今天，核輻射問題再次出現(xiàn)在許多人的腦海中。我們?cè)诿襟w上聽到的消息鼓勵(lì)我們?cè)谖覀兙幼〉牡貐^(qū)進(jìn)行額外的檢查。最新的突發(fā)新聞令公眾感到震驚，放射性的增加隨時(shí)可能發(fā)生。如今，傳統(tǒng)的 Geiger-Müller 管變得越來越稀有和有價(jià)值。讓我們探討檢測(cè)放射性的主要問題，以更好地了解核輻射是什么以及如何有效地測(cè)量它。

用蓋革計(jì)數(shù)器測(cè)量輻射

歷史上發(fā)生過許多核事故，使生物暴露于核輻射。然而，它們每天都會(huì)受到來自太空和地球礦物的自然輻射。如今，基于各種氣體、光、發(fā)光和其他效應(yīng)，使用不同的方法進(jìn)行輻射檢測(cè)和測(cè)量。

蓋革-米勒計(jì)數(shù)器，又稱“蓋革計(jì)數(shù)器”，”是最著名的方法之一。它是一種檢測(cè)器，可以測(cè)量非常微量的放射性，并且基于氣體電離效應(yīng)，能夠檢測(cè) α 和 β 粒子，以及通常帶電粒子。Geiger-Müller 計(jì)數(shù)器是一種能夠檢測(cè)和計(jì)數(shù)通過它的帶電粒子的設(shè)備。如圖 1 所示，蓋革計(jì)數(shù)器由堅(jiān)固的金屬管（陰極）組成，兩端密封。它含有減壓約 0.1 個(gè)大氣壓的稀薄氣體。通常使用氬氣和酒精蒸氣的混合物。鎢絲（陽(yáng)極）在內(nèi)部保持拉伸和電絕緣。它的電勢(shì)為正，略低于管的充電電勢(shì)。當(dāng)放射性粒子通過云母窗進(jìn)入管子時(shí)，它會(huì)使內(nèi)部氣體電離，導(dǎo)致導(dǎo)線和外殼之間發(fā)生短時(shí)放電，并在外部聲音單元中產(chǎn)生噪音。在這種情況下，檢測(cè)器記錄一個(gè)計(jì)數(shù)。在沒有放射源的情況下，該管僅記錄由于其所在環(huán)境的放射性而產(chǎn)生的計(jì)數(shù)。這種放電由連接到管的外部電路發(fā)出信號(hào)。為了能夠正確評(píng)估計(jì)數(shù)，有必要進(jìn)行兩種測(cè)量：一種是在沒有放射源的情況下，另一種是在存在輻射的情況下。然后在同一個(gè)地方計(jì)算兩個(gè)度量之間的差異。使用其他種類的氣體，可以檢測(cè)其他類型的粒子。在蓋革管中，高電場(chǎng)觸發(fā)主要電離的二次電離，產(chǎn)生進(jìn)一步的“雪崩”電離。此外，電子可以經(jīng)歷激發(fā)過程，導(dǎo)致發(fā)射可見光和紫外光。

根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)次數(shù)，可以了解有多少帶電粒子通過管子和輻射強(qiáng)度。如果電離粒子的數(shù)量適中，表明放射性很少，則可以在心理上執(zhí)行每分鐘的衰變計(jì)數(shù)。但如果輻射高，高計(jì)數(shù)頻率可能無助于這種手動(dòng)操作。在模擬或數(shù)字顯示器上查看到達(dá)的脈沖數(shù)量通常會(huì)更好。在這些設(shè)備中，必須分析輸入脈沖的重復(fù)率，該重復(fù)率與蓋革管區(qū)域中存在的輻射強(qiáng)度成正比。您可以使用基本泵浦二極管儀表（如圖 2 所示）以模擬方法可視化衰減頻率。

圖 2：蓋革電路

當(dāng)正脈沖進(jìn)入電路時(shí)，C1 被充電至二極管兩端的最大電壓。由于脈沖之間的輸入為 0 V，電容器 C1 在等待下一個(gè)脈沖時(shí)通過電容器 C2 上的二極管 D2 快速放電。C2 在 R 上放電緩慢。脈沖連續(xù)越快，C2 越快受到 C1 放電的影響，其電位差增大。電壓表上的讀數(shù)與脈沖速度成正比（參見圖 3 中的響應(yīng)圖）。電容器 C2 的行為就像一個(gè)水庫(kù)，其中通過 R 不斷泄漏，但它不斷地由通過 C1 的外部放射性脈沖饋送。電子元件并不重要，可以用其他等效物代替。可以改變電容器的值和電阻來改變電路的動(dòng)態(tài)特性。蓋革計(jì)數(shù)器僅通過電脈沖發(fā)出輻射通過的信號(hào)，但無法區(qū)分輻射類型。

輻射的影響

圖 3：電路對(duì)輸入脈沖頻率的響應(yīng)

根據(jù)它們是“阿爾法”、“貝塔”還是“伽馬”射線，需要不同類型的保護(hù)，從一張簡(jiǎn)單的紙到鋁板或幾米厚的鉛屏蔽。輻射對(duì)生物是非常有害的，無論它們是天然的還是人造的，因?yàn)榧?xì)胞被完全改變，停止運(yùn)作，工作異常，甚至發(fā)生變異。例如，天然放射性氣體氡非常危險(xiǎn)，它的存在會(huì)導(dǎo)致肺癌。受放射性事件影響的細(xì)胞可能會(huì)立即被周圍的其他細(xì)胞破壞，從而恢復(fù)正常的細(xì)胞活動(dòng)。然而，在不太幸運(yùn)的情況下，患病細(xì)胞設(shè)法繁殖，產(chǎn)生數(shù)以百萬計(jì)的修飾細(xì)胞，這些細(xì)胞工作不佳并在全身產(chǎn)生腫瘤，慢慢地包圍身體而死。如果輻射強(qiáng)度非常高，腫瘤事件會(huì)在幾分鐘內(nèi)發(fā)生。不幸的是，電離輻射是無聲的，它沒有氣味、顏色或味道。有可能發(fā)現(xiàn)一個(gè)人暴露在放射性場(chǎng)中太晚了。

另一方面，蓋革計(jì)數(shù)器允許通過檢測(cè)物體或位置的輻射來進(jìn)行預(yù)防。

放射性測(cè)量單位

以下簡(jiǎn)短列表顯示了一些主要的放射性測(cè)量單位。它們是國(guó)際體系的一部分：

Sievert （Sv）：損壞程度

格雷 （Gy）：吸收劑量的量度

Bequerel （Bq）：放射性核素活性的量度

Rad：吸收輻射劑量的量度

Rem：等效輻射劑量的量度

西弗特是輻射對(duì)生物體造成的影響和損害的等效能量劑量的計(jì)量單位。因?yàn)?1 Sv 是一個(gè)非常大的量，并且能夠使人患上重病，所以使用毫希弗特（mSv，或千分之一希弗特）和微希弗特（μSv，或百萬分之一希弗特）的約數(shù)。為了理解比較的尺度，假設(shè)年自然輻射平均等于 2.4 mSv，X 射線大約等于 1 mSv，CT 掃描大約等于 4 mSv，放射治療等于 30 SV。以下列表顯示了正常生活的日常事件引起的輻射量：

1 μSv：吃一根富含鉀的香蕉

5 μSv：?jiǎn)问稚渚€照相

20 μSv：胸部 X 光片

3 mSv：乳房 X 線照相術(shù)

4 mSv：全身 CT 掃描

50–100 mSv：血液化學(xué)變化

100 mSv：與癌癥風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)的最小劑量

400 mSv：?jiǎn)蝿┝靠梢疠椛渲卸?/p>

500 mSv：幾個(gè)小時(shí)后，你會(huì)感到惡心

700 毫希：嘔吐

750 mSv：兩周內(nèi)脫發(fā)

1 Sv：出血

4 Sv：幾天后死亡

50 Sv：爆炸后在切爾諾貝利反應(yīng)堆附近停留 10 分鐘所受到的輻射劑量

適用于 Android 的應(yīng)用程序

在 Google Play 和 Mac App Store 上，有幾十個(gè)應(yīng)用程序?qū)ｉT用于觀察局部和全球輻射。其中一些需要直接連接到智能手機(jī)的核傳感器。其他人直接連接到位于世界各地的各種服務(wù)器，這些服務(wù)器是為測(cè)量放射性而設(shè)置的。一個(gè)值得注意的應(yīng)用程序是“Radiation Scan Pro”，可用于 Android，如圖 4 所示。使用此應(yīng)用程序，您可以檢查您所在城市的核輻射并查看許多普遍感興趣的點(diǎn)。實(shí)時(shí)接收結(jié)果。通過谷歌地圖，你可以看到活躍的核電站及其數(shù)據(jù)。此應(yīng)用程序不會(huì)通過連接到手機(jī)的傳感器測(cè)量輻射，而是使用特殊的三角測(cè)量算法來計(jì)算輻射，該算法分析來自最近檢測(cè)站的數(shù)據(jù)。

嵌入式系統(tǒng)和開發(fā)系統(tǒng)

使用當(dāng)今可用的電子設(shè)備，構(gòu)建用于測(cè)量和分析核輻射的系統(tǒng)非常簡(jiǎn)單。在 Web 上，您可以找到數(shù)千種不同的解決方案（參見圖 5 中的一些示例），這些解決方案涉及使用不同的 IT 和電子平臺(tái)。有些提供用于 Arduino、Raspberry Pi 或 Theremino 的軟件。其他的則由臨時(shí)創(chuàng)建的電子電路組成。在任何情況下，所有解決方案都共享一個(gè)合適的初級(jí)輻射傳感器，通常以蓋革管為代表。用這樣的設(shè)備進(jìn)行測(cè)試非常簡(jiǎn)單，因?yàn)槊刻烊祟惗紩?huì)接觸到許多放射性物體，比如香煙、浮石、一些派對(duì)用品、一些野營(yíng)燈和一些陶器。

結(jié)論

放射性可以在現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量。便攜式儀器更靈敏，可讓您測(cè)量環(huán)境中的輻射水平。然而，在量化食物或水的放射性水平時(shí)，必須采集某些樣本，然后在實(shí)驗(yàn)室使用更靈敏的工具對(duì)其進(jìn)行檢查。高分辨率伽馬光譜法是一種廣泛使用的方法。

審核編輯：郭婷