Kontrolne źródła promieniowania w radiometrach

Do niektórych przyrządów dozymetrycznych dołączano kontrolne źródła promieniowania, mające umożliwić szybką i niezawodną kontrolę działania przyrządu i dokładności wskazań. Stosowano je przede wszystkim w miernikach wojskowych, rzadziej cywilnych. Źródła zawierały zwykle stront-90, emitujący "czyste" promieniowanie beta, łatwe do odcięcia metalową obudową. Rzadziej stosowano kobalt-60, emitujący również promieniowanie gamma. Kobalt-60, mający czas połowicznego rozpadu 5,7 roku, stosunkowo szybko traci swoją aktywność - przyjmuje się, że po 10 okresach półrozpadu aktywność spada do zera -  stąd źródła stosowane np. w radiometrach DP-11B z lat 50. nie wykazują dającej się zmierzyć aktywności.

Źródło od DP-11B w oryginalnym mocowaniu we wnętrzu skrzyni transportowej.

Źródło od DP-11B z 1957 r., w 2014 r. nie wykazuje nawet śladowej aktywności.

Inny egzemplarz, równie martwy.

Ten sam model źródła, tylko z innym mocowaniem, dołączano również do kieszonkowych radiometrów RK-63. Dla przetestowania urządzenia należało zamontować go na górnej powierzchni obudowy, w miejscu, gdzie zaznaczono środek układu pomiarowego. Wygięcie blaszki miało się zaczepiać o kratkę głośnika w tym radiometrze, aby uniknąć ześlizgnięcia:

Według specyfikacji aktywność źródła powinna wynosić 20 µCi, zatem w chwili obecnej wynosi ona zaledwie  0,015 µCi. Do obliczeń polecam ten oto kalkulator rozpadu [LINK]

Resztki aktywności są ledwo możliwe do zmierzenia dozymetrem "Sosna" - pomiar nieznacznie przekracza tło (gamma+beta zwykle 0,015 mR/h):

Tutaj inny, lepiej zachowany egzemplarz z tego samego typu radiometru:

Źródła z kobaltem stosowano również w "kieszonkowych" radiometrach RK-67 i RK-67-3. Miały one formę plastikowego pierścienia, mocującego metalową obudowę źródła z aktywnym miejscem na wewnętrznej stronie.

Według instrukcji początkowa aktywność wynosiła 18,5 kBq, a moc dawki na zewnątrz futerału nie przekraczała 0,035 mR/h). Obecnie większość tych źródeł wykazuje jedynie śladową aktywność - przykładowe pomiary kontrolki od RK-67-3 z 1982 r. można zobaczyć TUTAJ.

RK-67 ze źródełkiem na sondzie, choć powinno być ono pośrodku długości detektora (zdjęcie dzięki uprzejmości Sprzedawcy).

W wojskowych miernikach stosowano stront-90 - w radzieckich była to "pastylka" typu B-8, montowana zarówno w rentgenoradiometrach DP-5B, jak i rentgenometrach DP-63A.

Znajdź pastylkę B-8  (źródło - forum RHBZ)

Pastylka B-8 ukryta pod grubą blaszką w pokrywie DP-5B (fot. Forum RHBZ).

Mierniki DP-5W miały pastylkę B-8 umocowaną poprzez zalanie tworzywem sztucznym w obrotowej obudowie sondy pomiarowej - podczas testu należało obrócić obudowę, by ustawiła się naprzeciwko okienka pomiarowego.

 Obrotowa osłona miała niszę, w której znajdowało się źródełko. Gruby metal zapobiegał wydostaniu się promieniowania na zewnątrz zarówno podczas testu miernika, jak i przy normalnych pomiarach.

Z kontrolki zrezygnowano w ostatniej wersji - DP-5WB (na zdjęciu z lewej, sonda nie ma niszy na pastylkę B-8):

W polskich miernikach DP-66 i DP-66M stosowano dużo większe źródła, sygnowane przez IBJ i wyposażone w numer seryjny (nominalna aktywność 10 µCi). Osłaniała je wątła blaszka na zawiasie, spod której promieniowanie siało na boki.

Pokrywka futerału od DP-66.

DP-66

W DP-66M zastosowano inny kształt obudowy oraz wzór "koniczynki" na osłonie źródła:

DP-66M

Z umieszczania kontrolek zrezygnowano w niektórych seriach rentgenoradiometrów DP-75, choć z tego co mi pisali Czytenicy, można trafić na egzemplarze wyposażone w źródło lub choćby ślad po nim. Poniżej pokrywa egzemplarza bez źródła:

Podobne, lecz dużo mniej aktywne (0.5 µCi) źródła stosowano w radiometrach RK-10, wprowadzonych w 1973 r. Zmodyfikowano tylko osłonę źródła, dając jej postać odchylanego w pionie wieczka na sprężynce. Z uwagi na niewielką zawartość izotopu do chwili obecnej kontrolki te utraciły większość aktywności (fot. Allegro):

Taką samą aktywność miały kontrolki w radiometrach górniczych RG-1 i zgodnie z fabryczną instrukcją na użytkowanie tych źródeł nie było potrzebne zezwolenie w trybie zarządzenia nr 23/70 Pełnomocnika Rządu d/s Wykorzystania Energii Jądrowej z 21 lipca 1970 r. [ŹRÓDŁO]

Z kolei w radiometrze komorowym RKL-60 (i logarytmicznym RKLG-62) źródło umieszczono wewnątrz obudowy, gdzie za pomocą specjalnego przycisku przesuwa się je nad cienkie okienko w obudowie komory jonizacyjnej (fot. Allegro):

Niestety nie mam danych dotyczących aktywności tego źródła. Poniżej widok boczny radiometru wraz ze "spustem" przesuwającym kontrolkę:

W radzieckich wojskowych  radiometrach i rentgenometrach stosowano m.in. takie typy źródeł - fot. Forum RHBZ:

Skrzynia od rentgenometru DP-1B z umocowanym kwadratowym źródłem kontrolnym:

Na sam koniec niezwykle aktywne źródło od rentgenometru DP-2 (foto z forum RHBZ):

Pomiar radiometrem DKS-04 pokazuje aż 700 mR/h (0,7 R/h = 7000 µSv/h = 7 mSv/h) - z tym naprawdę nie ma żartów! Dla porównania, rocznie w Polsce ze wszystkich źródeł otrzymujemy 3,2-3,6 mSv, zaś dodatkowa dopuszczalna roczna dawka dla osób niezatrudnionych przy promieniowaniu to 1 mSv.

W wielu radiometrach, zarówno laboratoryjnych, jak i kieszonkowych, nie stosuje się źródeł kontrolnych (zwłaszcza obecnie), a jedynie generator częstotliwości, sprawdzający działanie obwodów elektronicznych. Przykładem może być radziecki dozymetr ANRI 01-02 Sosna. Niektóre konstrukcje, np. dawkomierz sygnalizacyjny DS-1 posiadają możliwość testowania zarówno za pomocą generatora, jak i poprzez źródło kontrolne. Tą samą możliwość oferuje sygnalizator progowy ST-03 - na obudowie widać nawet oznaczenie źródła kontrolnego:

Źródło [LINK]

Jeżeli trafiliście na jakiś miernik wyposażony w źródło kontrolne, o którym warto wspomnieć, dajcie znać w komentarzach!

Radioaktywna ceramika - obrotowy włącznik światła firmy Siemens

Postanowiłem posprzątać w mojej szufladzie z częściami elektrycznymi. Przy okazji włączyłem dozymetr, bo nigdy nie wiadomo, czy jakiś przełącznik nie był stosowany np. w wojskowym samolocie. Poprzekładałem wszystkie gniazdka, wtyczki, przejściówki i nagle Polaron zaczął ćwierkać. Przy czym? Przy obrotowym włączniku do światła firmy Siemens-Schuckert. Jak się okazało, jego ceramiczne pokrętło pokryto glazurą z dodatkiem soli uranu. 

Włącznik znalazłem kilka lat temu w opuszczonej kamienicy przy ul. Wschowskiej 9, jako jeden z wielu i jedyny radioaktywny. Kamienicę rozebrano w 2009 r., a od paru lat na jej miejscu stoi apartamentowiec. 

W starych domach często można spotkać obrotowe włączniki światła, przeważnie jednak wykonane są z porcelitu szkliwionego na biało albo z tworzyw sztucznych (bakelit, ebonit), zatem nie wykazują promieniowania. Prezentowany włącznik jest jedynym z glazurą uranową, jaki udało mi się znaleźć w opuszczonych budynkach, zwiedzonych w latach 2007-2013. Co prawda wtedy jeszcze nie zajmowałem się dozymetrią, ale kolekcjonowałem stare wyroby elektrotechniczne i inne relikty przeszłości.

Polewa uranowa zwykle miała kolor pomarańczowy, żółty lub zielony i pokrywano nią głównie wyroby ozdobne: naczynia i figurki. Zastosowanie jej w tak masowo produkowanym przedmiocie jak włącznik światła pozwala twierdzić, że nie była zbyt droga. A skąd w ogóle wziął się pomysł zastosowania uranu w wyrobach ceramicznych? Rudy uranu początkowo były tylko odpadem w kopalniach srebra i składowano je na hałdach. Dopiero później odkryto ich właściwości barwiące i zaczęto celowo wydobywać i oczyszczać na potrzeb przemysłu. Najważniejsze złoża eksploatowano w okolicach Jachymova na terenie obecnych Czech (wówczas c.k. monarchia austro-węgierska). Do końca XIX w. ich jedynym zastosowaniem było barwienie ceramiki i szkła (słynne szkło uranowe). Dopiero odkrycie radu przez Marię Skłodowską-Curie i jej męża Piotra spowodowało wzrost zapotrzebowania na rudę uranową i skok cen. Powstanie reaktorów jądrowych i bomby atomowej uczyniło z uranu surowiec strategiczny i czasowo zakończyło jego zastosowanie jako barwnika. Złagodzenie restrykcji po 1955 r. na krótko wznowiło produkcję ceramiki z uranową polewą, jednak nie stosowano jej już do wyrobów elektrotechnicznych.

Wróćmy do naszego przełącznika. Ceramiczne pokrętło pokryto z wierzchu czarną polewą, od spodu zostawiając surowy porcelit. 

Zbliżenie  - widać wyraźnie czarną barwę, początkowo myślałem, że kolor jest bardzo ciemno zielony:

W świetle UV występuje zielona luminescencja charakterystyczna dla uranu, zwykle tłumiona przez czerwoną lub pomarańczową barwę uranowej polewy. Co ciekawe, czarna glazura uranowa świeci jedynie w ultrafiolecie emitowanym przez świetlówki UV, ultrafiolet z LED-ów nie wywołuje luminescencji.

Promieniowanie emitowane przez tą polewę składa się głównie z niskoenergetycznego promieniowania gamma oraz cząstek beta. Ponieważ licznik Geigera jest bardziej czuły na promieniowanie o niskiej energii, zatem dochodzi do zawyżenia wyników, jeśli pomiar wykonywany jest licznikiem bez kompensacji energetycznej. Poniżej przykładowe pomiary łącznej emisji:

• Polaron Pripyat' - 17 µSv/h
• ANRI 01-02 Sosna (2 liczniki blisko siebie) - 11 µSv/h
• RK-67 - 12 µSv/h
• Radiatex MRD-2 - 2,5 µSv/h
• BlackWings - 2,5 µSv/h
• Soeks Ecovisor F4 - 4,5 µSv/h
• RK-21C - 2 µSv/h 
• EKO-C - 15/70 cps, 1,1/4 µSv/h (bez filtra/z filtrem)

Wyniki te wyraźnie pokazują, jak niewiele zostaje z "17 µSv/h" mierzonych Polaronem bez klapki, gdy artefakt zmierzymy dozymetrem stosującym ten sam licznik G-M, ale osłonięty plastikiem obudowy. Gdybyśmy zaś próbowali mierzyć Polaronem z zamkniętą klapką, wynik nie przekroczyłby tła naturalnego. Temat szerzej rozwinąłem przy omawianiu innego ceramicznego artefaktu [LINK]

***

Dzięki uprzejmości Adama ze strony Była sobie elektronika mam możliwość przedstawienia innych wyrobów elektrotechnicznych pokrytych glazurą uranową:

Kostki transformatorów dzwonkowych, wskazane strzałkami.

Włączniki i wtyczka - niektóre wykazują dodatkowo luminescencję w UV, inne tylko "świecą" radiacyjnie, choć są
pokryte równie czarną polewą.

Pokrętła - z prawej całe świeci w UV, z lewej glazura uranowa pokryta jest innym barwnikiem wszędzie oprócz spodu.

Sytuacja j.w.

Dwa porcelitowe przełączniki natynkowe firmy Siemens-Schuckert - "świeci" tylko ten z prawej.

I na deser - natynkowe gniazdko ścienne z uranową polewą.

Edit [2018]: niedawno dowiedziałem się, że ten sam typ polewy stosowano też w kółkach do stolików typu barek. Swoją drogą ceramiczne kółka to słaby pomysł - ślizgają się po podłodze, zamiast toczyć, a jak się zablokują, rysują jej powierzchnię. Artefakt opisałem w osobnej notce [LINK]

Edit [2020]: na znanym z zaporowych cen targu na Kole trafiłem wyjątkowo drogi włącznik natynkowy pokryty glazurą uranową, a następnie, na Allegro, znacznie tańszy egzemplarz, opisany TUTAJ

Radioaktywna ceramika

Sole uranu wykorzystywane były do barwienia szkła (słynne szkło uranowe), ale również dodawano je do polewy na naczyniach z ceramiki. Słynęła z tego chociażby seria "Fiesta" charakteryzująca się żywymi kolorami, głównie pomarańczowoczerwonym. Skorupy tych naczyń sprzedawane są na Ebay jako źródła do testowania dozymetrów. Kosztują kilka euro, ale mogłyby być problemy na granicy., choć aktywność i potencjalna szkodliwość tych materiałów jest niewielka.

Chodząc po targu i szukając wyrobów ze szkła uranowego postanowiłem zapolować i na ceramikę.  Niestety, o ile szkło jest łatwe do rozpoznania przez jasnozieloną barwę, opalizującą i lekko jarzącą się na fluorescencyjny kolor w świetle słonecznym - o tyle ceramika jest trudna do rozpoznania. Z tego co czytałem, sole uranu używane były do produkcji naczyń czerwonych, pomarańczowych, żółtych, ale też zielonych i kremowych. Zwłaszcza tych ostatnich jest masa na rynku, a głupio sprawdzać dozymetrem każdą sztukę, w końcu sprzedawca nas pogoni ;) Dziś akurat miałem szczęście - rzucił mi się w oczy dwukolorowy, zielono-żółty wazonik. Stoisko było obszerne, kucnąłem więc tyłem do sprzedawcy (na szczęście zajętego rozmową) i wyjąłem Polarona. Momentalny skok wskazań rzędu 0,6 mR/h oznaczał automatycznie zakup. Cena była okazyjna - 1 zł - więc wazon powędrował do plecaka. Na stoisku było sporo kuchennego "mydła, bździdła i powidła", ale podobnych przedmiotów nie spotkałem. Z pewnością będę wracał :) Zachęcony sukcesem polowania obszedłem ponownie cały targ, ale inne naczynia nie wykazywały emisji. Muszę popracować nad pomiarem z odległości albo za pomocą dozymetru przymocowanego do nadgarstka ;)

Wazonik wygląda tak, zielony kolor świeci mocniej niż żółty:

Nalepka cenowa jest współczesna, ale sam wazon równie dobrze może być współczesny, jak i sprzed kilkudziesięciu lat. Tutaj pokaz świecenia - mocniejsze niż przy szkle uranowym:

Edit:

 Tydzień później na targu nie trafiłem żadnej świecącej ceramiki, choć sprawdziłem chyba wszystkie ciemnozielone wazoniki i dzbanuszki z brązowym wnętrzem (jest ich dość sporo, ale nie wykazują emisji). Równie nieaktywne są talerze, kubki i spodki w jaskrawych kolorach, łudząco podobne do Fiestaware, ale zbyt współczesne w wykonaniu i bez śladów wieloletniego używania.

Radiotoksyczność

Kolejnym istotnym terminem w ochronie radiologicznej (a także w dozymetrii) jest tzw. radiotoksyczność. Termin ten oznacza szkodliwość danego izotopu promieniotwórczego dla organizmu człowieka, z uwzględnieniem energii promieniowania, łatwości wchłaniania i selektywnego kumulowania w organizmie (tzw. narządy krytyczne) oraz wydalania z niego. Każdy izotop ma tzw. czas połowicznego rozpadu, po którym rozpadowi ulegnie połowa atomów w danej próbce (rozpad ma charakter statystyczny, jedne atomy rozpadają się szybciej, inne później, zatem nie można oszacować, kiedy rozpadnie się konkretny atom). W przypadku wniknięcia radioizotopów do organizmu pojawia się nowy parametr tzw. biologicznego czasu  połowicznego rozpadu, czyli czasu, po którym aktywność izotopu w organizmie (lub środowisku) zmaleje do połowy. Czas ten jest zawsze niższy niż fizyczny czas połowicznego rozpadu i zależy m.in. od rodzaju izotopu promieniotwórczego. Jod-131 (t1/2=8 dni) i cez-137 (t1/2=30 lat) wydalają się stosunkowo szybko, gorzej ze strontem-90 (t1/2=28 lat) czy plutonem-238 (t1/2=87 lat), który osadza się w kościach i stamtąd praktycznie się nie wydala...

***

Pod względem radiotoksyczności podzielono izotopy promieniotwórcze na 4 grupy. W grupie najniższej występuje zaledwie parę izotopów, w tym węgiel C-14 (t1/2=5700 lat) i tryt H-3 (t1/2=12,33 lat). Grupa druga jest najliczniejsza, zaliczamy do niej m.in. kobalt Co-60 (słynne ostatnio źródła przemysłowe i medyczne, t1/2=5,7 lat), wspomniany już cez Cs-137 (znany z wybuchów jądrowych i awarii czarnobylskiej) oraz iryd Ir-192 (t1/2=73,8 dnia), stosowany w defektoskopii. Grupa trzecia obejmuje jod J-131, towarzyszący Cs-137 i Sr-90 przy wybuchach i awariach jądrowych oraz naturalny tor (Th 232, t1/2=1,405×10¹⁰ lat) i uran (U-238, t1/2=4,468×10⁹ lat) - z którymi możemy zetknąć się w codziennym życiu.  Grupa ostatnia, zawiera najbardziej radiotoksyczne izotopy - i niestety najczęściej stosowane - stront Sr-90 (eksplozje jądrowe i źródła kontrolne do wojskowych rentgenoradiometrów), polon Po-210 t/1/2 138 dni (papierosy! - i herbata od rosyjskich agentów...), rad (Ra-226, t1/2=1620 lat) - zegary, zegarki i inne stare świecące gadżety (wraz z połową produktów rozpadu), ameryk Am-241 t1/2=432,2 lat (starsze czujki dymu) i pluton Pu-239 (jeszcze starsze czujki dymu). Po więcej informacji odsyłam do podręcznika Podstawy ochrony radiologicznej K. Żarnowieckiego (s. 126-132 i tablica II-9).

***

Dozymetr Radiatex - nowa wersja - MDR-2

Radiatex MDR-2 to znacznie udoskonalona wersja dozymetru MDR-1. Po konsultacjach z użytkownikami Autor wprowadził szereg modyfikacji. Przede wszystkim tuba GM nie jest owinięta folią aluminiową, co znacznie zwiększyło jej czułość na promieniowanie beta i słabą gammę. Rozszerzono regulację czasu pomiaru - do wyboru są czasy 4, 20, 40, 80, 160 i 240 s. Wprowadzono licznik impulsów na sekundę (przestawiany - graficzny lub cyfrowy), co znacząco ułatwia pomiar emisji beta. Wyniki pomiarów można logować co 4 s, 1 minutę, 2,3,5 lub 10 minut, co pozwala śledzić zmiany promieniowania tła w terenie. Umożliwiono współpracę z komputerem przez port micro-USB - można zarówno importować dane logowane wcześniej, jak również korzystać z dozymetru jak z podłączonego do PC czujnika radioactive@home. Miernik ma również możliwość kontroli napięcia baterii, obniżono pobór mocy i umożlwiono zaprogramowanie różnych typów baterii (alkaliczna, litowo-jonowa, Ni-MH). W układzie elektronicznym zamontowano filtr, dzięki czemu dozymetr nie świruje przy zbliżeniu np. do pracującego kineskopu tak jak poprzednia wersja. Tuba GM, tym razem STS-5, umocowana jest w zaciskach, dzięki czemu możemy zamienić ją na inną o tych samych parametrach pracy (BOB-33A, BOI-33 itp.). Dozymetr umożliwia również włączenie alarmu po przekroczeniu określonej dawki oraz zapamiętywanie najwyżej mocy dawki, a także pomiar kumulatywny, w zależności od potrzeb użytkownika.

Urządzenie ma plastikową obudowę, łatwo przenikliwą dla promieniowania beta. Jeśli mimo to ktoś chce zwiększyć czułość, może wyciąć okienko w obudowie. Z drugiej strony, jeśli chcemy mierzyć tylko promieniowanie gamma, możemy umieścić dozymetr w blaszance np. od herbaty, wyłożonej dodatkowo paskami ołowiu. W ten sposób możemy mierzyć oddzielnie emisję beta i gamma. Dzięki licznikowi impulsów na sekundę (CPS) możemy obliczyć aktywność beta w rozpadach/min*cm2 - mierzymy liczbę impulsów bez osłony, potem w osłonie, odejmujemy i mnożymy przez 60.

Dozymetr z włączonym trybem cyfrowym wyświetlania CPS.

Dozymetr z włączonym wykresem graficznym CPS.

Wnętrze z oryginalną tubą STS-5

Wnętrze z polską tubą BOB-33A.

Spód płytki drukowanej.

Zmiana mocy dawki w czasie przejazdu z Woli na Grochów trasą W-Z - widać, kiedy byłem w tunelu (logowanie co 1 min)

Wazonik z zieloną polewą - pomiar co 1 minutę.

Moc dawki w piwnicy - pomiar co 1 minutę.

Logi spod biurka podczas robienia radiogramów - pomiar co 1 minutę.

 minutę.

Na koniec - nieco długawy - filmik z działania dozymetru (trzeba było sprawdzić na wszystkim, co tylko świeciło):

W planach jest licznik wyposażony w tubę z okienkiem mikowym do pomiaru emisji alfa, który mógłby być alternatywą dla koszmarnie przepłaconego Gamma-Scouta lub trudno dostępnego EKO-C.