Większość źródeł, z którym ma do czynienia dozymetrysta amator, emituje promieniowanie beta i niskoenergetyczne gamma (szkło uranowe, ceramika z glazurą uranową), niekiedy z małą domieszką twardej emisji gamma (siatki Auera, medaliony Quantum Pendant). Do przechowywania tych obiektów wystarczą słoiki czy blaszane puszki po cukierkach, papierosach lub ciasteczkach. Czasami jednak trafi się obiekt o silniejszej emisji - minerał, kompas, zegarek - który może wymagać skuteczniejszej osłony.
Ponieważ wydajność osłabienia promieniowania gamma wzrasta wraz z liczbą atomową pierwiastka użytego na osłonę, zatem w ochronie radiologicznej najczęściej stosuje się takie metale, jak żelazo, ołów, rtęć, czy uran. Palmę pierwszeństwa dzierży ołów: ma wysoki ciężar właściwy (11,4 g/cm3) a jednocześnie jest metalem pospolitym, o niskiej temperaturze topnienia (327,5 st. C), który można dowolnie kształtować przez odlewanie, prasowanie, wiercenie, frezowanie itp. Ołów ma też wady - przede wszystkim jego powierzchnia jest porowata, przez co trudno ją odkazić, wymaga więc lakierowania, jeśli chcemy mieć powierzchnię łatwo zmywalną. Takie rozwiązanie zastosowano np. w ołowianej blaszce na klapce filtra dozymetru ANRI Sosna.
Ołów jest bardzo miękki, zatem większe konstrukcje nie są samonośne i wymagają usztywnienia np. stalą. Kolejną wadą jest toksyczność - wchłania się przez skórę, drogą pokarmową i oddechową, powodując zatrucia ostre lub przewlekłe (ołowica). Mimo to ołów jest powszechnie stosowany do wyrobu osłon przed promieniowaniem, zarówno w postaci cegieł osłaniających "komory gorące", jak też różnego rodzaju pojemników, na Zachodzie znanych jako lead pig, a w Polsce jako pojemniki izotopowe.
 |
| https://www.ebay.com/itm/124705202782 |
Drugim pierwiastkiem, stosowanym rzadziej, jest żelazo, występujące zwykle pod postacią różnych stopów (stali). Ma ono mniejszy ciężar właściwy niż ołów (7,8 g/cm3), osłony muszą być więc grubsze, za to z uwagi na większą twardość osłony żelazne nie wymagają usztywniania. Zwykle stosuje się je w miejscach, gdzie przestrzeń nie jest ograniczona i można pozwolić sobie na grubszą osłonę z tańszego materiału. Żelazo stosuje się często w kombinacji z ołowiem, jako obudowa pojemników ołowianych, ewentualnie w połączeniu z betonem, głównie w technice reaktorowej. Na poniższym przekroju reaktora kolorem szarym oznaczono osłony betonowe, zaś pomarańczowym - stalowe:
 |
| MovGP0, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons |
Rtęć z uwagi na płynny stan skupienia używana jest jedynie w osłonach odcinających promieniowanie tła przy pomiarach bardzo małych aktywności oraz przy spektrometrii [LINK]. Jej ciężar właściwy jest nieco wyższy niż ołowiu (13,6 g/cm3, jednak łatwość parowania, nawet w temperaturze pokojowej, a do tego bardzo wysoka toksyczność, ograniczają jej użycie tylko do wspomnianych stacjonarnych osłon, zwykle kombinowanych z ołowiem i żelazem.
Ostatni z wymienionych pierwiastków to.. uran. Może to się wydawać dziwne, z uwagi na jego promieniotwórczość, jednak pierwiastek ten, o liczbie atomowej 92, ma największy ciężar właściwy spośród pierwiastków występujących naturalnie na Ziemi (19,1 g/cm3). Promieniotwórczość zaś pochodzi w większości od izotopu U-235, występującego w ilości zaledwie 0,7 %, reszta to niskoaktywny izotop U-238 i śladowe ilości innych. Zatem jeśli z uranu naturalnego usunie się większość uranu-235, to pozostały uran-238 (tzw. uran zubożony) będzie wykazywał bardzo niską promieniotwórczość, jednocześnie zachowując wysoki ciężar właściwy, prawie dwukrotnie większy od ołowiu. Bardziej obrazowo mówiąc, promieniowanie uranu zubożonego cztery razy przekracza tło naturalne i jest mniej więcej dwukrotnie słabsze niż uranu naturalnego. Przyjmując tło naturalne na poziomie 0,05-0,20 µSv/h nietrudno obliczyć, że taki pojemnik będzie emitował 0,2-0,8 µSv/h, jednocześnie bardzo skutecznie zatrzymując promieniowanie izotopu zawartego wewnątrz.
Spośród wymienionych wyżej materiałów w warunkach domowych najwięcej zalet ma ołów (dostępność, łatwość obróbki, legalność) i to on posłuży nam do wykonania pojemnika osłonnego.
***
Przejdźmy teraz do części praktycznej. Pojemnik ołowiany możemy łatwo wykonać za pomocą domowych środków. Potrzebować będziemy jakiejś metalowej obudowy, najlepiej z zamknięciem, źródła ciepła (kuchenka, palnik) oraz odpowiedniej ilości ołowiu.
Jako obudowę polecam aluminiowe maselniczki turystyczne, zamykane na dwa zatrzaski.
Poza tym na stopionym ołowiu zbierają się stałe zanieczyszczenia, które warto zebrać czystym, suchym widelcem - momentalnie przywrą i można je wyciągnąć. Powierzchnia płynnego metalu powinna być gładka.
Gdy warstwa ołowiu będzie miała głębokość ok. 1 cm, wyłączamy palnik i na powierzchni stopionego metalu kładziemy mały metalowy pojemnik. Może to być puszka po śrucie do wiatrówki, ślepych nabojach 6 mm lub obcięta puszka od napoju.
Położona na płynnym ołowiu puszka momentalnie ściemnieje od gorąca i przylutuje się do warstwy ołowiu na dnie. W moim przypadku wyszło to trochę niecentrycznie:
Teraz czekamy aż całość trochę ostygnie - ołów musi stężeć, ale może być nadal ciepły. Następnie topimy trochę ołowiu w osobnym naczyniu, np. blaszanym kubku, i stopionym metalem wypełniamy przestrzeń między brzegami puszki a brzegami maselniczki.
Ostatnią operacją jest wykonanie pokrywki - możemy ją odlać, wykładając wierzch naszego pojemnika folią aluminiową i wypełniając stopionym ołowiem. Aby środek się nie zapadł, wypełniamy go czymś, np. pokrywką od puszki, której użyliśmy jako wewnętrzny pojemnik. Jeśli chcemy uniknąć przedostawania się promieniowania między pokrywką a głównym korpusem, warto od spodu pokrywki przymocować płaski ołowiany walec, odpowiadający średnicą wnętrzu pojemnika. Możemy go wyciąć z ołowianego ciężarka do zegara - ołów jest miękkim metalem, więc w razie potrzeby rozklepiemy go, by zwiększyć średnicę albo oklepiemy brzegi młotkiem, by zmniejszyć.
Jak przedstawia się skuteczność mojego pojemnika? Moc dawki generowana przez skalę od DP-63A spada z 50 µSv/h do 7 µSv/h (wg ANRI Sosna, pomiar przez dolną ściankę).
***
Prezentowane powyżej rozwiązanie stanowi tylko propozycję. Możemy użyć dużo większych obudów, np. blaszanych pojemników kuchennych z obciętą puszką po piwie w roli wewnętrznej komory. Ważne, aby obudowa naszego pojemnika miała szczelne zamknięcie, ponieważ większość silniejszych źródeł, dostępnych dla dozymetrysty amatora (minerały, farby radowe), emituje radon. Gaz ten jest produktem rozpadu radu-226, który z kolei powstaje po kilku przemianach z uranu-238 w uranowo-radowym szeregu promieniotwórczym [LINK]. Radon jest gazem wysoce przenikliwym, przedostaje się przez woreczki strunowe, zakrętki słoików i zamknięcia puszek, jednak mocno wciśnięty dekiel wyraźnie ogranicza dyfuzję gazu.
Innym zastosowaniem naszego pojemnika może być domek osłonny obniżający tło promieniowania przy pomiarach małych aktywności lub spektrometrii - tutaj musimy pamiętać, by wymiary wewnętrznej komory pozwoliły zmieścić detektor, próbkę, a w niektórych przypadkach również kabel zasilający. Jeśli nie mamy wystarczająco dużo ołowiu na taki pojemnik, możemy użyć gradowiny żelaznej - odsyłam do osobnego wpisu [LINK].
***
Na koniec kluczowe pytanie: skąd wziąć ołów? Jest to metal dość drogi - w początkach bloga kosztował 15 zł za kilogram czystego metalu. Jego cena zależy od czystości - najtaniej spotkałem się z 10 zł za kilogram przy ołowiu wytopionym z ciężarków do wyważania kół, czysty jest droższy.
Do małego pojemnika, opisanego powyżej będziemy potrzebować minimum 4 kg, z czego 3 kg to główny korpus, reszta pokrywka. Na szczęście możemy pozyskać ołów na targach staroci, kupując ciężarki do zegarów lub inne wyroby, które można przetopić. W moim przypadku były to dwa ciężarki 1,2 kg kupione po 5 zł i jeden 2 kg za 10 zł.
Jeśli próbowaliście samodzielnie wykonać pojemnik ołowiany albo dysponujecie takimi wykonanymi fabrycznie, dajcie znać w komentarzach! Łamy mojego bloga są zawsze otwarte dla Waszych autorskich projektów!
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz
Jeśli znajdziesz błąd lub chcesz podzielić się opinią, zapraszam!
[komentarz ukaże się po zatwierdzeniu przez administratora - treści reklamowe i SPAM nie będą publikowane!]