Komora jonizacyjna do pomiaru radonu

Jedne z Czytelników bloga przesłał mi dokumentację skonstruowanego przez siebie miernika stężenia radonu, wykorzystującego komorę jonizacyjną. Oddaję głos Autorowi:

Samodzielna budowa urządzenia do pomiaru narażenia od radonu w powietrzu.

Kilka lat termu natknąłem się na stronę https://www.theremino.com/en/ zawierającą m. in. informacje na temat pomiarów promieniowania jonizującego. Zainteresowały mnie dwie kwestie – wygodne oprogramowanie do akwizycji danych eksperymentalnych, Theremino Geiger, wstępnie skonfigurowane do użytku z szeregiem sensorów promieniowania (https://www.theremino.com/wp-content/uploads/files/Theremino_Geiger_V6.7.zip).

oraz problematyka pomiaru narażenia związanego z obecnością radonu w otoczeniu.

https://www.theremino.com/files/IonChamberV7/Radon_IonChamber_ENG.pdf

wraz z budową odpowiedniego detektora

https://www.theremino.com/files/IonChamberV7/Radon_IonChamberV7_Construction_ENG.pdf

https://www.theremino.com/files/IonChamberV7/Radon_IonChamberV7_Electronics_ENG.pdf

Ze względu na, wydawałoby się, prostotę detektora będącego w istocie rodzajem komory jonizacyjnej, zdecydowałem się na budowę.

Wojenne losy radu

Odkrycie radu przez Marię Skłodowską-Curie i jej męża Piotra Curie (1898) zapoczątkowało nowy okres zarówno w fizyce i chemii, jak również w medycynie. Ponieważ małżonkowie Curie nie opatentowali technologii otrzymywania radu, chcąc by odkrycie służyło całej ludzkości, wkrótce patent zastrzegły korporacje zajmujące się wydobyciem i przetwarzaniem rudy uranowej. Doszło więc do paradoksalnej sytuacji, w której Skłodowska, chcąc podarować rad dla tworzonego w Warszawie Instytutu Radowego, musiała prowadzić zbiórkę wśród Polonii amerykańskiej i organizować odczyty w USA. Ostatecznie udało się zgromadzić niezbędne fundusze, a firma Union Miniere du Haut Katanga, wydobywająca rudę uranu w Kongu (wówczas kolonia Belgii) sprzedała 833,33 mg radu, dorzucając do tego 200 mg gratis z uwagi na wieloletnią współpracę. Ten rad - łącznie 1033 mg w 166 ładunkach - oznaczono RMS ("rad Marii Skłodowskiej"). Instytut otwarto w 1932 r., jeszcze za życia Skłodowskiej, jednak pełne uruchomienie i rozwinięcie działalności zajęło kilka następnych lat. Rozwój Instytutu sprawił, że w 1938 r. dokupiono 533 mg radu, który oznaczono MSC ("Maria Skłodowska-Curie"), łącznie posiadano więc 1566 mg. 

Kaseta na 50 igieł po 6,66 mg radu w Instytucie Radowym, 1936, zbiory NAC

Dozymetr HFS-01 z Aliexpress

Ten dozymetr sprawia wrażenie wariacji na temat BR-9B i XR-1 - zarówno obsługa, jak i funkcjonalność są bardzo podobne. Główną różnicę stanowi obudowa, dłuższa i węższa, a także dwie dodatkowe funkcje.

Przyrząd mierzy moc dawki promieniowania gamma i silniejszego beta za pomocą szklanego licznika G-M, osłoniętego całkowicie plastikiem obudowy. Należy więc do tzw. drugiej szkoły budowy dozymetrów według mojej autorskiej systematyki, którą przedstawiłem w osobnym artykule [LINK]

Uszkodzenia radiacyjne w materii

Promieniowanie jonizujące w interakcji z materią powoduje różnorakie skutki, zarówno fizyczne, jak i chemiczne. Do tej pory na blogu przedstawiałem działanie promieniowania na organizmy żywe:

• choroba popromienna [LINK]
• mutacje [LINK]
• śmiertelna dawka promieniowania [LINK]
• incydent krytyczny w Tokaimura [LINK]
• napromieniowanie drwali w Gruzji [LINK]

Przyjrzyjmy się teraz działaniu promieniowania na materię nieożywioną. Promieniowanie jonizujące stanowi przekaz energii – jednostkę dawkipochłoniętej, greja (Gy) definiujemy jako dżul na kilogram (J/kg). Energia przekazywana przez promieniowanie może powodować m.in.:

• utratę struktury krystalicznej minerałów
• ciemnienie szkła
• kruszenie tworzyw sztucznych
• zmianę właściwości metali, głównie wzrost twardości

Skutki wywoływane w materii przez promieniowanie zależą od wielu czynników:

• rodzaju promieniowania (alfa, beta, gamma, neutrony, protony, jony)
• energii promieniowania
• mocy dawki
• czasu napromieniowania
• obecności innych czynników fizykochemicznych, mogących wzmacniać lub (rzadziej) osłabiać niszczący wpływ promieniowania (światło widzialne, ultrafiolet, podczerwień, tlen, woda, udary mechaniczne). 

Dozymetr komorowy EKO-K

Firma Polon-Ekolab wywodzi się z gdańskiego oddziału ZZUJ Polon. W latach 90. wypuściła na rynek przyrządy dozymetryczne, nazwane EKO i oznaczane literami alfabetu, czasem z dodatkową literą dodaną po ukośniku. Są to profesjonalne mierniki przeznaczone dla różnego rodzaju służb - granicznych, policyjnych czy ratowniczych - a także placówek, w którzy wykorzystywane są źródła promieniowania. Jeśli uszeregujemy je alfabetycznie, uzyskamy takie oto zestawienie (fabryczne nazwy zostały rozszerzone lub zmodyfikowane przeze mnie dla lepszej czytelności, po oryginalne odsyłam do strony producenta):

• EKO-C - monitor skażeń radioaktywnych z licznikiem okienkowym SBT-10A lub, w nowszej wersji, typu pancake
• EKO-C/s - j.w. z dodatkowym gniazdem sondy scyntylacyjnej SSA-1P
• EKO-D - radiometr beta gamma z sygnalizacją progową
• EKO-D/p - j.w. tylko bez dźwiękowej sygnalizacji impulsów i opcji zmiany jednostki pomiaru, ale za to ze zmienną stałą czasową
• EKO-I - radiometr inspekcyjny w kształcie latarki, wykorzystujący licznik okienkowy
• EKO-ID - dawkomierz - sygnalizator przekroczenia dawki, w rodzaju ALDO-10 (brak informacji na stronie producenta)
• EKO-K - dozymetr komorowy promieniowania gamma
• EKO-OD - miniaturowy dawkomierz osobisty (z wyświetlaczem) z sygnalizacją progową
• EKO-P - miernik mocy dawki gamma z sygnalizacją progową
• EKO-S - miniaturowy sygnalizator progowy (bez wyświetlacza), sygnalizujący przekroczenie jednego z 3 fabrycznie ustawionych progów
• EKO-S/k - miniaturowy sygnalizator progowy (bez wyświetlacza), sygnalizujący przekroczenie jednego, ustawionego fabrycznie progu (wyprodukowano tylko małą serię)
• EKO-S/p - sygnalizator progowy przenośny o 1 fabrycznie ustawionym progu alarmowym, z sygnalizacją dźwiękową i świetlną
• EKO-S/s - sygnalizator progowy stacjonarny zasilany z sieci 220 V
• EKO-W - radiometr gamma do pracy w trudnych warunkach, wygląda na wzmocnioną wersję  radiometru EKO-D bez możliwości pomiaru promieniowania beta i z wyświetlaczem w innym miejscu

Spośród powyższych wyrobów na rynku wtórnym najczęściej pojawiają się monitory EKO-C, niekiedy EKO-D lub jakieś sygnalizatory EKO-S w różnych wersjach. Miernik EKO-K należy do tych dozymetrów firmy Polon-Ekolab, które praktycznie nigdy nie pojawiają się na rynku wtórnym. 

Jest to radiometr wykorzystujący komorę jonizacyjną jako detektor promieniowania. Pistoletowy kształt przypomina radiometry RKL-60, RKLG-2, RKLG-62, DK-3, natomiast krzykliwa kolorystyka nawiązuje do starszych wersji EKO-C.

W. Goraczko, Ochrona radiologiczna, Poznań 2011, s. 220

Dozymetr AIR-09 z Aliexpress

Miernik ten, pomimo trochę zabawkowego wyglądu, jest nieco bardziej zaawansowaną konstrukcją niż proste przyrządy dostępne na Aliexpress. Wyprodukowany został przez Shenzen Reputation Electronic Technology Co. Ltd. i na pierwszy rzut oka przypomina trochę Fnirsi GC-01. Sama nazwa zaś sprawia wrażenie nawiązania do AIR-02, który omawiałem rok temu.

Przyrząd mierzy promieniowanie gamma i beta za pomocą szklanego licznika G-M całkowicie zakrytego plastikiem obudowy. Jest to więc tzw. druga szkoła budowy dozymetrów według mojej autorskiej systematyki. W tym układzie licznik G-M jest całkowicie zasłonięty obudową, jednak nie ma dodatkowego filtra odcinającego promieniowanie beta i wyrównującego charakterystykę energetyczną.

Rentgenoradiometr Radiološki detektor DR-M3

Przyrząd ten jest bliźniaczą konstrukcją z czechosłowackim Intenzimeter IT-65 omawianym na blogu w 2019 r. [LINK]. Oba mierniki były produkowane w kooperacji Czechosłowacji z Jugosławią i różnią się tylko drugorzędnymi szczegółami. "Radiološki detektor DR-M3" wytwarzały zakłady Rudi Čajavec z Banja Luki, produkujące zarówno cywilny sprzęt audio-video (klasy popularnej oraz profesjonalny), jak również wojskową elektronikę (sprzęt łączności, radiolokacyjny, dozymetryczny). Firma działała od 1950 r. do końca lat 90. i w szczytowym okresie zatrudniała 10.000 pracowników. Produkcja DR-M3 trwała od początku lat 70. do połowy 80., a rocznie wytwarzano 2000 egzemplarzy [LINK].

Dozymetr G3 "Nuclear Radiation Measurement Detector" z Aliexpress

Wracam do testowania chińskich dozymetrów z Aliexpress, ponieważ na tym portalu pojawiło się trochę nowych konstrukcji, zaś starsze znacznie staniały. Zacznę od miernika, który kosztował całe 15 dolarów, zaś na opakowaniu nie ma oznaczenia modelu, jedynie "Nuclear Radiation Measurement Detector - Geiger counting tube - Hazard Nuclear". Z uzyskanych przeze mnie informacji wynika, że miernik jest też sprzedawany jako "G3" [AMAZON], stąd umieszczam obie nazwy w tytule wpisu.

Detektorem promieniowania powinien być miniaturowy szklany licznik G-M, ale o tym za chwilę. Wynik podawany jest na kolorowym wyświetlaczu TFT. Widzimy na nim bieżącą moc dawki w µSv/h (REAL) z możliwością zmiany na średnią (AVG), łączną dawkę (ACC) lub wykres zmian mocy dawki z ostatnich 50 s. 

Dozymetr TVX-1B do sprawdzania promieniowania kineskopów

Promieniowanie rentgenowskie powstaje w wyniku hamowania rozpędzonych cząstek naładowanych (np. elektronów) na powłokach elektronowych atomów o dużej masie atomowej. Rozpędzone elektrony zderzając się z elektronami na wewnętrznych powłokach atomu powodują ich wybicie poza atom. Na opróżnioną w ten sposób powłokę przechodzi elektron z powłoki wyższej. 

https://www.researchgate.net/figure/X-ray-emission-process-An-incoming-photon-with-enough-energy-extracts-an-electron-from_fig1_263967770

Ponieważ energia elektronów na niższych powłokach jest mniejsza niż na wyższych, nadmiar energii jest wypromieniowywany w postaci kwantów promieniowania rentgenowskiego. Na tej zasadzie działa lampa rentgenowska, gdzie tarcza z wolframu jest bombardowana elektronami celem wytworzenia promieniowania rentgenowskiego. 

Książki "Kto, kiedy, dlaczego"

Jedną z publikacji, które miały największy wpływ na rozwój moich zainteresowań z zakresu fizyki jądrowej, były dwa pierwsze tomy wydawnictwa "Kto, kiedy dlaczego". Książka ta powstała w wyniku ankiety przeprowadzonej przez Państwowe Wydawnictwo "Iskry" wśród czytelników popularnego Kalendarza "Iskier". Czytelnicy mieli nadsyłać swoje pytania dotyczące wszystkich dziedzin wiedzy, od nauk przyrodniczych, przez technikę, historię, psychologię, medycynę, kulturę, sport na polityce kończąc. Spośród przysłanych około 35.000 pytań wybrano najpopularniejsze, które wraz z odpowiedziami umieszczono w pięciu tomach, wydawanych w latach 1958-1972. 

Ich zawartość była następująca (każdy dział kończył się bibliografią):

Sonda zanurzeniowa SGB-2Z

Rodzina sond licznikowych SGB została opracowana pod koniec lat 60. w ówczesnym Biurze Urządzeń Techniki Jądrowej, przekształconym następnie w Zjednoczone Zakłady Urządzeń Jądrowych "Polon". Wraz z sondami scyntylacyjnymi SSU i SSA zastąpiły one pierwszą generację sond - licznikowe LGM i LGO oraz scyntylacyjne LS. Główną różnicą między tymi rodzinami sond był rodzaj połączenia - w pierwszej generacji stosowano kabel wielożyłowy i wtyk o kilku stykach, w drugiej jeden przewód koncentryczny, którym doprowadzano zarówno sygnał, jak i wysokie napięcie. 

Do nowych sond opracowano też odpowiednie radiometry - przenośny RUST-2 i stacjonarny URL-1, które wyparły starsze RUS-4 i RUS-5*. Później wypuszczono kolejne mierniki - URL-2, URS-3, RUST-3 - przeznaczone do tej drugiej generacji sond (SGB/SSA/SSU). Większość z nich pozostaje w użyciu do chwili obecnej

Sondy SGB określano jako licznikowe, czyli wykorzystujące licznik G-M, a nie detektor scyntylacyjny. Rodzina obejmuje następujące modele, z których część (zaznaczone *) należy już do trzeciej generacji, powstałej w połowie lat 70.:

• SGB-1P (3 liczniki cylindryczne)
• SGB-2P (3 liczniki okienkowe)
• SGB-3P (6 liczników cylindrycznych)
• SGB-1D (1 licznik cylindryczny)
• SGB-2D (1 licznik cylindryczny miniaturowy)*
• SGB-1R (1 licznik okienkowy)
• SGB-2R (1 licznik okienkowy ze zmodyfikowanym frontem pozwalającym na zbliżenie próbki na odległość 2 mm)
• SGB-3R (1 licznik okienkowy)
• SGB-1Z
• SGB-2Z*

Sygnalizator promieniowania EKO-S/p

Firma Polon-Ekolab, wywodząca się z gdańskiego oddziału ZZUJ Polon, na początku lat 90. produkowała serię kieszonkowych indykatorów promieniowania, oznaczonych EKO-S. Występowały one w trzech wariantach. Pierwszy, wypuszczony w krótkiej prototypowej serii i oznaczony EKO-S/k, omawiałem w styczniu [LINK]. Teraz dzięki uprzejmości Czytelnika mogę przedstawić drugą wersję, oznaczoną EKO-S/p. Tak ściślej, to przyrząd na obudowie nosi oznaczenie "EKO-S", jednak strona producenta podaje nazwę EKO-S/p [LINK]

Na stronie Polon-Ekolab znajdziemy też krótki opis przyrządu, który zacytuję w całości:

Sonda scyntylacyjna SSA-3P

Sonda scyntylacyjna SSA-1P, omawiana na blogu w 2018 r. [LINK], przeznaczona jest do pomiarów skażeń emiterami alfa, za pomocą scyntylatora ZnS(Ag), który łączy wysoką wydajność detekcji cząstek alfa z małą czułością na kwanty gamma. Należy do rodziny sond opracowanych pod koniec lat 60. w Biurze Urządzeń Techniki Jądrowej, obejmującej zarówno sondy licznikowe SGB, jak i scyntylacyjne SSU i SSA. SSA-1P jest jedną z najliczniej produkowanych sond spośród wszystkich polskich konstrukcji - wykonano aż 1500 sztuk, co stawia ją na drugim miejscu po SGB-1P (2000 szt.).

Sonda ta miała też swoją większą wersję, nazwaną SSA-3P, która jednak nie weszła do masowej produkcji - z uzyskanych przeze mnie informacji wynika, że wykonano zaledwie 10 sztuk. 

Radiometry Berthold Rato / F i Berthold LB1200

Firma Berthold Technologies GmbH (https://www.berthold.com/en/) jest renomowanym producentem sprzętu dozymetrycznego do zastosowań profesjonalnych. Wśród licznych wyrobów tej firmy znajduje się m.in. przenośny radiometr LB133 z cylindrycznym licznikiem proporcjonalnym, LB1210B z proporcjonalnym licznikiem powierzchniowym, radiometr uniwersalny LB2040 i wiele innych. 

Tym razem dzięki uprzejmości Czytelnika mogę przedstawić przenośny radiometr Rato / F. Jest to wariant miernika LB1200 bez możliwości podłączania sondy zewnętrznej, za to z dwoma licznikami G-M, zapewniającymi szeroki zakres pomiarowy.

Katalog automatyki i aparatury pomiarowej MERA tom V

Przemysł w epoce PRL-u był zgrupowany w tzw. zjednoczeniach, grupujących zakłady przemysłowe danej branży. Najbardziej znane to Predom, Unitra, Polsport, Polfa, Pollena, Orbis, Agroma i Mera. Zatrzymajmy się przy tym ostatnim. Zjednoczenie Przemysłu Automatyki i Aparatury Pomiarowej „Mera” koordynowało branżę obejmującą:

• urządzenia do automatycznej regulacji i sterowania
• urządzenia automatycznego przetwarzania informacji
• aparatura pomiarowa oraz urządzenia laboratoryjne, z wyjątkiem optycznych i optyczno-mechanicznych [LINK]

Zjednoczenie wydawało od 1965 r. katalogi wyrobów, podzielone na grupy i podgrupy w systemie klasyfikacji dziesiętnej. Wydawnictwa te, wypuszczone w małych nakładach (5000 egz.) czasem pojawiają się na rynku wtórnym. Niedawno udało mi się kupić tom V z 1968 r.

 

Dozymetr FJ2000 firmy Pioway Medical

Firma Pioway Medical Ltd. (http://www.pioway.com/) jest chińskim producentem aparatury medycznej. W ofercie, oprócz łóżek szpitalnych, mikroskopów, wirówek czy sterylizatorów, ma również aparaty rentgenowskie i sprzęt dozymetryczny. Jednym z takich przyrządów jest prezentowany tutaj FJ2000. 

Dozymetr mierzy moc dawki promieniowania gamma od 0,1 µSv/h do 99,99 mSv/h, a także łączną dawkę od 0,1 µSv do 99,99 mSv. Reaguje też na silniejsze promieniowanie beta. Detektorem promieniowania jest miniaturowy licznik G-M nieustalonego typu, przypominający nieco nasz DOI-80:

Rentgenoradiometr IMD-5

Przyrząd ten wywodzi się z ostatnich rentgenoradiometrów należących do serii DP-5, czyli DP-5W i DP-5WB. Jest to można powiedzieć facelifting DP-5W, w którym wprowadzono następujące modyfikacje:

• wyskalowanie w jednostkach mocy dawki pochłoniętej (rad na godzinę) oraz aktywności beta (rozpady na minutę z centymetra kwadratowego)
• inny mikroamperomierz o dużo większej skali
• sonda będąca hybrydą tej z DP-5W i WB
• rozmieszczenie i specyfika elementów sterujących:
• pokrętło zakresów przeniesiono na lewą stronę i pozbawiono szyldu z farbą okresowego świecenia
• przełącznik podświetlenia skali zastąpiono przyciskiem chwilowym
• przyciski resetu i podświetlenia umieszczono obok siebie z lewej strony, zamiast symetrycznie po obu stronach mikroamperomierza
• zasilanie z dwóch baterii R-14 (C) zamiast trzech ogniw KB-1 
• wyjmowana komora baterii z możliwością podłączenia kablem
• podświetlenie skali pojedynczą żarówką zamiast dwiema
• panel dostępu do żarówki podświetlenia skali
• uchwyt wysięgnika sondy wykonany z gumy zamiast plastiku
• nazwa IMD-5 zamiast DP-5, czyli zerwanie z serią oznaczeń DP

Dozymetr Landis & Gyr EMB3

Szwajcarka firma Landis & Gyr (https://www.landisgyr.eu/) od 125 lat specjalizuje się w aparaturze pomiarowej i energetycznej. Niejako na uboczu tej działalności powstał omawiany tutaj EMB3, przeznaczony głównie dla obrony cywilnej i straży pożarnej, choć istniały też wersje wojskowe, o zakresie do 1000 R/h. 

Produkowano go w latach 60., a w służbie pozostawał przez ponad dwie dekady. Przytoczę tutaj opis z Muzeum Austriackiego Czerwonego Krzyża:

Indykator promieniowania IC-01 Spektr

Przyrządy dozymetryczne produkowane w ZSRR i republikach poradzieckich po katastrofie w Czarnobylu mają bardzo różny stopień zaawansowania technicznego. Od bardzo dopracowanych i porządnie wykonanych radiometrów beta-gamma, przez średniej klasy dozymetry promieniowania gamma, aż po proste indykatory, wśród których też można zaobserwować szerokie spektrum jakości i funkcjonalności. Najprostsze indykatory sygnalizują jedynie dźwiękiem lub błyskami diody LED impulsy promieniowania. Inne mają mikroamperomierz z orientacyjną skalą o trzech zakresach (bezpiecznie, uwaga, zagrożenie). Na tym tle wyróżnia się IC-01 Spektr, który choć opisany jest na obudowie jako indykator promieniowania gamma, w rzeczywistości jest prostym dozymetrem o dość dokładnej skali.

http://forum.rhbz.org/topic.php?forum=77&topic=43

Nano Wand - różdżka "energii skalarnej"

Nienaukowa teoria "energii skalarnej" zakłada lecznicze działanie jonów ujemnych, które miałyby być wytwarzane przez różnego rodzaju akcesoria (medaliony, naklejki, wkładki do butów). Wyroby te są reklamowane jako lekarstwo na wszystkie możliwe choroby i przypadłości - przykładowo "odpromienniki" [LINK] naklejane na telefon mają nie tylko chronić przed promieniowaniem elektromagnetycznym, ale też wydłużać czas pracy na baterii (!). W rzeczywistości większość tych akcesoriów zawiera tor-232 i niewielkie ilości innych radioizotopów, pochodzące ze skał wulkanicznych.

Samą teorią zajmę się w osobnym wpisie, natomiast tutaj chciałbym przedstawić jeden z takich wyrobów - różdżkę "Nano wand". Ma postać metalowego "długopisu" dostarczanego razem z etui z dermy lub tylko w kartonowym opakowaniu.