Radiometr KRB-1

Miernik ten jest bliźniaczą konstrukcją z KDG-1, omawianym w 2020 r. [LINK], od którego różni się tylko głowicą sondy i wyskalowaniem. Obudowa pulpitu pomiarowego, układ elektroniczny, źródło zasilania, przedłużka sondy i futerał są identyczne. W odróżnieniu jednak od KDG-1, który przede wszystkim mierzy promieniowanie gamma, zaś emisję beta jedynie indykuje, KRB-1 jest przeznaczony wyłącznie do pomiaru skażeń emiterami beta i to w bardzo szerokim zakresie od 10 do 10 mln rozp/min/cm2. Pełna nazwa przyrządu to radiometr do pomiaru beta-skażeń powierzchni KRB-1 (Радиометр для измерения бета-загрязнённости поверхностей КРБ-1).

Pozostałe mierniki z tej rodziny to KDA-1 z sondą scyntylacyjną do pomiaru skażeń alfa oraz KDN-2 ze scyntylacyjną sondą neutronową w kulistym moderatorze.

Przyrządy te są jednak bardzo rzadkie, zaś KRB-1 co jakiś czas pojawia się na rynku wtórnym, głownie na eBay, dwa razy spotkałem się z nim też na naszym Allegro.

Przyjrzyjmy się więc temu miernikowi, gdyż konstrukcja jest bardzo ciekawa.

Detektorami promieniowania są dwa okienkowe liczniki G-M:

• SI-8B dla pierwszych trzech zakresów (10-100, 100-1.000, 1.000-10.000 rozp/min/cm2)

• SI-19BG dla kolejnych trzech zakresów (10.000-100.000, 100.000-1000.000, 1000.000-10.000.0000 rozp/min/cm2)

Liczniki umieszczone są jeden za drugim w spodniej części korpusu sondy:

Przyjrzyjmy się tym detektorom. SI-8B, znany choćby z sondy od RK-100, jest pełnowymiarowym okienkowym licznikiem G-M typu pancake o średnicy 65 mm, powierzchni 33 cm2 i gęstości powierzchniowej 5-7 mg/cm2.

Specyfikacja:

• napięcie pracy: 360-440 V
• nachylenie plateau: 0.3 %/V
• długość plateau: min. 80 V
• maksymalna częstość zliczania: 3400 cps
• wydajność pomiaru promieniowania beta: 50-85 %
• bieg własny: < 2 cps
• amplituda impulsu napięciowego: 20 V
• nachylenie charakterystyki prądowo-napięciowej: nie więcej niż 1.25 %/V
• czas martwy: 160 µs
• czułość: 350-500 cps/µR/s dla Co-60
• maksymalna ekspozycja (przez 1 minutę): 300 R/h
• średnica zewnętrzna: 80 mm
• wysokość: 31 mm
• masa: 93 g

Drugi licznik to miniaturowy SI19BG z okienkiem o średnicy zaledwie 4 mm i dużo mniejszej gęstości powierzchniowej okienka, pozwalającej rejestrować również cząstki alfa.

Niestety w światowych zasobach internetu trudno natrafić na jego pełną specyfikację. Udało mi się znaleźć tylko te wyrywkowe dane, które częściowo odnoszą się do nowszej wersji, oznaczonej SI-19BG-M:

• napięcie pracy:  360-440 V
• zakres energii mierzonego promieniowania: 60 kev - 2 MeV
• nachylenie plateau: 0.3%/V
• maksymalne natężenie robocze: 18.2 µA
• maksymalna częstość zliczania: 1000-1500 cps
• maksymalna ekspozycja: 900 R/h
• wydajność pomiaru promieniowania beta: 50-85%
• bieg własny:  0,16 cps
• długość: 20 mm
• średnica zewnętrzna: 9,2 mm
• masa: 4 g

Litera M dodana na końcu nazwy w radzieckim nazewnictwie oznacza zwykle modernizację.

Na sondę można założyć filtr, odcinający promieniowanie beta. Jest to blacha z chromowanej stali o grubości 2 mm.  

Filtr jest mocowany za pomocą dwóch sprężynujących blaszek, które wchodzą w wycięcia na bokach korpusu sondy.

Jeśli filtr nie jest używany, możemy go zamocować na wierzchu sondy, dzięki dodatkowemu zestawowi wycięć. Niestety zatrzaski te pracują dość opornie i moim zdaniem mocowanie filtra powinno być rozwiązane inaczej (przegub?), szczególnie że podczas pracy będziemy go często zakładać i zdejmować.

KRB-1 jest wyskalowany w rozpadach na sekundę z centymetra kwadratowego. Skala ma jedną podziałkę liniową od 5 do 100, z podziałkami co 5.

Odpowiada ona najniższemu zakresowi, na wyższych stosujemy odpowiednie mnożniki, podane na pokrętle wyboru zakresów. Co ciekawe, przyrząd nie ma skali dla pomiaru promieniowania gamma, choć po zakryciu liczników filtrem będzie mierzył tylko to promieniowanie. Dałoby się nawet go wyskalować w jednostkach mocy dawki, ale nie takie jest jego przeznaczenie. 

Tyle tytułem wstępu, przejdźmy do obsługi. Przyrząd włączamy ustawiając pokrętło zakresów na pozycji "WKL", a po upływie minuty, kiedy rozgrzeją się kondensatory, przekręcamy na położenie "ust.nulja" i potencjometrem z boku obudowy ustawiamy wskazówkę na zero. Następnie po przekręceniu przełącznika zakresów w położenie "prob.pit." odbywa się test zasilania - wskazówka powinna znaleźć się na prawo od trójkącika pośrodku skali. Jeśli akumulatorki mają zbyt niskie napięcie, wymieniamy je. KRB-1 oryginalnie zasilany był akumulatorkami niklowo-kadmowymi, których nie można rozładowywać poniżej pewnego poziomu i instrukcja wielokrotnie na to zwraca uwagę.

Po wykonaniu w/w czynności należy jeszcze sprawdzić wskazania za pomocą dołączonego do zestawu powierzchniowego źródła kontrolnego. 

Mniejszy licznik testowany jest na zakresie 10^4 (1.000-10.000 rozp/min/cm2) i odczyt powinien się zgadzać z podanym w karcie badania przyrządu. Większy licznik sprawdzamy na zakresie 10^2, zbliżając źródło na 15-30 cm, wskazówka powinna przekroczyć połowę skali (500 rozp/min/cm2).

Po całej tej procedurze możemy przystąpić do pomiarów. Zakładamy filtr na okienko, włączamy zakres 10^5 i po 100 s nastawiamy wskazówkę na zero, aby odjąć tło gamma. Zdejmujemy nakładkę, zbliżamy sondę do badanej powierzchni i po 100 s odczytujemy pomiar. Jeśli po zdjęciu filtra wskazówka nie wychyla się lub nie przekracza 0,1 skali, włączamy niższy zakres i powtarzamy procedurę z odejmowaniem tła. Jako miarodajny odczyt należy przyjąć średnią arytmetyczną z 5 pomiarów, przeprowadzonych w odstępie 30 sekund. Odstęp między kolejnymi pomiarami wymagany jest też podczas kalibracji.

Powyższa procedura, zalecająca pomiar od bardzo wysokiego zakresu, zakłada użycie miernika podczas konfliktu jądrowego i ma na celu uniknięcia przeciążenia, jeśli mierzony poziom skażeń okazałby się bardzo wysoki. W warunkach amatorskich, przy słabych źródłach, możemy zacząć od najniższego zakresu. Jeśli nasz obiekt emituje tylko miękkie promieniowanie (glazura uranowa), możemy pominąć odejmowanie pomiaru gamma, który w tym przypadku obejmuje tylko tło naturalne, sięgające dwóch pierwszych podziałek skali. Co innego w przypadku źródeł z silniejszą dominantą emisji gamma, która niekiedy sięga połowy łącznego pomiaru (farby radowe, minerały uranu). Potencjometr służący do ustawiania zera ma dosyć duży zakres regulacji, aczkolwiek czasem różnica między emisją gamma i beta jest tak duża, że nawet po odjęciu pomiaru gamma przy pomiarze beta dochodzi do przekroczenia zakresu pomiarowego. 

Taka sytuacja występuje np. przy siateczkach Auera mierzonych na I zakresie - pomiar gamma sięga 70 na skali, potencjometrem odejmiemy go, ustawiając wskazówkę znów na zero, jednak po zdjęciu filtra okaże się, że pomiar beta przekroczy zakres.

Jak przedstawia się czułość KRB-1? Licznik SI-8B ma dość grube okienko, zdecydowanie za grube, aby mierzyć promieniowanie alfa, szczególnie że jest umieszczone za dodatkową cienką folią. Reaguje za to na niskoenergetyczne promieniowanie beta i gamma, w tym kwanty o enegii 59 keV od Am-241. Z kolei licznik SI-19BG, obsługujący wyższe zakresy, bez problemu rejestruje cząstki alfa, co nietrudno stwierdzić za pomocą testu z kartką papieru:

Jest tylko jeden problem - powolny czas reakcji. Ustalanie się wyniku na najniższych zakresach zajmuje 200 s (!), zaś na wyższych 100 s. Jest to więc miernik do POMIARU skażeń, a nie ich WYKRYWANIA, czyli wiemy, że dana powierzchnia jest skażona i tylko musimy ustalić, jak bardzo. 

W przypadku poszukiwania czas reakcji jest na tyle powolny, że przeoczymy źródło promieniowania, chyba że będzie bardzo aktywne. Podczas testów poukładałem na ziemi kilka targowych "świecidełek" a następnie usiłowałem je "wykryć". Przy szybkim prowadzeniu sondy miernik nie zdążył zareagować, zaś przy wolnym wzrost odczytu był minimalny, nawet przy bardzo aktywnej ceramice z glazurą uranową czy płaskorzeźbie z torowanego szkła. Na szkło uranowe, nawet o dużej powierzchni (wazon przerobiony na lampkę) miernik nie reagował wcale. Zastanawiam się, czy zmniejszenie stałej czasu mogłoby pomóc, gdyż sam mikroamperomierz ma bardzo szybki czas reakcji, co widać przy ustawianiu zera. Zaletą ospałej reakcji tego radiometru jest trudność przekroczenia zakresu - nawet przy bardziej aktywnych źródłach wynik przyrasta na tyle powoli, że zdążymy zmienić zakres na wyższy.  

Mikroamperomierz charakteryzuje też pewna bezwładność, nawet po odsunięciu źródła wynik jeszcze przez chwilę rośnie, a przy silniejszych źródłach może sięgnąć nawet końca zakresu.

***

KRB-1, podobnie jak KDG-1, nie ma wyjścia słuchawkowego i w sumie trudno się dziwić, oba przyrządy nie służą do pomiarów niskich poziomów promieniowania pod kontrolą słuchu. Na szczęście gniazdo słuchawek można dorobić, o ile oczywiście chcemy modyfikować ten rzadki i zabytkowy miernik.

W tym celu potrzebna będzie mała przystawka z jednym tranzystorem, podłączona do obwodów radiometru jak na powyższym schemacie. Dla osób niechcących ingerować w miernik można rozważyć sprzęgnięcie indukcyjne, stosowane w latach PRL-u w amatorskich przystawkach głośnomówiących do telefonów (ówczesne przepisy zabraniały włączania galwanicznego w obwód aparatu telefonicznego).

***

Radiometr zasilany jest z trzech cylindrycznych akumulatorków Ni-Cd, umieszczonych w charakterystycznym zasobniku. Możemy je zastąpić zwykłymi bateriami AA, tylko trzeba je przedłużyć za pomocą kilku podkładek. Drugą opcją jest użycie pojedynczego akumulatorka 3,7 V i odpowiednie zwarcie styków pozostałych komór.

Pobór prądu jest znaczny (45 mA bez obecności źródła promieniowania, 55 mA przy pomiarze).

KRB-1 jest przenoszony w charakterystycznym futerale z czarnego tworzywa sztucznego. Nie jest to guma, tylko sztywne tworzywo. 

Futerał zamykany jest na zamek z dwoma ryglami, które musimy ścisnąć, aby otworzyć. 

Dodatkowo korpus miernika przykręcony jest jedną śrubą na spodzie obudowy. 

Miernik w futerale jest przenoszony na dwóch pasach z brezentu, stosowanych również w przyrządach serii DP-5 czy SRP-68.

W razie potrzeby możemy użyć pojedynczego pasa, przypiętego do obu karabińczyków. Taki układ, zastosowany w moim egzemplarzu, pozwala na wygodne trzymanie pulpitu pomiarowego równolegle do ziemi i bardzo ułatwia odczyt.

KRB-1 przechowywany był w solidnej uszczelnianej metalowej skrzyni, w której zarówno pulpit, jak i sonda mocowane są sztywnymi obejmami:

Umożliwia ona bezpieczne przewożenie przyrządu różnymi środkami transportu i chroni go od uszkodzeń. Szczególnie wrażliwa jest sonda z uwagi na obecność delikatnych liczników okienkowych, a także fakt, że jej głowica przymocowana jest sztywno do przedłużki, bez możliwości odgięcia do poziomu, celem zmniejszenia wymiarów. 

W komplecie z dozymetrem był zapas 6 akumulatorków, pozwalający na złożenie 3 pakietów zasilających przyrząd, jak również części zapasowe i narzędzia:

Pełen wykaz zawartości skrzyni z radiometrem wraz z miejscami ich mocowania:
 

Lista obejmuje:

• akumulatorki (6 szt.)
• sonda
• źródło kontrolne
• pierścienie
• uszczelki 
• sprężyna
• ekran sondy (2 szt.)
• pulpit pomiarowy 
• licznik SI8B (2 szt.)
• licznik SI19BG (2 szt.)
• podkładki

***

Na koniec jeszcze porównajmy KRB-1 z KDG-1 - tak jak wspomniałem we wstępie, mierniki różnią się praktycznie tylko wyskalowaniem i głowicą sondy.

Czas na podsumowanie. Miernik ma duży potencjał, który niestety, przez specyfikę konstrukcji, nie jest w pełni wykorzystany. KRB-1 byłby idealnym przyrządem do poszukiwania źródeł w terenie, gdyby nie wyjątkowo powolny czas reakcji, przez który przeoczymy większość znalezisk, poza tymi najbardziej aktywnymi. Skrócenie stałej czasu powinno pomóc w tej kwestii. Pewną wadą jest też brak wyjścia słuchawkowego, które na szczęście można dorobić. Sam przyrząd jest też niewygodny w przechowywaniu - jeśli nie mamy oryginalnej skrzyni, to sonda będzie narażona na uszkodzenie.

Jeśli spotkaliście się z tym przyrządem albo macie pomysł na wyeliminowanie jego wad, dajcie znać w komentarzach!

***

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