Як виміряти радіацію за допомогою смартфона

Телефон вимірює радіацію і це не фантастичний винахід з голлівудського блокбастера, а реальність. Вже протестовані мобільні додатки для смартфонів Apple і Samsung, що перетворюють їх на кишенькові дозиметри. Наскільки точні їхні дані?

Для того щоб виміряти радіацію смартфоном знадобитися спеціальний додаток.

Чому вчені вирішили, що телефон вимірює радіацію

Це не зовсім коректне формулювання, адже вимірює радіацію не телефон, а завантажений у нього додаток-дозиметр, хоча без можливості самим пристроєм вловити радіоактивне випромінювання навколо себе вони були б марні.

У своєму рішенні що телефон вимірює радіацію фахівці спираються на два важливих фактори. Перший, полягає в банальній статистиці. Кількість користувачів смартфонів неухильно зростає, і найближчим часом в їх число, ймовірно, буде входити чверть населення земної кулі. Настільки ж стрімко розвивається ринок мобільних додатків, які прагнуть з максимальною ефективністю використовувати апаратні можливості мобільних пристроїв.

Друга причина вважати, що телефон вимірює радіацію, криється в заявах самих розробників. Вони звернули увагу на особливість вбудованих камер, що дозволяє зафіксувати радіоактивне випромінювання.

Як таким чином телефон може виміряти радіацію

Один з варіантів програми-дозиметра радіації, завдяки якому фахівці можуть заміряти рівень випромінювання.

Вся справа в CMOS-матрицах, що використовуються в камерах мобільних пристроїв. Виявилося, що вони чутливі не тільки до видимого світла, а й до коротших хвиль - рентгенівського і гамма-випромінювання. Таким чином, завдяки їм телефон може виміряти радіацію.

Правда і тут є нюанси. Справа в тому, що сліди впливу цих типів випромінювання, як правило, не дуже помітні для користувача: сигнал, одержуваний за типовий час витримки мобільно фотографії (близько 100 мілісекунд), надзвичайно слабкий і перекривається сигналом від випромінювання у видимому діапазоні. На такому короткому проміжку телефон виміряти радіацію не зможе.

Але це не означає що виміряти радіацію вашим смартфоном зовсім не можна. Від видимого випромінювання легко позбутися: просто закрийте камеру смартфона чорною ізолентою, яка не є перешкодою для проникаючого випромінювання, і матриця буде фіксувати попадання рентгенівських і гамма-фотонів. Тепер можна виміряти Завдання програми - підрахувати кількість таких попадань і перевести його величину дози радіації.

Наскільки точною буде робота програми-дозиметра радіації

На популярних телефонах вимірювання радіації, після переведення значень фахівцями на графік, виглядає таким чином. Число попадань рентгенівських і гамма-фотонів на CMOS-матрицю в хвилину, зафіксоване смартфонами при різній потужності дози випромінювання. Лінійна залежність свідчить про те, що на підставі цих даних може бути визначена доза випромінювання. А значить телефон здатний виміряти радіацію більш точно.

Давайте розберемося як фахівці змусили телефон виміряти радіацію за допомогою додатків-дозиметрів. Дослідники з Австралійської організації з ядерної науки і технологій (ANSTO) протестували роботу додатка Radioactivity Counter на платформі Android і iOS, який розроблено для визначення поглиненої дози випромінювання (мкГр/год).

Для того, щоб зі смартфона вийшов хороший дозиметр, його відгук на різні дози радіації повинен бути лінійним. Пристрій повинен бути добре відкалібрований і його показання повинні відтворюватися при повторюваних вимірюваннях. Крім того, результат не повинен залежати від орієнтації смартфона щодо джерела випромінювання. В іншому випадку, вимірювання радіації телефоном здатне призвести до помилкових даних.

Телефон вимірює радіацію за допомогою вбудованих фотокамер. На даному графіку показана залежність числа попадань рентгенівських і гамма-фотонів на CMOS-матрицю в хвилину, зафіксованих смартфоном Apple iPhone 4S, від його орієнтації.

ANSTO має спеціалізоване встановлення для калібрування інструментів (Instrument Calibration Facility, ICF), до складу якого входить низка цезієвих джерел випромінювання і рухома платформа. Кожне з цих джерел забезпечує інтенсивність випромінювання в певному діапазоні. Таким чином здатність телефону виміряти радіацію посилюється. Коли оператор вводить необхідну потужність дози, система вибирає відповідне джерело, розраховує відстань від нього, на якому потужність дози буде саме такою, і зрушує на цю відстань пересувну платформу з каліброваним приладом.

Смартфони із закритими чорною плівкою камерами вимірювали дози в діапазоні від 1 до 349 796 мкЗв/год (для рентгенівського і гамма випромінювання зіверт і грей - еквівалентні одиниці виміру, детальніше про вимірювання дози і потужності радіоактивного випромінювання читайте в статті «Ліки від радіофобії»). Кожен зі смартфонів піддавався впливу випромінювання певної інтенсивності протягом однієї хвилини. Щоб зрозуміти наскільки точно телефон вимірює радіацію, подібна процедура повторювалися п'ять разів, а потім інтенсивність змінювалася для наступної п'ятірки замірів. В ході замірів при однаковій інтенсивності випромінювання смартфон обертали навколо власної осі, щоб виявити вплив орієнтації на показання програмного дозиметра.