Как измерить уровень радиации с помощью смартфона. три способа

Единицы измерения

Часто можно встретить «радиационный фон в норме составляет 0,5 микрозиверт/час», «норма – до 50 микрорентген в час». Почему единицы измерения разные и как они соотносятся друг с другом. Значение часто может совпадать, например, 1 Зиверт = 1 Грей. Но у многих единиц разное смысловое наполнение.

Всего существует 5 главных единиц:

1. Рентен – единица является внесистемной. 1 Р = 1 БЭР, 1 Р примерно равен 0,0098 Зв.
2. БЭР – это устаревшая мера измерения того же самого, доза, воздействующая на живые организмы как рентгеновские или гамма-лучи мощностью 1 Р. 1 БЭР = 0,01 Зв.
3. Грей – поглощенная. 1 Грей соответствует 1 Джоулю энергии излучения на массу 1 кг. 1 Гр = 100 Рад = 1 Дж/кг.
4. Рад – внесистемная единица. Также показывает дозу поглощенной радиации на 1 кг. 1 рад – это 0,01 Дж на 1 кг (1 рад = 0,01 Гр).
5. Зиверт – эквивалентная. 1 Зв, составляющий 1Гр равен 1 Дж/1 кг или 100 БЭР.

Для примера: 10 мЗв (миллизивертов) = 0,01 Зв = 0,01 Гр = 1 Рад = 1 БЭР = 1 Р.

Виды радиационного излучения

Радиация может быть нескольких различных видов, каждый из которых характеризуется собственными поражающими факторами. Радиационный фон, который присутствует на Земле, подразделяется на естественный (имеющий природное происхождение) и искусственный (имеющий техногенное происхождение). Так, любой человек постоянно находится в поле того или иного источника радиации.

Реакция ядерного распада широко применяется для получения энергии. На её основе построены все АЭС. Ядерное топливо обладает поразительной эффективностью и энергоёмкостью. Так, чтобы нагреть 100 тонн воды, потребуется радиоактивный изотоп массой всего лишь 1 г.

Радиационные волны подразделяются на:

• альфа-волны;
• бета-волны;
• гамма-волны;
• нейтронное излучение.

Альфа-излучение возникает при ядерном распаде тяжёлых химических элементов, среди которых уран, радий, торий и прочие. Их зона поражения ограничена небольшим расстоянием, считаемым от места возникновения: в воздухе — примерно 8−10 см, в биологических средах — всего лишь 0,01−0,05 мм.

Альфа-волны не могут проникнуть даже сквозь лист обыкновенной бумаги и клетки ороговевшего эпителия. Однако если частицы всё же попадут в человеческих организм, например, посредством участков кожи с нарушенной целостностью покровов или через ротовую полость, то, проникнув в кровяное русло, они разнесутся по всему организму и осядут преимущественно в эндокринных железах и лимфатических узлах, что приведёт к внутреннему отравлению, тяжесть которого будет зависеть от полученной дозы.

Бета-излучение представляет собой поток электронов при ядерном распаде радиоактивных элементов. Бета-частицы способны проникать в человеческих организм на расстояние до 20 см. Бета-излучение нашло широкое применение в лучевой терапии при лечении онкологических заболеваний.

Нейтронное излучение — поток электрически нейтральных частиц. Для него характерны наибольшая сила и глубина проникновения. Данные волны применяются в качестве ускорителя других частиц в научных целях на промышленных предприятиях, а также в различных лабораторных исследованиях.

Читать также Прибор для измерения суммарного уровня радиации

Гамма-излучение также обладает достаточно высокой проникающей способностью. Оно не несёт в себе заряженных частиц и, следовательно, не попадает под действие магнитных и электрических полей. Применяется в следующих областях:

1. Медицина: лучевая терапия.
2. Пищевая промышленность: консервирование.
3. Отрасль космической промышленности.
4. Геофизические исследования.

Гамма-частицы способны вызывать острую лучевую болезнь (ОЛБ) при единичных больших дозах облучения, и хроническую — при длительном воздействии ионизирующего фактора.

Поглощенная доза

Допустимые дозы облучения согласно НРБ-99:

1. За год – до 1 мЗв, что составляет 0,57 мкЗв/ч (57 микрорентген/час). За любые пять лет подряд – не более 5 мЗв. В год — не более 5 мЗв. Если человек получил дозу облучения за год 4 мЗв, за прочие четыре года должно быть не более 1 мЗв.
2. За 70 лет (берется как средняя продолжительность всей жизни) – 70 мЗв.

Обратите внимание: 0,57 мкЗв/ч – это верхнее значение, считается, что безопасно для здоровья – в 2 раза меньше. Оптимально: до 0,2 мЗв/час (20 микрорентген/час) – именно на эту цифру и стоит ориентироваться

Внимание: эти нормы радиационного фона не учитывают естественный уровень, который колеблется в зависимости от местности. Порог для жителей равнин будет ниже

Это пределы для гражданского населения. Для профессионалов они в 10 раз выше: допустимо 20 мЗв/год за 5 лет подряд, при этом необходимо, чтобы в один год выходило не более 50.

Допустимая, безопасная радиация для человека зависит и от длительности облучения: без вреда для здоровья можно провести несколько часов при внешнем облучении 10 мкЗв (1 миллирентген/час), 10-20 минут – при нескольких миллирентген. Выполняя рентген грудной клетки пациент получает 0,5 мЗв, что составляет половину годовой нормы.

Как работает прибор?

Чем измеряют радиацию? Самым используемым прибором остаётся механизм с названием «счётчик Гейгера». Устройство изобрели более ста лет назад, однако оно так и остаётся популярным. Основная деталь счётчика — металлический, либо стеклянный баллон, заполненный газами — аргоном и неоном. Внутри находятся два электрода.

При попадании внутрь прибора радиоактивных частиц происходит ионизация атомов газа. Реакция проявляется в виде свечения. Процесс полностью контролируется устройством. При обнаружении радиации прибор издает щелчки, ионизация атомов погашается искусственным способом. Это необходимо для получения точной информации.

Для обнаружения вредных излучений возможно использовать сцинтилляционные кристаллы, они определяют нахождение веществ по характерному свечению.

Единицы измерения

Часто можно встретить «радиационный фон в норме составляет 0,5 микрозиверт/час», «норма – до 50 микрорентген в час». Почему единицы измерения разные и как они соотносятся друг с другом. Значение часто может совпадать, например, 1 Зиверт = 1 Грей. Но у многих единиц разное смысловое наполнение.

Всего существует 5 главных единиц:

1. Рентен – единица является внесистемной. 1 Р = 1 БЭР, 1 Р примерно равен 0,0098 Зв.
2. БЭР – это устаревшая мера измерения того же самого, доза, воздействующая на живые организмы как рентгеновские или гамма-лучи мощностью 1 Р. 1 БЭР = 0,01 Зв.
3. Грей – поглощенная. 1 Грей соответствует 1 Джоулю энергии излучения на массу 1 кг. 1 Гр = 100 Рад = 1 Дж/кг.
4. Рад – внесистемная единица. Также показывает дозу поглощенной радиации на 1 кг. 1 рад – это 0,01 Дж на 1 кг (1 рад = 0,01 Гр).
5. Зиверт – эквивалентная. 1 Зв, составляющий 1Гр равен 1 Дж/1 кг или 100 БЭР.

Для примера: 10 мЗв (миллизивертов) = 0,01 Зв = 0,01 Гр = 1 Рад = 1 БЭР = 1 Р.

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:

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. 

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. 

Увеличение радиации

Естественный радиационный фон частично изменяется человечеством в ходе совершенствования технологических процессов, производства различных материалов, и, соответственно, увеличивается излучение. В качестве примера стоит выделить использование газа и угля, материалов с увеличенным количеством нуклидов, полеты на воздушных суднах. Степени излучения, отмечаемые при этом, именуются возросшим технологическим фоном радиоактивного воздействия. Люди во всем мире все чаще используют для бытовых потребностей множество устройств, товаров и предметов, которые содержат радионуклидные частицы. Относятся к подобным товарам оптические специализированные приборы, святящиеся часы, устройства, используемые при досмотре на таможенной границе и в аэропортах.

Альфа излучение

• излучаются: два протона и два нейтрона
• проникающая способность: низкая
• облучение от источника: до 10 см
• скорость излучения: 20 000 км/с
• ионизация: 30 000 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: высокое

Альфа (α) излучение возникает при распаде нестабильных изотопов элементов.

Альфа излучение — это излучение тяжелых, положительно заряженных альфа частиц, которыми являются ядра атомов гелия (два нейтрона и два протона). Альфа частицы излучаются при распаде более сложных ядер, например, при распаде атомов урана, радия, тория.

Альфа частицы обладают большой массой и излучаются с относительно невысокой скоростью в среднем 20 тыс. км/с, что примерно в 15 раз меньше скорости света. Поскольку альфа частицы очень тяжелые, то при контакте с веществом, частицы сталкиваются с молекулами этого вещества, начинают с ними взаимодействовать, теряя свою энергию и поэтому проникающая способность данных частиц не велика и их способен задержать даже простой лист бумаги.

Однако альфа частицы несут в себе большую энергию и при взаимодействии с веществом вызывают его значительную ионизацию. А в клетках живого организма, помимо ионизации, альфа излучение разрушает ткани, приводя к различным повреждениям живых клеток.

Из всех видов радиационного излучения, альфа излучение обладает наименьшей проникающей способностью, но последствия облучения живых тканей данным видом радиации наиболее тяжелые и значительные по сравнению с другими видами излучения.

Облучение радиацией в виде альфа излучения может произойти при попадании радиоактивных элементов внутрь организма, например, с воздухом, водой или пищей, а также через порезы или ранения. Попадая в организм, данные радиоактивные элементы разносятся током крови по организму, накапливаются в тканях и органах, оказывая на них мощное энергетическое воздействие. Поскольку некоторые виды радиоактивных изотопов, излучающих альфа радиацию, имеют продолжительный срок жизни, то попадая внутрь организма, они способны вызвать в клетках серьезные изменения и привести к перерождению тканей и мутациям.

Радиоактивные изотопы фактически не выводятся с организма самостоятельно, поэтому попадая внутрь организма, они будут облучать ткани изнутри на протяжении многих лет, пока не приведут к серьезным изменениям. Организм человека не способен нейтрализовать, переработать, усвоить или утилизировать, большинство радиоактивных изотопов, попавших внутрь организма.

Оценка действия радиации на живые организмы

Если биологические ткани облучать различными типами радиации, обладающими одной и той же энергией, то последствия для организма будут отличаться. Иными словами, если при поглощении одной нормы радиации последствия будут серьезно разниться при альфа-излучении и гамма-излучении. Поэтому, чтобы оценить воздействие ионизирующего излучения на живые организмы, не хватает понятий экспозиционной и поглощенной дозы, также используется эквивалентная.

Это доза радиации, которая была поглощена живым организмом, помноженная на коэффициент k, который учитывает уровень опасности разных типов радиации. Измерение происходит с использованием Зиверт (Зв).

Техногенный радиационный фон

Радиация от медицинских процедур

По некоторым оценкам, глобальное среднее воздействие на человека искусственной радиации составляет 600 мкЗв, в первую очередь оно связано с проведением медицинских процедур. Количество получаемого облучения в значительной степени зависит от оборудования и специфики медицинского обслуживания. В разных странах оно разное. В США, например, среднее количество получаемого облучения значительно выше, оно составляет 3000 мкЗв в год. В России оно значительно меньше.

• Типичный рентген грудной клетки – 30 — 300 мкЗв.
• Стоматологический рентген — 5 до 10 мкЗв.

Другие антропогенные причины получения радиации: курение, радиоактивные строительные материалы, исторические испытания ядерного оружия, аварии на АЭС и функционирование АЭС.

Потребительские товары

Сигареты, строительные материалы и т.д. имеют также радиационный фон. Сигареты содержат полоний-210, продукт распада радона, который содержится в листьях табака. Очень активные курильщики, выкуривающие по 1,5 пачки в день, получают дозу облучения 60 000 мкЗв в год. Поскольку доза радиации получается курильщиком локально в бронхах легких, то ее нельзя сравнивать с допустимыми нормами радиации, так как они рассчитаны на действие радиации на тело целиком.

По некоторым оценкам, потребительские товары дают 130 мкЗв в год.

Применение ядерного оружия

Надземные ядерные взрывы между 1940 и 1960 гг. привели к выбросу значительного количества радиоактивных веществ. Некоторые загрязнения являются локальными, некоторые распространились по всему миру. В 1963 г. эти загрязнение достигло своего пика. Они давали фон около 150 мкЗв в год. И составляли около 7% от среднего радиационного фона всех источников. К 2000 году во всем мире радиационный фон, связанный с этими загрязнениями, снизился до 5 мкЗв в год.

Аварии на АЭС

В нормальных условиях ядерные реакторы выпускают небольшое количество радиоактивных газов, которые создают ничтожно-маленький уровень радиации. Большие выбросы радиоактивности на АЭС крайне редки. До настоящего времени было две крупных аварии на АЭС – это авария на Чернобыльской АЭС и Фукусима I. Эти аварии привели к существенному загрязнению окружающей среды.

Жители пострадавших районов от аварии на Чернобыльской АЭС получили общую дозу от 10 000 до 50 000 мкЗв за 20 с лишним лет, при этом большая часть дозы была получена в первые годы после катастрофы. Ликвидаторы получили дозу более 100 000 мкЗв. Из-за острой лучевой болезни скончалось 28 человек. Сейчас доза радиации по всему миру от Чернобыльской аварии составляет около 2 мкЗв.

Жители пострадавших районов от аварии на Фукусима I в общем получили дозу между 1 000 и 15 000 мкЗв. 167 ликвидаторов получили дозы выше 100 000 мкЗв, и 6 из них получили дозу более 250 000 мкЗв.

Средняя доза от аварии на АЭС Три-Майл-Айленд составила 10 мкЗв.

Кроме гражданских аварий, указанных выше, было несколько аварий, связанных с военными объектами, таких как авария в Уиндскейле, загрязнения реки Теча ядерными отходами производственного объединения Маяк, и Кыштымская авария.

Радиационный фон на действующих АЭС

Рядом с АЭС, как правило, создается дополнительный фон порядка 0,1 мкЗв в год (очень небольшой), средняя доза получаемая людьми, живущими возле ТЭЦ, работающих на угле, в три раза выше!

Радиация на рабочем месте

Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ) рекомендует ограничить воздействие радиации на месте работы до 50 000 мкЗв в год, и 100 000 мкЗв за 5 лет.

Также есть и другие техногенные источники, например, такие как просмотр телевизора, который дает около 10 мкЗв в год. Оставим на прочие источники 1%.

Общие сведения

Знаки, предупреждающие о радиации

Излучение бывает ионизирующим и неионизирующим. В этой статье речь пойдет о первом типе излучения, о его использовании людьми, и о вреде, который оно приносит здоровью. Поглощенная доза отличается от экспозиционной дозы тем, что измеряется общее количество энергии, поглощенное организмом или веществом, а не мера ионизации воздуха в результате наличия ионизирующего излучения в окружающей среде.

Значения поглощенной и экспозиционной дозы похожи для материалов и тканей, которые хорошо поглощают радиацию, но не все материалы — такие, поэтому часто поглощенная и экспозиционная дозы радиации отличаются, так как способность предмета или тела поглощать радиацию зависит от материала, из которого они состоят. Так, например, лист свинца поглощает гамма-излучение значительно лучше, чем лист алюминия той же толщины.

Прибор для измерения гамма-радиации Гамма Сапиенс (англ. Gamma Sapiens) для смартфонов Андроид

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». 

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. 

Изотопы

С течением эволюции радиоизотопы перемещаются, принимая участие в геохимических и метрологических изменениях. Естественный радиационный фон составляет множество объединений устойчивых частиц, взаимодействующих с обменными процессами организма. Более существенные элементы, которые оказывают влияние на жизнедеятельность материи, – изотопы трития и калия, в биологической сфере присутствует гораздо больше частиц, определяющих радиоактивность организма.

Планетная радиация имеет разнообразные уровни, в зависимости от наличия нуклидов в конкретном месте коры. Мощность облучения в местах проживая большей части населения составляет чаще всего 0,3-0,4 микрозиверта.

Источники естественного радиационного фона в малом скоплении присутствуют в почве. Оказывает воздействие и строение ее: концентрация снижена в известковых и песчаных типах почв, а увеличена в глиняной почве и гранитных породах.

Виды радиационного фона

Их необходимо знать, чтобы суметь оценить, где и когда могут встречаться дозы, смертельные для организма человека.

Виды фона:

1. Естественный. В дополнение к внешним источникам, в организме есть внутренний источник – природный калий.
2. Технологически измененный естественный. Его источники – природные, однако искусственно обработанные. Например, это могут быть извлеченные из недр земли природные ископаемые, из которых впоследствии были изготовлены стройматериалы.
3. Искусственный. Под ним понимают загрязнение земного шара искусственными радионуклидами. Начал формироваться с развитием ядерного оружия. Составляет 1-3% от естественного фона.

Существуют списки городов России, в которых количество лучевых воздействий стало аномально высоким (из-за техногенных катастроф): Озерск, Северск, Семипалатинск, посёлок Айхал, город Удачный.

Определение

Фоновое излучение определяется Международным агентством по атомной энергии как «доза или мощность дозы (или наблюдаемая мера, связанная с дозой или мощностью дозы), относящаяся ко всем источникам, кроме указанного (-ых). Таким образом, проводится различие между дозой, которая уже находится в месте, которое определяется здесь как «фон», и доза из-за преднамеренно введенного и указанного источника

Это важно, если измерения радиации проводятся для указанного источника излучения, где существующий фон может повлиять на это измерение Примером может служить измерение радиоактивного загрязнения на фоне гамма-излучения, которое может увеличить общее показание выше ожидаемого от одного загрязнения.

Однако, если источник излучения не указан как вызывающий озабоченность, то измерение общей дозы облучения в определенном месте обычно называется фоновым излучением , и это обычно тот случай, когда мощность амбиентной дозы измеряется для экологических целей.

Естественный радиационный фон

Радиация в воздухе

Радон 1980 мк3в 50,6%

Самый существенный источник природного радиационного фона находится в воздухе и представляет собой радон – радиоактивный газ. Радон и его изотопы, родительские радионуклиды, продукты распада обеспечивают среднюю вдыхаемую дозу в 1 260 микрозиверт (мкЗв) в год. В России средняя индивидуальная доза облучения по данным за 2001 – 2010 гг.: 1 980 мкЗв в год. Это составляет большую часть всей дозы радиации, которую в среднем получает человек от природных и техногенных источников. Радон распределяется неравномерно и его концентрация зависит от различных факторов. Он является продуктом распада урана, который довольно распространен в земной коре, его наибольшие концентрации сосредоточены в рудоносных породах. Радон просачивается из этих пород в атмосферу, в грунтовые воды или в здания. При дыхании он и продукты его распада попадают в легкие, где они остаются в течение определенного периода времени. Существуют области, где радон представляет собой существенную угрозу для здоровья. В зданиях Скандинавии, США, Чехии и Иране зафиксирована концентрация радона, превышающая среднее значение более чем в 500 раз.

Космическая радиация

Космическая радиация 390 мк3в 10,0%

Это излучение из космоса, от Солнца и других звезд. Оно частично задерживается атмосферой Земли. Поэтому, чем больше высота, тем меньше имеется воздуха для его задержания и тем больше космическая радиация. Доза радиации изменяется приблизительно от 250 мкЗв в год на уровне моря до 500 мкЗв в год на высоте 1 км. Ориентировочно примем дозу радиации в размере 390 мкЗв.

При полете на самолете человек получает несколько повышенную дозу радиации, обычно она составляет 5 мкЗв за час полета. Средняя дополнительная доза радиации для летного состава составляет 2 190 мкЗв в год.

Радиационный фон Земли

Радиационный фон Земли 480 мк3в 12,3%

Наличие радиационного фона Земли связано с излучением урана, тория и других радиоактивных веществ, которые встречаются в почве. Среднее значение составляет около 480 мкЗв в год, причем это значение гораздо меньше вдоль побережий.

В Индии и Бразилии, которые имеют высокие уровни тория в грунте, дозы могут быть значительно выше. В штатах Керала, Индия и Минас-Жерайс, Бразилия фон составляет около 10 000 мкЗв в год.

Радиация в еде

Радиация в еде и воде 290 мк3в 7,4%

Продукты в натуральном виде содержат углерод-14, который является радиоактивным, радиоактивный изотоп калий-40, а также другие радиоактивные изотопы. С пищей и водой человек получает около 290 мкЗв в год. Кроме того, некоторые растения и животные накапливают в себе большее количество радиоактивных веществ, следовательно, при их потреблении доза получается больше. Картофель, бобы, орехи, подсолнечные семечки имеют уровень радиации выше среднего. В человеке содержится калий-40 (30 мг), углерод-14 (10−8 г) и другие радионуклиды. Это приводит к тому, что каждый человек также имеет радиационный фон.