Как измерить уровень радиации с помощью смартфона. Три способа
Пожар в Чернобыльской зоне тушили 10 дней. Огонь подходил к хранилищам с высокоактивными ядерными отходами. К счастью, в этот раз всё обошлось. Но следите за новостями.
Стоит ли паниковать и как в любой момент узнать уровень радиации вокруг?
Что такое радиация
Краткий ликбез для тех, кто забыл уроки физики. Очень обобщенно.
Радиоактивность — способность некоторых химических элементов к распаду. Нестабильные ядра распадаются на элементарные частицы и ядерные фрагменты:
■ Альфа-частицы — ядра гелия, положительно заряженные частицы. Каждое ядро — это два протона + два нейтрона.
■ Бета-частицы — электроны (заряд отрицательный) и позиторны (заряд положительный).
■ Гамма-частицы — поток гамма-квантов (фотонов с высокой энергией). Это электромагнитное излучение с очень малой длиной волны и огромной проникающей способностью.
■ Нейтроны — нейтральные частицы, которые обычно появляются рядом с работающим атомным реактором.
■ Протоны, мюоны, кластеры и т.д.
Суть ионизирующего излучения — в способности ионизировать вещества, создавать внутри них новые заряженные частицы. Ионизирующее излучение часто называют радиацией, но это обобщение. Например, видимый свет и ультрафиолет — тоже радиация, но эти лучи не ионизируют.
Излучение существует ровно до того момента, как его поглотит вещество. И если тяжелые альфа-частицы тормозит даже воздух и задерживает бумага, а от бета-излучения защищает специальная одежда или слой пластика, то с гамма-излучением это не работает. Частицы остановит только толстый слой свинца, почвы, бетона и т.д.
Радиоактивные частицы могут попасть в организм разными путями: например, с грязью, питьевой водой, продуктами или воздухом, который мы вдыхаем, проникают через кожу. Ветер способен переносить радиоактивные частицы на сотни километров.
Для понимания: от Чернобыля до границы Украины с Беларусью — 11 км. До границы с РФ — 150 км.
Ионизирующее излучение повреждает живые клетки. Результат облучения — злокачественные опухоли, нарушение обмена веществ, лучевая болезнь, ожоги, катаракта, бесплодие и ещё сотни диагнозов. Особенно опасно гамма-излучение — от него очень сложно защититься.
Что такое нормальный радиационный фон
В разных районах планеты уровень радиации может отличаться. Например, в Кито, Боготе, Лхасе и других высокогорных областях уровень космического излучения в 5 раз выше, чем на уровне моря.
В индийском штате Керала и в бразильском Гуарапари уровень радиации повышен из-за минералов, которые содержат фосфаты с примесью радиоактивных изотопов урана и тория. А в Ромсере (Иран) есть участок выхода грунтовых вод с высоким уровнем радия. Но на здоровье населения это особо не повлияло.
Радиационный фон непрерывно меняется. В РФ принято ориентироваться на стандарт НРБ-99/2009. СанПиН 2.6.1.2523–09 «Нормы радиационной безопасности. Санитарные правила и нормативы».
Для населения нормой считается 1 мЗв/год (10–3 Зв/год) в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв/год.
В зивертах (Зв) них измеряют эквивалентную и эффективную дозы излучения. Это количество энергии, которую поглотила биологическая ткань. Эквивалентная доза зависит от реакции ткани на облучение, эффективная — сумма всех эквивалентных доз с учетом коэффициентов для разных тканей.
В рентгенах (Р) измеряют экспозиционную дозу. Это показатель воздействия источника излучения на сухой воздух. Для оценки биологического действия излучения принято считать, что 100 Р = 1 Зв.
На расстоянии от источника радиационный фон сильно падает. Если в метре можно обнаружить 1000 мкР/ч, то в пяти метрах — уже 40 мкР/ч, что практически не опасно.
В идеале радиационный фон измеряют дозиметром или радиометром. Дозиметр определяет дозу, которую человек или объект получил после контакта с радиоактивным предметом или пребывания в зараженной местности. Радиометр измеряет радиационный фон.
Внутри обоих устройств обычно устанавливают один или несколько газорязрядных датчиков (счетчиков Гейгера-Мюллера). Они подсчитывают число попавших на них ионизирующих частиц.
Как измерить уровень излучения с помощью камеры смартфона
CMOS-матрицы в камерах смартфонов чувствительны не только к видимому свету. Они воспринимают и более короткие волны — рентгеновское и гамма-излучение.
За время выдержки для среднего фото (до 100 мс) следов воздействия такого излучения матрица не зафиксирует. К тому же его перекроет излучение в видимом диапазоне.
Но выход есть! Заклейте камеру черной изолентой. Она защитит от видимого излучения, но позволит рентгеновским и гамма-фотонам попадать на матрицу. После этого приложению останется только подсчитать количество фотонов и преобразовать это значение в понятные единицы измерения.
Насколько точно это работает? В 2014 году специалисты Австралийской организации по ядерной науке и технологиям (ANSTO) протестировали приложение Radioactivity Counter на Samsung Galaxy S2 и Apple iPhone 4S. Они определяли поглощенную предметами дозу излучения в мкГр/ч (для гамма-излучения единицы Гр (грей) и Зв эквивалентны).
Точный дозиметр должен показать линейный отклик на разные дозы радиации. Результаты не должны зависеть от ориентации смартфона в пространстве.
В целом смартфоны хорошо справились с задачей. Samsung показал линейный отклик при мощности излучения от 20 микрогрей в час (мкГр/ч, 10–6 Гр/ч), iPhone — от 30 мкГр/ч (в смартфоне Apple использовали фронтальную камеру, на которую мог попадать свет от экрана). От ориентации устройства показатели не зависели.
Мощность измеренной дозы обеспечивает годовую дозу радиации около 0,18–0,26 Зв (для гамма-излучения 1 Зв эквивалентен 1 Гр). Это в 180–260 раз больше безопасной по российским стандартам нормы.
Дозу в 1 мЗв можно получить, если подвергаться излучению с интенсивностью 20 мкГр/ч в течение 50 часов (более 2 суток).
Если смартфон обнаружил такое или более высокие значения, вы достаточно быстро и без последствий сможете убраться подальше от источника излучения.
Приложение Radioactivity Counter платное, но дозиметры, как правило, дороже. Версия для iOS, для Android.
На измерение стоит потратить не менее 10 минут. А лучше — целый час, так результат будет точнее.
Исследований на тему CMOS-матриц и фиксации излучения много: вот еще один пример. А здесь есть сравнение чувствительности CMOS-матриц смартфонов к излучению и тесты в разных приложениях: GammaPix, Radioactivity-Meter, RadSensor и уже упомянутом Radioactivity Counter.
Есть ли смартфоны со встроенными дозиметрами
Японская компания Sharp после аварии на АЭС «Фукусима-1» выпустила смартфон Sharp Pantone 5 с датчиком радиационного фона. В него встроен детектор, уменьшенный до размеров SIM-карты.
Чтобы воспользоваться дозиметром, нужно нажать на большую кнопку в нижней части передней панели. Результаты измерений в мЗв/ч появятся на экране через 10 секунд. Данные измерений можно сохранять с привязкой к GPS, чтобы делиться ими с другими пользователями и учеными.
Какие ещё способы существуют
В российских магазинах и на Aliexpress можно заказать портативные дозиметры и радиометры, которые подключаются к 3,5 мм разъему, Lightning- или microUSB-порту. Внутри них — счетчики Гейгера разной степени точности.
Не перепутайте только дозиметры радиации с датчиками электромагнитного излучения — в поиске Aliexpress приборы показываются вместе.
Есть, к слову, и российские разработки — ДО-РА от ОАО «Интерсофт Евразия», к примеру. Подключается к 3,5 мм разъему, измеряет уровень радиации каждые 4 с в течение минуты. Стоит 5,5 тыс. рублей.
Результаты измерений таких гаджетов выводятся либо на встроенный экран, либо передаются в приложение на смартфоне. Некоторые устройства комбинируют данные с датчиков с GPS-координатами и рисуют карту радиационного загрязнения прямо в приложении.
Точность измерений такими датчиками должна быть выше, чем непосредственно камерой смартфона. Хотя, конечно, всё зависит от конструкции устройства и добросовестности производителя.
Где посмотреть уровни радиации на карте
Для РФ:
■ Карта «Народного монитора» (можно оставить только датчики радиации в меню «Вид» в левом верхнем углу)
■ ФГУП «Радон» — уровни радиации для Москвы и части МО
■ Карта Гейгера — совместный проект производителя датчиков СОЭКС с Информационным центром атомной отрасли «Росатома»
■ Радиационная обстановка на предприятиях «Росатома» (нужен Flash Player)
■ Официальная карта ЕГАС мониторинга радиационной обстановки РФ
Мировые данные:
■ Карта Группы по мониторингу радиоактивности окружающей среды (The Radioactivity Environmental Monitoring) — служба Объединенного исследовательского центра Европейской комиссии
■ Данные Radiation Network — карты обновляются регулярно, информация поступает от частных лиц по всему миру
■ Радиационная карта США от EPA Radnet Gross Data (сервис Агентства по охране окружающей среды)
■ Сервис Radmon.org, который поддерживают энтузиасты из разных стран
А здесь — список зараженных радиацией объектов на территории бывшего СССР. Не подходите близко!
