Dozymetr Siemens EPD-1

Przyrząd ten jest profesjonalnym miernikiem dawki i mocy dawki, przeznaczonym do oceny indywidualnego narażenia na promieniowanie. Należy do tej samej klasy sprzętu, co SAIC PD-10i, SOR/T, DMC 2000 i DMC 3000, czyli miniaturowych przyrządów o wzmocnionej obudowie i bardzo szerokim zakresie pomiarowym, przy jednocześnie ograniczonych funkcjach dostępnych z poziomu użytkownika.

Siemens EPD-1 mierzy następujące wartości:

• indywidualny równoważnik dawki Hp(10), czyli dawka mierzona w tkance miękkiej na głębokości 10 mm, w dozymetrach EPD-1 opisana jako HP lub WB (dawka na całe ciało), zakres 0-16,77 Sv
• indywidualny równoważnik dawki Hs(0,07), czyli dawka mierzona w tkance miękkiej na głębokości 0,07 mm (de facto na powierzchni skóry), w dozymetrach EPD-1 opisana jako HS lub SK (dawka na skórę), zakres 0-16,77 Sv
• równoważnik mocy dawki Hp(10), zakres 0-16 Sv/h
• równoważnik mocy dawki Hp(0,07), zakres 0-10 Sv/h

https://www.fuw.edu.pl/~szef/OchrRad/2_wielkosci%20dozymetryczne.pdf

Każda z wartości może mieć zaprogramowany alarm progowy, przy czym dla dawki i mocy dawki Hp(10) możliwe jest zaprogramowanie dwóch poziomów alarmu. Dodatkowo dawki Hp(10) i Hs(0,07) są również osobno zliczane w sposób kumulatywny, od momentu wyprodukowania dozymetru, bez możliwości resetu (HS/HP Dose Total).

Pomiar odbywa się w jednostkach układowych (Sv, Sv/h) lub pozaukładowych (rem, rem/h), jak w przypadku prezentowanego egzemplarza. Zmiana jednostki wymaga przeprogramowania dozymetru przy pomocy specjalnego czytnika, o którym jeszcze wspomnę. 

Detektorami promieniowania są umieszczone w szeregu 3 diody PIN: jedna mierzy promieniowanie gamma (zakres energii 20 keV - 6 MeV), dwie pozostałe promieniowanie beta (250 keV - 1,5 MeV).  

Środkowa dioda odpowiedzialna za pomiar promieniowania beta osłonięta jest tylko okrągłym cienkim okienkiem z aluminizowanego poliimidu, przepuszczalnym dla większości cząstek beta i niskoenergetycznych kwantów gamma. Obok niej znajduje się druga dioda tego samego typu, ale osłonięta krążkiem z aluminium, który odcina większość emisji beta, przepuszczając znaczną część kwantów gamma. Taki układ pozwala na selektywny pomiar promieniowania beta i niskoenergetycznego gamma - na podstawie zliczeń z obu tych kanałów dozymetr oblicza łączną dawkę na skórę (Hs(0,07). Z kolei dioda mierząca promieniowanie gamma otoczona jest grubym ekranem (ołów? kadm?) i mierzy tylko "twardą" emisję, uwzględniają przy pomiarze dawki Hp(10):

Zbliżenie na diody PIN - od prawej: dioda do pomiaru gamma otoczona wycięciem, w które wchodzi ekran, dioda pomiaru łącznego beta+gamma, dioda do pomiaru kompensacyjnego niskoenergetycznej emisji gamma:

Osłony poszczególnych diod - od lewej: gamma, beta, beta do kompensacji pomiaru:

Detektory te mają niski bieg własny i w warunkach bardzo niskiego tła promieniowania mogą powodować wyświetlenie takiego samego kodu błędu, jak przy uszkodzeniu detektora. Minimalna częstość zliczania wynosi:

• twarda emisja gamma - 1 imp/7 h
• miękka emisja gamma - 1 imp/23 h
• emisja beta - 1 imp/52 h

Co ciekawe, instrukcja wspomina o warunkach "bardzo niskiego tła promieniowania lub jego braku" (in an environment with very low or no background radiation), choć ściśle rzecz ujmując, całkowite odcięcie tła jest praktycznie niemożliwe, szczególnie jeśli chodzi o twardą składową promieniowania kosmicznego. Oczywiście tekst z instrukcji jest pewnym skrótem myślowym: dozymetr za "brak tła" może uznać bardzo niskie tło, szczególnie w miejscach, gdzie jest ono sztucznie obniżone przez człowieka za pomocą masywnych osłon, np. liczniki aktywności całego ciała.

***

Dozymetr ma wyświetlacz LCD, na którym może być wyświetlana jedna z mierzonych wartości, przełączana za pomocą przycisku MODE, o którym za chwilę. 

Wyświetlacz ma również kontrolki sygnalizujące uaktywnienie się każdego z alarmów progowych, w tym wypadku dawki Hp(10) i Hs(0,07) oraz mocy dawki Hs(0,07):

Na ekranie pojawiają się też inne oznaczenia, np. dwa trójkąciki, sygnalizujące, że aktualnie wyświetlana wartość jest zaprogramowanym progiem alarmowym:

Z prawej strony stale obecny jest wskaźnik pracy dozymetru w postaci dwóch migających na zmianę półkoli ("heartbeat", jak w niektórych chińskich). Inne dodatkowe kontrolki przedstawiono na diagramie z instrukcji:

Przyrząd obsługujemy za pomocą dwóch gumowych przycisków, oznaczonych strzałkami:

Ich przeznaczenie jest następujące:

• MODE (<) - przełączamy nim wyświetlanie mierzonych wartości, kolejno:
1. HP / WB Dose - łączna dawka Hp(10) (ten ekran jest domyślnie wyświetlany, dozymetr wróci do niego po 10 s wyświetlania każdego innego)
2. HP / WB Dose Threshold - próg łącznej dawki Hp(10)
3. USER ID - zaprogramowany 8-cyfrowy indywidualny numer użytkownika (w tym trybie wyświetlą się tylko pierwsze 4 cyfry, jeśli numer nie jest zaprogramowany, zobaczymy FFFF)
• SELECT (^) 
• wciskając raz podczas wyświetlania każdej z w/w wartości zobaczymy:
1. HS / SK Dose - łączna dawka na skórę Hs(0,07)
2. HS / SK Dose Threshold - próg łącznej dawki na skórę Hs(0,07)
3. USER ID - zaprogramowany 8-cyfrowy indywidualny numer użytkownika (w tym trybie wyświetlą się tylko ostatnie 4 cyfry, jeśli numer nie jest zaprogramowany, zobaczymy FFFF)
• wciskając drugi raz przy w/w wartościach:
1. HP / WB TOTAL - łączna dawka na całe ciało zliczana od momentu wyprodukowania dozymetru
2. HP/h - próg mocy dawki HP / WB
3. USER ID - znowu wyświetlą się 4 pierwsze cyfry lub FFFF w razie braku numeru
• wciskając po raz trzeci:
1. HS / SK TOTAL - łączna dawka na skórę zliczana od momentu wyprodukowania dozymetru
2. HS /h - próg mocy dawki HS / SK
3. USER ID - znowu wyświetlą się 4 ostatnie cyfry, w tym trybie kolejne wciśnięcia SELECT będą na zmianę wyświetlać oba fragmenty numeru (lub FFFF jeśli numer nie jest zaprogramowany)
• Nie wszystkie wielkości będą się wyświetlać w każdym egzemplarzu dozymetru, gdyż EPD-1 może być zaprogramowany tak, by pokazywał tylko niektóre z w/w ekranów, albo nawet... żadnego (!) - wtedy będzie wyświetlał się tylko symbol pracy ("heartbeat"). 

Jaśniej przedstawia to rysunek z instrukcji - pierwszy rząd kolumna zawiera wartości przewijane przyciskiem MODE, pojedyncze wciśnięcie SELECT powoduje wyświetlenie wartości z drugiego rzędu, drugie z trzeciego itd.:

W moim egzemplarzu nie wyświetla się moc dawki (WB Rate i SK Rate), jak również Self Test, co wynika z wspomnianego wyżej indywidualnego zaprogramowania dozymetru w specjalnym czytniku.

***

Aby uruchomić dozymetr, podłączamy baterię do zacisków wewnątrz obudowy ("plus" na górnym styku, "minus" pod spodem, dostęp po odgięciu białego elementu ze stykami), a następnie na chwilę zwieramy dwa styki umieszczone w otworkach z podpisem RESET. 

Producent przewidział do tego specjalną zworkę z plastikowym uchwytem, w razie braku wystarczy użyć rozgiętego spinacza. W ciągu 2 sekund po zwarciu styków dozymetr rozpocznie procedurę kontrolną, wyświetlając poszczególne znaki na wyświetlaczu i uruchamiając kolejno wszystkie alarmy, a następnie przejdzie do standardowego trybu pomiaru. Instrukcja nie zaleca pozostawiania baterii w nieuruchomionym dozymetrze.

Jak przedstawia się czułość EPD-1? Z uwagi na obecność aż trzech detektorów, w tym odsłoniętej diody dla promieniowania beta, dozymetr będzie reagować na większość "domowych" źródeł. Problem w tym, że wynik jest wyświetlany dopiero od 1 µSv/h (0,1 mrem/h) oraz od 1 µSv (0,1 mrem) z dokładnością do 1 (0,1) jednostki. Trudno się dziwić, gdyż dozymetr przeznaczony jest bardziej do pomiarów wysokich poziomów promieniowania, występujących w przemyśle jądrowym, medycynie czy nauce. Dodatkowo niektóre egzemplarze EPD-1 (jak mój) mogą mieć wyłączoną funkcję wyświetlania bieżącej mocy dawki, choć alarm progowy tej wartości pozostaje w pełni funkcjonalny. Generalnie przyrząd ten służy do jak najdokładniejszego pomiaru równoważnika dawki Hp(10) i Hs(0,07), co zapewnia wspomniany już układ trzech detektorów o zróżnicowanej grubości osłon. Drugą istotną funkcją jest alarm progowy łącznej dawki, pomiar mocy dawki i jej alarm progowy to funkcje drugorzędne. Uwaga ta odnosi się też do innych profesjonalnych dozymetrów tego typu, wspomnianych we wstępie. 

W warunkach amatorskich EPD-1 przyda się, jeśli chcemy zmierzyć w/w dawki od jakiegoś określonego artefaktu, kładąc przy nim dozymetr na dłuższy czas (6-48 h). Zmierzymy wówczas, jaką dawkę na skórę i w głębi tkanki przyjmiemy np. od kompasu Adrianowa, siatki Auera czy ceramiki z glazurą uranową. Źródła te powinny być jednak na tyle duże, by objęły wszystkie trzy detektory, zatem np. zegarki z farbą radową będą za małe. Obiekt powinien obejmować obszar pomiędzy pionowymi liniami obudowy wyżłobionymi po obu stronach okienka diody mierzącej emisję beta. Lepiej też, by źródło miało jednorodną aktywność na całej powierzchni, w przeciwnym wypadku któryś z detektorów zliczy za wysoką lub za niską dawkę w stosunku do pozostałych. W przypadku skali od DP-63A otrzymałem znacznie wyższy odczyt po przesunięciu jej tak, by równo obejmowała wszystkie detektory.

Dlatego też w przypadku ceramiki najlepsze będą talerze i inne przedmioty równo pokryte glazurą, tak jak ten talerzyk Fiesta:

Podczas testów trzymałem dozymetr przez 24 godziny przy kilku najbardziej reprezentatywnych źródłach, odczytując pomiar po 10 i 14 godzinach. Następnie wyliczałem średnią moc dawki dla obu tych okresów, a także łączną dawkę dobową. 

Podczas prowadzenia powyższych testów zaobserwowałem ciekawe zjawisko - gdy zdjąłem elektrodę TIG i położyłem medalion "Sunflower", odczyt Hp(10) momentalnie skoczył z 36,7 do 39,4 mrem i uruchomił się alarm progowy - niestety nie zarejestrowałem, który. Po wyłączeniu dźwięku alarmu dalszy przyrost dawki odbywał się już powoli (w ciągu 10 godzin przyrost Hp(10) o 0,3 mrem i Hs(0,07) o 1,8). 

Odnoszę wrażenie, że było to jakieś zakłócenie pracy dozymetru, szczególnie że różnica między mocą dawki od elektrody i od medalionu nie była duża. Dodatkowo zastanawiający jest całkowity brak zliczania dawki Hs(0,07) przez 10 godzin, po czym normalne jej zliczanie przez dalsze 14:

Alarmy są ustawione na następujące wartości i w powyższym przypadku żadna nie została przekroczona:

• dawka Hp(10) - 0,1 rem = 100 mrem = 1000 µSv
• dawka Hs(0,07) - 1 rem = 1000 mrem = 10000 µSv
• moc dawki Hp(10) -100 mrem/h = 1000 µSv/h
• moc dawki Hs(0,07) - 1 rem/h = 1000 mrem/h = 10000 µSv/h

Niestety jeśli chcemy mierzyć inną wartość niż dawkę Hp(10), ekran po 10 sekundach pomiaru wróci do pomiaru Hp(10), chyba że w trakcie pomiaru uaktywnił się któryś z alarmów (w moim wypadku Hs(0,07)), wówczas ekran pozostanie na tej wartości.

***

 

Obudowa przyrządu wykonana jest ze stopu magnezu pokrytego poliestrem. EPD-1 występuje w kolorze żółtym, szarym i oliwkowozielonym (OD). Na tylnej ściance znajduje się klips, pozwalający na przymocowanie dozymetru przy pasku czy kieszeni. Umieszczono na nim rozpiskę funkcji poszczególnych przycisków, występującą też w instrukcji:

Dozymetr jest odporny na pole elektromagnetyczne i wyładowania elektrostatyczne, za wyjątkiem silnego promieniowania mikrofalowego, występującego m.in. w stacjach radarowych:

Większą odporność, uwzględniającą mikrofale, wykazuje wersja zmodyfikowana (EMF Enhanced).

Przyrząd ma również piezoelektryczny czujnik uderzeń, zapobiegający powstawaniu fałszywych zliczeń na skutek udarów mechanicznych. Gdy czujnik wykryje wstrząs, dozymetr uruchamia trwającą 4 sekundy specjalną procedurę (zawieszenie pomiaru?) oraz rejestruje liczbę tych procedur w osobnej komórce pamięci. Jeśli procedura będzie uruchamiana 11 razy z rzędu, dozymetr wyświetli błąd FLF9. Błąd resetuje się po ustaniu narażenia na wstrząsy. Przy mocy dawki powyżej 5 mSv/h, częstość zliczania jest na tyle duża, że pojedyncze impulsy od wstrząsów przestają mieć znaczenie. 

***

Zasilanie odbywa się z baterii litowo-chlorkowo tionylowej o pojemności 5 Ah, starczającej na 12 miesięcy pracy. 

Dostępna jest również modyfikacja dozymetru, pozwalająca na zastosowanie 3 ogniw AAA, starczających na 2500 h (104 dni). Oryginalne źródło zasilania można zastąpić akumulatorkiem litowo-jonowym 3,7 V o odpowiednim rozmiarze i wystarczającej pojemności. Ja użyłem 50x30x6 mm 1100 mAh, którego długość pasuje na styk:

Zamykając obudowę po podłączeniu akumulatorka pamiętajmy, by nie przyciąć przewodów, a także by akumulatorek nie wsuwał się pod element z białego plastiku, gdyż uniemożliwi to całkowite zamknięcie pokrywy.

Dozymetr jest wyposażony w sygnalizację niskiego poziomu baterii - po pojawieniu się kontrolki baterii mamy min. 10 godzin na wymianę baterii, później dozymetr wyłączy się, ale zapisane dane nie zostaną utracone. Co ciekawe, instrukcja podaje bardzo szeroki zakres czasu pracy dozymetru na resztkach baterii, ze świecącą się kontrolką: od 10 h do 14 dni (!).

***

Komunikacja z czytnikiem, pozwalającym na programowanie dozymetru, odbywa się za pośrednictwem interfejsu optycznego o dwóch kanałach, obsługiwanych przez diody po bokach wyświetlacza:

Ich przeznaczenie przedstawia się następująco:

• czytnik ⮕ dozymetr (podczerwień)
• dozymetr ⮕ czytnik (czerwone światło widzialne, dioda używana też do sygnalizacji alarmu progowego)

Szukając materiałów do opisu dozymetru, znalazłem dwa modele czytników. Pierwszy to EPD Mini Console ACT-2:

https://www.ebay.com/itm/285866583348

Jak widać na screenach, oprogramowanie pozwala na zmianę praktycznie każdego parametru dozymetru, niemożliwych do modyfikacji z poziomu samego dozymetru.

Inny model czytnika to Siemens EPDS - u dołu widoczna kieszeń, pozwalająca na włożenie dozymetru tak, aby jego diody znalazły się na przeciwko właściwych diod w czytniku:

https://www.reddit.com/r/Radiation/comments/zsz8kg/i_picked_up_this_siemensthermo_electron_epd/

Czytniki te co jakiś czas pojawiają się na eBay, i jeśli decydujemy się na pełne korzystanie z EPD-1, warto mieć taki czytnik, by programować progi alarmowe czy resetować dawki.

***

Siemens EPD-1 dostarczany jest w styropianowym opakowaniu z tekturową opaską. Oprócz dozymetru opakowanie mieści też zworkę do resetu urządzenia, w moim egzemplarzu akurat brak:

Dozymetr występuje też w wersji EPD-2, w której można dokonać resetu skumulowanej dawki z poziomu urządzenia, wszystkie inne parametry i obsługa są identyczne z EPD-2.

***

Na sam koniec przedstawię jeszcze kwestię otwierania obudowy, które może nastręczyć pewnych trudności. Pokrywa przedziału baterii przymocowana jest na dwie śrubki z trójkątnymi łbami. W moim egzemplarzu nacięcia łbów śrubek były mocno wyrobione, na szczęście udało się je wykręcić przy pomocy odpowiedniego śrubokręta i zastąpić standardowymi. 

Po odkręceniu pokrywy komory baterii możemy pokusić się o dalszy demontaż dozymetru i dostanie się do płytki drukowanej. Od razu uprzedzam, że dozymetr może stracić przy tym na estetyce. Potrzebny będzie nóż o cienkim, ale mocnym ostrzu, np. stary scyzoryk lub nóż kuchenny. Ostrze wsuwamy między połówki obudowy, najlepiej na rogu, i stopniowo przesuwamy wzdłuż łączenia:

Gdy szczelina stanie się szersza, można pomóc sobie śrubokrętem. Trudno niestety uniknąć zarysowań krawędzi, należy też bardzo uważać na palce! Jeśli z jednej strony uzyskamy dużą szczelinę, powoli rozdzielamy połówki z drugiej strony, by uniknąć naprężeń. Przyczyną oporu jest ścisłe pasowanie połówek, a także uszczelka między nimi. 

Podczas ponownego montażu musimy pilnować, by uszczelka otaczająca wyświetlacz nie zwinęła się nad nim, uniemożliwiając pełne zetknięcie się połówek obudowy. Jej prostokątne występy powinny znaleźć się za wyświetlaczem - odpowiadają im metalowe występy blaszki osłaniającej tył wyświetlacza:

Najlepiej tą uszczelkę delikatnie podepchnąć śrubokrętem od strony wyświetlacza, przy częściowo zamkniętej obudowie i jak znajdzie się całkiem za wyświetlaczem, zamknąć obudowę do końca.

Demontaż omawianego egzemplarza zajął mi pół godziny i byłem już o krok od rezygnacji, zależało mi jednak na zaprezentowaniu wnętrza przyrządu, szczególnie detektorów.

***

Przyrząd ten jest przeznaczony głównie dla ochrony radiologicznej, zatem w praktyce amatorskiej będzie miał ograniczone zastosowanie, choć nie jest całkiem bezużyteczny. Możliwość pomiaru dwóch rodzajów dawek (Hp(10) i Hs(0,07) sprawia, że EPD-1 pozwoli nam ustalić, jaki jest faktyczny poziom narażenia na promieniowanie od badanego artefaktu i czy narażamy się jedynie na napromieniowanie skóry (ceramika z glazurą uranową), czy też tkanek leżących głębiej (farby radowe, tor-232). Jest to funkcja, której nie mają amatorskie dozymetry, zliczające po prostu łączną dawkę jednym detektorem, tym samym co moc dawki. Dlatego też w tym przypadku zestawienie plusów i minusów obejmować będzie zastosowanie amatorskie, a nie profesjonalne.

Plusy:

• możliwość selektywnego pomiaru dawki Hp(10) i Hs(0,07)
• duży zakres pomiarowy
• solidne wykonanie
• długi czas pracy na baterii

Minusy:

• wyświetlanie wyniku z dokładnością do 1 µSv (0,1 mrem) i 1 µSv/h (0,1 mrem/h)
• nieintuicyjna obsługa
• zmiana ustawień wymaga korzystania z zewnętrznego czytnika

***

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