Протестированы мобильные приложения для смартфонов Apple и Samsung, превращающие их в карманные дозиметры. Насколько точны их данные?

Число попаданий рентгеновских и гамма-фотонов на CMOS-матрицу в минуту, зафиксированное смартфонами при различной мощности дозы излучения. Линейная зависимость свидетельствует о том, что на основании этих измерений может быть определена доза излучения.
Зависимость числа попаданий рентгеновских и гамма-фотонов на CMOS-матрицу в минуту, зафиксированных смартфоном Apple iPhone 4S, от его ориентации
Зависимость числа попаданий рентгеновских и гамма-фотонов на CMOS-матрицу в минуту, зафиксированных смартфоном Samsung Galaxy S2, от его ориентации

Количество пользователей смартфонов неуклонно растет, и в текущем году 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. Не удивительно, что разработчики обратили внимание на особенность встроенных камер, позволяющую зафиксировать радиоактивное излучение… Но обо всем по порядку.

CMOS-матрицы, используемые в камерах мобильных устройств, чувствительны не только к видимому свету, но и к более коротким волнам — рентгеновскому и гамма-излучению. Другое дело, что следы воздействия этих типов излучения, как правило, не заметны для пользователя: сигнал, получаемый за типичное время выдержки мобильно фотографии (порядка 100 миллисекунд), слишком слаб и перекрывается сигналом от излучения в видимом диапазоне.

Но 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. Задача приложения — подсчитать число таких попаданий и перевести его величину дозы радиации. Насколько точной будет его работа?

Исследователи из Австралийской организации по ядерной науке и технологиям (ANSTO) протестировали работу приложения Radioactivity Counter на платформе Android (смартфон Samsung Galaxy S2) и iOS (смартфон Apple iPhone 4S), 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.

ANSTO располагает специализированной установкой для калибровки инструментов (Instrument Calibration Facility, ICF), в состав которой входит ряд цезиевых источников излучения и подвижная платформа. Каждый из источников способен обеспечить интенсивность излучения в определенном диапазоне. 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. Измерения 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. Худшие результаты, продемонстрированные iPhone, объясняются тем, что приложение использует для измерений фронтальную камеру, на которую может попадать свет от экрана iPhone, преломленный 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.

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 позволит пользователю вовремя убраться подальше от источника радиации. Матрицы камер смартфонов достаточно чувствительны, чтобы зафиксировать значительное с точки зрения радиационной безопасности излучение. Как показали исследования, ориентация смартфона не играет роли при измерении поглощенной дозы радиации.