20111116

ऊर्जेचे अंतरंग-२१: प्रारण संवेदक उपकरणे

प्रारण संवेदक उपकरणे१ मुख्यतः दोन प्रकारची असतात. १. दर-मापक उपकरणे आणि २. व्यक्तिगत मात्रा-मापक उपकरणे.



दर-मापक उपकरणे, ज्या दराने प्रारण उपसर्ग होत असतो तो दर मोजतात. ह्यालाच सामान्यपणे प्रारण-तीव्रता म्हणतात. सर्वेक्षण मापक, गजर आणि स्थल-निगराणी-उपकरणे ह्या प्रकारात मोडतात. ही उपकरणे काळासोबत बदलती प्रारण-तीव्रता सादर करत असतात. जसे की राँजन/तास किंवा लघु-राँजन/तास. ह्या उपकरणांची तुलना चारचाकीच्या गतीमापका (स्पीडोमीटर) सोबत केली जाऊ शकते. कारण दोन्हीही प्रकारची उपकरणे कालसापेक्ष एककांत मापन करत असतात.

मात्रा-मापक-उपकरणे, मोजलेल्या काळात ग्रहण केलेला एकूण उपसर्ग मोजत असतात. म्हणूनच या उपकरणांना मात्रा-मापक म्हटले जाते. सामान्यतः औद्योगिक प्रारणालेखनात वापरली जाणारी मात्रा-मापके छोटीशी साधने असतात, ज्यांना व्यक्तीने ग्रहण केलेली मात्रा मापन करण्याकरता व्यक्तीनेच धारण करावी यासाठी अभिकल्पित केलेले असते. ह्या उपकरणांची तुलना चारचाकीच्या अंतरमापका (ऑडोमीटर) सोबत केली जाऊ शकते. कारण दोन्हीही प्रकारची उपकरणे राशी संकलित एककांत मापन करत असतात.

सर्वेक्षण मापक


प्रारण-आलेखक व्यक्तींकरता, प्रारणांचे अस्तित्व आणि त्यांची तीव्रता जाणून घेण्याकरता उपलब्ध साधनांपैकी सर्वात महत्त्वाचे साधन म्हणजे सर्वेक्षण मापक हे असते. घटनांचे पुनरीक्षण (रिव्ह्यू) आणि अति-संसर्गाचे अहवाल असे सुचवतात की या प्रकारच्या बहुतेक घटना तंत्रज्ञाकडे सर्वेक्षण मापक नसल्यमुळे अथवा त्याने ते न वापरल्यामुळे घडून आल्या आहेत.

सर्वेक्षण मापकाचे अनेक निरनिराळे नमुने, कामाच्या ठिकाणी प्रारण मापनार्थ उपलब्ध असतात. ते सारेच मूलतः एक संवेदक आणि एक वाचनदर्शक यांपासून बनलेले असतात. निरंतर आणि अंकित दर्शक उपलब्ध असतात. औद्योगिक प्रारण आलेखनार्थ वापरले जाणारे सर्वेक्षण मापक, वायुव्याप्त संवेदकाचा उपयोग करून घेत असतात.

वायुव्याप्त संवेदक गणक


पोकळ दंडगोल एका विद्युतदंडाचे कार्य करतो आणि अक्षावर ताणून बसवलेली, मध्यवर्ती, पातळ तार, दुसर्‍या विद्युतदंडाचे कार्य करते. या साधनास विभवांतर लावल्यावर, तार धन होते आणि पोकळ दंडगोल ऋण. गणक ज्यावेळी किरणोत्सारी पदार्थाच्या जवळ आणला जातो, त्यावेळी त्यातील वायू मुलकित होतो. विद्युतक्षेत्र, प्रत्येक मुलक-जोडीतील विजकास धनाग्राकडे सरकवते, तर धनभारित वायुच्या अणूंना ऋणाग्राकडे सरकवते. यामुळे प्रारणाशी संबंधित वियुतसंकेत वर्धित होऊन संख्येच्या स्वरूपात प्रदर्शित केला जातो.

मूलक-कक्ष गणक



तुलनेने कमी विभवांतर असल्यामुळे मूलक-कक्षात केवळ सुरूवातीच्या मूलकीकारक घटनांशी संबंधित संकेत गोळा होत असतात. त्यामुळे निष्पन्न होणारा संकेत क्षीण असतो. प्रखर प्रारणच उच्च ऊर्जा आणि सशक्त विभव निर्माण करू शकते. केवळ प्राथमिक मूलकच गोळा होत असल्याने, वास्तविक प्रारण-संसर्गातील ऊर्जा आणि तीव्रतेबाबतची माहिती मिळते. मात्र अशा मापकांचे विजकशास्त्र संकेतवर्धनाचे दृष्टीने संवेदनाक्षम असावे लागते. त्यामुळे अशी उपकरणे बर्‍यापैकी महाग आणि नाजूक असतात. प्रारण-ऊर्जेच्या मोठ्या पल्ल्यात, प्रारण-संसर्गाची अचूक मापने करावयाची असतात, तेव्हा हा खर्च आणि अशी निगा यांची गरज समर्थनीय ठरते. क्ष-किरण जनित्रांतून निर्माण होणार्‍या भेद-प्रारणां (ब्रेमस्ट्रॉहलंग) च्या मापनाकरता हे आवश्यक ठरू शकते. काही वेळा गॅमा किरणालेखन (रेडिओग्राफी) करत असता, वापरलेल्या किरणोत्सारी समस्थानिकाच्या निरपेक्ष, अचूक संसर्ग मापनार्थ मूलक-कक्ष सर्वेक्षण मापक वापरला जातो.

प्रमाणशीर गणक



प्रमाणशीर गणक संवेदक काहीसे जास्त विभवांतर वापरतात. सशक्त विद्युत क्षेत्रामुळे प्राथमिक मूलकीकरणात निर्माण झालेले विद्युतभार त्वरित होऊन, वायूत इतर विजक निर्माण करतात. दुय्यम मूलक-जोड्यांत निर्माण झालेले विजक, प्राथमिक विजकांसहित धन अग्राकडे सरकत असता, ऊर्जा मिळवत राहतात आणि आणखी जास्त मूलकीकरण घडवतात. परिणामतः प्राथमिक मूलकजोडीतील प्रत्येक विजक, मूलकजोड्यांची एक उतरंडच निर्माण करत असतात. ह्या प्रभावास वायू-गुणन किंवा वर्धन म्हटले जाते. ह्या विभव पल्ल्यात, दुय्यम परस्परक्रियांतून मुक्त झालेल्या कणांची संख्या ही पार होत असलेल्या मूलक कणांच्या संख्येच्या थेट प्रमाणात असतात. म्हणून अशा वायू-मुलकीकारक-संवेदकांस प्रमाणशीर गणक म्हणतात. मूलक-कक्ष संवेदकांप्रमाणेच, प्रमाणशीर संवेदकही निरनिराळ्या प्रकारच्या प्रारणांत भेद करतात. मात्र, त्यांना खूपच स्थिर विजकीय आधाराची गरज असते, जो महाग आणि कष्टसाध्य असतो. प्रमाणशीर संवेदक सामान्यपणे केवळ प्रयोगशालेय संचव्यवस्थेत (सेटिंग) च वापरले जातात.

गायगर-मुल्लर गणक

गायगर-मुल्लर गणक आणखीनच उच्च विभवावर म्हणजे ८०० ते १,२०० व्होल्ट विभवावर काम करतात. प्रमाणशीर गणकांप्रमाणेच उच्च विभव प्राथमिक मूलकीकरणांतील विजकांना त्वरित करून दुय्यम विजक निर्माण करवतात. मात्र मूलकजोड्यांची ही मोठ्या प्रमाणात घडून येणारी उतरंड, मूलकांनी गणक संपृक्त होईस्तोवर सुरूच राहते. हे सर्व क्षणांशात घडून येते आणि स्थिर-विभवाचा विद्युत-प्रवाह-फटका निर्माण होतो. गायगर-मुल्लर पल्ल्यात गोळा होणार्‍या मोठ्या संख्येतील दुय्यम मूलकांच्या ह्या ओघास वर्षाव म्हणून ओळखले जाते. ह्यामुळे मोठा विभव-फटका निर्माण होत असतो. दुसर्‍या शब्दांत विद्युतप्रवाह फटक्याचा आकार, त्या फटक्यास कारण असलेल्या प्राथमिक मूलकीकारक घटनेच्या निरपेक्ष असतो. १९०८ मध्ये ह्या गणकाचा शोध लावणार्‍या हॅन्स गायगर आणि पुढे १९२८ मध्ये त्यांच्याच सहयोगाने त्याचा विकास घडवून आणणार्‍या वॉल्टर मुल्लर यांचेच नाव, ह्या गणकास दिले गेलेले आहे.

गायगर-मुल्लर गणकांचे विद्युत-मंडल, फटक्यांच्या संख्येचे गणन करून त्यांची नोंद ठेवते. बहुधा ही माहिती गणित-संख्या/मिनिट अशा स्वरूपात दर्शवली जाते. जर उपकरणास ध्वनिक्षेपक असेल तर फटके श्राव्य संकेतही निर्माण करू शकतात. जेव्हा कक्षातील सर्व वायू संपूर्णतः मूलकित होतो तेव्हा, विद्युतफटक्याचे भारावतरण करेस्तोवर, आणखी मूलक गोळा होणे थांबते. ह्याकरता क्षणांशच लागत असतो, मात्र ही प्रक्रिया स्वतंत्र घटना संवेदण्याचा दर काहीसा मर्यादित करते. मूलक-कक्ष उपकरणांपेक्षा गायगर-मुल्लर गणक सामान्यपणे निम्नस्तरीय प्रारणांकरता जास्त संवेदनाक्षम असतात, कारण ते स्वतंत्र मूलकीकारक घटना दर्शवू शकतात. निष्पन्नांकन (कॅलिब्रेशन) करून, विविक्षित ऊर्जा-पल्ल्यात गणनदर संसर्गदराच्या स्वरूपात दर्शवणे शक्य असते. गॅमा किरण आलेखनाकरता वापरत असता प्रातिनिधिकपणे उपयोगात आणल्या जात असलेल्या ऊर्जेकरता ते निष्पन्नांकित केले जातात. बहुधा ०.६६२ दशलक्ष विजकव्होल्ट पातळीवरील Cs-१३७ गॅमा प्रारणे निष्पन्नांकन पुरवतात. गायगर-मुल्लर गणक मूलक-कक्षाचे अथवा प्रमाणशीर कक्षाचे मानाने खूपच जास्त विजक निर्माण करत असल्याने त्यांचेकरता इतर सर्वेक्षण मापकांच्याच दर्जाच्या विजकीय व्यवस्थापनाची गरज नसते. त्यामुळे मापक स्वस्त आणि बळकट असतात. निरनिराळ्या ऊर्जेच्या प्रकाशकणांसोबत निरनिराळ्या परिमाणात मूलकीकरण करण्याबाबतची असमर्थता आणि भारावतरण केल्याखेरीज पुन्हा तयार न होण्यामुळे निरंतर वापरास योग्य न राहणे ह्या गायगर-मुल्लर गणकाच्या दोन उणीवा आहेत.

वायू-व्याप्त-संवेदकांची तुलना

सोबतचा आलेख वायू-व्याप्त-संवेदकांतील, संकलित मूलकांबाबतचा, वाढत्या उपायोजित विभवासोबत बदलता संबंध दर्शवतो. मूलक-कक्ष-क्षेत्रात विभव तुलनेने कमी असते आणि केवळ प्राथमिक मूलके गोळा केली जातात. प्रमाणशीर-कक्ष-क्षेत्रात विभव काहीसे जास्त असते त्यामुळे प्राथमिक आणि त्यांच्या थेट प्रमाणातील दुय्यम मूलके गोळा होतात. गायगर-मुल्लर-क्षेत्रात धनाग्राभोवतीचा वायू पूर्णतः मूलकित झालेला असल्याने सर्वाधिक दुय्यम मूलके गोळा होतात. निरनिराळ्या प्रकारच्या प्रारणांत मूलक-कक्ष आणि प्रमाणशीर-कक्ष क्षेत्रांत जो भेद संभवतो तो इथे लक्षात घ्यावा. निरनिराळ्या ऊर्जा पातळ्यांतील प्रारणे संवेदकात निरनिराळ्या संख्येत प्राथमिक मूलके निर्माण करतात. मात्र गायगर-मुल्लर क्षेत्रात दर घटनेगणिक गोळा झालेल्या दुय्यम मूलकांची संख्या तीच राहते, मग मूळच्या प्रारणात किती ऊर्जा आहे ह्याच्याशी त्याचा संबंध नसतो. मोठ्या संकेत-फटक्याच्या बदल्यात, निरनिराळ्या ऊर्जेच्या प्रारणांचा अचूक संसर्ग मापण्याची क्षमता गायगर-मुल्लर गणक गमावून बसतो. सर्वेक्षण मापकांकरता आवश्यक असणार्‍या विजकीय व्यवस्था मोठ्या संकेत-फटक्यामुळे खूपच सोप्या होतात.

खिशावरील मात्रामापक



क्ष-किरण वा गॅमा किरणांच्या, धारणकर्त्या व्यक्तीस झालेल्या संसर्गाचे तत्काळ वाचन उपलब्ध व्हावे म्हणून खिशातील मात्रामापक वापरले जातात. नावच सुचवते त्यानुसार, ते सामान्यपणे खिशावरच लावून वापरले जातात. औद्योगिक किरणालेखनात सामान्यपणे वापरल्या जाणार्‍या खिशावरील मात्रामापकाचे दोन प्रकार असतात. थेट-वाचक-खिशावरील-मात्रामापक आणि अंकित-विजकीय- खिशावरील-मात्रामापक.

थेट-वाचक-खिशावरील-मात्रामापक हा सामान्यतः लेखणीच्याच आकार व आकारमानाचा असतो. त्यात एक सुमारे २ लघूलिटर आकारमानाचा छोटासा मूलक-कक्ष असतो. मूलक-कक्षातील मध्यवर्ती तार धनाग्र असते. याच तारेस धातुवेष्टित वालुकातंतू (क्वार्ट्झ फायबर) जोडलेला असतो. जेव्हा धनाग्र धन-विभवाने भारित होतो तेव्हा तो भार धनाग्र-तार आणि वालुकातंतू यांच्यात वितरित होतो. त्यांच्यातील विद्युतस्थैतिकी अपकर्षणामुळे वालुकातंतू प्रतिसारला जातो. जितके विभव जास्त तेवढाच प्रतिसारही जास्त. कक्षावरील प्रारणीय घटना, कक्षातील सक्रिय आकारमानात मूलकीकरण घडवते. त्यात निर्माण झालेले विजक मध्यवर्ती धनाग्राकडे आकर्षित होऊन त्यावर संकलित होतात. त्यामुळे त्यावरील निव्वळ धनभार कमी होतो आणि वालुकातंतूस पूर्वपदावर येणे शक्य करतो. एकूण हालचाल मूलकीकरणाच्या थेट प्रमाणात असते. प्रकाशाच्या स्त्रोताकडे उपकरणाचे तोंड फिरवून तंतूची जागा अंगभूत भिंगांनी निरीक्षित केली जाते. तंतू एका संसर्गाच्या एककांत चिन्हांकित केलेल्या अर्धपारदर्शक पट्टीवर पाहिला जातो. प्रातिनिधिक औद्योगिक किरणालेखन खिशावरील मात्रामापकात पूर्णपट्टी वाचन २०० लघु-राँजन असते, मात्र याहून जास्त परिमाण असलेली अभिकल्पनेही उपलब्ध आहेत. कामाची पाळी सुरू असता वारंवार मात्रामापक वाचनाची दखल घ्यायला हवी. तर प्रत्येक पाळीच्या अखेरीस मोजलेल्या संसर्गाची नोद ठेवायला हवी.

खिशावरील मात्रामापकाचा मुख्य लाभ हा, धारणकर्त्या व्यक्तीस तिला होत असलेल्या संसर्गाचे तत्काळ वाचन उपलब्ध करून देत असतो. खिशावरील मात्रामापक पुन्हपुन्हा वापरला जाऊ शकतो. मर्यादित पल्ला, कायमस्वरूपी नोंद करण्याची असमर्थता तसेच पडल्या वा उसळल्यामुळे वाचन नाहीसे होणे ह्या त्याच्या मुख्य उणीवा आहेत. प्रत्येक कामाच्या पाळीच्या सुरूवातीस मात्रामापक पुनर्भारित आणि नोंद करून घ्यावा लागतो. विद्युतभाराची गळती दर २४ तासात पूर्ण पल्ल्याच्या २% हून मोठी नसावी.

अंकित विजकीय मात्रामापक

हे मात्रामापक मात्रा आणि मात्रा-दर नोंदवतात. हे मात्रामापक बहुधा गायगर-मुल्लर गणक वापरतात. प्रारण संवेदकाचे निष्पादन संकलित केले जाते, जेव्हा पूर्वनिर्धारित संसर्ग-पातळी गाठली जाताच एक विजकीय गणक सुरू होतो. मग गणक एकूण संकलित संसर्ग आणि मात्रा-दर अंकित संकेतांच्या स्वरूपात दर्शवतो. काही अंकित विजकीय मात्रामापक श्राव्य गजराचा समावेश करतात. प्रत्येक वाढत्या संसर्गासोबत ते नाद करतात. काही नमुने, पूर्वनिर्धारित संसर्ग-पातळी गाठली जाताच निरंतर नाद करण्याकरता सुसज्ज केले जाऊ शकतात. ह्या स्वरूपामुळे, थेट-वाचक-खिशावरील-मात्रामापकासोबत होणार्‍या वाचन-चुका किमान राखल्या जातात. ज्यामुळे पुन्हा सुसज्ज करण्या-अगोदर उच्च सर्वाधिक वाचन करणे शक्य होते.

श्राव्य-गजर-दर-मापक आणि अंकित विजकीय मात्रामापक



पूर्वनिर्धारित संसर्ग-पातळी गाठली जाताच एक स्वल्प ’बीप’ किंवा ’चिर्प’ प्रसारित करणारी ही साधने असतात. गॅमा उत्सर्जकांसोबत काम करत असलेल्या व्यक्तींनी ही विजकीय साधने धारण करावित. त्यांच्यामुळे, पूर्वनिर्धारित संसर्ग-पातळीहून प्रारणमात्रा जास्त झाल्याची सूचना किरणालेखकास मिळून, औद्योगिक किरणालेखनातील अपघाती संसर्गाची संभावना घटते . प्रातिनिधिक दर-मापक ४५०-५०० लघु-राँजन/तास यादरम्यान वाजू लागतात. इथे ह्याची नोंद घेणे महत्त्वाचे आहे की, श्राव्य-गजर-दर-मापक, सर्वेक्षण मापकांसारखे असावेत असा उद्देश नसतो व त्यांचे ऐवजीही ते वापरले जाऊ नयेत.

उष्णता-प्रस्फुरक-मात्रामापक (उप्रमा, Thermo-luminescent-dosimeters-TLDs)

अनेकदा फित-पट्टी ऐवजी उष्णता-प्रस्फुरक-मात्रामापक वापरले जातात. फित-पट्टी प्रमाणेच ते (बहुधा तीन महिन्यांच्या अथवा त्याहून कमी) काळाकरता धारण केले जातात. नंतर मग त्यांनी किरणोत्साराची काही मात्रा गोळा केली असल्यास, किती ते निर्धारित करण्याकरता त्यांवर प्रक्रिया करावी लागते. उष्णता-प्रस्फुरक-मात्रामापक अगदी १ लघुरेम इतकी कमी मात्राही मोजू शकतो. पण नियमित परिस्थितींमध्ये त्यांची निम्न-मात्रा-मापन-क्षमता ही फित-पट्टी इतकीच असते. उष्णता-प्रस्फुरक-मात्रामापकाचा नेमकेपणा निम्न-मात्रेकरता सुमारे १५% इतका असतो. तर उच्च-मात्रांकरता तो ३% इतका सुधारतो. इतर व्यक्तिगत-देखरेख-उपकरणांपेक्षा यांचा फायदा हा असतो की त्यांचा मात्रा-प्रतिसाद रेषीय असतो, तुलनेने ऊर्जा-निरपेक्ष असतो आणि ते निम्न-मात्रांकरता संवेदनाक्षम असतात. फित-पट्टीशी तुलना करता ते पुनर्वापरक्षमही असतात. मात्र कायमस्वरूपी नोंद होत नाही किंवा पुनर्वाचन शक्य नसते आणि त्वरित, काम करत असता वाचनही शक्य नसते.

उप्रमा हा लिथियम फ्लुओराईड सारखा घन-स्फटिक-संरचनेतला एक प्रस्फुरक (फॉस्फर) असतो. कक्षीय तापमानावर, मूलकीकारक प्रारणांच्या संसर्गात आल्यास, प्रारण; प्रस्फुरक स्फटिकाशी परस्पर-अभिक्रिया करते आणि आपाती (इन्सिडंट) ऊर्जेपैकी आंशिक किंवा सर्वच ऊर्जा पदार्थात जमा करते. पदार्थातील ऊर्जा शोषणारे काही अणू मूलकात रूपांतरित होतात, ज्यामुळे मुक्त विजक निर्माण होतात, तर एक वा अनेक विजक-विरहित जागा (उणीवा, ज्यांना इंग्रजीत ’होल्स’ म्हणतात) निर्माण होतात. स्फटिकाच्या संरचनेतील अपरिपूर्णतांपाशी मुक्त विजक पकडले जाऊन जागीच खिळवले जातात.

स्फटिक तापवल्यास स्फटिकाची मांडणी थरथरू लागते व पकडलेले विजक मुक्त होतात. ते मुक्त झालेले विजक मूळ जमिनी अवस्थेत परततांना मूलकीकरणात मिळवलेली ऊर्जा उत्सर्जित करतात. यावरूनच उष्णता-प्रस्फुरक हे नाव या पद्धतीस प्राप्त झाले आहे. उत्सर्जित प्रकाश, प्रकाश-गुणक-नलिकेद्वारा मोजला जातो. गणलेल्या प्रकाश कणांची संख्या, प्रस्फुरकावर आदळणार्‍या प्रारणाच्या परिमाणाच्या थेट प्रमाणात असते. फितीची प्रकाशकीय (ऑप्टिकल) घनता (काळेपणा) वाचण्या ऐवजी, स्वतंत्र उष्णता-प्रस्फुरक पदार्थास तापवले असता उत्सर्जित प्रकाश मोजला जातो. अशाप्रकारे निर्मित “उजाळा-रेषे (ग्लो-कर्व्ह)” चा संबंध मग प्रारण-संसर्गाशी जोडला जातो. ही प्रक्रिया अनेकवार पुनरावृत्त करता येते.

१ http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/RadiationSafety/cc_rad-safety_index.htm

नरेंद्र गोळे, narendra.v.gole@gmail.com
.


No comments: