Счетчик гейгера для iphone

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 позитроны (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) 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!

Источник

Делаем приставку — счётчик Гейгера к iPhone за 2 часа

UPD: Кто уже читал пост — пожалуйста зайдите и поучаствуйте в опросе. Спасибо большое!

Примерно полтора года назад на нескольких сетевых ресурсах, в том числе и на хабре, начали пиарить проект «До-ра» — приставку к iPhone, позволяющую измерять радиационный фон и делать много всего вкусного на основании получаемой со счётчика Гейгера информации. Статьи в новостях проекта упоминают несколько многомиллионных грантов, выделенных на разработку приборчика фондом «Сколково». Шли месяцы, «До-ра» всё никак не получалась, покупатели ждали, конкуренты не дремали. Так ли сложна «До-ра» как её малюют и как собрать за пару часов из подручных деталей в десять раз более чувствительный аналог я расскажу тем кто нажмёт на

Итак, приступим. Совсем недавно я узнал о прекрасной (и к тому же бесплатной!) программе GeigerBot, обрабатывающей поступающие на микрофонный вход iPhone или iPad импульсы с детекторов ионизирующего излучения и имеющей приятную особенность: при определённой комбинации настроек через выход наушников воспроизводится синусоидальный сигнал частотой 20 кГц. Комбинация настроек, необходимая для этого, такова: в ClickifyLab все регуляторы должны быть в максимуме, Echo Filter включен, а сама функция щелчков Clickify — выключена. Проделав соответствующие настройки я убедился с помощью 3.5-миллиметрового штекера и осциллографа в том что сигнал действительно появляется и его размах от пика до пика при максимальной громкости составляет примерно 1.3 вольта. В этот момент не осталось никаких сомнений в том через час этот сигнал будет использован после небольшой трансформации для питания счётчика Гейгера, импульсы с которого будут направлены на микрофонный вход.
Счётчик был взят популярный — СБМ-20. Для его питания нужно 400 вольт постоянного тока, получить их можно стандартым способом с помощью трансформатора имеющего высокий коэффициент трансформации и выпрямителя. Очень высокий коэффициент трансформации у трансформаторов, питающих люминесцентные лампы с холодным катодом в подсветках мониторов. Мне подвернулась плата подсветки от уже-не-помню-чего, содержащая трансформатор SGE2687-1 (подойдёт любой аналогичный, их сотни типов) с коэффициентом трансформации около 150. Немного маловато, но другого у меня не было и недостаток напряжения был восполнен диодными удвоителями. Берём макетку и начинаем собирать схему.

Схема получилась очень простой: трансформатор, два удвоителя напряжения, варистор на 390 вольт в качестве стабилитрона и транзистор для увеличения длительности приходящих со счётчика Гейгера импульсов до удобоваримых для звукового АЦП iPhone значений. При исправных деталях и правильном монтаже она начнёт работать сразу, номиналы большинства деталей можно изменять в очень широких пределах без ущерба работоспособности всей схемы. Вставляем разъём в iPhone и запускаем приложение GeigerBot. Аккуратно высокоомным (не менее 100 МОм) вольтметром или тестером с добавочным сопротивлением контролируем напряжение на варисторе, оно должно быть около 400 вольт. Убеждаемся что в настройках GeigerBot выбран тип счётчика СБМ-20 и наблюдаем за количеством регистрируемых импульсов. При естественном радиационном фоне (0.1-0.15 мкЗв\ч) импульсы будут следовать со средней скоростью 20-30 в минуту. При большой длине кабеля от разъёма до схемы возможно взаимное влияние относительно мощного выходного сигнала частотой 20 кГц на микрофонный вход, проявляться это может в виде огромной скорости регистрации импульсов — несколько тысяч в секунду. Для ослабления этого влияния используется два раздельных земляных провода — для питающей и сигнальных цепей. В случае таких проблем в настройках GeigerBot надо увеличить порог срабатывания по амплитуде импульсов (Settings — Geiger Counter — Custom GM tube — I/O Settings — Volume threshold поставить 10000 или около того).
Вот небольшое видео, показывающее работу устройства.

На двадцать пятой секунде показана реакция счётчика на солонку, изготовленную в США в сороковых годах прошлого столетия и покрытую урановой глазурью, на тридцать пятой — форма импульсов на микрофонном входе iPhone.
Вот и всё, то есть почти всё. Чтобы придать нашему детектору-приставке законченный вид возьмём небольшой отрезок подходящей трубки, засунем туда всё что мы напаяли, не забыв заизолировать части схемы друг от друга и загерметизируем по торцам термоклеем. Вот теперь всё, можно ехать в Припять: предупреждён — значит вооружён.

Спасибо за внимание. Всем удачи в техническом творчестве и хорошей экологической обстановки!

Источник