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....
来自:物理高能技术 / 核技术与核仪器动手实践:实验报导
42
 
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~~空空如也
北落师门 作者
8年1个月前 IP:浙江
815323
引用 RodTech:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/watch?v=rNe1UBfJvoo
radioactivity counter
该公司实测校准了大量手机摄像头与剂量率的关系,直到20Sv/Hr



用胶布和铝箔盖住摄像头 ...
还有这种公司....
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北落师门作者
8年1个月前 IP:浙江
815327
引用 power_rdx:
对于大尺寸感光元件,可以直接买二手单反相机,只是价钱。。
蹲矿坛捡漏收垃圾[s::lol]
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北落师门作者
8年1个月前 IP:浙江
815329
引用 虎哥:
我曾经也做过实验,是CCD的,见下帖:
https://www.kechuang.org/t/40219
不过没有像楼主这样细致的做半定量实验,研究方法也很草率,应该向楼主学习。

然后我当年的问题再次浮现:为何只有白色和红色的...
想法跟refinder差不多,如果有激光照在摄像头上,亮的部分也是白色,只有边缘才会显现激光本身的颜色,亮度溢出了。为何有红色?不知道.....可能跟红外敏感有关
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北落师门作者
8年1个月前 IP:浙江
815330
引用 牛逼大仙:
开下脑洞,用NI 视觉助手,生成个二值化-粒子计数程序,再用正规仪器校正下,可以充当盖格计数器了,硬件成本很低的,软件成本嘛用D版的也没啥。
这个并不一定是要拆旧手机,可以用电脑摄像头,连安卓手机,或者直接电脑,普及率会很高。但仍然有检出限的问题。程序我是不会写,所以没法做了[s::lol]
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北落师门作者
8年1个月前 IP:浙江
815332
摄像头也有能量响应的问题,已知高能γ射线会直接穿透摄像头而几乎不与感光元件作用,在画面上留下十分细小的斑点,可以说几乎看不到,这对软件计数是个很大的挑战。
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北落师门作者
8年1个月前 IP:浙江
815363
发一个RodTech拍的高能γ射线产生的效果,是很细小的白色斑点。原图太大只截取了部分 QQ图5121724.jpg
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北落师门作者
8年1个月前 IP:浙江
815364
引用 牛逼大仙:
NI视觉助手很好用的,完全傻瓜软件,不用写一行代码,就是效率略低,不如OPENCV和HALCON
那只要是玩玩没问题
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北落师门作者
8年1个月前 IP:浙江
815427
引用 novakon:
不是射线能量大,而是电子带电,一个高速运动的电荷打上CCD/CMOS,电磁辐射会影响到周围一圈像素。对应的,中子不带电,所以只影响被击中/穿过的像素。



显然,这和具体CCD/CMOS像素上的滤镜颜色,关系不大(那些滤镜只筛选光...
γ射线是电磁波
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北落师门作者
8年1个月前 IP:浙江
815445
引用 novakon:
不是射线能量大,而是电子带电,一个高速运动的电荷打上CCD/CMOS,电磁辐射会影响到周围一圈像素。对应的,中子不带电,所以只影响被击中/穿过的像素。



显然,这和具体CCD/CMOS像素上的滤镜颜色,关系不大(那些滤镜只筛选光...
能量弱无法穿透材料,就是被材料吸收,能量传递给材料。如果能量强,直接穿透,不与物质作用。这就是原因
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北落师门作者
8年1个月前 IP:浙江
815446
引用 航模发烧友:
α射线  是一张纸就能阻挡
都这么说,那么一张纸如何量化?牛皮纸和转移印花纸所造成的阻挡效果肯定不一样。α射线被阻停会产生微弱的轫致辐射,这是能被盖革管所探测到的,所以会产生不用云母管也能测α射线的错觉
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北落师门作者
8年1个月前 IP:浙江
815458
引用 虎哥:
α射线只要能量够高,一样可能日穿钢板。能量高起来重粒子也吓死人。
这种情况下是进行核反应了?
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北落师门作者
8年1个月前 IP:浙江
815503
引用 航模发烧友:
用哪个纯α射线原,然后用张纸阻挡下,不就知道了
这个..我觉得因为没法确定射线性质,最好用能谱仪来检测
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北落师门作者
8年0个月前 IP:浙江
815930
收了个云母窗的计数管,用Am241测试,从云母窗辐射进去,计数声音连成片,类似白噪声那样;从管子侧面(不锈钢壳)照进去进去几乎测不到辐射,只有本底;如果在云母窗前挡一张很薄的纸(类似发票那种质地),大概99%的粒子会被阻挡,仍然会有少数穿透。
用玻封铀矿测试,不管在云母窗和不锈钢壁附近都能检测到一定量的辐射,说明经过玻璃阻挡后射出的不是α射线。
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北落师门作者
8年0个月前 IP:浙江
816355
引用 老鼠先生:
诶,这是一个好办法,感觉和光电倍增管探测辐射的原理类似。
按我理解倍增管在某一时刻只能接收一个脉冲,如果有两个以上的粒子同时被闪烁体捕获的话就难分辨了。也许会有高档的算法来区分,这我不懂。
CCD/CMOS因为是阵列,单一像素点在一个采样周期内被两个以上粒子轰击的概率大大减少,只要器件性能够好,效果应该会好很多。
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