Verificación de aplicaciones de teléfonos inteligentes de medición de radiación

Últimamente me he topado con una extraña clase de aplicaciones de Android. (Y estoy seguro de que tales aplicaciones también están disponibles para otras plataformas).

Estas aplicaciones reclaman la capacidad de detectar radiación. El mecanismo serían los rayos gamma que golpean el detector de luz y causan la ionización de la misma manera que lo hacen los fotones de luz visible.

Tengo una pequeña colección de minerales radiactivos. También construí un detector de cámara de ionización que apenas puede detectar una pequeña perla de vidrio de uranio, puede mostrar la presencia de un 2% de torio en una varilla de soldadura de tungsteno con confianza, se dispara cerca de cualquiera de mis minerales y una fuente de americio lo arroja por completo. -balance.

Entiendo el mecanismo de acción sugerido de estas aplicaciones, y sin hacer los cálculos, parece no tan imposible.

Por supuesto, probé uno de ellos con un teléfono inteligente reciente con una cámara sensible y de alta resolución. Todas las mediciones resultaron negativas: la misma cantidad de radiación medida a mi lado en la mesa que entre piezas de gummita, autunita, pechblenda, tyuyamunita, liebigita, torita, lo que sea;)

Me molestó el hecho de que tal vez me engañaron para pagar los ~ $ 10 por la versión premium de una de estas aplicaciones mágicas, y decidí hacer un análisis detallado de las imágenes de una cámara web integrada en mi computadora portátil cubierta con negro cinta electrica.

Primero he comprobado que la funda funciona mirando las imágenes de la cámara con una aplicación de escritorio. Las imágenes eran completamente negras.

Luego escribí un script de python que toma imágenes, filtra paso alto cada píxel individual y los tres canales de color (para cancelar "píxeles calientes" y artefactos similares y concentrarse en los cambios), y calcula el promedio (para control de cordura) y distribución estándar de la enorme cantidad de muestras de 1 byte.

Las imágenes tienen una resolución de 1280x720 píxeles, por lo que cada imagen consta de 1280 ∗ 720 ∗ 3 = 2 , 764 , 800 muestras Tomando diez mil de estos da uno 2.76 ∗ 10 6 ∗ 10 4 = 2.76 ∗ 10 10 muestras Considero esto bastante .

Baso mi confianza en esta cantidad en la cantidad mucho menor de datos que toma la aplicación. Puede tomar algunas docenas o tal vez cien fotografías, pero nada más. La aplicación simplemente no dura tanto tiempo.

Si el detector de luz dentro de la cámara reaccionara incluso débilmente con la radiación gamma (y quizás beta) de los minerales, los píxeles deberían iluminarse aquí y allá, ampliando la distribución.

El promedio fue algo alrededor 10 − 3 (y acercándose a cero como era de esperar), y la desviación estándar fue de aproximadamente 3 ∗ 10 − 3 tanto en presencia como en ausencia de minerales radiactivos.

Mis preguntas son:

  • ¿Crees que se pueden detectar tales niveles de radiación con una cámara?
  • ¿Mi experimento tiene sentido?
  • ¿Sugiere que las afirmaciones que hacen estos desarrolladores de aplicaciones no son del todo ciertas?

Gracias de antemano.

"filtros de paso alto cada píxel individual y los tres canales de color": solo para estar seguro, no está filtrando cada imagen de forma independiente, ¿verdad? Cuando un rayo cósmico, por ejemplo, golpea un CCD, el resultado más común es un píxel caliente. Los únicos píxeles activos que debe eliminar son los que persisten de una imagen a otra. Además, no conozco los detalles de las cámaras de consumo, pero he oído y creo plenamente que realizan un filtrado similar antes de guardar los datos (porque nadie quiere imágenes granuladas que recuerden a las cámaras digitales de la década de 1990).
No, me refiero al filtrado temporal y píxeles constantemente activos. "Eliminar DC" si lo desea.

Respuestas (3)

Esta es una respuesta parcial: la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear ha realizado investigaciones y ha creado una aplicación exitosa para detectar la radiación gamma con la cámara de un teléfono inteligente, como se informó en su página web . La aplicación del detector de radiación para teléfonos inteligentes da positivo .

Específicamente, la base de su trabajo se basa en hallazgos que

Estas aplicaciones utilizan la sensibilidad a la radiación ionizante de las cámaras integradas de semiconductores de óxido de metal complementario (CMOS) basadas en silicio para monitorear los niveles de radiación en los alrededores.

Al cubrir el sensor de imagen (para evitar la interferencia de la luz visible) y registrar cuántos conteos se recibieron en un entorno controlado, los resultados fueron convincentes, con una respuesta lineal muy fuerte (del sitio web):

ingrese la descripción de la imagen aquí

El hecho de que esto se aplana a dosis bajas me hace preguntarme si han alcanzado algún nivel de ruido no relacionado con la dosis. (Admito que solo he echado un vistazo al sitio web)
@garyp sí, esto también se me ocurrió, definitivamente hay una limitación.
Guau, gracias por los datos reales, que siempre ayudan mucho: D Así que estos funcionan, pero solo pueden detectar una guerra nuclear o la fusión de un reactor. No muy útil, pero interesante :) Gracias de nuevo :)
eso lo resume muy bien :)

Si creemos en esta medida mostrada por Omen, las cámaras de los teléfonos inteligentes son básicamente inútiles por debajo de las tasas de dosis de 10uSv/h. El máximo. El límite de exposición para un ser humano que no trabaja con radiación es de 1 mSv/año, lo que se traduce en aproximadamente 0,11 uSv/h. En otras palabras, el chip de la cámara de un teléfono tendría que ser 100 veces más sensible para captar cantidades relevantes de radiación. Y una vez que estamos en el rango donde la cámara de un teléfono se vuelve sensible, es mejor que haya un profesional con un contador de radiación real, ¡porque algo salió terriblemente mal!

Sí, en la página web, dicen The dose rate at which the phones can accurately calculate the dose rate is equivalent to 0.2 Sv if exposed for an entire year: definitivamente hay una limitación.
@Omen: Gracias por la trama, es bastante interesante. Sin embargo, donde esto puede funcionar es durante una radiografía médica. ¿La fuente da un límite para la saturación? no lo vi Después de todo, durante un CT estamos hablando de muchas veces el máximo. dosis anual entregada en unos pocos segundos, por lo que el problema para la cámara puede ser que se quede todo "blanco", sin información útil sobre la exposición total, tampoco.
No, tampoco noté ninguna información sobre un límite superior. Estoy pensando en escribirles preguntando sobre esto.
@Omen: Háganos saber cuando reciba una respuesta. Me encantaría saber si hay un rango dinámico útil. No es que te dejen llevar un teléfono dentro de un CT... y luego también está la cuestión de si el teléfono realmente seguirá funcionando.
Lo haré, y en su último punto, cuando estaba haciendo mediciones de UVA solar, dos teléfonos fallaron por completo, por lo que no me sorprendería si hubiera algunas bajas de teléfonos inteligentes.
@Omen: ¿Quiere decir que no les gusta tener el sol enfocado en el chip todo el tiempo? No es sorprendente. Una vez que el chip de la cámara falla, puede provocar un cortocircuito en la red eléctrica. ¿Es eso lo que pasó?

Como productor de una de estas aplicaciones ( GammaPix , disponible para Android e iOS , si me perdona el enchufe), permítame opinar aquí. Sí, los teléfonos inteligentes y otras cámaras CMOS y CCD pueden detectar radiación. Si bien las cámaras son menos sensibles que los contadores Geiger-Muller, los detectores de estado sólido especializados y los centelleadores, son lo suficientemente sensibles para unas cuantas aplicaciones.

Hemos encontrado que su sensibilidad varía ampliamente dependiendo de varios factores. Algunas variaciones tienen que ver con los detalles de la construcción del chip. Los CCD son aproximadamente 10 veces menos sensibles que los chips CMOS, por ejemplo, pero la mayoría de los teléfonos tienen este último. Parte de esto tiene que ver con el firmware del chip y la pila de procesamiento de imágenes. Los diferentes modelos de chips tienen diferentes tamaños físicos. Algunos dispositivos cuentan con algoritmos de "eliminación de imperfecciones" que suprimen los eventos brillantes de un solo píxel de los rayos gamma. Algunos dispositivos (por ejemplo, muchos de Motorola) tienen sus algoritmos configurados para aumentar la ganancia en situaciones de poca luz. Esta configuración contribuye a un ruido de fondo a veces grande contra el cual se necesita detectar la señal de radiación. (Ese es el piso que se ve en el gráfico de Omen. ) Es necesario tener en cuenta una gran cantidad de estos efectos instrumentales para que esta técnica funcione. El comportamiento específico del dispositivo establece un límite inferior sobre qué tan baja se puede medir una dosis en un período de tiempo determinado. Hay otros dispositivos que son bastante limpios y, en cualquier caso, hemos desarrollado una serie de técnicas para sortear estas limitaciones y aumentar la sensibilidad a los rayos gamma.

Hemos verificado la funcionalidad y la sensibilidad de las aplicaciones GammaPix en varios laboratorios gubernamentales, incluido el Laboratorio Nacional de Oak Ridge. GammaPix pasó por el riguroso procedimiento de evaluación del Departamento de Seguridad Nacional en virtud de la "Ley de SEGURIDAD" y se le otorgó la Designación DTE, lo que debería proporcionar un grado significativo de confianza de que la técnica es funcional y lo suficientemente sensible para satisfacer los problemas de detección del mundo real. (Ingrese "Image Insight" en el campo de búsqueda de palabras clave en el sitio web del DHS.) A medida que los algoritmos han mejorado en los últimos años, hemos aumentado la sensibilidad de GammaPix en buenos dispositivos en varios órdenes de magnitud por encima de lo que se muestra en el gráfico anterior. Para dispositivos con una sensibilidad decente, generalmente podemos detectar un nivel de 20 μSv/h en menos de un minuto. Para tales dispositivos, el nivel de fondo se puede detectar con una medición de media a unas pocas horas. Las máquinas de rayos X del punto de control de seguridad dan una señal fuerte, aunque breve. También obtuve resultados positivos con mi iPhone 5 en el dentista, con el teléfono debajo de la manta de plomo, pero cerca de mi cabeza.

Recuerde, la exposición a tasas de dosis bajas durante un año, incluso si alcanza el límite de 1 mSv/año, no tendrá el mismo efecto biológico que una dosis alta durante un período breve que tenga la misma dosis total. El nivel de 20 μSv/hr que mencioné anteriormente es el valor utilizado por los primeros respondedores para establecer un cordón de seguridad alrededor de un incidente. Al contrario de lo que escribió CuriousOne en su respuesta, si la tasa de dosis sube a este tipo de nivel, puede pasar un tiempo antes de que haya un profesional cerca con un detector, y bien podría ser que un miembro del público que usa uno de estos ¡Las aplicaciones serían las que informarían a los profesionales que había un problema!

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