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.
Powtórzyłem eksperyment Becquerela, który przyczynił się do odkrycia zjawiska radioaktywności. Becquerel był przekonany, że radioaktywność związków uranu jest wywoływana przez promieniowanie ultrafioletowe, zawarte m.in. w świetle słonecznym. Ultrafiolet, wywołując fluorescencję rudy uranowej, miał również wywoływać promieniowanie jonizujące, które zaczerniało materiał światłoczuły. Istotą eksperymentu było wystawienie na słońce płyty światłoczułej, owiniętej w czarny papier, nieprzepuszczający światła - i umieszczenie na niej kawałka rudy uranowej. Eksperyment przebiegiał "pomyślnie" - im dłużej naświetlał materiał na słońcu, tym bardziej był zaczerniony. Pewnego dnia słońce zaszło na dłuższy czas, zatem uczony schował materiał do szafki, czekając na sprzyjającą pogodę. Po kilku dniach, postanowił wywołać długo trzymany materiał - na szczęście dla rozwoju fizyki! - i okazało się, że płyta jest kompletnie zaczerniona. Dowiodło to, że radioaktywność uranu nie jest związana z wpływem światła słonecznego, a luminescencja jest tylko efektem ubocznym. Podobne badania przeprowadzała Maria Skłodowska-Curie, która wspólnie z Henri Becquerelem otrzymała Nagrodę Nobla za odkrycie i zdefiniowanie zjawiska radioaktywności.
***
Poniższe eksperymenty nieco się różnią od tych z końca XIX w. Jako źródeł użyłem starych zegarków bez szkiełek, aby zapewnić jak najlepsze przyleganie do papieru i jak najmniejsze rozproszenie promieniowania. czas naświetlania - 48 godzin, trochę za mały, zwłaszcza w przypadku tarczy bez wskazówek - ledwie zarysowały się kontury cyfr. Na drugim widać, o ile silniej świeci wskazówka od reszty tarczy. Próbowałem również naświetlać papier za pomocą zegarów lotniczych przez szybkę, ale pomimo sporej mocy dawki (2 i 5 mR/h) rezultat był mizerny. Istotne jest przyleganie próbki do papieru - skala od DP-63 wyraźniej zaczerniła papier od strony niepokrytej farbą, gdzie były tylko pojedyncze zacieki, niż od frontu, gdzie moc dawki była kilkadziesiąt razy wyższa (i to przez 24h). Jako "ciemni' użyłem tekturowych pudełek z pokrywkami, nakrytych dla pewności ciemną tkaniną, a także żeliwnej brytfanny z przykrywką. Nie zaobserwowałem zaświetleń, jedynie wiek papieru trochę nabruździł, ale zaraz otworzę świeżą paczkę :)
Następne radiogramy wykonywałem już na papierze chlorowym - mniej czuły, zatem trudniej zaświetlić, pracując pod biurkiem przy zasłoniętych zasłonach i z czerwoną lampką rowerową zamiast lampy ciemniowej :) Jak widać, dobrze naświetlony radiogram wywoływać można krótko, wystarczy i 30 s, jeśli obraz jest słaby, to nawet długie "męczenie" w wywoływaczu niewiele mu pomoże, pojawi się za to zadymienie:
Właściwie naświetlony radiogram - 5,5 mR/h przez 3 dni (nawet mogłem nieco krócej, a i tak byłby efekt).
Podczas naświetlania wskazówki nie było na tarczy - jak widać, farba świecąca, pod wpływem wilgoci, przeniknęła na tarczę, dając dość intensywne zaczernienie oraz odbity relief loga producenta (UMF Ruhla).
***
W dalszej części eksperymentów wydłużyłem czas naświetlania aż do dwóch tygodni. Jak widać, powyżej pewnej granicy zaciemnienie wzrasta nieznacznie:
5,5 mR/h - z lewej 3 dni, z prawej - 2 tygodnie:)
5,5mR/h - od dołu i od góry przez 2 tygodnie. Na papierze bromowym podobny efekt po kilku dniach :)
Stopień zaciemnienia niewiele się zmienił, co najwyżej można było krócej wywoływać i uniknąć zadymienia.
Porównanie aktywności 3 tarczy zegarkowych - naświetlanie 2 tygodnie, środkowa trochę przepalona, prawa też :)
Naświetlanie przez 4 dni dawką 5,5 mR/h kilku położonych jeden na drugim arkuszy papieru.
To samo za pomocą skali od paliwomierza o podobnej aktywności.
Ciemnia. Od lewej - wywoływacz, przerywacz, utrwalacz, płukanie.
Brytfanna z pokrywą świetnie nadaje się do naświetlania, niektóre źródełka docisnąć można odważnikiem.
Kolejnymi przedmiotami codziennego użytku zawierającymi substancje promieniotwórcze są niektóre obiektywy fotograficzne. Do szkła, z którego wyrabiano soczewki, dodawano dwutlenku toru był dla polepszenia jego właściwości optycznych. Szkło optyczne powinno mieć jak najwyższy współczynnik załamania światła, dzięki czemu można uniknąć dużej krzywizny soczewki, a sama soczewka może być cieńsza. Jednak wysoki współczynnik załamania światła oznacza też wysoką dyspersję, czyli różnicę w stopniu załamania światła o różnej długości fali (czyli barwach składowych tworzących światło białe). Powoduje to powstawanie aberracji chromatycznej - kolorowych obwódek na krawędziach jasnych obiektów na ciemnym tle. Dodatek związków toru umożliwiał zachowanie wysokiego współczynnika załamania przy jednoczesnej niskiej dyspersji.
Maksymalna zawartość toru sięgała 30 % [LINK]. Szkło torowe, czy raczej "torowane" (thoriated glass) stosowano w bardzo wielu obiektywach, nie tylko fotograficznych, ale również kamerach telewizyjnych czy w czytnikach mikrofilmów. Oprócz toru dodawano też związków lantanu i ceru.
Obiektywy z torowymi soczewkami wytwarzali producenci z Niemiec, ZSRR i Japonii. Właśnie z kraju Kwitnącej Wiśni pochodzi jeden z najbardziej aktywnych obiektywów, czyli Super Takumar 1,4/50 [LINK].
Inne obiektywy tej firmy, np. Super Takumar 1,8/55 czy 2/55, również wykazują radioaktywność, jednak nie wszystkie, tylko niektóre serie i wykonania. Podobnie w przypadku innych producentów, generalnie niewiele jest obiektywów, wykonywanych zawsze z torowanego szkła. Dlatego też jeśli nie mamy możliwości sprawdzenia obiektywu dozymetrem, nie ryzykujmy zakupu online. We wstępnej identyfikacji pomocne może być to kompendium obiektywów podejrzewanych o radioaktywność
Pierwszym obiektywem, którego radioaktywność udało mi się zmierzyć, był Biometar 2,8/80 do aparatu Pentacon Six.
Wyniki pomiarów tego obiektywu przy przedniej soczewce przestawiają się następująco (beta+gamma/gamma):
ANRI Sosna z 2 licznikami rozstawionymi szeroko - 1,35/1,81 µSv/h
ANRI Sosna z 2 licznikami rozstawionymi wąsko - 1,6/1,9 µSv/h
Polaron Pripyat - 2,5/1,8 µSv/h
RK-67 - 2,2/3,8 µSv/h
Soeks Ecovisor F4 - 1,9 µSv/h emisji łącznej
Z kolei moc dawki mierzona przy tylnej soczewce stanowiła zaledwie ułamek wartości zmierzonej przy przedniej, a różnica między pomiarem gamma a beta+gamma była bardzo mała (odpowiednio 0,69 i 0,86 µSv/h wg ANRI Sosna z 2 licznikami blisko siebie).
Pozwala to wnioskować, że tylko przednia soczewka była wykonana z torowego szkła, dlatego przy tylnej zmierzyć mogłem jedynie twardą składową gamma całej emisji, która była w stanie przedostać się przez pozostałe, nieaktywne soczewki.
Co ciekawe, inny egzemplarz Biometara 2,8/80, różniący się tylko wykonaniem (tzw. zebra, czyli z paskami trawionego aluminium na pierścieniach ostrości i przesłony) nie wykazywał promieniowania powyżej tła.
Nieradioaktywny okazał się też Biometar 2,8/120, który miałem możliwość testować. Od tego czasu poszukiwałem obiektywów wykazujących podwyższony poziom promieniowania, ilekroć byłem na targu, jednak sukces przyszedł dopiero w 2019 r. Trafiłem wówczas obiektyw do projektora, dający przy przedniej soczewce 15 µSv/h łącznej emisji i aż 4,5 µSv/h promieniowania gamma [LINK]. Rok później trafiła się sama soczewka od podobnego obiektywu [LINK], bardziej dogodna do pomiarów z uwagi na możliwość bezpośredniego zbliżenia do okienka pomiarowego dozymetru.
***
Jako źródło promieniowania obiektywy mają pewne wady. Przede wszystkim rzadko występują i nie da się ich odróżnić wizualnie od nieradioaktywnych. Powoduje to konieczność testowania każdego egzemplarza za pomocą dozymetru, gdyż nawet w obrębie jednego modelu mogą się trafiać nieradioaktywne. Zakup w ciemno to zły pomysł. Nawet lekkie zżółknięcie szkła, które może być skutkiem działania promieniowania nie zawsze jest stuprocentowym wyznacznikiem. Cena zwykle jest wysoka i wynosi kilkaset złotych, zaś generowana moc dawki nie jest zbyt duża, rzędów kilku µSv/h. Źródłem promieniowania zwykle jest przednia soczewka, odsunięta od krawędzi, co dodatkowo osłabia szczególnie niskoenergetyczne promieniowanie. Do pomiarów należałoby ją wymontować z obiektywu, nie zawsze jednak chcemy go rozkręcać. Zatem jeśli nie kupujemy takiej optyki w okazyjnej cenie i z możliwością testu, odpuśćmy sobie obiektywy w roli źródeł promieniowania.
Pozostaje odpowiedź na pytanie, czy radioaktywne obiektywy są szkodliwe dla użytkownika aparatu fotograficznego? Zdecydowanie nie, ponieważ promieniowanie skierowane do tyłu ograniczane jest przez wiele warstw metalu (lustro, migawka, płytka dociskowa filmu oraz tylna klapka aparatu), zaś z przodu obiektyw jest skierowany "w przestrzeń" albo schowany w futerale i przykryty dekielkiem. Nawet jak celujemy, przystawiając aparat do oka, to światło biegnie przez pryzmat pentagonalny (lub wizjer kominkowy), ale promieniowanie jonizujące nie ulega odbiciu w ten sam sposób, jak światło widzialne czy fale radiowe. Promieniowanie jonizujące ulega rozpraszaniu i absorpcji, nie ma możliwości, aby niczym światło odbiło się wielokrotnie w pryzmacie pentagonalnym i przez wizjer trafiło nam do oka.
Zresztą zwykle z torowanego szkła jest tylko przednia soczewka, zatem dodatkowym filtrem są pozostałe szkła układu optycznego oraz łączna odległość, jaką promieniowanie ma do pokonania. Szkło dość silnie pochłania promieniowanie jonizujące, szczególnie niskoenergetyczne, którym jest m.in. emisja od toru-232 i jego produktów rozpadu. Poniżej przekrój przykładowej lustrzanki analogowej:
Jak widać, promieniowanie obiektywu ma do pokonania długą drogę, zanim jego resztki przedostaną się przez tylną ściankę aparatu i dotrą do ciała użytkownika.
***
Dodatkowe informacje o obiektywach produkcji japońskiej, niestety tytuły "sensacyjne":
Wskaźniki i zegary lotnicze malowane farbą świecącą na bazie radu są jednymi z najmocniejszych źródeł promieniowania, z którymi możemy się zetknąć w codziennym życiu. Niektóre emitują nawet 50 µSv/h (5 mR/h) emisji gamma! Inne z kolei tylko nieznacznie przekraczają tło, stąd konieczność stworzenia krótkiego przeglądu przyrządów występujących w polskim obrocie kolekcjonerskim. Zegary uszeregowałem według rosnącej mocy dawki i dodatkowo podzieliłem na kategorie. Moc dawki mierzona była radiometrem ANRI 01-02 Sosna z szeroko rozstawionymi licznikami G-M, który zapewnia najkorzystniejszą geometrię układu pomiarowego.
1. Silnie aktywne:
Wysokościomierz PRW-46 - 6,8 mR/h - jak dotąd rekord.
Manometr ciśnienia tlenu IK-18 - 6,2 mR/h
Wysokościomierz barometryczny, typ nieznany - 5,8 mR/h
Wariometr WR-10 - 5,5 mR/h, bez szkła aż 6,8 !
Skala paliwomierza KES-857, od MiG-15, 5 mR/h
Radiokompas SUP-7, moc dawki między 3 a 5 mR/h
Żyrokompas GPK-48 - 3,5 mR/h
Chronometry ACzS -1 - z prawej starsza wersja, bardziej aktywna (farba jest ciemniejsza) - ok. 2,5 mR/h.
2. Średnio aktywne
Paliwomierz SBE-1056 - 1,6 mR/h
Wysokościomierz z myśliwca z II wojny - produkcja brytyjska - Bulova B-11 - 1,8 mR/h
Szwedzki wysokościomierz z lat 60. - 0,9 mR/h
Amperomierz WA-46 - 1,3 mR/h
Bardzo stary radziecki sztuczny horyzont AGP-2 - 1,2 mR/h
3. Słabo aktywne
Chronometr 8-dniowy od Messerschmitta - tylko 0,076 mR/h
Wskaźnik dostrojenia radiostacji - 0,18 mR/h
Obrotomierz - gamma ledwo 0,020 mR/h.
Zakrętomierz z chyłomierzem EUP-46M produkcji PZL, emisja minimalna, ale wykrywalna np. Polaronem
Teraz zegary nieradioaktywne, z farbą okresowego świecenia lub zupełnie bez farby
Termometr TCT-1, farba okresowego świecenia
Manometr - zwykła biała farba
Termometr GR-1 od TS-11 Iskra - j.w.
Wskaźnik różnicy ciśnień - j.w.
Żyrokompas PZL UK-3 -farba przypomina radową ale nie wykazuje aktywności...
...świeci jedynie w ultrafiolecie - jak się przekonałem, niektóre stare farby okresowego świecenia wizualnie przypominają
farbę radową, do odróżnienia niezbędny jest dozymetr
Żyrokompas UGK-1 - j.w.
Paliwomierz podobny do ukazanego wyżej, lecz bez żadnej farby świecącej.
Wskaźnik kursu od TS-11 Iskra i nie tylko - stara farba okresowego świecenia.
Świeci jedynie w UV i to na 2 kolory
Manometr ciśnienia w ogumieniu od mobilnej wyrzutni rakiet.
Wysokościomierz UB-P-1-N - brak farby świecącej, przyrząd przystosowany do oświetlenia żarówką,
emisja zerowa, choć niektóre elementy wewnątrz lekko świecą (zielona ceramika).
Współczesny wysokościomierz UB-57
Jak widać, przy oznaczaniu aktywności zegarów niezbędny jest dozymetr, gdyż czasami zżółkła farba może być zupełnie nieaktywna, jak w przypadku wskaźnika kursu i żyrokompasu od Iskry.
Uwaga BHP - jak już wspomniałem w notce o skażeniach, przedostanie się izotopów do naszego organizmu stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia. Zegary lotnicze, jeśli mają nieuszkodzone szkło i hermetyczną obudowę (można poznać po plombach i braku śladów otwierania) - są bezpieczne jeśli chodzi o groźbę skażenia. Promieniowanie, nawet o mocy 5 mR/h słabnie znacząco w odległości 20 cm, a z 1 m jest ledwo wyczuwalne - por. Prawo odwrotnych kwadratów. Zatem jeśli trzymamy tego typu przedmioty np. w metalowej kasetce z dala od miejsc częstego przebywania - nic nam nie grozi. Niebezpieczne jedynie może być dostanie się drobin pyłu do organizmu np. po otwarciu albo stłuczeniu takiego zegara. Farba z wiekiem kruszy się i osiada np. na szkle, a pył jest na tyle drobny, że niewidoczny gołym okiem. Wykryją go tylko czułe dozymetry z "wyższej półki". Lepiej więc dmuchać na zimne.
Poniżej filmiki ukazujące różnice w aktywności różnych zegarów samolotowych (ostatni nie mój):
