Wzorcowanie i kalibracja przyrządów dozymetrycznych

Temat wzorcowania, mylonego często z kalibracją, powraca regularnie, ilekroć naukowiec-amator przedstawia wyniki uzyskane za pomocą aparatury dozymetrycznej powszechnego użytku lub nawet i profesjonalnej, ale ze starszej produkcji. Brak aktualnego wzorcowania jest w oczach laików wystarczającym argumentem, by zanegować całkowicie wartość pomiaru. Czy słusznie?

Wyjaśnijmy najpierw pojęcia, gdyż terminy kalibracja i wzorcowanie są częstokroć mylnie używane jako synonimy.

Kalibracja jest to proces wyznaczania stosunku liczby zliczeń uzyskanych z detektora do wartości mierzonej mocy dawki, czyli tzw. współczynnika kalibracyjnego. Mówi on nam, ile impulsów na sekundę przypada na jedną jednostkę mocy dawki (µGy/h, mR/h).  

Jeśli nasz dozymetr oprócz mocy dawki wyświetla również "surowy" wynik w impulsach na sekundę (cps) lub na minutę (cpm), możemy łatwo obliczyć ten współczynnik, porównując obie wartości.

Kalibracja jest zwykle dokonywana na etapie prac projektowych danego przyrządu, a jej zmiana wymaga ingerencji w elektronikę dozymetru. W przypadku starszych przyrządów (RK-67, RK-10, DP-66) dokonuje się jej za pomocą potencjometrów, oddzielnie dla każdego zakresu.

Potencjometry kalibracyjne radiometru kieszonkowego RK-10 

W nowych przyrządach kalibracja wymaga manipulacji oprogramowaniem, albo nie jest wcale możliwa. 

Z kolei wzorcowanie porównuje wskazania dozymetru (M) z tzw. wartością umownie prawdziwą (H), czyli mocą dawki, którą (w teorii) powinien emitować wzorzec promieniowania. Dzieląc wartość umownie prawdziwą przez wskazania dozymetru uzyskuje się współczynnik wzorcowania (N). Jest on wpisywany do świadectwa kalibracji danego przyrządu, nie ma tutaj konieczności  manipulowania w elektronice miernika. Zatem każdy dozymetr można wzorcować, gdyż wzorcowanie nie ingeruje w przyrząd, natomiast aby go kalibrować, trzeba znać sposób zmiany współczynnika kalibracji.

Zarówno wzorcowania, jak i kalibracji, dokonuje się na tzw. ławach kalibracyjnych, umożliwiających zbliżanie i oddalanie miernika względem wzorcowego źródła promieniowania o znanej aktywności. Obu czynności można dokonać na ławie tego samego typu. Poniżej ława kalibracyjna w Laboratorium Pomiarów Dozymetrycznych NCBJ - z lewej dobrze nam znany monitor EKO-C, z prawej scyntylator:

http://www.if.pw.edu.pl/~pluta/pl/dyd/mtj/zal1/pz15/M-Andrzejewska.pdf

Do wzorcowania wykorzystuje się zwykle izotop cezu-137 o energii promieniowania 662 keV. Energia ta znajduje się w przybliżeniu pośrodku zakresu mierzonych energii (30 keV - 1,5 MeV) i stanowi punkt odniesienia charakterystyki energetycznej licznika G-M. Dla wyższych energii używa się kobaltu-60, emitującego kwanty o energii 1,17 i 1,33 MeV (przyjmuje się średnio 1,25 MeV), zaś dla niższych - ameryku-241 (59,5 keV). Jeżeli chodzi o promieniowanie beta, najczęściej używa się źródeł powierzchniowych ze strontem-90 lub węglem C-14 o znanej aktywności. Szerzej temat ujęto w tym artykule - LINK

https://www.ifj.edu.pl/badania/przeglady-naukowe/2009-2010/presentations/laboratoria/lwpd.pdf

Wzorcowania dokonuje się zwykle w kilku punktach zakresu pomiarowego z uwagi na różnice aparaturowego błędu pomiaru dla niskich i wysokich mocy dawek oraz nieliniowej charakterystyki czułości danego licznika GM.
Przykładem może być popularny białoruski dozymetr RKSB-104 z początku lat 90. Deklarowany przez producenta błąd pomiaru wynosi +/- 40 % w zakresie 0,01-1 µSv/h, natomiast powyżej 1 µSv/h "tylko" +/- 25 %, czyli prawie dwa razy mniej. Inne radiometry tej klasy (Sosna i Pripyat') mają deklarowany błąd pomiaru +/- 30 % na całym zakresie. W najtańszych kieszonkowych przyrządach, np. Master-1, wartość ta sięga aż +/- 50 %, co oznacza już znaczny rozrzut wyników.

W przypadku dozymetrów do użytku profesjonalnego aparaturowy błąd pomiaru jest mniejszy, a jeszcze większemu zredukowaniu ulega w radiometrach stacjonarnych. Przykładowe wartości dla przyrządów produkcji krajowej:

• RK-67 +/- 15 %
• RK-10 +/- 20 %
• RK-21C +/- 15 %
• RKP-1-2 i RKP-2 +/- 20 %
• EKO-D +/- 20 %
• EKO-C +/- 15 %
• RUST-3 +/- 10 %
• URL-1 +/- 3 %
• URS-3 +/- 1 %

Zerknijmy teraz na przepisy. Aparatura służąca do oceny narażenia na promieniowanie, która nie podlega przepisom ustawy o miarach (czyli każda*) powinna być wzorcowana raz na rok. Jeżeli przyrząd ma źródło kontrolne, wówczas wzorcować trzeba co dwa lata. Wzorcowania dokonują laboratoria mające akredytację, która uprawnia do wystawiania świadectw wzorcowania.

Ustawa Prawo Atomowe:

Art. 27. 1. Przyrządy dozymetryczne stosowane do kontroli i oceny narażenia, niepodlegające obowiązkowi kontroli metrologicznej określonej w przepisach o miarach, powinny posiadać świadectwo wzorcowania.

2. Świadectwo wzorcowania, o którym mowa w ust. 1, wydaje laboratorium pomiarowe posiadające akredytację

otrzymaną na podstawie odrębnych przepisów.

2032 Rozporządzenie RADY MINISTRÓW z dnia 23 grudnia 2002 r. w sprawie wymagań dotyczących sprzętu dozymetrycznego.
10. Wzorcowanie sprzętu dozymetrycznego przeprowadza się nie rzadziej niż: 1) w przypadku sprzętu dozymetrycznego nieposiadającego kontrolnego źródła promieniotwórczego — raz na 12 miesięcy; 2) w przypadku sprzętu dozymetrycznego posiadającego kontrolne źródło promieniotwórcze — raz na 24 miesiące.

Prawny wymóg częstego wzorcowania wynika z faktu, że od prawidłowego pomiaru dozymetrem zależy często ludzkie zdrowie i życie. Wynik pomiaru może też pociągać za sobą skutki prawne, tak jak od pomiaru prędkości fotoradarem zależy, czy dostaniemy mandat. Stąd konieczność regularnego potwierdzenia sprawności przyrządu i zgodności wskazań ze specyfikacją.

***

Tyle prawo i teoria. A jak sytuacja wygląda w praktyce? Konieczność wzorcowania podyktowana jest głównie zużywaniem się elementów elektronicznych dozymetru, szczególnie licznika G-M. W toku eksploatacji jego charakterystyka robi się coraz bardziej stroma - wzrasta nachylenie plateau, które powinno być jak najniższe. Oznacza to, że zmiany napięcia zasilającego wyeksploatowany licznik będą miały większy wpływ na wynik niż w przypadku nowego licznika. W liczniku zużywa się też czynnik gaszący, co powoduje dłuższy czas trwania wyładowań powstających pod wpływem promieniowania, przekładający się na większy czas martwy, zaniżający wskazania przy wyższych poziomach promieniowania. 

Zużyciu ulegają też elementy elektroniczne, głównie kondensatory i rezystory, które przestają trzymać parametry, a od nich zależą m.in. właściwe warunki pracy licznika G-M i zachowanie zaprogramowanego w fabryce współczynnika kalibracji.

***

Jak to wygląda w praktyce? Osobiście nie spotkałem się jeszcze  z dozymetrem, który wykazywałby większy uchyb wskazań niż przewidziany w specyfikacji.  Używałem kilkunastu przyrządów typu Polaron Pripyat i ANRI Sosna, kilku RKSB-104 i RK-67. Spośród nich tylko jeden RKSB-104 wydawał się zaniżać pomiar o ok. 30 %, jednak egzemplarz ten był mocno sfatygowany, zarówno elektronicznie, jak i wizualnie, zużyte miał nie tylko liczniki G-M, ale też wyświetlacz LCD. Pozostałe przyrządy, które miałem, pomimo upływu prawie 30 lat od ich wyprodukowania, zachowały dokładność wskazań w granicach fabrycznych tolerancji.

Przykładem może być ten filmik. Widzimy na nim 3 mierniki typu Pripyat, każdy wykonany w innej wytwórni (Radiopribor, Polaron, Arsenal). Ich wskazania są zbliżone, za wyjątkiem nieco zawyżającego egzemplarza z fabryki Polaron. Miernik ten jednak zamiast fabrycznych 2 liczników SBM-20 miał  zamontowany zestaw złożony z SBM-20 i BOI-33. Licznik ten, produkcji polskiej, choć teoretycznie jest odpowiednikiem SBM-20, ma jednak minimalnie cieńszą ściankę i większą czułość.  

Można zatem przyjąć, że nawet stare dozymetry podają wyniki w granicach zaprojektowanej dokładności, jeśli ich elektronika nie jest uszkodzona. Do stwierdzenia, czy dany obiekt wykazuje promieniowanie powyżej tła, taki przyrząd wystarczy w zupełności i brak aktualnego świadectwa wzorcowania nie ma tu nic do rzeczy.

Jeśli jednak chcemy dokonać wzorcowania, musimy się z tym zwrócić do odpowiedniego laboratorium, gdzie usługa zostanie wykonana odpłatnie, a uzyskane świadectwo będzie ważne przez rok. W warunkach domowych mamy dosyć ograniczone możliwości wzorowania miernika, aczkolwiek nie jesteśmy bezradni.

1. Pierwszym sposobem może być pomiar tła naturalnego. W Polsce wynosi ono między 0,1 a 0,3 µSv/h, przy czym zwykle dla samego promieniowania gamma wartość ta jest bliższa 0,1 µSv/h. Włączamy zatem dozymetr i przez kilka minut mierzymy moc dawki w powietrzu na wysokości 1 m nad gruntem. Warto posiłkować się innym miernikiem, którego dokładności jesteśmy pewni, choć mogą tu być różnice wynikające z rodzaju zastosowanego detektora, geometrii układu pomiarowego, grubości filtra odcinającego promieniowanie beta i wyrównującego charakterystykę energetyczną itp.
2. Druga metoda zakłada zgromadzenie w tym samym miejscu większej liczby dozymetrów danego typu (min. 3 szt.) i pomiar tła naturalnego w warunkach jak powyżej. Jeśli wszystkie 3 egzemplarze wskazują tło na poziomie np. 0,10 µSv/h z dokładnością +/- 30 %, czyli 0,07-0,13 µSv/h, wówczas możemy uznać, że ich wskazania są poprawne. Poniżej przykład z użyciem dozymetru Pripyat', dwóch egzemplarzy ANRI Sosna, ekotestera Soeks Ecovisor F4 i dawkomierza PM-1203. Wszystkie przyrządy wykorzystują licznik SBM-20:

Dodatkowym wyznacznikiem może być pomiar znanego źródła, np. zegarka ze starą farbą świecącą, kompasu Adrianowa, siatki żarowej, tylko pamiętajmy o zachowaniu tej samej geometrii układu pomiarowego. Czyli w przypadku zegarka i kompasu położenia wskazówek względem osi detektora, w przypadku siatki żarowej względem jej środka. Można też użyć ceramiki z polewą uranową albo szkła uranowego.

Unikajmy jednak prób ustalania wiarygodności wskazań dozymetru przez porównanie pomiaru tego samego źródła z wynikami miernika o innej konstrukcji. Mogą się tu pojawić poważniejsze rozbieżności wynikające z różnic konstrukcji miernika: rozmiaru detektora i grubości jego ścianki, geometrii układu pomiarowego itp. Nie będzie to jednak miało nic wspólnego z kwestią wzorcowania. Poniżej przykład - moc dawki gamma oraz beta+gamma od soczewki zawierającej tor-232

• Polaron Pripyat - 5,5/33 µSv/h
• ANRI 01-02 Sosna - 3/27 µSv/h (wersja z 2 licznikami blisko siebie)
• ANRI 01-02 Sosna - 2,2/10 µSv/h (wersja z 2 licznikami daleko od siebie)
• RK-67 - 4/25 µSv/h
• RK-21C - 4/8 µSv/h
• DP-5WB - 4/19 µSv/h

Łączny pomiar beta+gamma dozymetrami z częściowo odsłoniętym licznikiem G-M:

• Soeks Ecovisor 11 µSv/h
• LR-4011 - 11,5 µSv/h
• Rodnik 3 - 13 µSv/h

Czy na tej podstawie można stwierdzić, że któryś przyrząd nie wskazuje dokładnie? Nie, po prostu wykorzystują inne detektory promieniowania, które dodatkowo są albo całkowicie odsłonięte, albo przesłonięte kratkami o różnych gęstościach oczek.

***

Podsumowując, dozymetr sprawny, ale bez ważnego świadectwa wzorcowania tak samo wskaże nam, czy zielone szkło jest szkłem uranowym, a  zegarek zawiera farbę radową. Jego wskazania często będą zbliżone do miernika tego samego typu, mającego świadectwo wzorcowania.  Nie będą jedynie mogły być użyte np. jako dowód w sądzie albo podstawa do orzekania o narażeniu na promieniowanie. Czyli ustalimy tym miernikiem, że odpromiennik sam promieniuje zamiast chronić przed promieniowaniem, ale informacja ta będzie służyła wyłącznie nam.  Możemy na tej podstawie ostrzec rodzinę czy znajomych przed pewnymi wyrobami, do podjęcia kroków prawnych niezbędne będzie jednak potwierdzenie pomiaru miernikiem wzorcowanym.

I na koniec najważniejsze - lepszy dozymetr niewzorcowany niż żaden, szczególnie jeśli mamy podejrzenie wystąpienia incydentu radiacyjnego.

* dozymetry jako takie nie podlegają kontroli metrologicznej, gdyż nie są przyrządami metrologicznymi, przepisom o miarach podlegają przyrządy do pomiaru objętości, masy, przepływu itp. Zapis ten jest nieco mylący, gdyż sugeruje, jakoby istniały dwie równorzędne grupy przyrządów: polegające kontroli metrologicznej i podlegające wzorcowaniu. Tymczasem jedynie nieliczne dozymetry, tzw. definiujące, mogą podlegać przepisom o miarach.

Dozymetr Cajoe GMV-2 z Aliexpress

Ten dozymetr jest obecnie najtańszym, jaki można nabyć na portalu Aliexpress. Występuje w dwóch wersjach: podstawowej GMV-2 i rozszerzonej GMV-2s, która ma wyświetlacz z histogramem, ukazującym zmiany mocy dawki w czasie. Wersja podstawowa z kolei ma jeszcze uproszczoną odmianę, obsługiwaną tylko jednym przyciskiem. Całości dopełnia bardziej zaawansowany model GMJ-3 z sondą zewnętrzną, montowany w tej samej obudowie:

Tutaj opiszę wersję GMV-2  z dwoma przyciskami, obsługa innych modeli jest bardzo zbliżona.

Przyrząd mierzy moc dawki promieniowania gamma oraz silniejszego beta. Detektorem jest typowy szklany licznik GM typu M4011, stosowany w większości chińskich dozymetrów. Wynik jest wyświetlany w µSv/h lub impulsach na minutę (cpm). W obu trybach zliczenia mogą być sygnalizowane dźwiękiem, który można wyłączyć.
Dozymetr zlicza również łączną dawkę przyjętą podczas wszystkich pomiarów, co ciekawe, w µSv, a nie w mSv, jak w większości przyrządów.  Z jednej strony pozwala to na obserwowanie znacznie mniejszych przyrostów dawki (1 µSv = 0,001 mSv), z drugiej wymaga dzielenia przez 1000, aby uzyskać mSv, w których podawana jest większość dawek np. od diagnostyki medycznej.
Ostatnią funkcją jest alarm progowy z progiem regulowanym co 0,01 µSv/h - porównajmy to z fabrycznie ustawionymi czterema progami w znacznie droższych przyrządach. Tutaj można nawet powiedzieć, że regulacja jest zbyt precyzyjna, jeśli chcemy ustawić wysoki próg, wystarczyłby skok co 0,1 µSv/h. Fabryczny próg ustawiono na 0,4 µSv/h, więc lepiej od razu go podwyższyć albo wyłączyć.

Obsługa dozymetru odbywa się za pomocą dwóch przycisków typu membranowego, opisanych M i F, oraz włącznika. Klawiatura pracuje dosyć opornie i czasami przeskakuje po dwie wartości, zaś wciskanie przycisków czasem odznacza się zmianami jasności wyświetlacza. Zresztą i bez tego jego podświetlenie nie jest zbyt równomierne:

Z kolei włącznik znajduje się w niechlujnie wyciętym otworze na prawym boku obudowy i jest dość drobny, choć nie sprawia kłopotów z przełączaniem.

Przycisk M służy do zmiany poszczególnych trybów pracy przyrządu, oznaczonych kolejnymi cyframi (1-4) po literze M na wyświetlaczu:

1.  µSv/h bez dźwięku
2. µSv/h z dźwiękiem (pojawia się litera B po wyniku pomiaru)
3. cpm bez dźwięku
4. cpm z dźwiękiem (pojawia się litera B po wyniku pomiaru)

Z kolei przycisk F jest używany do włączania i zmiany poziomu sygnalizacji progowej. Wciskając go przewijamy kolejne funkcje, oznaczone cyframi po literze F na wyświetlaczu:

1. alarm wyłączony
2. alarm włączony (pojawia się Alm po wyniku pomiaru)
3. zmniejszenie wartości progu o 0,01 µSv/h po wciśnięciu przycisku M

Po uruchomieniu przyrząd przez 10 s wyświetla zero, i dopiero po tym czasie widzimy pierwszy wynik. Reakcja na zmiany mocy dawki jest szybka, choć przy wartościach rzędu dziesiątek µSv/h licznik najzwyczajniej w świecie się "zatyka". Wynik zatrzymuje się np. na 13 µSv/h, a gdy odsuniemy nieco źródło, skacze do 17, jakby brak nowych impulsów umożliwił przepracowanie już przyjętych. Nie spotkałem się z tym zjawiskiem w żadnym innym chińskim dozymetrze, wykorzystującym licznik M4011, zatem jest to bardziej kwestia układu zliczającego niż samego detektora. 

Czas reakcji jest dość wolny, zarówno na wzrost, jak i na spadek mocy dawki. Przyrząd nie ma funkcji resetu, zatem najszybciej go po prostu włączyć i wyłączyć, stracimy tylko 10 s na rozpoczęcie nowego pomiaru.
Czułość obejmuje większość źródeł, w tym szkło uranowe o przeciętnej aktywności, choć wynik będzie mniej więcej dwukrotnie niższy niż na Polaronie. Zatem przy szkle o mocy dawki 0,4 µSv/h wg Polarona tutaj zmierzymy zaledwie 0,2 µSv/h i będą to oscylacje nieco powyżej tła naturalnego.
Licznik GM ukryty jest pod przednią ścianką, nad wyświetlaczem, zatem tą stroną trzeba przykładać źródła do dozymetru, szczególnie jeśli są mało aktywne. Podobnie jak w BR-9B nie zaznaczono na obudowie położenia detektora, zatem musiałem poświęcić chwilę na jego znalezienie, posiłkując się metodą eliminacji.

https://pl.aliexpress.com/item/32308757477.html

Podczas pracy dozymetru wyświetlacz świeci przez 55 s, a potem się wyłącza celem oszczędzania energii, włączamy go z powrotem za pomocą dowolnego przycisku. Brak regulacji jasności i kontrastu, a podświetlenie wyświetlacza przebija nieco przez obudowę:

Zasilanie dozymetru odbywa się z akumulatorka typu 14500 o napięciu 3,7 V i pojemności 1200 mAh. Ten sam typ akumulatorka zastosowano też w GQ GMS-320 Plus. Akumulator umieszczony jest w typowym gnieździe na baterie AA, gdyż ma taką samą wielkość.  Producent pozostawił drugie gniazdo wolne, jest ono wykorzystywane w bardziej zaawansowanej wersji GMV-2s, która ma większy pobór prądu z powodu kolorowego wyświetlacza TFT:

Ładowanie akumulatorka odbywa się przez port mini-USB, więc możemy użyć ładowarki do telefonu, powerbanku albo kabla podpiętego pod port USB w komputerze. Zakończenie ładowania sygnalizowane jest zgaśnięciem czerwonej diody, podświetlającej port USB.

Wykonanie na pierwszy rzut oka nie jest tak tandetne, jak moglibyśmy się tego spodziewać po chińskim przyrządzie. Plastik jest gruby i solidny, a połówki dobrze spasowane.  Diabeł jednak siedzi w szczegółach. Zerknijmy na niechlujnie wycięty otwór, w którym osadzona jest metalowa ramka trzymająca wyświetlacz. 

Podobnie niestarannie wykonano otwory na port USB oraz włącznik zasilania. Brak uszczelnień jest już niestety standardem, nie ma nawet żadnej zaślepki na port USB.

W komplecie mamy pudełko, kabel USB i dwie instrukcje - po chińsku i po angielsku. W wersji chińskiej umieszczono zestawienie dawek w mikrosiwertach, od powszechnie spotykanych do niebezpiecznych. Zabrakło tego w wersji angielskiej. Za to jako zakres pomiarowy promieniowania gamma podano, uwaga, od 20 do 120 mR/h (czyli 200-1200 µSv/h). Zatem według instrukcji zaczynamy od wartości, na której kończy się zakres Polarona (!). Jeśli zaś chodzi o "miękkie" promieniowanie beta, miernik ponoć mierzy je w zakresie 100-1800 rozp/min*cm2. Pytanie, czy "miękkie", a więc niskoenergetyczne promieniowanie beta przeniknie przez plastik obudowy i szklaną ściankę licznika G-M...

Na koniec ciekawostka w postaci zdjęcia reklamującego dozymetr w wielu ofertach na Aliexpress. Widzimy na nim maszt stacji bazowej telefonii komórkowej, co karygodnie wprowadza użytkownika w błąd, gdyż sugeruje, że miernikiem tym zmierzymy emisję od takich anten. Nie muszę chyba tłumaczyć, że fale radiowe (w tym przypadku mikrofale) i promieniowanie jonizujące to zupełnie inne zjawiska i do ich pomiaru stosujemy odmienne przyrządy.

Bardziej absurdalne jest tylko zestawienie dozymetru z... żurawiem pompowym, używanym do wydobycia ropy naftowej - widziałem taki przypadek na eBay.

Jak podsumować ten dozymetr? Jest to obecnie najtańszy z najtańszych produkowanych współcześnie dozymetrów, który może być stosowany zarówno do poszukiwania źródeł, jak i oceny indywidualnego narażenia na promieniowanie. Może służyć do szybkiej identyfikacji źródeł promieniowania, choć przy mniej aktywnych pomiar zajmie dłuższą chwilę. Przy bardziej aktywnych się zatka i to jego najpoważniejsza wada, poza tandetnym wykonaniem. Może też służyć jako stale włączony dawkomierz, zliczający przyjętą przez nas dawkę promieniowania podczas wizyty w Strefie albo lotu samolotem. I wreszcie ostatnia kwestia - będzie dobrym wyborem, jeśli dopiero rozpoczynamy przygodę z dozymetrią i nie wiemy, czy ta pasja nas wciągnie. Lepiej w takim wypadku kupić GMV-2 za 150-200 zł niż Terrę za 1000. Miernik ten też sprawdzi się, jeśli pomiary zamierzamy wykonywać okazjonalnie i nie potrzebujemy dużej dokładności wskazań.

Dozymetr radiometr DRGB-01 "EKO-1" firmy Ekorad

Dozymetr ten powstał niedługo po katastrofie w Czarnobylu, jako przyrząd mogący służyć zarówno do pomiaru mocy dawki, jak i skażeń. Wspomina już o nim książka Dozimetriczeskoje  pribory dlja nasielienija (Przyrządy dozymetryczne dla ludności) z 1991 r., a sam miernik jest produkowany do chwili obecnej. Producentem jest firma Ekorad [LINK], mająca w ofercie również nowszą wersję  EKO-1M, o rozszerzonym zakresie pomiarowym, z podświetleniem wyświetlacza i dodatkowym menu ustawień [LINK] 

Prezentowany egzemplarz to podstawowy model EKO-1, wykonany w 2011 r., mający świadectwo kalibracji ważne do 2018 r. Dozymetru EKO-1 nie należy mylić z prostym sygnalizatorem o tej samej nazwie, produkcji zakładów Polon-Ekolab. Pełna nazwa rosyjskiego przyrządu to DRGB-01 "EKO-1", co można rozwinąć jako "dozymetr-radiometr beta gamma".  Nazwa ta oznacza, że urzadzenie mierzy zarówno moc dawki (dozymetr), jak i aktywność (radiometr).

Miernik ma masywną plastikową obudowę z niewielkim wyświetlaczem LCD, umieszczonym skośnie. Wymiarami porównywalny jest z EKO-C i nieco większy od Polarona:

Na przednim panelu znajdują się przyciski membranowe: włącznik (WKL/WYKL), zmiana trybu pracy (REŻIM) i wyłącznik dźwięku.

EKO-1 wykorzystuje okienkowy licznik G-M typu SBT-10A, znany choćby z monitora skażeń EKO-C. Licznik ten ma okienko mikowe o grubości ok. 2 mg/cm2, zatem jest ono przepuszczalne dla silniejszych cząstek alfa (>4 MeV), cząstek beta (>150 keV) i kwantów gamma (>15 keV). Późniejsze wersje wykorzystują nowocześniejszy odpowiednik SBT-10A, oznaczony Beta-5, o nieco większej wydajności.
Chociaż  licznik SBT-10A rejestruje promieniowanie alfa, to w jego fabrycznej specyfikacji nie występuje czułość na tą emisję (wartość 4 MeV wziąłem z instrukcji od EKO-C):

Jak zdążyłem się przekonać, wszystkie rosyjskie dozymetry z tym detektorem (EKO-1, RKB-20.01 "Beta", IRD-02) są przeznaczone tylko do pomiaru emisji beta i gamma, choć taki pomiar będzie zawierał także pewną składową od cząstek alfa. Uznano najprawdopodobniej, że skoro tylko najsilniejsze emitery mają wystarczającą energię, by po przebyciu w powietrzu odległości źródło-detektor (ok. 5 mm) zachować jeszcze 4 MeV energii i pokonać okienko mikowe, to czułość na cząstki alfa praktycznie można pominąć. Z tego co czytałem w rosyjskim internecie, pomiar emisji od plutonu-239 licznikiem STB-10A jest praktycznie niemożliwy, a nowszy licznik Beta-5 ma wydajność na tą emisję rzędu 20%. Więcej na ten temat w notce o liczniku SBT-10 - [LINK].

***

Wróćmy do samego dozymetru. Okienko pomiarowe licznika osłonięte jest dość gęstą plastikową kratką, chroniącą mikę przed uszkodzeniem. Oczka kratki są węższe niż w EKO-C, ale za to dłuższe, więc per saldo stopień osłabienia emisji jest podobny. Jeżeli dozymetru używamy do pomiaru promieniowania beta i gamma, osłabienie można pominąć.

Dla pomiaru promieniowania gamma nasuwa się na okienko filtr odcinający emisję beta. Jest on wykonany z takiego samego plastiku jak obudowa, dodatkowo wzmocnionego od wewnątrz tworzywem sztucznym z wgłębieniami. Wysokoenergetyczne cząstki beta przepuszcza z odległości do 50 cm, co sprawdziłem na udostępnionym mi źródle Sr-90. Za to słabą emisję ze szkła i ceramiki uranowej filtruje równie skutecznie jak stalowa blacha podbita folią ołowianą w ANRI Sosna.
Filtr zsuwa się z obudowy ku przodowi i zdejmuje z dozymetru. Niestety nie można odsunąć go do tyłu i pozostawić na mierniku, jak w EKO-C, co byłoby znacznie bardziej ergonomiczne.

Dozymetr ma 4 tryby pracy, oznaczone literami z lewej strony wyświetlacza:

• F - cykliczny pomiar mocy dawki gamma w µSv/h od 0,1 do 1000 µSv/h - wynik podawany co 20 s, który jest wyświetlany aż do końca następnych 20 s, kiedy zastępuje go następny wynik i rozlega się sygnał dźwiękowy. Nie możemy więc obserwować w czasie rzeczywistym wzrostu czy spadku mierzonej mocy dawki, dopóki nie zaktualizuje się wynik
• E - jednorazowy pomiar mocy dawki gamma w µSv/h - pomiar trwa 20 s, przyrost wyniku jest widoczny na wyświetlaczu, a następnie wartość pomiaru wyświetla się aż do resetu
• A - odejmowanie tła przed pomiarem aktywności cezu-137 w produktach, czas pomiaru 520 s, uruchomienie natychmiastowe po wybraniu trybu
• A - pomiar aktywności cezu-137 w produktach w kBq/kg od 4 do 100 kBq/kg- czas pomiaru 520 s, uruchomienie po 5 s od wybrania trybu
• B - odejmowanie tła przed pomiarem strumienia cząstek beta, uruchomienie natychmiastowe po wybraniu trybu
• B pomiar strumienia cząstek beta w rozp./s*cm2 od 0,1 do 100 rozp./s*cm2 - czas pomiaru 80 s, uruchomienie po 5 s od wybrania trybu

Po włączeniu dozymetru widzimy najpierw test baterii (4 kwadraty przy pełnym naładowaniu), a następnie uruchamia się automatycznie tryb cyklicznego pomiaru (F). Wciskając przycisk "reżim", włączamy następne tryby w kolejności F, E, A, B, F itd. Zakończenie pomiaru w trybach E, A i B sygnalizowane jest dźwiękiem oraz miganiem symbolu danego zakresu. Dźwięk można wyłączyć osobnym przyciskiem.

Funkcje pomiaru aktywności cezu i pomiaru strumienia cząstek beta poprzedzone są dodatkowymi trybami odejmowania tła. Tryby te oznaczone są tak samo jak główne tryby pomiarowe (A - aktywność, B - strumień beta). W obu pomiar rozpoczyna się od razu po wybraniu odpowiedniego trybu i dozymetr zaczyna odliczać 520 sekund w trybie A lub 80 s w trybie B. Po upływie tego czasu miernik wyświetla zero. Wówczas musimy jeszcze raz wcisnąć przycisk "reżim" by wejść we właściwy tryb pomiaru danej wielkości (A lub B). Mamy wtedy 5 sekund, aby umieścić dozymetr na badanej powierzchni lub naczyniu z produktem, po czym zacznie się faktyczny pomiar. Wynik będzie pomniejszony o wartość tła zapamiętaną podczas pierwszego pomiaru. 

Jeśli nie chcemy korzystać z opcji odejmowania tła, przewijamy ten tryb, wciskając drugi raz przycisk "reżim", wówczas pomiar zacznie się po upływie 5 sekund. Dla większości codziennych zastosowań odejmowanie tła można pominąć, chyba że faktycznie prowadzimy pomiary bardzo małych aktywności. Po pewnym czasie odruchowo mierzymy "na drugim A" i "na drugim B".

Niestety brak jest opcji zresetowania pomiaru w danym trybie, musimy przewinąć całą "kolejkę" 5 trybów, ab zacząć kolejny pomiar. Jest to niewygodne, jeśli mamy do zmierzenia wiele źródeł, łatwo też przeoczyć żądany tryb przy szybkim przewijaniu. 

***

Z przeprowadzonych przeze mnie pomiarów porównawczych wynika, że wartość strumienia cząstek beta w rozp/s*cm2 (w trybie B) wynosi ok.  66-80 % wartości mocy dawki beta+gamma od tego samego źródła mierzonej w µSv/h (w trybie E). Zerknijmy na to porównanie:

Pod tym względem EKO-1 przypomina dozymetr MS-04B Expert, w którym przełącznik R/K skracał o połowę czas pomiaru w trybie mierzenia strumienia cząstek beta, czyli strumień w rozp./s*cm2 odpowiadał 1/2 mocy dawki beta+gamma w µSv/h. Dla odmiany w Polaronie  przyjęto przelicznik 1 rozp/min*cm2 = 0,01 µSv/h łącznej emisji, więc włączenie trybu pomiaru strumienia cząstek beta odbywało się przez wyłączenie wyświetlania przecinka na wyświetlaczu.  

***

W dozymetrze może dziwić wysoka wartość początku zakresu w trybie pomiaru aktywności Cs-137. Jest to aż 4  kBq/kg, czyli 4000 Bq/kg. Dla porównania dozymetry z metalowymi licznikami SBM-20 miały zakres rozpoczynający się od 2000 (RKSB-104) lub 3700 (ANRI Sosna, Polaron Pripyat). A przecież licznik SBT-10 jest  4-5 razy czulszy niż SBM-20:

Zatem dozymetr z tym licznikiem powinien wykrywać znacznie mniejsze stężenia Cs-137, który emituje dość silne promieniowanie o energii 662 keV. Podejrzewam, że tak wysoki próg wybrano z racji bardzo silnych skażeń czarnobylskim opadem na terenie b. ZSRR. Jeśli spojrzymy na mapę skażeń grzybów w Polsce po katastrofie w Czarnobylu [LINK], to zauważymy, że na większości terytorium kraju stężenie skażeń wynosiło 4-8 kBq/kg, a w niektórych rejonach 12-18 kBq/kg. Poniżej progu detekcji EKO-1 skażenia w polskich grzybach występowały jedynie na ok. 1/8  powierzchni kraju.
Tryb ten jest najtrudniejszy do przetestowania z uwagi na trudność w zastąpieniu skażenia cezem jakimś "domowym" źródłem, na szczęście jest również najmniej potrzebny.

***

Przy pomiarze mocy dawki promieniowania gamma w trybie E impulsy są sygnalizowane kliknięciami. Niestety powyżej 0,6 µSv/h włącza się sygnalizacja progowa i działa równocześnie z dźwiękami impulsów, a nie da się jej osobno wyłączyć. Czyli mamy ten sam problem, co w KB4011, ale w gorszym wydaniu, gdyż próg jest jeden i to niski. Regulację progu wprowadzono w nowszej wersji EKO-1M. W innych trybach dźwiękiem sygnalizowane jest rozpoczęcie i zakończenie pomiaru, funkcja ta wyłącza się wraz z wyłączeniem innych dźwięków.

Zasilanie odbywa się z pakietu akumulatorków przy czym na przestrzeni lat stosowano różne rozwiązania, zwykle 4 akumulatorki guzikowe Ni-Cd. Były one zwykle później zastępowane pakietem 3 akumulatorków Ni-MH

Akumulatorki Ni-Cd wymagały całkowitego rozładowywania przed powtórnym naładowaniem, aby uniknąć efektu pamięci, stąd ładowarka miała specjalny tryb do rozładowywania, widoczny poniżej (Z, zariad - ładowanie, R, razriad, rozładowanie).

Nowsze ładowarki już nie mają tej opcji, gdyż akumulatorki Ni-MH nie wykazują efektu pamięci.  O stanie ładowania dozymetru informują nas dwie diody LED z prawej strony wyświetlacza - czerwona, informująca o podłączeniu ładowarki, i zielona, wskazująca trwanie ładowania.

Po zakończeniu ładowania dozymetr przechodzi w tryb podtrzymywania ładowania, nie ma więc obawy przed przeładowaniem akumulatorków. Stan naładowania wskazywany jest przez liczbę kwadratów, widocznych zaraz po włączeniu miernika. Cztery oznaczają pełne naładowanie.

Według instrukcji czas nieprzerywanej pracy wynosi 8 godzin, ale bez przeciążenia akumulatorków można go wydłużyć do 30 godzin. Podejrzewam, że zapis ten, tak samo jak informacja o konieczności ładowania przez 16 godzin, dotyczy tylko starszych typów akumulatorków.
Jeszcze spójrzmy na wnętrze przyrządu. Widać solidne ekranowanie licznika G-M za pomocą grubej blachy od strony płytki drukowanej:

Spotykane na rynku egzemplarze z różnych lat wykazują pewne różnice konstrukcyjne, np. pojedynczą diodę LED sygnalizującą ładowanie akumulatorka, inny wtyk ładowarki, rozmieszczenie układów scalonych na płytce drukowanej itp.:

W komplecie z dozymetrem otrzymujemy torbę z kieszonkami na poszczególne elementy wyposażenia, ładowarkę i dokumentację, wyposażeniem dodatkowym jest futerał w postaci saszetki biodrowej.

Przyrząd występuje w różnych wersjach obudowy, w tym jednej znacznie unowocześnionej, ale nadal jest to wersja EKO-1:

Wersja EKO-1M ma taką samą obudowę jak EKO-1, różni się tylko obecnością menu ustawień oraz włączanym podświetleniem skali:

Czas na werdykt. Miernik ten może być w pewnym stopniu konkurencją dla krajowego EKO-C, który bardzo rzadko pojawia się na rynku i osiąga dość wysokie ceny. Pamiętajmy jednak, że nie jest to miernik uśredniający, choć tryb pracy "F" jest bardzo do niego zbliżony. Różnice miedzy dozymetrem uśredniającym a mierzącym w odcinku czasu wyjaśniłem przy porównaniu dozymetrów ANRI Sosna i Polaron Pripyat [LINK]. Tutaj tylko przypomnę, że miernik uśredniający przydatny jest do poszukiwania źródeł, zaś mierzący przez określony czas do porównywania aktywności różnych źródeł. 

EKO-1 jest można powiedzieć krzyżówką ANRI Sosna i EKO-C, albo rozbudowaną wersją MS-04B Expert, a jego głównym przeznaczeniem pomiar niskoaktywnych źródeł promieniowania o niewielkiej energii. Z powodzeniem sprawdzi się przy szkle uranowym i polewie uranowej o niskiej zawartości uranu, związkach potasu, popiołach, żużlach, materiałach budowlanych itp. Mierząc w trybie cyklicznym (E), z odsłoniętym okienkiem pomiarowym możemy też go używać do poszukiwania szkła uranowego i ceramiki. Przyrząd sprawdzi się nawet przy szkle o niskiej zawartości uranu, które na Polaronie powoduje oscylacje  wyniku nieco powyżej tła naturalnego. Mniej przydatny będzie do pomiaru silniejszych źródeł, gdyż dość łatwo go przeciążyć, szczególnie z odsłoniętym okienkiem pomiarowym, co skraca żywotność licznika. 

Radiometr cyfrowy RK-21-2

Przyrząd ten jest opracowaną w 1988 r. wersją rozwojową radiometru RK-20 z 1986 r., który można uznać za pierwszy cyfrowy radiometr kieszonkowy produkowany w Polsce. Tak jak on wykorzystuje miniaturowy licznik G-M typu DOI-80 oraz wyświetlacz LED, uruchamiany przyciskiem chwilowym. Różni się jednak wyskalowaniem w jednostkach mocy dawki pochłoniętej (mGy/h) zamiast ekspozycyjnej (nA/kg), a także występowaniem w dwóch wykonaniach:

• RK-21-1 z zewnętrzną sondą, jak RK-20
• RK-21-2 z licznikiem  G-M wbudowanym w korpus

Oba rozwiązania mają swoje wady i zalety: zewnętrzna sonda umożliwia pomiar z bezpiecznej odległości i w trudno dostępnych miejscach. Dodatkowo, dzięki dwustronnej konstrukcji (analogicznie jak w RK-67) zmierzymy nią łatwo zarówno emisję gamma, jak i beta - wystarczy zwrócić ją odpowiednią stroną w kierunku źródła. W układzie bez osobnej sondy trudniej to przeprowadzić - aby zmierzyć samo promieniowanie gamma, trzeba zbliżyć dozymetr do źródła przednim panelem, a wówczas trudno odczytać wynik. Z drugiej strony możliwa jest obsługa miernika jedną ręką. Tutaj omówię wersję RK-21-2, obsługa RK-21-1 jest identyczna, za wyjątkiem sondy, podobnie jak parametry techniczne, oprócz masy (odpowiednio 300 i 400 g).

Miernik mierzy moc dawki promieniowania gamma (>40 keV) i silniejszego beta (>500 keV) za pomocą miniaturowego licznika G-M typu DOI-80, umieszczonego za osłoniętym cienką folią okienkiem w tylnej ściance korpusu. Zakres pomiarowy zaczyna się na 1 µGy/h (czyli 1 µSv/h dla emisji gamma i beta). a kończy aż na 100 mGy/h (100 mSv/h). Wynik podawany jest na trzycyfrowym wyświetlaczu LED i trzeba pomnożyć  go przez  0,1 (czyli podzielić przez 10) by uzyskać rzeczywistą wartość. Z uwagi na wysoki pobór prądu przez wyświetlacz wyświetlanie wyniku trzeba włączyć za pomocą przycisku chwilowego, znajdującego się na prawym boku obudowy.

Na tym nie koniec - chociaż pomiar prowadzony jest cały czas po uruchomieniu dozymetru, nawet gdy wyświetlacz nie świeci, to na prawidłowy wynik musimy odczekać ok. 15 s po wciśnięciu włącznika wyświetlacza. Informuje nas o tym napis nad panelami LED. 

Instrukcja motywuje to  koniecznością upłynięcia jednego okresu próbkowania, w przeciwnym razie wynik po gwałtownej zmianie mocy dawki byłby obarczony błędem. Sugeruje to jednak sprzężenie uruchomienia pomiaru z włączeniem wyświetlacza, podczas gdy pomiar trwa cały czas od uruchomienia przyrządu. Można się łatwo o tym przekonać, zbliżając dozymetr do silnego źródła i po chwili włączając wyświetlacz - wynik będzie "gotowy", a wahania w czasie owych wymaganych 15 sekund nieznaczne.

Czas reakcji na zmiany natężenia promieniowania jest dość szybki, zarówno jeśli chodzi o wzrost, jak i o spadek. Czułość na słabsze źródła jest ograniczona niewielką objętością czynną detektora i jego grubymi ściankami. Emisja ze szkła uranowego nie wywoła reakcji miernika, za wyjątkiem najbardziej aktywnych wyrobów. W przypadku ceramiki zmierzymy wyroby od ok. 20 µSv/h łącznej emisji mierzonej Polaronem. Przyrząd za to bez problemu wykryje promieniowanie farb radowych czy większych aktywności toru-232. Jest to dozymetr  z wyraźnym przeznaczeniem do pomiaru wyższych mocy dawek, spotykanych raczej w przemyśle jądrowym czy podczas sytuacji awaryjnych. Jego charakterystyka czułości przypomina radiometr EKO-D, który również wykorzystuje licznik DOI-80. 

W porównaniu z wersją RK-21-1, jak również nowszym RK-21-1C, omawiany radiometr ma wyraźnie niższą czułość, szczególnie przy łącznym pomiarze beta+gamma:

Brak sondy zewnętrznej utrudnia odpowiednie umieszczenie źródła względem detektora, jeśli chcemy zmierzyć samą emisję gamma - teoretycznie powinno ono leżeć nad pierwszą cyfrą wyświetlacza, pod którą znajduje się licznik G-M, wówczas jednak wyświetlacz pochłonie część promieniowania. Ostatecznie podczas testów przykładałem źródła wzdłuż bocznej krawędzi osłony wyświetlacza, bliżej dolnego narożnika. 

Zakres pomiarowy dozymetru podzielony jest na dwa podzakresy, z granicą na 0,79 mGy/h, które przełączane są automatycznie. Miernik ma dwa układy sygnalizacji przeciążenia. Jeden odpowiada za nieznaczne przekroczenie zakresu - wówczas cyfry "888" migają z przerwami - drugi, przy znacznym przeciążeniu, powoduje stałe miganie tych cyfr.  Sygnał przeciążenia może pojawiać się też na chwilę przy przechodzeniu z niższego zakresu na wyższy. Cyfry 6 i 9 wyświetlane są w sposób charakterystyczny dla wyświetlaczy LED - utrudnia to pomyłkę i nieco zmniejsza pobór prądu:

RK-21-2 ma też sygnalizację dźwiękową impulsów, które podawane są na wyjście jack-3,5 mono. Możemy do niego podłączyć słuchawkę miniaturową SM-73, stosowaną w wielu innych polskich dozymetrach (RKP-1-2, RK-10). Ponieważ gniazdo jest monofoniczne, po podpięciu słuchawek stereo sygnał będzie tylko w jednej, bardzo obciążając ucho. Lepiej więc użyć starych słuchawek monofonicznych lub w układzie dual mono.

Zasilanie odbywa się z typowej baterii 9V 6F22.  Według specyfikacji napięcie zasilające powinno być w przedziale 7,5-9 V, zatem nawet częściowo rozładowana bateria uruchomi dozymetr. Jeśli napięcie zasilania spadnie poniżej normy, środkowa cyfra na wyświetlaczu będzie świecić słabiej, sygnalizując konieczność wymiany baterii. 

Włączając dozymetr pamiętajmy, że przyrząd nie uruchamia się od razu po przesunięciu przycisku zasilania. Według instrukcji  trzeba odczekać do 30 s, praktycznie krócej. Nie zapomnijmy też o wyłączeniu przyrządu, gdyż brak świecenia wyświetlacza nie oznacza, że miernik nie pracuje. Wyłącznik niestety jest dość drobny i nie informuje jednoznacznie o pracy przyrządu, polecam nalepienie dodatkowych oznaczeń.

Zmierzony przeze mnie pobór prądu przy wyłączonym wyświetlaczu i promieniowaniu na poziomie tła wynosi  4,3 mA, włączenie wyświetlacza zwiększa go do 43 mA, choć podczas pomiaru silniejszych źródeł po chwili spada do 30 mA. Porównując to z pojemnością baterii alkalicznej 6F22 (ok. 900 mAh) i akumulatorka Ni-MH (250 mAh) uzyskamy odpowiednio 20 i 6 godzin pracy z włączonym wyświetlaniem wyniku lub 209 i 58 godzin bez wyświetlania. Ponieważ jednak wyświetlacz włączany jest zwykle dorywczo, faktyczny czas pracy dozymetru na jednym źródle zasilania będzie znajdował się gdzieś pomiędzy w/w wartościami. Niestety instrukcja nie podaje wartości tego parametru.

W komorze baterii znajduje się dodatkowa kształtka plastikowa, stabilizująca baterię i częściowo chroniąca elektronikę przed wyciekami elektrolitu. Przy wymianie baterii trzeba uważać na płytkę z fibry, mieszczącą styki, gdyż jest ona dość wiotka i łatwo ją uszkodzić, szczególnie gdy styki baterii mocno trzymają.

Radiometr RK-21 wyprodukowano w niewielkiej serii o nieustalonej liczebności, szacuję, że podobnej do RK-20 (50 szt.). Jego rozwojowa wersja, czyli omawiany rok temu RK-21C z 1992 r., została wyposażona w wyświetlacz LCD, który ma znacznie mniejszy pobór prądu i może być włączony stale podczas pracy miernika. Ma też wyższą czułość, widoczną nawet przy silniejszych źródłach, w rodzaju  skali od DP-63A, przy którym wskazania RK-21C są o 30% wyższe niż RK-21-2.

Prezentowane tutaj wykonanie RK-21-2, niemające sondy zewnętrznej, jest nieco mniej ergonomiczne, szczególnie przy pomiarze emisji gamma, niż RK-21-1. Jednak nadal jest to w pełni funkcjonalny przyrząd w zastosowaniach, do których został przewidziany. Dodatkowo stanowi cenny zabytek polskiej myśli technicznej z okresu przejściowego między erą dozymetrów analogowych (RK-67, RK-10, RKP-1-2) i cyfrowych (RKP-2, EKO-D, EKO-C). Wartość RK-21 zwiększa jego małoseryjna produkcja. Podsumujmy jeszcze zalety i wady tego przyrządu pod kątem amatorskiej dozymetrii:

Plusy:

• szeroki zakres pomiarowy
• szybkie ustalanie się wyniku
• solidne wykonanie

Minusy:

• niska czułość na słabe źródła
• brak jednoznacznej sygnalizacji włączenia
• konieczność ręcznego włączania wyświetlacza
• utrudniony pomiar promieniowania gamma, wymagający zwrócenia dozymetru przednią ścianką do źródła
• duży pobór prądu

Wyświetlacz LED może być zarówno wadą, jak i zaletą. Sprawdzi się w warunkach słabego oświetlenia, możemy odczytać go wtedy nawet z dużej odległości, jednak nie będzie czytelny w słońcu, przeciwnie niż wyświetlacz LCD.