Дозиметр, который всегда с вами: как измерить радиацию при помощи смартфона

В своём решении что телефон измеряет радиацию специалисты опираются на два важных фактора. Первый, заключается в банальной статистике. Количество пользователей смартфонов неуклонно растет, и в самое ближайшее время в их число, вероятно, будет входить четверть населения земного шара. Столь же стремительно развивается рынок мобильных приложений, стремящихся с максимальной эффективностью использовать аппаратные возможности мобильных устройств.

Вторая причина считать, что телефон измеряет радиацию, кроется в заявлениях самих разработчиков. Они обратили внимание на особенность встроенных камер, позволяющую зафиксировать радиоактивное излучение.

Всё дело в CMOS-матрицах, используемых в камерах мобильных устройств. Оказалось очень кстати, что они чувствительны не только к видимому свету, но и к более коротким волнам — рентгеновскому и гамма-излучению. Таким образом, благодаря им телефон может измерить радиацию.

Правда и тут есть нюансы. Дело в том, что следы воздействия этих типов излучения, как правило, не слишком заметны для пользователя: сигнал, получаемый за типичное время выдержки мобильно фотографии (порядка 100 миллисекунд), чрезвычайно слаб и перекрывается сигналом от излучения в видимом диапазоне. На таком коротком промежутке телефон измерить радиацию не сможет.

Но это не означает что измерить радиацию вашим смартфоном совсем нельзя. От видимого излучения легко избавиться: просто закройте камеру смартфона черной изолентой, которая не является преградой для проникающего излучения, и матрица будет фиксировать попадание рентгеновских и гамма-фотонов. Теперь можно измерить Задача приложения — подсчитать число таких попаданий и перевести его величину дозы радиации.

Давайте разберёмся как специалисты заставили телефон измерить радиацию при помощи приложений-дозиметров. Исследователи из Австралийской организации по ядерной науке и технологиям (ANSTO) протестировали работу приложения Radioactivity Counter на платформе Android и iOS, которое разработано для определения поглощенной дозы излучения (мкГр/ч).

Для того, чтобы из смартфона получился хороший дозиметр, его отклик на различные дозы радиации должен быть линейным. Устройство должно быть хорошо откалибровано и его показания должны воспроизводиться при повторяющихся измерениях. Кроме того, результат не должен зависеть от ориентации смартфона относительно источника излучения. В противном случае, измерение радиации телефоном способно привести к ошибочным данным.

ANSTO располагает специализированной установкой для калибровки инструментов (Instrument Calibration Facility, ICF), в состав которой входит ряд цезиевых источников излучения и подвижная платформа. Каждый из этих источников обеспечивает интенсивность излучения в определенном диапазоне. Таким образом способность телефона измерить радиацию усиливается. Когда оператор вводит необходимую мощность дозы, система выбирает подходящий источник, рассчитывает расстояние от него, на котором мощность дозы будет именно такой, и сдвигает на это расстояние передвижную платформу с калибруемым прибором.

Смартфоны с закрытыми черной пленкой камерами измеряли дозы в диапазоне от 1 до 349 796 мкЗв/ч (для рентгеновского и гамма излучения зиверт и грей — эквивалентные единицы измерения, подробнее об измерениях дозы и мощности радиоактивного излучения читайте в статье «Лекарство от радиофобии»). Каждый из смартфонов подвергался воздействию излучения определенной интенсивности в течение одной минуты. Чтобы понять насколько точно телефон измеряет радиацию, подобная процедура повторялись пять раз, а затем интенсивность менялась для следующей пятерки замеров. В ходе замеров при одинаковой интенсивности излучения смартфон вращали вокруг собственной оси, чтобы выявить влияние ориентации на показания программного дозиметра.

Линейный отклик был достигнут при мощности свыше 20 мкГр/ч для смартфона Samsung и 30 мкГр/ч — Apple. Для сравнения, во время авиаперелета пассажир за час получает дозу радиации около 7 мкГр. Но не торопитесь делать выводы о том, что измерить радиацию телефоном компании Apple максимально точно не удастся. Худшие результаты, продемонстрированные iPhone, объясняются тем, что приложение использует для измерений фронтальную камеру, на которую может попадать свет от самого экрана iPhone, преломлённый стеклом, защищающим дисплей.

Интенсивность излучения, при которой смартфоны оказались способны точно рассчитать мощность дозы, обеспечивает годовую дозу радиации 0,2 Зв — это в 200 раз выше того предела, который Австралийское агентство радиационной защиты и ядерной безопасности (ARPANSA) считает приемлемым для человека. Фактически же 1 мЗв, допускаемый ARPANSA, это нижний предел годовой дозы радиации, получаемой жителями Земли, в среднем эта величина составляет 2,4 мЗв с разбросом от 1 до 10 мЗв. А следовательно в определённых районах нашей планеты, возможность измерить радиацию смартфоном совсем не лишняя.

Однако, чтобы получить годовую допустимую дозу радиации (по версии ARPANSA), нужно подвергаться излучению с интенсивностью 20 мкГр/ч примерно 50 часов, краткосрочное его воздействие не опасно. Приложение Radioactivity Counter, предварительно установленное на телефон, измеряет радиацию и позволяет пользователю вовремя убраться подальше от её источника, тем самым минимизируя возможные риски для здоровья. Матрицы камер смартфонов достаточно чувствительны, чтобы зафиксировать значительное с точки зрения радиационной безопасности излучение. При этом, как показали исследования, ориентация смартфона не играет роли при измерении поглощенной дозы радиации.