日本排毒需用什么传感器检测？核辐射检测仪传感器傻傻分不清？

8月24日日本启动福岛第一核电站核污水排海，核污水经由1公里的海底隧道流向太平洋。据央视记者现场报道，福岛第一核电站周围辐射值超标9倍。

这一现象引发公众担忧，除了囤盐外，许多人还通过各个电商平台购买核辐射检测仪，原先乏人问津的产品现在销量猛增。

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下文主要介绍核辐射检测仪 以及其核心传感器部件——核辐射探测器，与核辐射传感器的区别和应用。核辐射探测器和核辐射传感器是两种截然不同的传感器。

核辐射也叫电离辐射或者放射性。放射性物质以波或微粒形式发射出的一种能量就叫核辐射，它是无色无味即看不见也摸不着，我们无法感知它的存在。必须通过专门的仪器设备来进行测量感知。

核辐射存在于所有的物质之中，这是亿万年来存在的客观事实，是正常现象。人类的很多活动都离不开放射性，例如人们摄入的空气、食物、水中的辐射照射剂量约为0.25mSv/年。戴夜光表每年有0.02mSv（毫西弗）；乘飞机旅行2000公里约0.01mSv；每天抽20支烟，每年有0.5-1mSv；一次X光检查0.1mSv等等。

平均而言，人们每年受到约2-3毫西弗(mSv)源自自然的辐射 ，例如宇宙射线和地壳中的放射性物质。这种暴露水平被认为是安全水平。

用什么仪器设备检测辐射？

用来检测辐射值的仪器叫核辐射检测仪，又名辐射检测仪，是用于测量环境中辐射强度的仪器，常用于检测核辐射、核污染是否超标，一般是机场、海关、码头、安全组织、核电站或是研究机构、实验室等可能接触到核辐射、核污染的工作人员会用到。

▲核辐射检测仪结构

核辐射检测仪工作原理

核辐射检测仪主要通过其核心部件——核辐射探测器来测量辐射射线和它们的性质，利用射线与物质相互作用时所产生的多种效应，将各种需要检测的物理、化学等变量信息转变成可测量的电信号，再传给芯片进行计算得出结果。

核心敏感元部件-核辐射探测器

辐射探测器是用来对核辐射和粒子的微观现象进行观察和研究的传感器件、装置或材料。 辐射探测器的工作原理基于粒子与物质的相互作用。

常用的核辐射探测器有电离室、计数管和闪烁计数器、原子核乳胶、固体核径迹探测器和半导体探测器等。 根据工作介质以及发生的效应，通常可分为气体探测器、闪烁探测器和半导体探测器等：

①气体探测器 是利用电离辐射在工作气体中的电离以及离子在电场中的漂移倍增机制实现辐射测量。

气体探测器是最常见的核辐射传感器，其中最为知名、应用最广的是盖革-米勒计数器。

②闪烁探测器 是通过光电转换器件将辐射在闪烁体中产生的荧光转化为电信号来实现辐射测量。

（光导、信号输出）

③半导体探测器 是通过电场收集辐射在半导体介质中产生的载流子实现辐射测量。

核辐射检测仪的分类

核辐射检测仪主要分为小型便携式的个人剂量检测仪和便携式核辐射检测仪、固定式辐射监测报警仪、高精度的伽马射线检测仪以及大型门口放射性检测仪。

核辐射仪的使用

1. 在使用仪器过程中需要确保辐射检测仪的探测口与需要测量的放射源之间不存在任何阻挡。

2. 当使用辐射检测仪在对反射源进行测量的过程中不可以将测量窗口面向太阳，否则对读数可能会造成一定的影响。

3. 了解探头所处辐射检测仪位置，测量过程中探头所在窗口需要与被测物对准。

4. 当方式开关位于不同状态时，仪器所显示的读数可能会出现在低计数率情况下显示出的辐射水平会存在明显的波动。

核辐射仪的选择

辐射监测仪器选择应考虑监测目的、监测对象、辐射类型、使用环境、仪器性能指标等综合因素。仪器选择至少应考虑以下事项：

①剂量率或活度浓度的范围;

②灵敏度;

③被监测同位素/辐射性质;

④报警阈值;

⑤电源及其备份;

⑥环境条件;

⑦测试、校准和易于维护;

⑧异常情况下的功能;

⑨过载响应;

⑩故障指示;

其他核素对测量结果的潜在影响(特别在进行中子、氚和其他 β 监测时)。

什么是核辐射传感器？与核辐射检测仪有什么区别？

从上文介绍，我们了解到核辐射检测仪可以用来检测周围环境的辐射值，而核辐射检测仪里的核心传感器元件是核辐射探测器。

核辐射探测器和核辐射传感器是两种不同类型的传感器，核辐射探测器用于探测环境中的辐射射线 ，传感器本身不释放放射性射线；而辐射传感器则是使用放射性同位素来进行感知 ，传感器本身释放放射性射线。

核辐射传感器是指利用放射性同位素来进行测量的传感器，又称放射性同位素传感器。 核辐射传感器包括放射源、探测器和信号转换电路。放射源一般为圆盘状（β放射源）或丝状、圆柱状、圆片状（γ放射源）。

核辐射传感器的工作原理

核辐射传感器是基于被测物质对射线的吸收、反散射或射线对被测物质的电离激发作用而进行工作的。放射性同位素在衰变过程中放出带有一定能量的粒子（或称射线），包括α粒子、β粒子、γ射线和中子射线。

用α粒子 使气体电离比用其他辐射强得多，所以α粒子常用于气体成分分析，测量气体的压力、流量或其他参数。

β粒子 在气体中的射程可达20米。根据材料对β辐射的吸收，可测量材料的厚度和密度；根据对β辐射的反射可判断覆盖层厚度；利用β粒子的电离能力可测量气体流量。

γ射线 是一种电磁辐射，它在物质中的穿透能力比较强，在气体中的射程为数百米，能穿过几十厘米厚的固体物质，因此广泛应用于金属探伤、测厚，以及流速、料位和密度的测量。中子射线常用于测量湿度、含氢介质的料位或成分。

核辐射传感器应用：

1、工业领域：厚度计、液面计、密度计、材料内部探伤等；

2、医学领域：B超检测仪等；

3、国防：核研究、核检查、核防护等。

广泛应用在制药厂，实验室，发电厂，采石场，紧急状况营救站，金属处理厂，地下油田和供油管道装备，环境保护等部门。

什么是放射性? 它对人体健康的影响有哪些?

放射性衰变

放射性是指原子核自发释放出的辐射。原子由一个中心原子核组成，它包含带正电的质子和不带电荷的中子，周围是带负电的电子。在稳定的原子中，原子核内的力使它保持完整，并阻止任何粒子或能量的自发释放。

但是在某些原子中，由于质子和中子数量的不平衡或其他因素，原子核可能不稳定。这种不稳定性导致了一种被称为放射性衰变的过程。在此过程中，不稳定的原子核经历了一种自发转变以达到更稳定的状态。在该过程中，原子核发出各种不同类型的辐射。

放射性衰变释放的辐射主要有三种类型：

放射性衰变是一种随机过程，特定放射性物质的衰变速率以其半衰期为特征，半衰期是指一半放射性原子核衰变所需的时间。半衰期的概念使我们能够估计衰变速率和在任何时间存在的放射物质的量。

放射性是一种自然现象，也会在多个过程中人为产生，例如核能发电、医学成像和工业应用。它既有益处，也有害处，具体取决于其应用和暴露水平。妥善处理、控制和监测放射性物质对于尽量减少它对人类健康和环境的潜在风险至关重要。

屏蔽的有效性

每种类型的辐射对物质具有不同的穿透能力和不同的电离能。它们会以不同的方式对生命造成损害。

虽然α alpha 粒子在放射性辐射中质量最大、能量最高，但由于它与物质的强烈相互作用，其辐射范围最短。Gamma电磁射线具有极强的穿透力，甚至可以穿透相当厚的混凝土。Beta放射性电子与物质相互作用强，距离短。

自然和人为辐射

我们经常暴露在环境中自然产生的辐射和人为辐射中。辐射量会因地理位置、海拔、个人和职业等因素而有所不同。

辐射暴露的主要来源有：

自然环境辐射

这种辐射存在于地球环境和大气中，来自宇宙射线、氡气等自然来源，以及岩石、土壤和水等陆地来源。

医疗

使用放射性同位素的诊断程序现已成为常态。诊断中最常用的放射性同位素是锝-99 (Tc-99)。核医学利用辐射来提供关于人体特定器官功能的诊断信息。

放射治疗可用于治疗某些疾病，特别是癌症，利用辐射削弱或破坏特定目标细胞。医疗设备的消毒也是放射性同位素的一个重要用途。

医疗对放射性同位素的需求正以每年5%的速度增长。

消费品辐射

这种辐射包含来自烟雾探测器等产品的辐射，一些建筑材料，以及含有放射性物质的某些类型的珠宝。

核工业

这种辐射包含核电站、核研究设施和其他与核有关的工业的辐射暴露，譬如本次日本排放核污水的福岛核电站。

一般而言，我们接触到的大多数辐射都是自然背景辐射。医疗也是一个重要的辐射暴露来源，特别是对于那些经常接受电离辐射医疗程序的人。但是，任何来自这些来源的辐射量通常远低于损害人类健康的水平。

辐射对人体健康的影响

辐射暴露对人体健康的有害量取决于辐射类型、辐射能量、持续时间和个体对辐射的敏感度。

一般而言，持续暴露于低水平的辐射可能会增加癌症风险或者其他长期影响。暴露在高水平电离辐射下例如放射性治疗或核事故，会造成急性影响例如放射病。

辐射剂量:

辐射剂量是指生物体在一段时间内吸收的辐射量。

一个人接收的辐射剂量对伤害的程度起决定作用。在放射医学中，总吸收剂量的单位是戈瑞Gray。1 戈瑞（Gy）等于一1西弗（Sv）。若人体暴露在1戈瑞以下，则可能会出现造血系统混乱。如果暴露在3戈瑞中，他或她的皮肤和粘膜会有烧伤样的损伤。如果剂量超过5戈瑞，胃肠道也会受到损害。更高剂量会对大脑和脊髓造成损伤。如果人体接收了超过20戈瑞，生存的机会微乎其微。

小剂量的能量不会立即导致细胞损伤。但是较大剂量会导致DNA受损。若没有完全或正确修复这种损伤，那么受影响的细胞可能在数年后恶化成肿瘤细胞。然而，在恶性肿瘤的发展中，很多因素例如饮食、生活方式，甚至是由基因决定的人体自身修复系统的效率，都起了一定作用。

根据所接收的辐射剂量可以对辐射暴露的危险程度进行分类。辐射剂量的测量单位是西弗(Sv)，或者更小的单位，毫西弗(mSv)。低于100毫西弗的暴露被认为是低风险，100-500毫西弗是中等风险，暴露在500毫西弗以上为高风险。

日常生活中的辐射对人体健康的影响

辐射类型:

不同类型的辐射的危险程度不同。例如，纸张可以阻挡α粒子，在人体外它不算很危险，但一旦摄入或吸入，则会造成严重损害β粒子的穿透性更强，可能导致皮肤灼伤，而γ射线的穿透性很强，即使从远处也会造成体内损伤。

建议最大剂量

辐射暴露的危险剂量水平取决于多个因素，包括辐射类型、暴露时间和暴露受体的敏感性。以下是针对不同类型辐射暴露的建议最大剂量一般指南：

自然环境辐射

平均而言，人们每年受到约2-3毫西弗(mSv)源自自然的辐射 ，例如宇宙射线和地壳中的放射性物质。这种暴露水平被认为是安全 水平。

职业暴露

在处理放射性物质或从事涉及辐射暴露工作的行业中的工人可能会受到监管机构对其暴露的限制。在美国，职业安全与健康管理局(OSHA)为辐射工作人员设定了每年50毫西弗（mSv）的允许暴露 限值。

长期暴露

长期暴露在较低水平的辐射下会增加患癌和其他健康问题的风险。剂量越大，暴露时间越长，风险就越高。一般估计，每100毫西弗（mSv）的辐射量会增加约5%因辐射而患癌的风险 。

急性放射性疾病

短时间内暴露在高剂量的辐射下会导致急性放射病，可能危及生命。一般认为，急性放射病的阈值约为1000毫西弗（mSv） 。

保护自己免于辐射的三条经验法则

第一 >> 增加距离

2 m 距离，相对于1 m >> 剂量率降低为原来的1/4

4 m 距离，相对于 1 m >> 剂量率降低为原来的1/16 (剂量率与距离的平方呈反比!).

第二 >> 减少暴露时间

暴露时间减半 >> 暴露剂量减半

第三 >> 提供合适的防护

举例：20 cm 厚的混凝土 >> γ剂量率降低85%

辐射源

为了进行核物理实验，需要辐射源。以下给出一些例子：

矿物： 由于某些元素的同位素如铀、钍和钾的存在，一些自然产生的矿物具有放射性。

放射性矿物质的例子包括：

铀矿 (也被称为沥青铀矿）：一种铀矿矿物，通常在花岗质岩石和伟晶岩中发现；

钒钾铀矿：一种钒酸钾铀矿物，通常存在于沉积岩中；

独居石：一种可以含有少量钍和铀的稀土磷矿；

铜铀云母：一种铜铀磷酸盐矿物，通常存在于花岗质岩石和伟晶岩中

钙铀云母：一种钙铀磷酸盐矿物，通常在沉积岩中发现。

值得注意的是，虽然在自然界中可以找到放射性矿物质，但若处理不当，尤其是吸入或摄入，它们也会

对健康构成威胁。因此，在处理放射性矿物时，采取适当的安全措施非常重要。

放射性同位素的举例： Co-60 (Gamma), Sr-90 Beta), Cs-137 (Beta, Gamma), 可在例如：3bscientific.com, imagesco.com, avantorsciences.com, unitednuclear.com 等科学商店购买。

镭: 在过去，镭被用作夜光表表盘、仪器仪表和出口标志的辐射发光材料

钍: 很有可能一些旧的煤气灯罩或焊条仍含有氚，但在处理任何潜在危险材料时，小心使用并遵循适当的安全程序很重要。然而，近年来，更安全的非放射性材料被开发出来，并在大多数应用中取代了钍。

古董店 也经常有含有放射性辐射源的物体和设备。

本文部分资料来自：

CEM华盛昌 《1分钟了解核辐射检测仪》

《半导体计数器 与 盖革-米勒计数器 相比，分别具有什么优势&特点？》

工采网《核辐射传感器的工作原理以及放射性的真相》

让智能手表健康监测更精准！ADI全新传感器前端，实现医疗级水平

作者 | ZeR0 编辑 | 漠影

芯东西8月1日报道，随着人口老龄化加剧以及年轻人越来越注重个人健康管理，智能手表等智能可穿戴设备因具有全天候和便携性等特质，正被定义成“腕上诊所”，增添更多实时监测生命体征的功能，包括心率、心电、血氧、体温、体脂等。

这对集成其中的芯片也提出更高的要求。就在上周，亚德诺半导体（ADI）推出了由ADI中国产品事业部定义并设计完成的多模式生命体征监测传感器前端新品ADPD7000 。ADI中国产品事业部高级市场应用经理何源向芯东西等媒体分享了ADI对可穿戴技术趋势的观察与分析，并详细解读了ADI在生命体征监测方面的技术优势。

何源说，医规仅仅是及格线，ADI芯片已经完全可以做到专业医疗级别，而且还有余量，至于可穿戴设备是否具备参考价值则取决于厂商。

一、显著优化四大关键指标，支持穿戴设备精准测压力

我们来结合实际用途看一下ADPD7000的硬件特性。

PPG（光电容积脉搏波描记法） 是借助光电在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法，可以用于监测脉搏、血氧、血压等数据。

对光的感知存在一些挑战，比如肤色较深可能把光几乎吸收完，看不到反射的能量，需要更高灵敏度和更高信噪比的信号链路去实现准确监测。有些人的体毛较长，光打到体毛上会到不了血管，这时需要将体毛的动态噪声盖掉，过滤出有效信息。还有伤疤、纹身等存在不均匀性，都会对体征指标监测造成挑战。

对此，ADPD7000在硬件上能够实现更高效的光电路径配合，相比上一代ADPD6000，可以支持的通道数更多，达到8路LED，在性价比和功能性上拥有非常好的平衡。

何源解释道，更多的LED意味着，第一是可以有更多的布局，一个地方没有戴好，还有一个地方的数据可以用，有点像双麦克风降噪，相当于双重保险机制；第二是多LED可以接多个波长，不光是测心率，还可以测别的。

用可穿戴设备测量ECG（心电图） 时，不像在医院会用到很大的电极通过吸盘紧扣在身上，由于可穿戴设备电极面积很小，接触时可能有晃动，也可能因为皮肤干燥而测不出来，所以需要电路有很精妙的设计才能保持监测精准。

ADPD7000的输入阻抗大到20G，1G是10的9次方，大概是200亿欧，是上一代的7到10倍，值越大就意味着能抵抗的干燥程度越好，动态范围越大，即在遇到低温、干皮肤等极端监测环境时的腕上覆盖度和准确度显著加强。

BIA（生物电阻抗分析） 被用于监测体脂。智能手表上可以有四个电极，下面两个、侧面两个，监测时会发一个安全的微弱电流到人的身上，然后智能手表根据电流来测体脂、水分的含量。

在医疗行业，很多专业体脂秤采用的都是ADI的解决方案。ADI也为穿戴设备的这类功能提前做了很多的迭代和布局。干的皮肤和湿的皮肤在做阻抗测量时，输入阻抗的不均衡很大，两对测试线会不均衡，从而导致物理上的很大测量误差。为了克服这个问题，ADI在硬件上加上了创新的拓扑结构，再加上通过软件算法优化来消除寄生和非对称的影响，得到最准确的测量结果。

心率可以很科学地测量，但情绪、压力这些比较虚的东西怎么测？

一个关键的指标是GSR（皮肤电反应） ，有些测谎仪会用到这个技术。ADI已经在穿戴设备上将该指标做到接近一些上万元专业设备的水平。压力测量不够精细化的智能手表，加上ADPD7000后会结合PPG有一个更精准的判断。

何源说，PPG和GSR都是测阻抗，区别在于PPG是测高频阻抗，GSR测的是体内阻抗，把电打到体内，是低频阻抗。两者可以做传感器融合，数据组合给算法，能得到更精准的结果。

像宇航员、高铁司机等一些专业领域已经进行压力监测，未来这些硬件产品会走到消费类领域，让更多人从中受益。

二、超低功耗、严控成本、丰富自研算法

超低功耗和成本，也是ADPD7000的主要亮点。

可穿戴设备用户普遍关注续航问题，这跟功耗直接挂钩。据何源分享，ADPD7000信噪比很高，只需要打一个很弱的光就能实现监测，非常节省功耗。ADI将电源效率做得很高，电池经过电源管理芯片之后具有高能量利用率，不用的功能会被关掉。

GSR的功耗也很低，现在的智能手表大概是500毫安的电池，假如原来续航是14天，用上GSR后，续航可能变成13.8天，只会少一两个小时。

ADI中国产品事业部团队在模拟和数字设计的过程中有很多的讨论与权衡，涉及哪些单元可以复用、哪些面积可以减小等等。再加上ADPD7000芯片的全链条都是在本土设计的，因此其成本控制基于ADI跟供应商及客户的频繁沟通，在保持高性能的同时对成本控制很有竞争力。

此外，ADPD7000 PPG 200mV@100mA的顺从电压（Compliance Voltage）可能会给手表的设计省一颗电源，芯片具备这种特性可以简化客户的系统设计，节省BOM成本。

ADI提供的光学、电极和所有调试的产品，都能很方便地接到客户的平台上。同时ADI自己也会研发产品，以充分了解客户需求。

好的芯片要结合好的软件和算法。在心率、血氧、心率变异性、离腕检测、房颤、睡眠、血红蛋白含量等方向，ADI都有自研算法。

目前其算法合作伙伴已基于ADI的芯片研究出无创测量血压或情绪压力的方法，如疲劳度。相关应用场景很多，比方说开车时，一些智能汽车里有DMS摄像头在监测状态，ADPD7000也可以做疲劳度的提醒。

ADI的生态合作体系包括一串覆盖从芯片定义、设计、制造到封装、测试的全链条本土化供应链，同时其芯片可配合平台商的算法实现全栈方案。对于一些研发能力不是很强的企业，ADI也可以联合方案商合作伙伴来提供支持。整体来看，ADI提供的是一套全栈方案，包括行业资源、海内外客户及开发资源的对接等等。

何源说，在跟国内客户交流的时候，ADI通常会分享很多经验，如果客户遇到有问题，每个问题都会安排有专人负责，以确保产品从设计到量产可以迅速落地，有效缩短开发周期。

三、本地定义研发、供应链本土化，以中国速度为本土客户提供服务

作为一家1965年就成立的老牌芯片公司，ADI早在1995年就开始在中国布局。

ADI中国事业部的前身是ADI中国研发中心，背靠ADI全球技术体系。目前ADI中国事业部在北京、上海、深圳共计有220多位芯片、系统应用研发工程师，量产了50种以上芯片产品，获得70余项专利，发表过6篇以上的国际顶级ISSCC论文。

“in China for China”是ADI在中国的核心战略。ADI中国产品事业部的定位是本地定义研发、供应链本土化、以中国速度为本土客户提供服务。其产品不仅面向中国市场，也被亚洲及全球客户采用。

何源说，ADI是一个统一的公司，在做任何产品规划的时候都会内部沟通协调好，包括产品的定位、下一代的方向要怎么走。ADI中国产品事业部的产品定位更多是基于本土化需求来构建产品，经内部整体讨论后确定。

“可以这么说，在穿戴领域，市场主体主要还是在中国的。”他谈道，“我们现在做的ADPD7000就是为了后面主流的应用去做的，尤其是面向中国的客户，甚至包括亚洲甚至是全球的客户。”

结语：精准定位本土化需求，提供多元组合

ADPD7000的前代产品此前已被三星智能手表、疗养院设备等To C及To B类产品采用，在业界有口皆碑。据何源介绍，由于是本土化打造，ADI中国事业部整个产品系列的需求定位非常精准，能提供满足不同需求定位的产品，不同系列可以有很多组合。

当前ADI中国产品事业部的产品已覆盖通信、汽车、医疗、工业、消费电子等领域，除了健康管理外，还涉及通信、BMS、音频处理等类别。

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