解讀核輻射檢測儀原理，值得搶購嗎？

8月24日上午，日本政府不顧國內(nèi)外反對，執(zhí)意啟動核污染水排海計劃。盡管日本排放的污水最早也會在200多天后蔓延到我國臨海，但恐慌情緒卻提前一步擴散。

日本排放核污水消息傳出后，包括韓國與中國在內(nèi)的許多國家或地區(qū)再次出現(xiàn)“盲目搶鹽”的情況。于此同時，更多人開始關注核輻射檢測儀等相關檢測產(chǎn)品。據(jù)央視財經(jīng)8月26日報道，日本啟動核污染水排海導致核輻射檢測儀在線上平臺銷售火爆，“核輻射檢測儀”詞條中的數(shù)據(jù)顯示，該產(chǎn)品“本周增速”232%，很多商家都已經(jīng)沒有現(xiàn)貨。

很多專家表示，日本排放核污水，既要關注，但也無需驚慌。也有人認為我們必須要搶購必要物資來保證自己和家人的安全。核輻射檢測儀要用到哪些技術？市面上兜售的檢測儀是噱頭還是真的有效？是否有購買的必要？與非網(wǎng)謠言粉碎機來揭秘。

輻射檢測儀的工作原理

輻射，在物理學上指的是能量以波或者次原子粒子移動的形態(tài)，在真空或介質(zhì)中傳送。一般可依據(jù)其能量高低與電離能力將其分為電離輻射與非電離輻射，我們認知中的能對人體造成傷害，具有高致癌性的輻射都是電離輻射。電離輻射又可通過粒子分為α粒子、β粒子、種子、X射線以及伽馬射線等。輻射檢測儀的主要作用就是檢測被測物體中這些粒子波的“含量”。

我們其實在中學階段就學習過探測輻射的本領，那就是蓋革米勒計數(shù)管（Geiger-Müller counter），通常用于探測α粒子與β粒子。隨著多年來制造技術的進展，目前蓋革米勒計數(shù)管已經(jīng)可以較為精確的測量γ（伽馬）射線。

蓋革米勒計數(shù)管的探測器通常結構是在一根兩端用絕緣物質(zhì)密閉的金屬管內(nèi)充入稀薄氣體（摻加了惰性氣體，如He、Ne、Ar等），在沿管的軸線上安裝有一根金屬絲電極，并在金屬管壁和金屬絲電極之間加上略低于管內(nèi)氣體擊穿電壓的電壓。這樣在通常狀態(tài)下，管內(nèi)氣體不放電；而當有高速粒子射入管內(nèi)時，粒子的能量使管內(nèi)氣體電離導電，在絲極與管壁之間產(chǎn)生迅速的氣體放電現(xiàn)象，從而輸出一個脈沖電流信號。

一類蓋革米勒計數(shù)管信號處理電路 ?圖源：核技術

因此，我們可以統(tǒng)計單位時間內(nèi)電極的放電次數(shù)，就能推算出當前環(huán)境中的輻射劑量。根據(jù)公開專利顯示，一款核輻射檢測儀通常由蓋革米勒計數(shù)管、信號放大電路、單片機（MCU）電路、液晶顯示電路、報警電路、直流高壓發(fā)生電路、電源電路組成。蓋革米勒計數(shù)管陽極端連接直流高壓發(fā)生電路，陰極端依次連接信號放大電路、單片機電路、液晶顯示電路，單片機（MCU）電路還同時連接了報警電路，電源電路輸出分別連接到了上述電路的工作電壓輸入端。

一款核輻射檢測器內(nèi)部電路圖 ?圖源：專利CN102436008A

如上圖所示，蓋革米勒計數(shù)管A陽極端連接了直流高壓發(fā)生電路F的直流高壓400V輸出，陰極端依次連接信號放大電路B、單片機電路C、液晶顯示電路D；其中單片機電路C同時連接了報警電路E；電源電路G的+5V電壓輸出分別連接到了上述電路的工作電壓輸入端。當然，這僅是該款專利所呈現(xiàn)的電路方案，具體到某款產(chǎn)品上還會有所不同。

簡單來說，當蓋革米勒計數(shù)管捕捉到射線后，會發(fā)出電磁脈沖，脈沖通過放大器后輸入MCU進行計數(shù)，接著MCU會依據(jù)計數(shù)驅(qū)使報警電路發(fā)出或急促或緩和的“噠噠噠”蜂鳴聲來提示使用者此處的輻射強度。

用什么芯片，什么傳感器？

本次日本排放的核污水與核電廠常見的核廢水有本質(zhì)區(qū)別。核污水指代被核燃料污染的水，就比如這次直接灌入堆芯的海水。這些水與燃料棒直接接觸，其中含有大量的放射性物質(zhì)，除了氚與C-14外，還有例如鈾、钚、銫、鍶、碘、鈷等重金屬放射性物質(zhì)。更重要的是，使用者是無法預估測試環(huán)境的真實輻射量大小。因此，核輻射檢測儀的芯片與傳感器往往面對的環(huán)境要更加復雜且“兇險”。用什么芯片與傳感器才能保證儀器正常運行？怎么提高檢測精度呢？

傳統(tǒng)的便攜式輻射測量儀一般為單臺專用設備，檢測人員需要依據(jù)被測對象的放射性來源來選擇合適的前端探測器與后端處理電路。目前隨著核科學的不斷發(fā)展，核輻射檢測儀也在向著小型化、高靈敏度、高效率、大量程以及高可靠性的方面發(fā)展。

首先是探測器。為了應對不同種類的輻射的識別，輻射檢測儀上往往要搭載不同的傳感器。常用的核輻射探測傳感器根據(jù)工作介質(zhì)以及發(fā)生的效應，通常可分為氣體探測器、閃爍探測器和半導體探測器等。

網(wǎng)商平臺產(chǎn)品拆解圖（蓋革管） ?圖源：1688

氣體探測器通過收集射線在氣體中產(chǎn)生的電離電荷來測量核輻射，最早的蓋革米勒計數(shù)器就屬于這一種類；半導體探測器則可以統(tǒng)計輻射在半導體中產(chǎn)生的載流子數(shù)量計算輻射大小，其原理與相機中的CMOS傳感器類似，其中高純鍺探測器有較高的能量分辨率，對γ輻射探測效率高，此外砷化鎵、碲化鎘、碘化汞等材料也有應用；閃爍探測器則利用帶電粒子打在閃爍體上，使原子（分子）電離、激發(fā)，在退激過程中發(fā)光，經(jīng)過光電器件（如光電倍增管）將光信號變成可測的電信號來測量核輻射。半導體探測器具有分辨率的優(yōu)勢，廣泛應用于核素識別；閃爍探測器具有良好的η-γ射線甄別能力；蓋革米勒計數(shù)器等氣體探測器在高輻射場下具有測量優(yōu)勢。

就整體電路來說，輻射檢測儀的處理器并不需要很高的算力，因此低功耗、高穩(wěn)定性的MCU是最優(yōu)選。根據(jù)博主錦匠制作拆解的具有較高分辨率圖像顯示功能的輻射探測儀來看，最高僅需要1GHz主頻的單核CPU驍龍MSM8255。部分功能簡單，探測功能單一的檢測器可能僅需具有計數(shù)功能的幾MHz級別MCU。

夏普107SH輻射檢測手機 ?圖源：錦匠制作

盡管無需高性能，但核輻射傳感器所使用的芯片并不簡單。電離輻射的能量極高，它會持續(xù)損傷芯片，降低其性能，最終導致設備無法正常工作。此外，高能粒子還會導致晶體管中儲存的數(shù)值發(fā)生位偏轉(zhuǎn)，足夠數(shù)量的偏轉(zhuǎn)可能會使芯片發(fā)生“閂鎖”錯誤。因此輻射儀中的芯片需要具備足夠強的抗輻射能力。

抗輻射芯片具有物理與邏輯兩種方式。物理層面可以采用碳化硅或氮化鎵等對輻射抵抗較強的寬帶隙半導體材料，或者硅的處理層可置于絕緣層或襯底上。邏輯上可使用雙極集成電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CMOS，動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）代替靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM）等。在封裝層面，可以使用陶瓷封裝、金屬封裝或加裝金屬外殼等特殊工藝對芯片進行保護。

需要買核輻射檢測儀嗎？

其實單論后端電路與芯片，核輻射檢測儀的整體機構并不復雜，很多電子愛好者在具備相關元器件后或許都能“手搓”一個出來。從另一角度來說，核輻射檢測儀的檢測關鍵還是在于前端傳感器的感應精度。

在日本放出要排放核污水的消息后，核輻射檢測儀早已被買空，諸多分銷平臺上的熱門型號的蓋革計數(shù)器都已經(jīng)供不應求。

網(wǎng)商平臺的店家留言 ?圖源：1688截圖

不過從分銷商的留言中，記者找到了他們對于本次搶購事件的看法。某商家在留言中提到：“市面上300元以下的機器，要么沒有使用蓋革管，要么用的小蓋革管，靈敏度不夠?！薄笆褂脵C器（輻射檢測儀）需要對準輻射源，但混合在自然界中的輻射位置不固定，還有可能有大量遮擋?！绻且獧z測，3000元以上的產(chǎn)品才可能檢測的到?！?/p>

事實上，從傳感器的參數(shù)中，我們也能找到答案。目前民用的核輻射檢測儀，大部分都會在0.5uSv/h時報警，很多天然的大理石建材都能達到這個輻射值。如果日本方面的核污水排放真的能夠符合國際原子能機構的標準，其排放輻射量早已低于民用檢測儀的最低響應值。如果真的想讓手里的輻射檢測儀在本次事件中有用武之地，恐怕還要跑到福島當?shù)厝y量了（你不會真這么做吧？）。最近的央視報道中，華南理工大學環(huán)境與能源學院教授張永清表示：“普通百姓購買放射性檢測儀必要性不強。因為放射性測量過程中，只有一個儀器還是不夠的，還要有相應適合的方法，不同的核素有不同的方法來進行測量，而且不同的樣品有不同的前處理方法。如果說一般普通老百姓只是買一個儀器來測，他們還不具備專業(yè)的方法?！?/strong>