射线对CMOS成像元件的影响/简易辐射探测
高能射线会对cmos/ccd造成干扰,RodTech版主发过不少被X射线干扰的照片,由此引发个问题:能否用方便易得的手机摄像头进行辐射探测?

本次试验采用退役闲置的iphone4,市面上对于肾4的配件已经全面白菜化了,主摄像头只要10元左右就能买到,有很好的价格优势。因为不想报废自带的那个,所以从某宝购得两枚炮灰...顺便说一下,这个价位就别想买到新的了,全是拆机的,有些还是战场成色,我这两个就有其中一个没法对焦&进灰,反正我拿来搞破坏的,无所谓。
图像处理方面就用第三方的拍照软件啦,为了让粒子在画面上存留,用拍摄光流的模式,曝光时间可选,只保留画面上亮的部分,不对暗场积分,很多软件都支持这个。
先不改动任何硬件配置试试探测效果,射线源是一块封在玻璃试管里的钙铀云母,非云母窗的盖革计数器能检测到2000cpm的读数。因为计数管的探测面积会比摄像头的元件大很多,而且如果选用B快门模式的话软件是采用截取视频帧叠加的方法,所以相对于拍照的像素来说会少很多,并不期望能拍到多少射线。
不放矿石,测试“本底”,曝光10min
基本是空白的,有那么一两个小点,应该是环境本底。
IMG_4337.jpg


再把矿石放在摄像头前面试试,这次曝光1h,消耗手机40%电量,得到经验以后干这个一定要插着电源....
背景颜色不是辐射造成的,而是微弱的环境光的颜色,无视之。
IMG_4343.jpg


画面上出现一些带有尾迹的痕迹,怀疑是射线粒子斜射的缘故,也可能是β的轫致辐射。
12.jpg 112.jpg



还有些葫芦状的,两个点靠得很近的。因为铀会衰变出氡,而氡会进行两次快速衰变,我认为这就是氡的痕迹了。
13.jpg

效果一般,大部分粒子被镜头组件所阻挡,虽然不清楚射线成分,但相对于盖革计数器的2000cpm来说是大打折扣。



能不能给力一点呢?
那么.....开刀,拆掉镜头,这个摄像头可能是从掉水里的手机上拆下来的.....
IMG_4360.jpg

拆掉镜头后发现红外截止滤镜是贴在CMOS前面的,先不管了,看效果如何。
IMG_4361.jpg



然而中间出现小插曲,拆掉镜头后拍照画面黑屏——坏了....看似没有外伤但就是坏了,查不出原因。所以直接拿第二个摄像头下手,反正便宜。
这是拆掉镜头后铀矿曝光1h的效果,噪点多了许多,而且出现一些长轨迹,说明镜头阻挡了很多射线。
IMG_4363.jpg



同时用烟感报警器里的α源Am241测试,这种源基本上就是纯的α,可以感受下射线效果,只曝光了10min左右,跟上面铀矿所留下的痕迹差别很大。
IMG_4365.jpg





能不能再给力些呢?
拆滤镜吧......小心用刀片把玻璃撬下来,这样CMOS就直接裸露了,这层玻璃厚度大约0.5mm
IMG_0778.jpg


拆掉后对光拍一张(图片有压缩),局部有玻璃碎屑,还有因为拆卸造成的像素点损伤。注意没有了红外截止滤镜,白天拍摄画面会偏红。
IMG_4366.jpg


再用Am241试试,效果拔群啊!!这张图仅曝光1s
IMG_4369.jpg


这是10s的
IMG_4367.jpg

60s......
IMG_4368.jpg



用一小块裸露的铀矿测试,曝光1h,可以看到画面上多了许多粗大的颗粒,系之前被玻璃阻挡的α粒子。
IMG_4373.jpg




注:以上所有画面偏色都不是因为辐射,而是手机自动调整白平衡以及红外线的作用。


小结:
※α射线只要用0.5mm厚的玻璃就能阻挡。
※虽然和专业设备比不来,但是旧手机存世量大,作为发挥剩余价值可以玩玩。
※个人感觉CMOS类似于半导体探测器,但器件用途不同所以效果还是有差距的。不过可以考虑通过软件算法来优化。
※因为没有能谱仪,只能推测没有完全暴露CMOS之前所拍到的大部分是铀矿衰变产生的β、γ射线以及轫致辐射,而且镜头组件屏蔽效果很好,尤其是外面那一层金属壳。
※成像元件直接裸露是最好,但是会对红外线极度敏感,导致射线信号淹没在白天的红外线中,真要探测射线的话必须对摄像头进行改造。
※关键是面积!手机摄像头的感光面积仍然太小,虽然同样都无法检测α射线,但玻璃管的盖革计数器灵敏度高很多,这一方面有器件用途的原因,另一方面就是探测面积了。也许可以用老旧的单反改造试试。
※有钱建议上RodTech版主的那种闪烁体......
完....
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