放射性镜片和关于它们的一切

有很多关于放射性镜片的错误信息——从关于长出额外手臂和患癌症的恐怖故事，一直到说放射性镜片完全无害。真相介于两个极端之间，需要仔细考虑。毕竟，这些镜片含有放射性物质，我们应该小心对待它们。和你一样，我想保持安全并了解如何处理放射性镜片。我有很多问题：如何处理它们？它们会对我或相机造成什么损害？或者，我应该把它们送给论坛里的人，让他们“把它们从我身边带走”，以免我受到伤害？ （不错的尝试，伙计！）在阅读了无数文章、研究和书籍之后，我整理了最常见问题的答案。主要是钍和镧。相机镜头包含由各种不寻常元素制成的光学玻璃，如铅、硼、钙、镧和二氧化钍。这些元件具有独特的光学特性，使制造商能够制造出质量上乘的镜片。镧和二氧化钍都具有放射性，尽管镧的放射性非常小，如果没有敏感的实验室设备就无法检测到。镧只有微弱的放射性，因为其中只有 0.089% 是放射性同位素镧 138，其余 99.9% 是非放射性镧 139。 “ 钍、镧和锆等奇异元素被添加到玻璃混合物中，以创造复杂镜头设计所需的高折射率。从大玻璃罐中选择优质玻璃，在应力和应变检查后进行严格的分光光度测试，为最终用于镜片元件提供了宝贵的原料玻璃。” – Konica Hexanon Lens Guide, Konica Camera Company, 1972 1945 年，来自 Eastman Kodak 公司的 Paul F. De Paolis 为光学玻璃申请了美国专利 2,466,392，该专利引入了钍和光学玻璃制造特性。

“ 本申请涉及光学值在可用于光学仪器设计的范围内的玻璃。具体地，本申请涉及具有在1.65和1.68之间的范围内的D线(n)的折射率和在52.5和57.0之间的阿贝值(v)的这种玻璃。一般而言，本文所述的玻璃是非硅酸盐的，并且以35-40重量％的量包含作为玻璃化剂的氧化硼；镧和钍的氧化物，其含量基本相等，各大于 10%；和氧化钡和氧化钙或氧化镁。 ” – 美国专利 2,466,392。柯达生产了一些第一批用于空中监视的放射性镜头——Aero-Ektar。其他制造商如佳能、柯尼卡、朝日宾得等也在 1945 年至 1980 年间制造的镜头中使用钍。制造商大多使用钍玻璃制造速度最快、更昂贵的镜头，例如 f1.2s 和 f1.4s，但也存在较慢的放射性透镜。最终，到 1980 年代初，由于工厂工人的健康问题和核事故后消费者对放射线的恐惧，钍玻璃不再用于消费镜片。出现了更新的配方，提供了类似的特性，而不会增加放射性风险。将氧化钍或氧化钍添加到玻璃中可提高折射率，同时保持低色散。这些特性特别有利于制造光学玻璃。高折射率意味着光在玻璃内传播速度较慢，因此更容易改变其方向。镜片可以具有较低的轮廓，需要的材料更少，因此更轻。

由阿贝数定义的低色散允许镜头校正色差，确保在可见光谱的整个颜色范围内保持相同的焦点，从而创建更清晰的图像。 “ 钍是一种弱放射性金属化学元素，符号为 Th，原子序数为 90。所有已知的钍同位素都是不稳定的。最稳定的同位素 232Th 的半衰期为 140.5 亿年，大约是宇宙的年龄。它通过阿尔法衰变非常缓慢地衰变，开始一个名为钍系列的衰变链，以稳定的 208Pb 结束。 “- 维基百科 钍是地壳中天然存在的、含量最丰富的放射性元素。钍相对稳定，半衰期为 140 亿年。并不真地。虽然纯钍确实通过发射上述 α 粒子而衰变，但这只是发射 α、β 和 γ 辐射的长系列衰变的开始，直到它以铅的稳定同位素结束。你可以这样读：钍 232 -> 释放 alpha α -> 变成镭 228，然后镭 228 -> 释放β β- -> 变成锕228，依此类推。上述衰变链表明，钍透镜含有钍及其子元素：镭、锕、氡、钋、铋、铊和微量铅，这是由钍缓慢衰变产生的。当 β 粒子在密度较大的材料（例如镜头周围的镜筒）中减速时，它们会通过释放光子（X 射线或伽马射线）来产生电磁辐射。这种二次辐射称为“轫致辐射”，德语为“制动辐射”。

大多数老式镜筒是钢、铜或铝，会产生微量的二次伽马辐射。屏蔽材料越重，发射的轫致辐射就越多。由于β衰变很小，因此产生的轫致辐射也很小。尽管如此，为了完整起见，还是值得一提的是，了解您可以从镜头中获得哪些类型的辐射。钍衰变链中的元素本身和大量使用都具有令人难以置信的毒性和危险性。然而，镜片中存在的量很小，只存在很短的时间。打破镜片不会“释放”残留在玻璃晶格结构中的辐射或有毒元素。尽管如此，它会污染房屋，并使其更容易摄入或吸入少量放射性尘埃。阿尔法粒子只能穿透人体皮肤外层几微米，而且是无害的——只要它们在体外。发射 α 的粒子在体内明显更危险。当 α 粒子靠近细胞时，它们的电离特性会造成损害——特别是呼吸道和肺以及消化道、胃和肠中的细胞。确保不要粉碎、研磨、刮擦或刮擦镜片元件，以免放射性粒子进入体内。作为一个很好的措施，我也会在处理后洗手。

“对于根据此豁免授权使用的钍光学玻璃，镜片将被其他材料包围，或者在镜片和暴露个体的组织之间会有额外的材料，并且只有光子暴露才会受到关注。然而，在未经授权使用含钍光学玻璃的情况下，例如光学仪器的目镜，眼睛暴露于 α 和 β 粒子也会引起关注。这种担忧是因为玻璃离眼睛很近，并且在源和眼睛组织之间缺乏足够的吸收材料。 ” – nrc.gov NUREG-1717 第 3–288 页 增加辐射暴露会导致眼睛白内障，因此避免不必要地暴露您的眼睛 – 戴上眼镜，清洁或处理放射性镜片时不要将它们靠近肉眼。测试表明，简单的眼镜可以有效地屏蔽从镜片发出的辐射——只有十分之一的辐射能通过。我通过眼镜测得大约 3006 CPM，而在表面测得大约 28000 CPM。根据研究（下图），放射性镜片相对安全。我们每天都定期暴露在各种来源的辐射中，这些辐射加起来的剂量比使用放射性透镜要大：“另一方面，卡尔蔡司 Tessar 每秒释放的总伽马能量几乎为 32 MeV /秒。对摄影师来说，这对全身最大年剂量的贡献计算为仅为 0.17 ‰。这与 β 辐射增加的剂量相当。因此，来自 Carl Zeiss Tessar 的 β 和 γ 辐射同样无害。这些比率非常接近于零，以至于本论文得出的结论是，使用所测量的任何相机镜头都不会涉及与辐射相关的健康危害。 ” – 钍相机镜头中的残余辐射分析。 Jonathan Wäng 和 Viktor Henningsson，2013 年。确定镜片是否具有放射性的最可靠方法是使用盖革计数器进行测量。然而，很少有人能够轻松获得，在这种情况下，可以使用目视检查作为备份。目视检查可以揭示镜片具有放射性的迹象——随着时间的推移，辐射会导致镜片元件变黄。然而，老化以及玻璃的成分也会导致玻璃变色。

透过镜头看一张白纸，与周围的白纸相比，这些元素变黄了。色调的显着差异表明镜片具有放射性的可能性更高。另一方面，透明玻璃并不意味着镜片不含放射性物质——它可以双向使用。放射性镜片暴露在紫外线下时会失去黄色。镜片镀膜有多种颜色，从某个角度观看时可能会呈现黄色。涂层颜色与镜片放射性无关，对于放射性和非放射性镜片可以是任何颜色。一些消息来源错误地指出镜片涂层具有放射性——事实并非如此。实际的玻璃含有钍——而不是涂层。例如，Mamiya 在他们的大多数老式镜片上使用黄色涂层，而其中只有一些镜片具有放射性。辐射会在玻璃中产生 F 中心，因为放射性衰变取代电子，导致玻璃呈现黄色或棕色色调。紫外线可以清除一些泛黄。可能需要长达 7 天的时间暴露在阳光下或紫外线光源下才能减轻泛黄。然而，我喜欢我照片中的暖色调，并保持镜头原样——这是钍镜头的独特“特征”。为避免增加辐射暴露 - 将放射性镜片存放在尽可能远离您自己的地方。如果可以选择，请不要将它们长时间留在卧室或靠近人类的地方。尽管曝光量很小，但随着时间的推移它们都会加起来。我在距镜头约 1-1.5 米处测量了辐射读数下降到背景水平。

铝制外壳是一个不错的选择，因为它是 alpha 和 beta 的良好屏蔽材料。尽管如此，储存容器材料对剂量率的影响并不像距离那么大，所以如果您担心 - 增加您与镜片之间的距离。我使用 GQ GMC 600+ 和 GQ GMC 300E+ Geiger-Muller 计数器测量我的镜头。 GQ GMC 300E+采用更常见的M4011 GM管，对Alpha辐射不是很敏感，但可以检测Beta和Gamma。同时，GMC 600+采用LND 7317煎饼GM管，对各种辐射非常敏感。所有电子设备都在某种程度上容易受到辐射损坏——数码相机会在传感器上形成热像素。一个简单的测试显示了辐射可能如何影响相机传感器。用镜头盖曝光 90 秒后，放射性镜头在图像中留下可见的“激发像素”。那是高强度粒子撞击传感器的地方。下一帧像素恢复正常，并没有“卡住”，但我认为从相机机身上取下放射性镜头并安全起见是个好主意。有关热像素的更多信息：关于哈勃望远镜相机、CMOS 图像传感器和 Reddit。放射性镜片通常不会导致发布问题。除了有一次使用 eBay 全球运输计划从美国运送 Mamiya Sekor 55mm f1.4 之外，我运送了各种镜头，没有遇到任何问题。 Global Shipping 将镜片寄回给卖家，并附上了一张说明不允许使用放射性物质的纸条。目前的消费镜片不含钍——它已被更新的玻璃配方所取代，从而避免了放射性问题。主要的担忧是工厂工人的健康——没有人愿意抛光和研磨玻璃并使自己暴露在辐射中。此外，人们对辐射的恐惧使得成品难以销售。

有趣的是，钍仍然被美国军方用于最先进的全球鹰无人机。 “ 2017 年 6 月 21 日，美国空军一架 RQ-4 全球鹰在山附近坠毁。惠特尼位于加利福尼亚州红杉国家公园和因约国家森林之间的边界上。这是崎岖不平、森林茂密的地形，现在该服务部门希望有人进入那里并恢复无人机的部分部件。” “钍是一种放射性物质，会通过阿尔法辐射衰变。如果镜片已被烧毁或已熔化，则暴露于 α 辐射的可能性更高。 ” – TheDrive “该飞机还配备了一个光学透镜，该透镜浸渍了钍以增强光学性能（类似于许多商业光学器件），” – 合同文件中写道。如果美国军方选择使用钍为他们的无人机光学提供动力，也许我们可以说在需要绝对质量的情况下它仍然是最好的玻璃？一些有史以来最优秀的老式镜头具有放射性。钍是他们成功的“罪魁祸首”，还是仅仅是巧合？很难说，但钍透镜用于军用无人机的顶级光学系统这一事实表明是前者。我测试了很多放射性镜片并爱上了它们。 Mamiya 58mm f1.7 显示出卓越的光学性能——图像清晰、对比鲜明，暖色醒目。

我还没有找到一个光学性能差的放射性透镜的例子——恰恰相反——它们都很出色。现代非放射性镜片在绝对清晰度和对比度方面优于这些老式镜片。此外，它们通常具有更复杂的设计，具有更多的元素和组。然而，老式镜头的光学特性更令某些人满意——包括我。我希望你喜欢这篇文章，并学到了很多关于放射性镜片和辐射的知识。如果您有时间，请发表评论并告诉我您的想法 - 特别是如果您发现错误或不准确。本文仅供参考，绝不应被用作医疗、健康、辐射防护或安全建议，无论是否暗示。完全免责声明。