Fot. 1. Licznik Geigera-Müllera RKSB-104. Strona przednia i tylna po zdjęciu pokrywy-filtra oraz odwrócona pokrywa-filtr z widocznymi wkładkami z blachy ołowianej.
Niejednokrotnie podczas poszukiwań minerałów możemy natrafić na złoża minerałów metali ciężkich, a wśród nich na minerały promieniotwórcze (radioaktywne). Ponieważ promieniowanie radioaktywne (zwane też promieniowaniem przenikliwym bądź jonizującym) nie jest wykrywane przez nasze zmysły, do jego wykrywania, identyfikacji, określenia natężenia i energii. konieczne jest posiadanie specjalnych przyrządów, detektorów promieniowania, nazywanych dozymetrami. W pomiarach dozymetrycznych wykorzystywane są różnego rodzaju urządzenia, które działają na różnych zasadach i służą do pomiarów różnych wielkości dozymetrycznych. Z tego powodu nazwa szczegółowa dozymetru zawiera niejednokrotnie dodatkowe określenie, np.:
Dozymetry klasyfikujemy ponadto ogólnie jako absolutne i względne. Określenie absolutny oznacza miernik, który może być skonstruowany i używany do pomiarów promieniowania bez potrzeby kalibracji (np. w znanym polu promieniowania).
Obecnie używanymi miernikami absolutnymi są:
Inne mierniki promieniowania wymagają kalibracji, zaliczamy do nich np.:
Określenie absolutny i względny są zupełnie odrębnymi pojęciami niż precyzyjny i dokładny. Miernik absolutny może być zarówno mało dokładny, jak i mało precyzyjny. Dokładność pomiaru oznacza jak blisko prawdziwej wartości jest wynik odczytany z naszego miernika. Precyzja pomiaru określa zaś jak bardzo powtarzalne wyniki otrzymujemy w kolejnych pomiarach wykonywanych w takich samych warunkach. Im mniejszy jest rozrzut wyników pomiaru, tym większa jest precyzja miernika. Naturalnym ograniczeniem precyzji pomiarów promieniowania przenikliwego jest stochastyczny (czyli losowy; przypadkowy) charakter procesów oddziaływania promieniowania z materią (a więc i z miernikiem). Zwiększanie liczby pomiarów pozwala zwykle zmniejszyć rozrzut wartości średniej z wyników pomiarów, a zatem zwiększyć precyzję wyniku. Miernik precyzyjny może być jednak mało dokładny (pomiar jest obarczony błędem systematycznym). Miernik dokładny może też być mało precyzyjny, a najgorzej jest, gdy nasze urządzenie jest zarówno mało dokładne jak i mało precyzyjne.
Wyróżnia się takżeDetektory gazowe są to komory jonizacyjne, liczniki proporcjonalne, liczniki Geigera-Müllera, komory iskrowe i komory streamerowe. Dwa ostatnie rodzaje są równocześnie detektorami śladowymi.
Najpopularniejszym (często wykorzystywanym przez
amatorów-hobbystów, np. poszukiwaczy minerałów promieniotwórczych) sposobem pomiaru promieniowania
radioaktywnego w terenie jest
użycie licznika Geigera-Müllera. Warto
zajrzeć do instrukcji posiadanego przez nas licznika G-M, a wówczas przekonamy się,
że w
pełni prawidłowe wykonanie pomiaru może być znacznie trudniejsze i bardziej skomplikowane,
niż mogło nam się wydawać przed zapoznaniem się z
instrukcją, a ponadto poznamy ograniczenia w możliwościach pomiarowych licznika.
Przykładowo: w instrukcji licznika RKSB-104 produkowanego przez Białoruski Bielwar,
który był kiedyś powszechnie dostępny na polskich bazarach i targowiskach,
możemy przeczytać, że zarejestrowany zostanie
pomiar cząstek beta o energiach od 0,5 do 3 MeV i promieniowania gamma od 0,06 do 1,25 MeV.
Oznacza to, że w skrajnym przypadku może się zdarzyć, że mierzony przez nas obiekt chociaż może być
bardzo promieniotwórczy, to jego promieniowanie może nie zostać w ogóle przez
nasz licznik zarejestrowane, jeśli energia promieniowania nie znajdzie się w
przedziałach zakresów pomiarowych energii licznika.
Fot. 1. Licznik Geigera-Müllera RKSB-104. Strona przednia i tylna po zdjęciu pokrywy-filtra oraz odwrócona pokrywa-filtr z widocznymi wkładkami z blachy ołowianej.
Licznik RKSB-104 pozwala na zmierzenie trzech dozymetrycznych wielkości fizycznych:
1. moc polowego równoważnika dawki promieniowania gamma w
µSv/h;
2. gęstość strumienia promieniowania beta z powierzchni w 1/(s*cm2);
3. aktywność właściwą radionuklidu cezu-137 w przedmiotach w Bq/kg.
Część znacząca wyświetlanej na ciekłokrystalicznym wyświetlaczu liczby, przy
położeniu przełącznika S3 (Rys.
1. - przełącznik z lewej strony przedniej
ścianki licznika) w górnym położeniu, wskazuje wielkość mocy ekspozycji na dawkę promieniowania gamma w mikrorentgenach na
godzinę (µR/h),
mnożąc ten wynik przez współczynnik 0,01 otrzymamy rezultat w mikrosiwertach na
godzinę (µSv/h) o ile
przełącznik S3 będzie w górnym położeniu (dla uzyskania dokładniejszych
rezultatów i przy pomiarach źródeł wysyłających promieniowanie poniżej 10 µSv/h
przełączamy przełącznik S3 w dolne położenie i mnożymy wówczas wynik przez 0,001).
Na terenie byłego ZSRR moc polowego równoważnika dawki promieniowania gamma w
zależności od rejonu wynosi od kilku setnych do kilku
dziesiątych µSv/h.
Rys. 1. Licznik Geigera-Müllera RKSB-104. Zaznaczone przełączniki S1, S2, S3 oraz mikroprzełączniki S4.
W celu pomiaru mocy polowego równoważnika dawki promieniowania gamma należy po zdjęciu tylnej pokrywy-filtru 4 z licznika (Rys. 1.), przełączyć znajdujące się tam mikroprzełączniki S4 w położenia zgodnie z rysunkiem Rys. 2. (mikroprzełącznik S 4,8 (pierwszy od góry) w położeniu '0' (czyli na prawo), S 4,7 '0', S 4,6 '1', S 4,5 '1', S 4,4 '1', S 4,3 '0', S 4,2 '1', S 4,1 '0', położenia S4,1-S4,4 mogą być dowolne).
Rys. 2. Oznaczenia mikroprzełączników S4.
Następnie ponownie zakładamy filtr i przy przełączniku S3 i S2 w górnym położeniu włączamy urządzenie przełącznikiem S1. Przez ok. 27-28 s będzie odbywał się pomiar, po czym sygnałem dźwiękowym urządzenie powiadomi nas, że pomiar już się zakończył.
Rys. 3. Przykładowy odczyt i obliczenie wartości mocy polowego równoważnika dawki promieniowania gamma w µSv/h
Pomiar zanieczyszczenia powierzchni radionuklidami emitującymi cząstki beta jest
już trochę bardziej skomplikowany.
Po ustawieniu mikroprzełączników S4 w położenia: S 4,8 '0', S 4,7 '1', S 4,6 '0', S 4,5 '1', S 4,4 '0', S 4,3 '1', S 4,2 '1', S 4,1 '0'
(położenia S4,1-S4,4 mogą być dowolne), ponownie zakładamy pokrywę-filtr. Ustawiamy S2 (tj. przełącznik z prawej strony przedniej
ścianki licznika, na górze, nad włącznikiem licznika S1) i S3 w górnym położeniu.
Plastikowe pudełko, w którym jest przechowywany licznik nie służy tylko za
opakowanie, ale też jest elementem wykorzystywanym w pomiarach.
W celu dokonania pomiaru promieniowania beta emitowanego z powierzchni należy położyć licznik
na tymże plastikowym pudełku (złożonym, tj.
w pełni zamkniętym pokrywką) lub ewentualnie oddalić licznik od mierzonej powierzchni o 110-120 cm, po czym
włączyć licznik
przełącznikiem S1.
Zapisujemy wynik, który stanowi wartość strumienia φ1.Wyłączamy licznik. Zdejmujemy tylną
pokrywę-filtr i umieszczamy
licznik ponownie nad tą samą mierzoną powierzchnią w odległości od niej nie
większej niż 1 cm. Ponownie włączamy licznik przełącznikiem S1
i dokonujemy kolejnego pomiaru, uzyskując wartość strumienia φ2.
Wielkość zanieczyszczenia powierzchni nuklidami emitującymi promieniowanie beta,
która charakteryzuje się wielkością wartości strumienia
promieniowania beta z powierzchni (φ), obliczamy wg wzoru:
φ=K1*(φ2-φ1) [s-1*cm-2]
Współczynnik K1 = 0,01 przy górnym położeniu S3.
Przykładowo można uzyskać taką wartość:
φ=0,01(243-18)=2,25 [1/(s*cm2)]
Strumień cząstek beta emitowany w ciągu minuty z cm2 powierzchni obliczymy
przemnażając wynik przez 60:
φ=2,25*60=135 [beta-cząstek/(min*cm2)]
Dla uzyskania dokładniejszych wyników lub przy mierzeniu wielkości strumienia
cząstek beta poniżej 10 1/(s*cm2) tj. mniej niż 600
beta-cząstek na min*cm2 możemy przestawić przełącznik S3 w dolne
położenie, wówczas współczynnik K1 wynosi 0,001, a jeden cykl
pomiarowy trwa wtedy 175-185 s.
Warto przy tym zwrócić uwagę, że licznik RKSB-104 został wykalibrowany względem mieszaniny
radionuklidów stront-90 i itr-90, gdy chodzi
o pomiar strumienia promieniowania beta z powierzchni i względem radionuklidu cez-137,
gdy chodzi o pomiar mocy polowego równoważnika
dawki promieniowania gamma.
Oznacza to, że przy pomiarach próbek minerałów radioaktywnych, które często
stanowią mieszaninę różnych izotopów promieniotwórczych, należy zastosować inne
współczynniki K1, których wartości, niestety, nie będziemy w stanie samodzielnie
ustalić, a to znaczy, ze
tak naprawdę zupełnie prawdziwych wartości w/w wielkości fizycznych promieniowania naszych
minerałów nie będziemy w stanie obliczyć. Ponadto różne usytuowanie licznika
względem minerału (geometria pomiaru) oraz różne kształty minerałów również
wpływają na wartość pomiaru. Czy jednak większość z nas potrzebuje znać dokładne
wartości tych parametrów fizycznych? Zazwyczaj nie; chcemy przecież tylko wiedzieć jaka jest przybliżona dawka promieniowania znalezionych przez nas
minerałów.
Poniżej jeszcze opiszę, jak przy pomocy RKSB-104 uzyskać pomiary
aktywności właściwej radionuklidu cez-137.
Ustawiamy mikroprzełączniki w położeniach:
S 4,8 '1', S 4,7 '0', S 4,6 '0', S 4,5 '1', S 4,4 '1', S 4,3 '0', S 4,2 '1', S
4,1 '0' (położenia S4,1-S4,4 mogą być dowolne). Ustawiamy S2 w górnym, a S3 w dolnym
położeniu. Wypełniamy połowę w/w plastykowego pudełka od licznika
czystą, nieskażoną promieniotwórczo wodą (prawie do pełna, tzn. do lekkiego
wgięcia wykonanego w plastiku) i kładziemy licznik (ze zdjętą
tylną pokrywą-filtrem) w poprzek tak wypełnionego wodą pudełka (Rys. 4.).
Rys. 4. Pozycja licznika podczas pomiarów aktywności właściwej radionuklidu cez-137.
Włączamy licznik przełącznikiem S1 i odczytujemy kolejnych 5 wskazań (A1, A2, A3, A4, A5). Dla przyspieszenia pomiaru, po
każdym odczycie
można licznik na chwilę wyłączyć i ponownie włączyć.
Obliczamy średnią arytmetyczną:
A=(A1+A2+A3+A4+A5)/5
Następnie wylewamy wodę z pudelka-kuwety i osuszamy je. Po osuszeniu napełniamy
pudełko mierzonym roztworem do tego samego poziomu co poprzednio wodą. Powtarzamy
w podobny sposób pomiary.
A'=(A1'+A2'+A3'+A4'+A5')/5
Wartość aktywności radionuklidu Cs-137 w Bq/kg uzyskujemy z wzoru:
Am=K2*(A'-A)
K2 - współczynnik równy 20 (przy dolnym położeniu S3).
Chcąc uzyskać wynik w kiurach na kg, przemnażamy otrzymaną wartość przez
2,7*10-11
Am=K2*(A'-A)*2,7*10-11
Przykładowo:
Am=20*(406,8-223,2)=3672 [Bq/kg] * 2,7*10-11 = 9,9*10-8 [Ci/kg]
Oczywiście tak jak poprzednio współczynnik K2 będzie inny jeśli mierzonymi radionuklidami
będą inne izotopy niż Cs-137.
Jeżeli podczas pomiaru wartości osiągane są tak duże, że nie mogą być przedstawione na
wyświetlaczu (większe niż 9999), wówczas S3
przełączamy w górne położenie, a współczynnik K2 wyniesie 200.
Licznik RKSB-104 może tez pełnić rolę dozymetru pracującego w sposób ciągły i alarmujący o przekroczeniu pewnej ustalonej przez nas wartości. W tym celu zdejmujemy pokrywę-filtr 4 (Rys. 1.). Mikroprzełączniki ustawiamy zgodnie z położeniem pokazanym na Rys. 2. Celem ustawienia określonego progu, którego przekroczenie spowoduje alarm, ustawiamy przełącznik S3 i mikroprzełączniki zgodnie z Tabelą 1. Następnie pokrywę-filtr 4 ponownie umieszczamy na jej miejscu. Przełącznik S2 ustawiamy w dolnym położeniu i włączamy licznik. Po przekroczeniu ustawionego progu licznik zacznie wydawać nieprzerwany dźwiękowy sygnał.
W instrukcji licznika znajduje się informacja, że należy powiadomić Sanepid, jeśli zmierzona moc polowego równoważnika dawki źródła promieniowania gamma będzie wyższa niż 0,6 µSv/h (60 µR/h - mikrorentgenów na godzinę) oraz radioaktywność obiektów przekroczy 3,7*103 Bq/kg lub 1*10-7 Ci/kg.
Schemat ideowy licznika RKSB-104.
Adresy fabryki i sklepów sprzedających licznik RKSB-104 dostępne w internecie (prawdopodobnie najtaniej będzie zakupić licznik w sklepach Białoruskich).
Adres fabryki, serwisu i sklepów sprzedających licznik RKSB-104 jakie były podane w instrukcji licznika z 1992 r. (odnośnik prowadzi do postu na liście minerały).
Definicje pojęć i jednostki stosowane w radiometrii i dozymetrii
Andrzej Kasperowicz - mineraly.listowner+1@gmail.com
30-08-2003
