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谈谈弱光子测量 精选

已有 7594 次阅读 2016-9-30 21:11 |个人分类:大众物理学|系统分类:科普集锦


勿以善小而不为,勿以恶小而为之


这两天,弱光子人体安检仪突然引起了广泛关注[1]。它不仅涉及到公共安全和个人健康,也涉及到产品宣传和群众科普。网上关于这件事情的讨论很多,我的了解主要来自于知乎[2]。

简单地说,所谓的弱光子其实就是X射线,起这个名字的主要目的似乎就是为了避免提到X射线。X射线(X光)是波长很短的电磁波,能量比较高,能够引起空气电离,足以打断人体遗传物质染色体的化学键,所以可能对人体造成伤害,不宜过量辐照。X射线设备的使用需要遵循国家安全标准,更要对用户进行安全教育、告知相关风险。改名换姓不是正道。

“谈伤害而不谈剂量,就是耍流氓”。我打算从测量的角度来谈谈这件事。


根据网上的信息[2-4],弱光子人体安检仪的分辨精度可以达到1毫米,单次剂量是0.05-0.7微西弗。厂家的说法是0.05-0.17微西弗,有个安全检测证书说是0.1微西弗,而知乎问题[2]里说有实测结果大于0.7微西弗。我想从测量的角度来考虑这几个数值。

西弗(Sv)是一种衡量辐射大小的单位[5],1Sv大致是1公斤人体组织吸收1焦耳的电离能量(这里就是X射线了)。这是个很大的单位,所以通常用的单位是毫西弗(千分之一西弗)和微西弗(百万分之一西弗)。

传送带上的人匀速经过X射线窄光源,探测器应该是线阵探测器。这种线状扫描式的方法可以等效为拍摄二维平面照片。为了方便起见,先假定单次剂量是0.2微西弗。普通人的体重大约50公斤,总吸收能量为10微焦;人体面积大约1平方米,分辨率1毫米,意味着100万个像素,每个像素上的能量大约是$10^{-11}$焦耳;X光的波长大约是0.1纳米(具体这台仪器的数据不详),能量也就是1万电子伏。由此可知,每个像素上的X光子数为N=10000个,其分辨精度大约是$N/\sqrt{N}=\sqrt{N}\approx 100$,大约是7个比特(bit)的分辨率($2^7=128$)。

根据上面这个简单分析,可以知道,单次剂量是0.05-0.7微西弗大致是合理的。0.05微西弗大约是最理想的情况,分辨率可能只有5-6比特;0.7微西弗大约是实际能够达到的指标,分辨率勉强达到8比特。显然,如果牺牲一些空间分辨率,就可以降低单次剂量。


当然,这些分析都很粗糙,而且完全没有考虑光源的起伏、探测器的效率、测量电路的噪音等实际问题,真实情况比这个估计值差个两三倍甚至更多,也不是没有可能的。更严重的问题是,这样的仪器显然可以根据需要而调节剂量,如果他们采用了大众汽车的先进技术,也是完全有可能的。唯一遗憾的是,今年的搞笑诺贝尔奖已经被德国人捷足先登了




[1] 成都双流机场采用弱光子人体安检仪 专家:需要警示

http://news.sina.com.cn/o/2016-09-29/doc-ifxwmamz0000904.shtml


[2] 如何评价双流机场等地采用 X 射线的「“弱光子“人体安检仪」?且不设置明显电离辐射标志的违法行为?

https://www.zhihu.com/question/50970618


[3] [生活]启路达人体安检机使用说明(中文版)

http://v.youku.com/v_show/id_XMTY2NjM4NzY2OA==.html#paction


[4] 铁路旅客安检系统现状及发展研究--《铁道技术监督》201601

http://www.doc88.com/p-7465218223137.html


[5] 毫西弗

http://baike.baidu.com/view/5366556.htm



PS: 2016/10/12

环保部下发加急文件:四川立刻停止使用“弱光子人体安检仪”

http://www.guancha.cn/society/2016_10_12_376950.shtml



媒体:“弱光子安检仪”不能一停了之 必须追责

http://www.guancha.cn/society/2016_10_13_377099.shtml






https://blog.sciencenet.cn/blog-1319915-1006023.html

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