtyk jest starego typu (mniejszy niż obecne) i wymaga przejściówki do współczesnych gniazd. 

W przystawce zainstalowano żarówki paluszkowe, pełniące rolę reduktora napięcia: przy zasilaniu 24 V instalujemy wszystkie 4, zaś przy 12 V tylko 2. 

W późniejszych seriach bliźniaczego miernika IT-65 zastosowano oporniki zamiast tych żarówek, natomiast z tego co widzę, to w DR-M3 do końca produkcji korzystano z żarówek. W trybie zasilania zewnętrznego podświetlenie skali jest stale włączone, a pobór prądu wynosi 150 mA.

Przyrząd przechowywany jest w torbie z dermy. Komora mieszcząca pulpit pomiarowy ma boki wyściełane płaskimi poduszeczkami ze skóry. Boczna przegródka mieści słuchawkę i przystawkę zasilania zewnętrznego, a także gumowe ochraniacze na sondę przypominające prezerwatywy (brak w moim egzemplarzu).

Sondę przechowujemy w zapinanym na trzy napy "tunelu", znanym też z futerału do RBGT-62a. Sonda leży w nim na tyle luźno, że można ją wyciągnąć bokiem, bez odpinania napów, które zwykle pracują dość opornie. 

Obok tunelu znajdują się kieszonki na żaróweczki paluszkowe od przystawki zasilania zewnętrznego.

W zestawie znajduje się też książeczkowa instrukcja obsługi, niestety nie mam oryginału, ale sprzedawca oprócz skanów przesłał dokument opisujący serwis przyrządu.

Oba pliki można pobrać z mojego Chomika [LINK].

***

Zerknijmy jeszcze do wnętrza przyrządu. Pulpit otwieramy wykręcając 6 śrubek w górnym panelu, a następnie zdejmujemy dolną część obudowy.

https://www.crowave.com/blog/2019/12/31/radioloski-detektor-dr-m3/

https://www.crowave.com/blog/2019/12/31/radioloski-detektor-dr-m3/

https://www.crowave.com/blog/2019/12/31/radioloski-detektor-dr-m3/

W układzie elektronicznym zastosowano płytki drukowane wpinane do gniazd przypominających trochę złącze ISA 8-bit ze starych komputerów. 

https://www.crowave.com/blog/2019/12/31/radioloski-detektor-dr-m3/

Zacytuję tu opis ze strony Crowave.com, którą posiłkowałem się przy tworzeniu wpisu:

Elementy elektroniczne umieszczono łącznie na czterech płytkach drukowanych: pierwsza jest wbudowana w uchwyt licznika GM i zawiera rezystory anodowe oraz wzmacniacz impulsowy dla lampy GM, na drugiej płytce znajdują się układy przetwornic napięcia, a na dwóch pozostałych płytkach znajdują się rezystorowe dzielniki napięcia (rezystory trymerowe) służące do kalibracji torów pomiarowych detektora promieniowania (płytka po lewej stronie służy do kalibracji toru pomiarowego R/h – cGy/h, a płytka pośrodku służy do kalibracji gałęzi pomiarowej mR/h – µGy/h). 

https://www.crowave.com/blog/2019/12/31/radioloski-detektor-dr-m3/

Komora jonizacyjna wraz z powiązanym rezystorem pomiarowym i wzmacniaczem znajdują się w oddzielnej obudowie ołowianej [na zdjęciu z prawej, por. wcześniejsza część wpisu].

https://www.crowave.com/blog/2019/12/31/radioloski-detektor-dr-m3/

Przetwornice napięcia DC/DC dla lamp GM muszą przekształcać niskie napięcie akumulatora w wysokie napięcie anodowe dla lampy GM, ale wystarczający jest rząd wyjściowy wynoszący tylko kilka µA. Dlatego najczęściej stosuje się małe tranzystorowe zasilacze impulsowe lub podwajacze napięcia, a często kombinację tych dwóch metod, jak to ma miejsce w przypadku naszego urządzenia. Napięcie wyjściowe przełączającej przetwornicy DC/DC z transformatorem na lampę GM jest dodatkowo podwajane przez podwajacz napięcia półfalowego (dwie diody i dwa kondensatory). Ten rodzaj podwajacza napięcia służy również jako prostownik napięcia przemiennego z transformatora na prąd stały do ​​zasilania lampy GM. Wspomniany transformator ma aż 14 wyjść. Po stronie pierwotnej znajdują się dwa uzwojenia z przewodem centralnym i za pomocą tranzystora indukowane jest na nich napięcie pulsacyjne, które przetwarzane jest na uzwojenia wtórne. Po stronie wtórnej mamy jedno uzwojenie dla wysokiego napięcia lampy GM i jedno uzwojenie z 4 wyjściami, z których pozostałe napięcia uzyskujemy poprzez diody prostownicze: 13 V do zasilania komory jonizacyjnej, wzmacniacz tranzystorowy lampy GM i dla napięcia anodowego wzmacniacza lampowego komory jonizacyjnej, następnie 1,5 V (1,2 V) dla ogrzewania katody lampy elektronowej oraz dwóch napięć kalibracyjnych: -3 V dla kalibracji wzmacniacza komory jonizacyjnej i 10 V do wzorcowania przyrządu pomiarowego.

Wyróżniony na tabliczce prostownik diodowy pełnookresowy (mostek Graetza) oznaczony Iskra 1B1BY 23 jest obwodem wejściowym (zabezpieczającym) zasilania akumulatorowego. [LINK]

https://www.crowave.com/blog/2019/12/31/radioloski-detektor-dr-m3/

Schemat blokowy:

https://www.crowave.com/blog/2019/12/31/radioloski-detektor-dr-m3/

***

Czas na podsumowanie. Spośród rentgenoradiometrów produkowanych w państwach Układu Warszawskiego DR-M3 (tak jak i IT-65) należy moim zdaniem do najgorszych, szczególnie jeśli chodzi o wykorzystanie w "domowej dozymetrii". Uzyskiwane odczyty są 5-8 razy niższe niż przy DP-66 i pochodnych. Okienkowy licznik wymaga demontażu sondy dla pełnego wykorzystania jego możliwości, co mija się z celem, szczególnie wobec dostępności mierników znacznie lepiej przystosowanych do pomiaru emisji alfa. Na deser pozostaje komora jonizacyjna, często ulegająca awariom od wstrząsów - poważna wada jak na sprzęt wojskowy, przeznaczony do pracy w warunkach ekstremalnych. Jak dla mnie, poza kolekcjonerskim, ten miernik nie ma zastosowania dla dozymetrysty amatora.

Plusy

• bardzo szeroki zakres pomiarowy
• teoretyczna możliwość pomiaru emisji alfa

Minusy

• przysłona licznika utrudniająca pomiar beta i praktycznie eliminująca pomiar alfa
• cichy dźwięk impulsów w słuchawce
• wrażliwa na uszkodzenia komora jonizacyjna

Jeżeli zetknęliście się z tym miernikiem i też mieliście problem z komorą jonizacyjną, albo chcecie uzupełnić powyższy tekst, dajcie znać w komentarzach!

***

Zachęcam też do wspierania bloga, zarówno pośrednio, poprzez zakup dozymetrów [LINK], jak i bezpośrednio, przez Patronite lub BuyCoffeeTo