Blog o promieniowaniu jonizującym, dozymetrii i ochronie radiologicznej. Zwalcza mity związane ze zjawiskiem radioaktywności i przybliża wiedzę z zakresu fizyki jądrowej oraz źródeł promieniowania w naszym otoczeniu.
Źródło ultrafioletu jest bardzo przydatne w praktyce dozymetrysty amatora. Do jego głównych zastosowań należy identyfikacja związków uranu, wykazujących charakterystyczną luminescencję o kolorze żółtozielonym. Najbardziej wyraźna jest ona w przypadku szkła i niektórych minerałów, a w mniejszym stopniu przy ceramice z glazurą uranową. Ultrafiolet pozwala też odróżnić szkło uranowe od manganowego, którego luminescencja ma zimniejszą barwę. Innym zastosowaniem jest wyszukiwanie radowych farb świecących, a także ich odróżnianie od farb okresowego świecenia, szczególnie jeśli obie farby zastosowano łącznie. Ultrafiolet przyda się też do sprawdzania szklanych i okienkowych liczników G-M pod kątem odporności na wzbudzenie. Oczywiście może mieć też wiele innych zastosowań: poszukiwanie bursztynu, wyszukiwanie śladów biologicznych, badanie minerałów, sprawdzanie zabezpieczeń w banknotach, utwardzanie klejów do szkła itp.
Przystawka ta była przeznaczona do radiometrów RUST-2 i ich
kolejnych odmian (RUST-2S, RUST-2S-2), zastępując słuchawkę SM-73 w sytuacjach, gdy był
potrzebny odsłuch z głośnika.
Straciła rację bytu z chwilą wprowadzenia radiometru RUST-3, który miał głośnik w wyjmowanym module na tylnej ściance obudowy - choć w radiometrze tym zachowano również gniazdo słuchawkowe, pozwalające na podłączenie tej przystawki.
Firma Speclight (obecnie zlikwidowana) zajmuje się dystrybucją i sprzedażą
specjalistycznych źródeł światła, stosowanych
m.in. w medycynie, ratownictwie, kryminalistyce, wojsku, turystyce, survivalu,
motoryzacji itp. Są to zarówno źródła światła widzialnego, jak i ultrafioletu
we wszystkich zakresach (lampy diagnostyczne, bakteriobójcze, antydepresyjne).
W ofercie firmy jest również szeroki wachlarz akcesoriów wykorzystujących
trytowe źródła światła typu GTLS (gaseous tritium light source):
breloczki w 3 rozmiarach
zawieszki w 2 typach
czytniki map
kompasy
znaczniki kierunku
kołki demarkacyjne
markery osobiste
celowniki
podświetlane klamki do drzwi
znaki ewakuacyjne
latarki "Betalight"
Z pełną ofertą wymienionych wyżej oświetlaczy trytowych możemy zapoznać się TUTAJ.
***
Dzięki uprzejmości firmy mogę zaprezentować trytową latarkę „Betalight”, stosowaną m.in. przez armię brytyjską (kod NATO 6260-99-965-3582).
Źródło ultrafioletu, choć nie służy do pomiaru promieniowania jonizującego, jest bardzo przydatne przy pracy z artefaktami. Najczęściej służy do identyfikacji szkła uranowego, ale przydaje się również przy czarnej i zielonej ceramice uranowej, niektórych minerałach i farbach świecących.
Ultrafiolet może być emitowany przez diodę LED, świetlówkę ultrafioletową albo lampę kwarcową. Z tych źródeł jedynie dwa pierwsze będą miały dla nas praktyczne zastosowanie. Latarkę UV omawiałem w zeszłym roku [LINK], teraz zatem przedstawię lampę ze świetlówkami UV.
Jest to wyrób włoskiej firmy Waldmann Illuminotecnica S.R.L., model HLL-464, przeznaczony do diagnostyki dermatologicznej. Zmiany skórne wykazują często luminescencję w ultrafiolecie, co umożliwia ich szybkie zlokalizowanie i rozpoznanie.
Lampa wyposażona jest w dwie świetlówki UV o mocy 4 W i dwie zwykłe, o tej samej mocy. Rozmieszczone są parami na brzegach okienka z dwuogniskowym szkłem powiększającym.
Soczewka ma kształt prostokąta i niewielkie powiększenie (zdolność skupiająca 4 dioptrie), służące do oglądania ogólnego obrazu. Detale możemy sprawdzić pod mniejszą okrągłą soczewką, stanowiącą integralną część prostokątnej soczewki (12 dioptrii). Poniżej powiększenie fragmentu zegarka "Delbana" z farbą świecącą na bazie Ra-226:
Lampa emituje silny i szeroki snop promieniowania ultrafioletowego. Światło to ma znacznie mniejszą zawartość fioletowego światła widzialnego niż w przypadku diody LED. Rodzi to następujące implikacje:
fotografie obiektów wykazujących luminescencję mają czarne tło, a nie fioletowe, co poprawia ich czytelność
uranowe szkło wazelinowe i chryzoprazowe (mleczne białe i zielone) świeci na taki sam zielony kolor jak przezroczyste szkło uranowe, zamiast na seledynowo, jak przy świetle z diody UV
bursztynowe szkło uranowe wykazuje słabszą luminescencję niż przy diodzie LED i bardziej widoczny jest jego bursztynowa barwa (ultrafiolet z LED wydobywa oliwkową luminescencję)
ceramika z czarną polewą uranową, stosowana głównie na detalach elektrotechnicznych, wykazuje wyraźną zieloną luminescencję, której nie ujawnia latarka z ultrafioletową diodą
Jak widać, prawie same zalety. Kwestię bursztynowego szkła uranowego można uznać za marginalną, gdyż wyroby te są bardzo rzadkie i mają niewielką aktywność. Poza tym ultrafiolet ze świetlówek ma znaczną przewagę nad tym z diod LED.
Tak naprawdę jedyną wadą tej lampy jest zasilanie sieciowe, a ściślej, obecność ważącego 1 kg dławika, który umożliwia zapłon świetlówek. Na szczęście dławik umieszczony jest blisko wtyczki sieciowej, a przewód prowadzący od niego do lampy ma aż 5 m długości. Problem pojawia się tylko przy transporcie, gdy trzeba zwijać i pakować te metry kabla.
Oprócz światła ultrafioletowego lampa HLL-464 umożliwia też obserwację w świetle widzialnym, emitowanym z dwóch zwykłych świetlówek miniaturowych. Włączenie jednego rodzaju światła automatycznie wyłącza drugi. Ultrafiolet włączamy, przytrzymując 1-2 s wciśnięty dolny biały przycisk, wyłączamy, krótko wciskając dolny brązowy, zwykłe światło uruchamiamy analogicznie, za pomocą górnej pary przycisków.
Pracując z tą lampą pamiętajmy o kilku rzeczach:
unikajmy częstego włączania i wyłączania, co zużywa świetlówki
ograniczajmy patrzenie na ultrafiolet, zwłaszcza bezpośrednio na świetlówki
dbajmy o czystość soczewki oraz oświetlanych przedmiotów, jeśli zależy nam na zdjęciach wysokiej jakości, gdyż ultrafiolet mocno uwidacznia wszelkie pyłki - lampę najlepiej przechowywać w szczelnym pudełku
Prezentowaną lampę nabyłem okazyjnie na targu w 2013 r., jeszcze przed powstaniem bloga. Służy mi niezawodnie do dziś i nadal w niektórych zastosowaniach jest niezastąpiona, jak np. do czarnej polewy uranowej czy fotografowania luminescencji bez fioletowego odcienia. Obecnie jednak do większości prac, np. szkła uranowego, stosuję znacznie poręczniejszą latarkę LED z regulacją snopa światła, którą mogę mieć zawsze przy sobie. Najlepiej oczywiście mieć oba te źródła, wykorzystując zalety każdego z nich.
O zastosowaniach samego ultrafioletu do celów innych niż związane z dozymetrią pisałem przy okazji w/w latarki Bailong z diodą LED.
Na koniec jeszcze wspomnę, że ultrafiolet jest również promieniowaniem jonizującym (zdolnym do odrywania elektronów od atomów i tworzenia tym samym jonów), jednakże nie jest to promieniowanie radioaktywne (powstałe w wyniku przemian jądrowych), którym zajmuje się dozymetria. O kwestii nazewnictwa - jonizujące czy radioaktywne - będę jeszcze pisał.
Spektrometr jest swego rodzaju ukoronowaniem kariery dozymetrysty-amatora i znakiem przejścia na wyższy poziom wtajemniczenia. O ile dozymetry podają jedynie wartość mocy dawki od danego źródła, o tyle spektrometr podaje również energię mierzonego promieniowania. Jak wiadomo, energia kwantów promieniowania gamma jest charakterystyczna dla danego izotopu (Cs-137 - 662 keV, Co-60 - 1,17 i 1,3 MeV), umożliwia więc jego identyfikację.
Problem w tym, że praktycznie nie ma na rynku spektrometrów do amatorskiego użytku. W sprzedaży są profesjonalne przenośne spektrometry, takie jak Identifinder czy Field Spec, jednak służą one do identyfikacji silnych źródeł i nie zawsze się sprawdzą z uwagi na za małą czułość. Urządzenia te służą głównie ekipom ratowniczym i mają zmierzyć moc dawki od porzuconego pojemnika izotopowego oraz szybko ustalić, czy w środku znajduje się cez, kobalt, iryd, a może rad. Ich podaż na rynku jest niewielka, a ceny wysokie - najtańszy egzemplarz Identifindera znalazłem za 2800 zł, zaś ceny na Ebay zawierają się między 1200 a 5600 $. FieldSpec z kolei kosztuje między 5000 a 9000$, stanowczo za dużo, jak na użyteczność w domowych laboratoriach.
Koszt najtańszej amatorskiej konstrukcji, współpracującej z komputerem przez USB, to 600 $ na Ebay. Nieco bardziej zaawansowane, również amatorskie wyroby, kosztują już ok. 1000 $ [LINK].
Można oczywiście zbudować spektrometr samemu, jednak nastręcza to liczne problemy technologiczne i wymaga wiedzy z zakresu elektroniki.
Na szczęście ostatnio pojawił się kompaktowy przyrząd współpracujący z komputerem, zwany µSpect, którego cena jest niższa niż w/w konstrukcji (w przeliczeniu 525 $), przy jednocześnie znacznie wyższej funkcjonalności. Urządzenie to wypełnia istniejącą lukę na rynku i udostępnia spektrometrię promieniowania gamma szerokiej grupie pasjonatów nauki.
Najpierw, tytułem wstępu, chciałbym oddać głos Autorowi spektrometru:
***
Urządzenie oparte jest o scyntylator nieorganiczny NaI(Tl). Fotopowielacz, elektronika formująca i ADC zostały umieszczone wewnątrz aluminiowej obudowy.
Z tyłu urządzenia znajduje się port USB do podłączenia z komputerem PC, dioda LED informująca o prawidłowej pracy ADC i licznik czasu martwego składający się z 10 segmentowej linijki LED wyskalowany w %.
W urządzeniu został zastosowany nowy typ detektora światła scyntylacyjnego SiPM. W odróżnieniu od standardowych fotopowielaczy elektronowych, SiPM wymaga stosunkowo niskiego napięcia zasilającego (~27 V) Jest niewrażliwy na pola magnetyczne, a także występuje w postaci niewielkich płytek, co możliwa utworzenie w zasadzie dowolnego kształtu (Rys. 1).
Elektronika procesująca to wzmacniacz zmienno-ładunkowy, układ formujący wzmacniająco całkująco-różniczkujący z P/Z. Równolegle do toru energetycznego działa również tor szybkiego dyskryminatora stałofrakcyjnego współpracującego z licznikiem. Daje on wynik czasu martwego licznika. Licznik czasu martwego informuje o obciążeniu detektora, a co za tym idzie nakładaniu się impulsów spektrometrycznych Zbyt duże obciążenie skutkuje błędną akwizycją widma i zmniejszeniem żywotności scyntylatora.
Urządzenie współpracuje z większością oprogramowania freeware do akwizycji impulsów z użyciem kart dźwiękowych np. ThereminoMCA, PRA, BecqMoni. Widmo izotopu sodu-22 zostało przedstawione na Rys. 2.
Podstawowe dane techniczne:
Scyntylator: NaI(Tl)
Element detekcyjny: SiPM
Napięcie zasilające5 V
Prąd: 70 mA
Interfejs: USB 2.0
Zakres energetyczny: 20-1800 keV
FWHM Cs-137 661,7 keV 8,6 %
Czas martwy: 70 µs
Wymiary scyntylatora: Φ10x20 mm
Wymiary urządzenia: 80x54x23 mm
Masa urządzenia: 114 g
Powiedzmy jeszcze parę słów o samej istocie pomiarów spektrometrycznych, gdyż zagadnienie jest złożone i ma pewne niuanse.
W procesie konwersji sygnału radiometrycznego w detektorze scyntylacyjnym (przebiegającym w układzie scyntylatora i fotopowielacza) scyntylator, w odpowiedzi na depozyt energii rejestrowanej cząstki promieniowania jonizującego, generuje impuls świetlny nazywany scyntylacją.
Następnie fotopowielacz dokonuje przemiany strumienia fotonów scyntylacji w proporcjonalny prądowy sygnał elektryczny. Widmo promieniowania (odpowiedź detektora na wymuszenie radiacyjne), uzyskiwane za pomocą spektrometrów licznikowych, zależy nie tylko od rzeczywistego widma rejestrowanych cząstek, ale i od charakteru procesów prowadzących do ich absorpcji w objętości detektora oraz od jego energetycznej zdolności rozdzielczej i wydajności.
Struktura widma aparaturowego kwantów gamma w ogólności odzwierciedla cechy aż trzech procesów charakteryzujących oddziaływanie kwantów gamma z materią: fotoefektu wewnętrznego, rozpraszania Comptona i gdy hν≥1.022 MeV, tworzenia par e- e+. Procesy te przejmują określoną część energii rejestrowanych kwantów gamma, którą przekazują następnie detektorowi w procesach jonizacyjnych. Widmo amplitud impulsów elektrycznych wytworzonych przez kwanty gamma w detektorze jest więc w rzeczywistości widmem tych elektronów wtórnych. Przykładowe widmo monoenergetycznego promieniowania gamma o energii 661.7 keV, zmierzone przy użyciu scyntylatora NaJ(Tl), jest pokazane na rys. 1. (kolory pików odpowiadają opisom poniżej - przyp. red.)
Jeżeli absorpcja fotoelektryczna kwantów gamma zachodzi w głębszych warstwach scyntylatora, to generowane przy tym elektrony Augera, jak i kwanty rentgenowskie są w nim absorbowane a ich energia sumuje się z energią fotoelektronów – w detektorze deponowana jest całkowita energia fotonu. W tym przypadku wierzchołki w widmie reprezentują całkowitą energię rejestrowanych kwantów gamma. Nazywa się je powszechnie wierzchołkami całkowitej energii lub krócej fotowierzchołkami.
W procesie absorpcji fotoelektrycznej niskoenergetycznych kwantów gamma, zachodzącej w przypowierzchniowej warstwie detektora, niektóre kwanty rentgenowskie KX mogą wylecieć z detektora, unosząc energię przejść K𝜶 lub K𝜷. Jeżeli wartość tej energii jest większa od szerokości energetycznej danego wierzchołka całkowitej energii (zależnej od energetycznej zdolności rozdzielczej detektora), to z jego lewej strony w widmie pojawią się mniejsze wierzchołki – nazywany wierzchołkami wylotu kwantów rentgenowskich (KX)
Elektrony comptonowskie, w pojedynczym akcie rozproszenia monoenergetycznych kwantów gamma h𝝂 uzyskują energię kinetyczną, która jest ciągłą funkcją kąta rozproszenia kwantu gamma o elektron. Widmo elektronów comptonowskich jest ciągłe. Kończy je ostra krawędź, tzw. skraj Comptona, odpowiadająca elektronom comptonowskim o energii maksymalnej, uzyskanej w procesie rozproszenia wstecznego kwantów gamma.
***
Spektrometr nabyłem bezpośrednio od Autora i od razu przystąpiłem do testów. Urządzenie jest bardzo proste w obsłudze, wystarczy podłączyć je do komputera i poczekać na zainstalowanie sterowników przez system. Potem ściągamy program Theremino MCA (https://www.theremino.com/) i uruchamiamy. W ustawieniach dźwięku (mikser głośności) pojawi się nowe urządzenie - wejście liniowe na USB - wybieramy je i ustawiamy jego głośność na 1. Następnie w programie ustawiamy parametry jak poniżej, a z listy źródeł dźwięku wybieramy wejście liniowe USB.
Bins: x2
Samp. 192000
Pulses: Pos.
Audio gain 2.0
Zero trim 0
Position (uS) 100
Size (uS) 200
Max slope (%) 20
Max noise (%) 20
Pomiar jest stale uruchomiony od momentu startu aplikacji, ale jeśli chcemy go uruchomić od początku, klikamy "start new measure".
W dolnym lewym rogu jest pomarańczowy prostokąt z oznaczeniem siły sygnału. Przy tle naturalnym wyświetla się komunikat "too low signal", ale przy większości typowych źródeł spektrometr będzie mieć odpowiedni poziom sygnału. Czasem nawet sygnał będzie nieco za silny, np. przy wskazówkach od zegarków, wówczas zobaczymy komunikat "too much signal", trzeba wtedy nieco odsunąć źródło od detektora.
Czas zbierania widma zależy od aktywności źródła, najlepiej poczekać, aż piki przestaną zwiększać swoją wysokość. Z biblioteki programu możemy wybrać wartości energii poszczególnych izotopów, aby ułatwić sobie odnalezienie danego nuklidu na wykresie. Możemy też odczytać energię danego piku lub skorzystać z automatycznego rozpoznawania.
Widma możemy eksportować w postaci plików graficznych lub tekstowych, w tym drugim przypadku można je zaimportować do programu w celu porównania (maksymalnie 3 importowane widma plus bieżący pomiar).
Poniżej spektrogramy uranu naturalnego z glazury uranowej (zielony), toru-232 z siateczki żarowej (niebieski) i radu-226 ze wskazówek zegarka "Majak".
W tym programie za pomocą osobnej funkcji możemy odjąć tło naturalne - najpierw mierzymy je przez kilka minut, potem eksportujemy, a następnie importujemy funkcją BKG. Możemy je wtedy wyświetlić, klikając BKG albo odjąć za pomocą funkcji "use BKG". Poniżej emisja od kafla z polewą uranową (zielona) z porównaniu z tłem:
Pamiętajmy też, że widma tego samego izotopu mogą się różnić wysokością piku, co zależy od materiału źródła, geometrii układu pomiarowego i obecności dodatkowych przeszkód na linii żródło-detektor. Przykładowo, soczewki i elektrody z Th-232 dadzą niższe piki niskoenergetycznego promieniowania niż siateczki żarowe. Dlaczego? Ponieważ metal i szkło silniej osłabia emisję o niskiej energii niż tkanina.
Poniżej widmo toru-232 z różnych popularnych źródeł. Brązowy wykres to soczewka, zielony - siateczka żarowa, niebieska - elektroda WT-20, złota - medalion Quantum Pendant.
Drobne różnice będą widoczne nawet przy źródłach z tego samego materiału i o tym samym kształcie. Tutaj widzimy widmo z 3 medalionów Quantum Pendant - dwa szare, nieco różniące się mocą dawki (1 i 1,6 µSv/h), i jeden z zielonego szkła, tzw. Crystal Bio Disc (0,5 µSv/h).
Tor-232 jest dobrym izotopem do kalibracji spektrometru, szczególnie że trudno mieć dostęp do cezu-137 nie pracując w przemyśle jądrowym. Tor zawarty jest choćby w siateczkach żarowych do lamp gazowych, o czym wielokrotnie wspominałem. Kalibrację najlepiej przeprowadzić za pomocą trzech punktów - Lechosław radzi wziąć wierzchołek Pb-212 na 238 keV, Ac-228 na 338 keV i Ac-228 na 911 keV. Ten ostatni jest już trochę nieostry, zwłaszcza że nakłada się na niego sąsiedni wierzchołek Ac-228 na 968 keV (dlatego trzeba trochę celować w lewo), ale ma zaletę, że jest daleko od tych pierwszych dwóch. Po kalibracji warto sprawdzić, gdzie wychodzi wierzchołek K-40. Dziękuję za poradę!
Do pomiarów słabszych źródeł przydatny jest domek osłonny, zmniejszający wpływ tła naturalnego. W stacjonarnych laboratoryjnych spektrometrach zwykle ma on postać walca, obejmującego próbkę i detektor, jednak uSpect jest na tyle mały, że może być w całości umieszczony w takim domku. Domek wykonamy z ołowiu wyłożonego od wewnątrz 1 mm blachą miedzianą, chroniącą przed promieniowaniem rozproszonym. Grubość ołowiu zależy od naszych możliwości, generalnie powinna być jak największa. Ołów jest jednak dość drogi (15 zł/kg) i ma dużą gęstość (11,3 g/cm3), co zmusza do kompromisu między grubością osłony a jej kosztem. Zalecana grubość to 2 cm, ale jeśli nie mamy tyle ołowiu, to nawet 0,5 cm powinno wystarczyć.
Jeżeli zaś mierzymy silne źródła, pamiętajmy, by nie przeciążać detektora, co skraca jego żywotność i zaburza pomiar. Kontrolę ułatwia nam wskaźnik czasu martwego na tylnej ściance spektrometru. Ma on 10 segmentów i przy większości źródeł (siateczki, elektrody, zegarki, medaliony) świeci się tylko jeden, oznaczający 10 %.
Segmenty powyżej 60 % mają barwę czerwoną i informują o znacznym przeciążeniu detektora. Na szczęście nawet zegary lotnicze dające ok. 5 mR/h emisji gamma nie osiągną tego poziomu, zatrzymując się na 30 %.
Silniejszych źródeł lepiej byśmy nie mieli okazji mierzyć - dla bezpieczeństwa własnego i innych. Zresztą przy "domowej" spektrometrii jest bardziej potrzebna duża czułość na początku zakresu niż na końcu, gdyż większość źródeł generuje małą moc dawki. Łatwiej zresztą promieniowanie osłabić niż "wzmocnić".
***
Podsumowując, jest to bardzo udana konstrukcja, prosta w obsłudze i o kompaktowych wymiarach. Spektrometr jest wielkości paczki papierosów, nieco mniejszy niż typowe kieszonkowe dozymetry. Współpracuje z darmowym oprogramowaniem i ma czułość odpowiednią dla znacznej części źródeł, z którymi możemy się zetknąć w codziennej praktyce. Jeśli jesteście zainteresowani nabyciem tego spektrometru, piszcie przez formularz kontaktowy bloga. Sprzęt jest warty swej ceny, zaś Autor zapewnia niezbędne wsparcie merytoryczne.
Licznik ten jest jednym z najbardziej popularnych radzieckich liczników okienkowych z okienkiem mikowym. Pozostałe to: SBT-11 o okienku prostokątnym 4 x 1,5 cm, znany choćby z radiometru MS-04B Expert, i SBT-9 o okienku okrągłym fi 7 mm, stosowany w indykatorach Poisk-2 i Strielec-1. Występuje jeszcze SBT-13 z okienkiem okrągłym fi 2,5 cm, ale nie spotkałem się z nim w dozymetrach popularnego użytku. Wszystkie te liczniki mają taką samą gęstość powierzchniową okienka (2 mg/cm2) i wiele innych parametrów, różnią się głównie jego kształtem i wielkością.
SBT-10 ma okienko o powierzchni 40 cm2, czyli największej z w/w liczników. W komplecie dostarczana jest aluminiowa zaślepka, chroniąca mikę podczas transportu. Przed montażem musimy jednak ją zdjąć i wówczas licznik osłonięty będzie tylko kratką okienka pomiarowego dozymetru i ewentualnie dodatkowym zewnętrznym filtrem, w zależności od konstrukcji miernika.
Wymusza to dużą ostrożność przy manipulowaniu zarówno samym licznikiem, jak i całym dozymetrem Musimy uważać, by nie dotknąć okienka żadnym narzędziem ani nawet zbyt mocno palcem, pilnujmy również, by nie postawić dozymetru na powierzchni, z której coś może wystawać.
We wnętrzu licznika znajduje się 10 połączonych równolegle elektrod. Katody są połączone ze sobą w obudowie licznika i podłączone do jednego z wyprowadzeń, natomiast anody mają osobne wyprowadzenia, które są połączone dopiero na wyprowadzeniach:
Cokół jest typu 11-nóżkowego, jak w starych lampach elektronowych. Współpracuje ze specjalnym gniazdem w dozymetrze, choć może też być bezpośrednio przylutowany do wyprowadzeń obwodów miernika.
Poniżej widok licznika z podłączonym gniazdem w sondzie pomiarowej radiometru RKB-20.01 "Beta":
Fabryczna charakterystyka liczników SBT-10 i SBT-10A przedstawia się następująco:
napięcie progu 260-320 V
robocze natężenie prądu na każdej z sekcji licznika - 0,5-1,1 µA
zalecane napięcie pracy - 380 V
długość plateau - 80 V
nachylenie plateau - 0,3%/V
czas martwy przy napięciu pracy 400 V - 50 µs
czułość na promieniowanie gamma cezu-137 - 240 cps/mR/h
Jak widać w poniższej metryczce, nie ma różnic w parametrach pomiędzy wersjami SBT-10 i SBT-10A. Wersja SBT-10A jest niewątpliwie jakąś modyfikacją, jednak do tej pory nie ustaliłem, jaką. W niektórych dostępnych w internecie zestawieniach danych tego licznika podawany jest niższy bieg własny niż wersji SBT-10, ale informacje te nie są pewne. Póki co możemy przyjąć, że oba detektory są w pełni zamienne.
Gęstość powierzchniowa okienka wynosi 2 mg/cm2, co umożliwia rejestrowanie cząstek alfa o energii od 4 MeV, beta od 0,15 MeV i kwantów gamma od 0,015 MeV. Specyfikacja fabryczna jednak nie podaje czułości na emisję alfa (dane wziąłem z instrukcji od monitora EKO-C) i w radzieckich dozymetrach licznik ten jest używany tylko do pomiaru aktywności beta i gamma. Dzieje się tak ze względu na relatywnie dużą grubość okienka mikowego, którą pokonają tylko silniejsze cząstki alfa. W dodatku cząstki te muszą najpierw dotrzeć do detektora, a pamiętajmy, że są bardzo silnie tłumione w powietrzu. Zatem nawet odległość 5 mm między mierzoną powierzchnią a okienkiem detektora zatrzyma część cząstek alfa, a resztę osłabi tak, że nie przenikną do wnętrza licznika. Ponieważ zwykle mierzy się niewielkie aktywności emiterów alfa, np. podczas pomiaru skażeń, szansa na ich zarejestrowanie tym licznikiem spada do zera. Co innego w przypadku źródeł kalibracyjnych o większej aktywności, wówczas do licznika dotrze na tyle dużo cząstek, że wywołają wzrost wskazań. Z tego co znalazłem w rosyjskojęzycznym internecie można wywnioskować, że SBT-10 nie reaguje na promieniowanie plutonu-239, podczas gdy jego współczesny zamiennik, oznaczony Beta-5, ma 20% wydajność na emisję tego izotopu.
Jeżeli chodzi o względną czułość SBT-10, to jest ona 4-5 razy większa niż metalowego licznika cylindrycznego SBM-20 o ściance 40 mg/cm2, stosowanego w większości kieszonkowych dozymetrów:
Jednak wzrost wyniku względem pomiaru licznikiem metalowym nie jest tak duży, jakby się można było spodziewać. Z moich obserwacji wynosi on ok. 10-20 %, czyli ma znaczenie jedynie w przypadku najsłabszych źródeł, np. niskoaktywnego szkła uranowego. Najbardziej wymowne jest porównanie wyników uzyskanych przez dozymetr ANRI Sosna o 2 licznikach SBM-20 umieszczonych blisko i DRGB-01 "EKO-1" z SBT-10. Zarówno przy pomiarze emisji beta+gamma, jak i samej gamma, wyniki są wyjątkowo zgodne, co nie powinno dziwić, jeśli weźmiemy pod uwagę widmo promieniowania najczęściej występujących izotopów.
Zerknijmy teraz na przykłady dozymetrów, stosujących ten detektor.
Najbardziej znany jest u nas krajowy monitor EKO-C z zakładów Polon-Ekolab, którego starsza wersja wykorzystuje właśnie ten licznik:
Nowszy model wykorzystujelicznik z okrągłym i cieńszym okienkiem (0,9 mg/cm2), o większej czułości na najsłabsze promieniowanie, np. emisję beta trytu (18 keV).
Za wschodnią granicą powstał radiometr RKB-20.01 Beta, w którym licznik SBT-10 umieszczono w sondzie, podczas pomiaru zamykanej w domku ołowianym, zmniejszającym promieniowanie tła. W komplecie oprócz osłonnej kratki i cienkiej aluminiowej osłony znajduje się również masywny dekiel, przeznaczony do pomiaru biegu własnego licznika (na zdjęciu z lewej, z napisem "wnimanie"). Nazwa miernika - "Beta" - jednoznacznie określa przeznaczenie przyrządu, jakim jest pomiar niewielkich aktywności skażeń beta-aktywnych:
Innymi przyrządem wykorzystującym SBT-10 jest monitor SZB-04 do pomiaru skażeń odzieży, rękawic, stołów - wykorzystuje 2 takie liczniki.
Nowszą konstrukcją jest DRBG-01 "EKO-1", produkowany w różnych wersjach od początku lat 90. do chwili obecnej
Przyrząd mierzy moc dawki gamma w µSv/h, aktywność cezu-137 w kBq/kg i strumień cząstek beta w rozpadach na sekundę z cm2.
Z podobnego okresu jest ten ręczny radiometr beta-gamma IRD-02B1.
Jest to cywilna (bytowoj) wersja starszego IRD-02 z początku lat 90., który wg emisję alfa mierzy od 3 MeV, beta od 50 keV, gamma w zakresie 60 keV - 1,25 MeV. Wartości te te wydają mi się zawyżone, przynajmniej jeżeli chodzi o cząstki alfa i beta:
Ukraińska firma "Ecotest", znana choćby z dozymetrów "Terra", produkuje również uniwersalny radiometr MKS-07 "Poszuk". Jedna z sond znajdujących się w zestawie ma zamontowany licznik SBT-10 ze zdejmowaną klapką-filtrem, odcinającym emisję i beta. Niestety okienko pomiarowe pokryte jest folią, która zatrzymuje cząstki alfa, takie rozwiązanie można tłumaczyć ułatwieniem dekontaminacji okienka pomiarowego i ochroną delikatnej miki.
Liczniki SBT-10 wykorzystywane są również w bramkach dozymetrycznych w Czarnobylskiej Strefie Wykluczenia - zgrupowano je parami w miejscach, gdzie przykłada się poszczególne części ciała. Niestety nie miałem możliwości sfotografowania, ale widziałem z bardzo bliska, a poglądowo umieszczam fragment zdjęcia z Sieci (źródło)
SBT-10 nie jest co prawda tak chętnie stosowany w autorskich konstrukcjach dozymetrów jak STS-5/SBM-20, ale co jakiś czas pojawiają się próby montowania go w fabrycznych radiometrach zamiast wspomnianych cylindrycznych liczników. Poniżej dość karkołomna próba montażu do... Biełły [źródło]:
Tutaj z kolei nieco siermiężna sonda na bazie SBT-10, podłączona do naszego krajowego RUST-3 - zdjęcia z forum RHBZ [LINK]:
Wadą licznika jest wysoka cena i podatność na uszkodzenia, choć okienko nie jest aż tak delikatne, jakby się mogło wydawać (sprawdzałem na niesprawnym egzemplarzu). Miałem przypadek, kiedy w radiometrze "Beta" bieg własny początkowo wynosił 2,6 cps (bez osłony), ale po każdych kilku włączeniach rósł o jakieś 2 cps i ostatecznie osiągnął aż 7! Nie był to też efekt skażenia, gdyż monitor EKO-C nic nie wykazał, a dla pewności oczyściłem okienko strumieniem sprężonego powietrza. Licznik był "nowy ze starych zapasów" (NOS), kupiony na Ebay, gdyż oryginalny. pomimo braków widocznych uszkodzeń, okazał się rozszczelniony.
***
Jeżeli chodzi o użyteczność w codziennej dozymetrii, to sprawdzi się do niskoaktywnych źródeł o dużej powierzchni, czyli np. granitu, szkła kryształowego, niskoprocentowego szkła uranowego, popiołu, związków potasu itp. Natomiast przy źródłach o małej powierzchni i niskiej aktywności licznik nie wykaże wyraźnego wzrostu wskazań, w przeciwieństwie do małych liczników okienkowych, jak SBT-9 (indykator Poisk-2), LND-712 (Gamma Scout), Philips 18504 (RK-10) czy ZP-1400. Najprościej sprawdzić to za pomocą trytowego breloczka albo małego okrucha trynitytu, które wykażą wyższy odczyt przy miernikach z licznikami o mniejszym okienku. Przyczyna jest prosta - przy małym okienku większość jego powierzchni czynnej jest poddana działaniu promieniowania i licznik rejestruje je całą swoją objętością. Natomiast przy dużym okienku, jak w SBT-10, tylko niewielki procent powierzchni bierze udział w zliczaniu i impulsy od źródła gubią się wśród tych od biegu własnego, zliczanych przez pozostałą powierzchnię okienka.
Podsumowując, licznik nie ma aż tak znacznej przewagi nad popularnymi SBM-20, jak by się mogło wydawać. Jeśli chcemy mierzyć emisję alfa, zastosujmy detektor o cieńszym okienku, rzędu 1 mg/cm2, do pozostałych źródeł w zupełności wystarczy zestaw 2 liczników SBM-20.
Licznik ten był produkowany przez Zakład Doświadczalny Przemysłowego Instytutu Elektroniki (PIE) w Warszawie od końca lat 50. do połowy lat 60. Oznaczenie BOB-33, według systemu kodów stosowanych przez PIE, oznacza:
B - pomiar promieniowania beta
O - napełnienie gazem szlachetnym z chlorowcowym czynnikiem gaszącym*
B - licznik szklany, cylindryczny, z katodą metalową
3 - względna wielkość licznika (wartości 0-9)
3 - cokół z kapturkami na obu końcach
Znając te kody, stosowane w wyrobach PIE oraz Akademii Górniczo-Hutniczej, możemy łatwo rozszyfrować przeznaczenie i konstrukcję danego licznika. Szerzej temat omówiłem w osobnej notce [LINK].
Licznik BOB-33 ma kształt cylindryczny, a korpus wykonano ze szkła o gęstości powierzchniowej 70 mg/cm2, pomalowanego czarną farbą, aby wyeliminować wpływ promieniowania ultrafioletowego. Przeznaczono go do pomiaru silniejszego promieniowania beta (>700 keV), zatem jego czułość jest mniejsza niż liczników o ściance metalowej 40-50 mg/cm2 (>500 keV), takich jak STS-5 i pochodne. BOB-33 oczywiście mierzy również promieniowanie gamma, a z racji grubszej ścianki wykazuje nieco mniejszą nierównomierność charakterystyki energetycznej niż cienkościenne liczniki metalowe. Sprawia to, że niskoenergetyczne promieniowanie nie będzie aż tak zawyżać wyniku pomiaru. Poniżej BOB-33 w porównaniu z STS-5 (u góry) i BOI-33 (u dołu):
Licznik BOB-33 miał też odmianę oznaczoną BOB-33A, która nieznacznie różniła się parametrami pracy, jednak wobec znacznego rozrzutu specyfikacji trudno uznać to za regułę. Poniżej zestawienie kluczowych parametrów pracy kilku egzemplarzy BOB-33 oraz BOB-33A:
Najpóźniejszy egzemplarz BOB-33, jaki spotkałem, pochodził z 1966 r. Wprowadzony w 1968 r. radiometr RK-67 nie korzystał już z tego licznika, tylko z radzieckiego STS-5, znanego od lat 50., a późniejsze serie - z krajowego klona STS-5, czyli BOI-33. W wojskowych DP-11A, DP-66 i DP-66M stale stosowano STS-5 z racji ich wytrzymalszej, metalowej konstrukcji. BOB-33 montowano za to w cywilnych wersjach DP-11B, czyli monitorach licznikowych ML-56 i ML-57.
***
Podjąłem dwie próby zastosowania tych liczników w dużo późniejszych, radzieckich dozymetrach z początku lat 90. Polaron nie chciał współpracować - początkowo zliczał tło, następnie dźwięk cichł, a wynik spadał.
Tak na marginesie tylko wspomnę, że zamontowanie w Polaronie duetu STS-5 + BOI-33 też nie było dobrym pomysłem z uwagi na minimalnie większą czułość polskiego licznika i zawyżenie wskazań
Sosna w ogóle nie chciała ruszyć na dwóch BOB-33, choć jej przetwornica jest bardziej "elastyczna" niż ta w Polaronie. Tak więc, pomimo bardzo podobnych parametrów pracy, BOB-33 raczej nie zastąpi SBM-20.
Z kolei bez problemu można dokonać zamiany w drugą stronę, czyli zastąpić BOB-33 licznikiem STS-5 czy SBM-2. Tak zrobił np. Adam w swoim PIMP-3 - LINK. Miałem również egzemplarz RK-63 z STS-5 zamiast BOB-33. Zamiana udała się też w radioindykatorze RIK-59, zanim zdobyłem oryginalny licznik.
Z kolei licznika BOB-33A używałem przez pewien czas w bardzo udanym autorskim radiometrze Radiatex MDR-2, niestety uległ uszkodzeniu podczas wycieczki dozymetrycznej w poszukiwaniu "gorącej plamy" na Jelonkach. Szczątki możecie zobaczyć tutaj:
Liczniki BOB-33 jeszcze kilka lat temu były dość tanio wyprzedawane z zapasów magazynowych, jednak obecnie są bardzo trudne do nabycia. Niektóre dostępne egzemplarze z kolei są zużyte, co przekłada się na niższą wydajność, bądź też rozszczelnione, a więc zupełnie niesprawne.
Nie popieram kanibalizacji, ale jeśli koniecznie potrzebujemy akurat tego modelu licznika, to poświęćmy szkolny radioindykator, którego użyteczność jest niewielka, a cena dość niska (ok. 50 zł).
Gdzie się da, warto spróbować zastąpić BOB-33 za pomocą STS-5/SBM-20 - oprócz większej czułości na promieniowanie beta, zyskamy przede wszystkim odporność na udary mechaniczne - metalowy licznik, nawet lekko wgnieciony, będzie pracował, zamiast rozsypać się w kawałki jak szklany. Oczywiście, do pewnej granicy, mocno zgnieciony straci szczelność albo dozna zwarcia (obudowa jest katodą).
***
Podsumowując, licznik ten będzie miał dwa główne zastosowania: naprawa starych dozymetrów (RIK-59, RK-60, RK-63) lub konstrukcja własnych mierników promieniowania. W obu przypadkach musimy mieć na uwadze, że poszczególne egzemplarze wykazują pewien rozrzut zarówno napięcia progu (300-330 V), jak i pracy (360-390 V), a także spore różnice nachylenia plateau (0,053-0,125 %/V). Należy więc indywidualnie dobierać napięcie przetwornicy, gdyż zbyt wysokie skróci żywotność licznika, zaś za niskie zmniejszy wydajność pomiaru. Jeśli mamy metryczkę licznika, znajdziemy w niej niezbędne wartości napięć, upewnijmy się jednak, że pochodzi faktycznie od tego egzemplarza. Data produkcji licznika (miesiąc + rok) znajduje się poniżej oznaczenia modelu, zaś numer seryjny po przeciwnej stronie znaku "minus".
-----------------------------------------
* o różnicach między licznikami chlorowcowymi i alkoholowymi pisałem przy okazji omawiania zasady działania licznika Geigera - LINK
