Obserwacja naturalnego promieniowania tła

Kilkanaście lat ciągłych pomiarów wykonanych prostym miernikiem Geigera-Müllera pozwoliło zaobserwować niewielkie, lecz wyraźne zmiany naturalnego promieniowania tła. Ich najbardziej prawdopodobną przyczyną okazały się zmiany stężenia radonu.

Naturalne promieniowanie tła

W życiu nieustannie towarzyszą nam różne rodzaje promieniowania. Zdajemy sobie sprawę, że wokół nas występuje wiele jego źródeł, większość z nas słyszała np. o promieniowaniu cieplnym, radiowym, laserowym czy ultrafioletowym. Wiemy również, że nadmierna ekspozycja na każde z nich może być szkodliwa dla organizmu. Mimo to największy niepokój zwykle wzbudza promieniowanie jonizujące.

Oznaczane jest ono greckimi literami α, β i γ, a nam najczęściej kojarzy się z bronią jądrową lub awariami elektrowni atomowych. Nie wszyscy jednak zdają sobie sprawę, że promieniowanie jonizujące towarzyszy nam nieustannie. Jest ono naturalnym elementem naszego otoczenia, ponieważ jego źródłem są zarówno występujące w przyrodzie radioizotopy wielu pierwiastków, jak i promieniowanie kosmiczne docierające do Ziemi z przestrzeni kosmicznej. Ten wszechobecny poziom określamy mianem naturalnego promieniowania jonizującego tła.

Mierniki promieniowania

Wielu elektroników konstruuje różnego rodzaju przyrządy pomiarowe służące do obserwacji otaczającego nas środowiska. Termometry, higrometry czy barometry umożliwiają śledzenie zmian zachodzących w przyrodzie. Równie interesującym, a przy tym nieco mniej typowym projektem, jest budowa miernika promieniowania jonizującego.

Wbrew pozorom wykonanie takiego urządzenia nie jest szczególnie trudne, ponieważ bez większego problemu można kupić jego najważniejszy element: licznik Geigera-Müllera. Konstrukcja tego czujnika została opracowana jeszcze w latach międzywojennych. Z elektronicznego punktu widzenia licznik Geigera-Müllera jest lampą wypełnioną gazem, której elektrody spolaryzowane są napięciem rzędu kilkuset woltów. Gdy do jej wnętrza przedostanie się cząstka promieniowania, powoduje jonizację znajdującego się tam gazu. Powstałe elektrony i jony są następnie przyspieszane w polu elektrycznym, wywołując kolejne zderzenia i jonizację następnych atomów. W efekcie dochodzi do lawinowego wyładowania elektrycznego, które na wyprowadzeniach detektora pojawia się jako krótki impuls. Każdy taki impuls odpowiada zarejestrowaniu pojedynczego zdarzenia promieniotwórczego.

Budowa mojego miernika

Amatorzy w swoich konstrukcjach często wykorzystują czujniki wyprodukowane jeszcze w czasach Związku Radzieckiego. Również i ja, kilkanaście lat temu użyłem elementu, na którego obudowie widnieje napis „Сделано в СССР”.

Wykonany przeze mnie miernik bazuje na tubie „СТС-5”, której nazwa w polskich publikacjach, po transkrypcji z cyrylicy, zapisywana jest jako STS-5. Nadzór nad pracą urządzenia sprawuje popularny mikrokontroler ATmega8. Odpowiada on zarówno za sterowanie przetwornicą wytwarzającą napięcie 400 V, jak i za zliczanie impulsów rejestrowanych przez czujnik. Każdy zarejestrowany impuls powoduje krótkotrwałe włączenie głośniczka piezoelektrycznego, emitującego charakterystyczne dla dozymetrów „tyrkotanie”, a jednocześnie zwiększa wartość wewnętrznego licznika impulsów. Co minutę dane są odczytywane za pośrednictwem magistrali RS-485 przez miniaturowy komputer Raspberry Pi, odpowiedzialny za ich gromadzenie i prezentację.

Wygląd mojego miernika ukazuje fotografia 1. Widoczna naklejka zabezpieczająca głośnik powinna zostać usunięta, jednak tu pozostała ona celowo, w celu zmniejszenia głośności sygnalizacji.

Wyniki pomiarów zapisywane są w jednostce CPM (ang. counts per minute), oznaczającej liczbę impulsów zarejestrowanych przez licznik Geigera-Müllera w ciągu jednej minuty. Należy jednak pamiętać, że CPM nie jest jednostką dawki promieniowania, lecz jedynie informacją o liczbie zarejestrowanych cząstek.

Dla zastosowanego w opisywanym mierniku czujnika STS-5 wartość 20 CPM odpowiada w przybliżeniu mocy dawki 0,11 µSv/h, czyli poziomowi typowemu dla naturalnego promieniowania tła w wielu rejonach Polski. Nie jest to jednak przeliczenie dokładne, gdyż zależy ono od rodzaju promieniowania (α , β lub γ), jego energii, napięcia pracy tuby oraz sposobu kalibracji miernika. Dlatego jednostka CPM jest bardziej uniwersalna, niż przeliczanie jej na µSv/h. Warto również pamiętać, że czujnik STS-5 praktycznie nie rejestruje promieniowania α. Ma ono bardzo małą zdolność przenikania i jest zatrzymywane nawet przez zwykłą kartkę papieru, dlatego nie jest w stanie przedostać się przez metalową obudowę czujnika.

Pomiar promieniowania tła

Licznik Geigera-Müllera wykorzystuje się przede wszystkim do monitorowania miejsc oraz obiektów o potencjalnie podwyższonym poziomie promieniowania. Urządzenie zamontowane na stałe w warunkach domowych powinno rejestrować stałe tło. Zmiana odczytów, przy założeniu braku obecności w sąsiedztwie radioaktywnych przedmiotów, mogłaby świadczyć o pojawieniu się dodatkowego źródła promieniowania.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w październikowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 10/2026). Pełną wersję czasopisma znajdziesz pod tym linkiem. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 10/2026 znajduje się tutaj.

 Marian Gabrowski
marian kropka gabrowski @ gmail kropka com

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.