Sonda scyntylacyjna LS-5a

Sprzęt dozymetryczny produkowany w Polsce można umownie podzielić na trzy generacje. Generacja zerowa obejmuje przyrządy z końca lat 50. i początku 60., gdy przemysł jądrowy dopiero raczkował, a mierniki i ich wyposażenie wytwarzano metodą rzemieślniczą w tzw. gospodarstwach pomocniczych wyższych uczelni i innych placówek naukowych [LINK]. Potem nastąpiła pierwsza generacja, czyli wyroby fabryczne, produkowane przez Biuro Urządzeń Techniki Jądrowej w małych seriach na początku lat 60. Były to radiometry kieszonkowe RK-60 i RK-63, indykatory RIK-59, a także radiometry uniwersalne RUS-4 i RUS-5 oraz cała rodzina sond do nich. Były to:

• licznikowa beta-gamma LGM-2 (12 x STS-5/BOB-33 lub 3 x STS-6) - 50 szt.
• scyntylacyjna LS-3 - 15 szt.
• scyntylacyjna LS-5 (j.w.) - 20 szt.
• licznikowa LP-2 z licznikiem proporcjonalnym RZP-40
• okienkowa LGO-1
• okienkowa LGO-5 (3 liczniki okienkowe) - 50 szt.
• okienkowa LGO-7 (7 liczników okienkowych) - 50 szt.

Wszystkie były podłączane do radiometrów RUS-4 i RUS-5 za pomocą kabla wielożyłowego i wtyku o wielu stykach, doprowadzających osobno wysokie napięcie oraz sygnał. W radiometrze RUS-5a wprowadzono istotną modyfikację - sondy podłączano za pomocą pojedynczego przewodu współosiowego (koncentrycznego). Sondy z nowym systemem podłączenia oznaczono literą "a", tak samo jak zmodyfikowany radiometr. Wkrótce podłączenie na przewód koncentryczny stanie się standardem i doprowadzi do rozwoju II generacji sprzętu, produkowanego już przez Zjednoczone Zakłady Urządzeń Jądrowych "Polon". Będzie to cała rodzina sond (SGB/SSA/SSU) i współpracujących z nimi radiometrów RUST i URL. Pewnym wyjątkiem jest tutaj system Standard-70 z dwoma przewodami różniącymi się rozmiarem wtyku koncentrycznego, przeznaczony był jednak dla aparatury wysokowyspecjalizowanej - traktuję ją jako boczną odnogę II generacji. Generacja III to modyfikacje przyrządów generacji II, powstałe w połowie lat 70.

Podsumowując tą systematykę, omawiana tutaj sonda sonda scyntylacyjna powierzchniowa LS-5a jest konstrukcją przejściową pomiędzy pierwszą generacją produkcji BUTJ (LS/LGM/LGO) a drugą wytwarzaną już przez ZZUJ Polon (SGB/SSA/SSU). Obudowa jest jeszcze starego typu, malowana szarą farbą, z metalową tabliczką Biura Urządzeń Techniki Jądrowej:

Układ elektroniczny należy już do nowej generacji przyrządów tranzystorowych - w sondzie nie ma lampowego przedwzmacniacza, a jedynie rezystory dzielnika napięcia zasilającego fotopowielacz.

Oprócz LS-5a do radiometru RUS-5a opracowano też sondę licznikową LGM-5a, mającą 3 liczniki STS-6, a także okienkową LGO-5a z 3 licznikami AOH-45. Niestety nie dysponuję ich zdjęciami, przedstawić mogę jedynie sam radiometr:

Sonda LS-5a przeznaczona jest do wykrywania skażeń emiterami alfa oraz pomiaru aktywności powierzchniowej promieniowania alfa. Detektorem promieniowania jest scyntylator ZnS(Ag) rejestrujący cząstki alfa przy jednoczesnej bardzo małej czułości na promieniowanie gamma. Pozwala to na selektywny pomiar tych skażeń i to z wysoką wydajnością, jakiej nie zapewni nawet okienkowy licznik G-M z cienkim okienkiem mikowym. 

Scyntylator ma postać kwadratu o wymiarach 11x11 cm i powierzchni czynnej 10x10 cm (100 cm2), pokrytego folią "Melinex" o gęstości powierzchniowej 1,1 mg/cm2 i zabezpieczonej metalową kratką.

Scyntylator jest sprzężony optycznie z fotopowielaczem M12FS35 za pomocą stożkowego światłowodu. Kwadratowy kształt scyntylatora pozwala na pomiar np. w narożnikach stołów i podłóg, choć czułość w rogach scyntylatora jest niska. Do tego tematu jeszcze wrócę. 

Prezentowany egzemplarz LS-5a został uratowany od utylizacji przez jednego z Czytelników. Folii ochronnej nie było, zatem scyntylator doraźnie zabezpieczono folią aluminiową. 

Po wymianie folii (dzięki WM Polon!) sonda zadziałała, jednak najmniejsze poruszenie nią powodowało gwałtowny wzrost odczytu. Okazało się, że fotopowielacz jest uszkodzony - odpadł jeden ze szklanych elementów podtrzymujących dynody, powodując zwarcie. Po wymianie sonda wróciła do pełnej sprawności.

Sonda ma fotopowielacz M12FS35, którego oznaczenia odczytujemy następująco:

• M - przeznaczenie do pomiarów ilościowych (a nie spektrometrycznych),
• 12 - liczba dynod,
• F - fotokatoda przednia,
• S - fotokatoda antymonowo-cezowa (SbCs) typu S11, 
• 35 - średnica w mm

Fotopowielacz ten był stosowany też w innych wczesnych sondach scyntylacyjnych, zarówno I generacji (LS-3), jak i II generacji, np. pierwszych SSA-1P i SSNT, później został zastąpiony przez większy (52 mm) fotopowielacz M12FS52. Dlatego też produkowane później sondy, w zależności od użytego fotopowielacza, oznaczano W35 i W52. 

***

Jak przedstawia się czułość LS-5a? Zastosowany scyntylator reaguje na większość emiterów alfa, przy bardzo małej czułości na towarzyszące promieniowanie gamma. Mniejszy fotopowielacz trochę ogranicza czułość w porównaniu z sondą SSA-1P w wersji z M12FS52, tym niemniej LS-5a może służyć za zamiennik SSA-1P. Testy prowadzone przez WM Polon za pomocą radiometrów URS-3 oraz UDAR wykazały pełną funkcjonalność sondy. Niestety radiometry UDR-1 i 2 z wcześniejszych partii produkcyjnych mają zasilacz WN, którego wydajność spada powyżej 1300 V, co skutkuje zaniżaniem pomiaru i dużymi wahaniami odczytów. Wady tej nie ma nowszy radiometr UDAR, a także radiometry RUST i URL. Z tego powodu, mając tylko UDR-2, nie mogłem od razu przeprowadzić dokładniejszych testów czułości. Zbadałem więc tylko rozkład czułości na całej powierzchni scyntylatora za pomocą źródła punktowego (Am-241). Sondę umieściłem w improwizowanym statywie w postaci szklanego 10-litrowego pojemnika fermentacyjnego, aby powierzchnia scyntylatora była skierowana stabilnie ku górze:

Źródło zaś było obsadzone centralnie w kwadratowym pudełeczku od nakrywkowych szkiełek mikroskopowych, łatwo więc było zachować powtarzalną geometrię. Podczas pomiarów układałem źródło tak, aby jego środek wypadł na środku każdego z kwadratów, tworzonych przez kratkę osłaniającą scyntylator. Przy krawędziach i w rogach źródło było niestety nieco nachylone. Impulsy zliczałem przez minutę w każdym z 36 kwadratów siatki. Pomiary w tabeli przedstawiają się następująco (czarny pasek to znacznik z taśmy klejącej, naklejony na sondę dla orientacji):

Jak widać, geometria jest nieubłagana - stożek ma podstawę kolistą, która wpisuje się w kwadrat, ale nie obejmuje jego rogów, stąd duże straty czułości w narożnikach. Dlatego też zarówno we wcześniejszej LS-3, jak i w opracowanej niedługo później SSA-1P zastosowano okrągły scyntylator, dzięki czemu jest on znacznie lepiej dopasowany do również okrągłego fotopowielacza. Czułość SSA-1P jest znacznie bardziej wyrównana, nawet na obrzeżach:

Co ciekawe, SSA-1P miała też większą wersję oznaczoną SSA-3P, gdzie... powrócono do kwadratowego scyntylatora. Sonda ta wygląda na znacznie powiększoną LS-5a. 

Niestety wykonano tylko 10 szt. i nie dysponuję egzemplarzem.

***

Niecały miesiąc po napisaniu niniejszego wpisu udało mi się kupić radiometr RUST-3, zatem mogłem przeprowadzić dokładniejsze testy sondy. Potwierdziły znaczne różnice w czułości, choć odnoszę wrażenie, że RUST-3 znacznie słabiej reagował na impulsy pochodzące z narożników scyntylatora niż UDR-2:

Drugi test przeprowadziłem z użyciem typowych "domowych" źródeł, czyli siatek żarowych, gadżetów "energii skalarnej" (medaliony, naklejki), ceramiki z glazurą uranową, a także radonu emitowanego przez skalę od DP-63A:

Odniosłem wrażenie, że sonda jest nieco mniej czuła w porównaniu z SSA-1P, szczególnie w przypadku glazury uranowej, choć pewien wpływ mogła mieć też geometria układu pomiarowego - kwadratowy scyntylator LS-5a trudniej zbliżyć do powierzchni niektórych wyrobów, a przy emisji alfa każdy milimetr odległości skutecznie osłabia promieniowanie. 

Podczas testów zauważyłem też, że LS-5a jest wyraźnie lżejsza w porównaniu do SSA-1P. Po zważeniu okazało się, że różnica wynosi prawie 300 g (odpowiednio 1280 i 994 g). LS-5a jest też trochę krótsza:

Obie te cechy sprawiają, że sondą jest łatwiej manewrować niż SSA-1P - takie odczucie miałem od pierwszego wzięcia jej do ręki. Kwadratowa i niższa sonda będzie też trochę stabilniej stać na różnych powierzchniach, okrągła i ciężka SSA-1P jest pod tym względem nieco chybotliwa.

Jeżeli chodzi o serwis, to w sondzie uszkodzeniu ulegają najczęściej dwa elementy: folia światłoszczelna chroniąca scyntylator oraz fotopowielacz. Folię można zastąpić zamiennikiem, fotopowielacz rzadko pojawia się na aukcjach internetowych. Po szczegóły zapraszam do WM Polon, który postawił na nogi mój sfatygowany egzemplarz. Uszkodzeniu może ulec też sam scyntylator, jednak z uwagi na jego dużą powierzchnię punktowe defekty nie będą miały dużego znaczenia, najważniejsza jest światłoszczelność folii. Dlatego też, jeśli podejrzewamy, że  sonda nie jest szczelna, pierwsze próby róbmy w ciemności, stopniowo zwiększając natężenie oświetlenia. W razie zaobserwowania wzrostu wskazań pod wpływem światła natychmiast wyłączamy radiometr. Małe, punktowe uszkodzenia folii zamalowujemy czarną temperą (nie wolno używać farb na rozpuszczalnikach organicznych!), większe rozdarcia wymagają wymiany całej folii.

Do sondy powinna być dołączona nakładka, chroniąca powierzchnię czynną podczas przechowywania, a także służąca do pomiaru biegu własnego. W dostępnych na rynku wtórnym egzemplarzach zwykle jej nie ma, możemy więc odpowiednią wykonać z tektury lub plastiku. 

Jeśli wybieramy nakładkę plastikową, pamiętajmy o wykonaniu kilku małych otworków, które uchronią scyntylator przed uszkodzeniem od ciśnienia powietrza podczas zakładania nakładki.

Demontażu sondy dokonujemy PO WYŁĄCZENIU radiometru i odłączeniu sondy, wykręcając moletowany korek z tylnej części korpusu i ostrożnie wysuwając cały układ elektroniczny. 

Obowiązują tu wszystkie zasady pracy z sondami scyntylacyjnymi, czyli zakaz włączania napięcia przy odsłoniętym fotopowielaczu i obowiązek odczekania 2 godzin po każdej pracy, przy której scyntylator był odsłonięty. Dodatkowo z uwagi na kruchy fotopowielacz należy unikać wszelkich wstrząsów i udarów. 

***

Sonda LS-5a rzadko pojawia się na rynku wtórnym - do tej pory jedynie dwa egzemplarze. Mój nosi numer seryjny 0070 i wykonano go w 1963 r.:

Według uzyskanych przeze mnie informacji, sondę opracowano w 1962 r. pod kierownictwem Z. Jagielskiego (który opracował też LS-3) i wykonano zaledwie 20 szt. W danych tych została jednak podana błędna średnica sondy 80 mm (faktycznie 61,5 mm), a także informacja o obecności przedwzmacniacza lampowego (!), zatem podchodzę do nich z ostrożnością. 

Katalogi Aparatura Jądrowa - informator techniczny Biura Urządzeń Techniki Jądrowej, wydane w roku 1961 i 1963, nie wspominają o LS-5a [LINK]. Wzmianki występują za to w pozycji Energia jądrowa w Polsce w latach 1961-1963 przy okazji omawiania radiometru RUS-5a oraz miernika skażeń powierzchni MSP-2. Sonda LS-5a jest tam określona, wespół z SGB-1P  i SGB-2P, jako "systemu MSP", zapewne w odróżnieniu od starszych sond na dwa kable. 

Od lewej: SGB-1P (bez środkowego licznika!), SGB-2P i LS-5a

Zwraca też uwagę fakt, że na powyższej fotografii sonda ma już biały korpus, w którym wyryto oznaczenia producenta, zamiast starym zwyczajem mocować blaszaną tabliczkę  znaną z poprzednich wyrobów BUTJ.

***

Czas na podsumowanie. Sonda LS-5a stanowi w pełni funkcjonalny, choć trochę mniej czuły zamiennik SSA-1P i tak jak ona może służyć do wykrywania skażeń emiterami alfa oraz selektywnego pomiaru aktywności źródeł powierzchniowych. Dodatkowo stanowi bardzo cenny zabytek techniki z przejściowego okresu rozwoju produkcji sprzętu dozymetrycznego między epoką lampową a tranzystorową. Pewnym minusem LS-5a może być mała czułość w narożnikach scyntylatora, ale to zjawisko wystąpi przy każdym kwadratowym scyntylatorze.

Sonda będzie współpracować ze wszystkimi radiometrami z pojedynczym wtykiem koncentrycznym, których zasilacz wysokiego napięcia dostarczy 1320-1380 V. Będą to radiometry RUST, URL, URS, MSP i RUS-5a, a także współczesne UDR i UDAR, choć w UDR warto zmodyfikować zasilacz WN. Po odpowiednim zwiększeniu napięcia zasilającego powinna też współpracować z EKO-C/s i RKP-2, przeznaczonymi do SSA-1P.

Jeśli dysponujecie specyfikacją techniczną tej sondy lub innymi sondami i miernikami z tego okresu, dajcie znać w komentarzach!

***

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