芯耀
与非AI
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SAR值大家可能并不陌生，它是用于描述非电离辐射（如移动通信终端产生的射频电磁场） 对人体的影响。而Gy值是什么，可能通信专业的大多数人并不知晓。最近看到一则新闻：说是为了让Wi-Fi接收器芯片能在核反应堆中稳定运行六个月，它需要承受的总辐射剂量达500千戈瑞（Gy），远超航天电子设备通常所能耐受的辐射剂量水平。
因此，SAR值与Gy值都是描述“辐射吸收”的物理量。而Gy值远比SAR值可怕得多，因为它是针对电离辐射（如X射线、γ射线等）的影响，这种辐射能量高，足以破坏分子结构。四叶草代表了幸运，而当我们看到这个三叶草的标志时，一定要注意远离。
01、对比产生源
先来搞清楚两种辐射：电离辐射和非电离辐射。看下面的图就能立刻清楚他们各自的来源了。从电磁波的角度看，在高于紫外线频段的X射线、γ射线才会产生电离辐射。
02、SAR值的概念和限值
SAR（比吸收率）是指生物组织在单位时间内单位质量所吸收的电磁波能量，单位是W/kg（瓦每千克），适用于工作在100 kHz~300 GHz 以内、使用时靠近人体20cm以内的移动通信终端设备所产生的辐射。以下是国标 GB 21288-2022规定的辐射限值，分为公众暴露和职业暴露。
标准号：GB 21288-2022 |
| 中文标准名称：移动通信终端电磁辐射暴露限值 |
| 英文标准名称：Limits for human exposure to electromagnetic fields emitted by mobile communication terminals |
公众暴露： 在100 kHz~6 GHz频率范围内，局部暴露(头部和躯干)任意10g组织，任意连续6min平均比吸收率(SAR)不应超过2W/kg；局部暴露(四肢)不应超过4W/kg。在>6 GHz~30 GHz频率范围内，局部暴露任意连续6min吸收功率密度在任意4cm2辐射面积的平均值不应超过20W/m2。在>30 GHz~300 GHz频率范围内，局部暴露任意连续6min吸收功率密度在任意4cm2辐射面积的平均值不应超过20W/m2；同时任意4cm2辐射面积的平均值不应超过40W/m2。
职业暴露：在100 kHz~6GHz频率范围内，局部暴露(头部和躯干)任意10g组织，任意连续6min平均比吸收率(SAR)不应超过10 W/kg；局部暴露(四肢)不应超过20 W/kg。在>6 GHz~30GHz频率范围内，局部暴露任意连续6min吸收功率密度在任意4cm2辐射面积的平均值不应超过100W/m2。在>30 GHz~300 GHz频率范围内，局部暴露任意连续6min吸收功率密度在任意4cm2辐射面积的平均值不应超过100W/m2，同时任意1cm2辐射面积的平均值不应超过200W/m2。
一部5G手机的SAR值通常在每公斤0.2瓦至1.7瓦之间，具体取决于测试部位（头部或身体）和手机设计。
03、Gy值的概念和量值
对于电离辐射，有这样三个概念或单位。
1. 放射性活度：表示放射性元素或同位素每秒衰变的原子数，单位是贝克勒尔，简称贝可（Bq），这是为了纪念100多年前首次发现天然放射性物质的法国科学家贝克勒尔。1Bq的定义是每秒钟有一个原子核发生核衰变。
2. 吸收剂量：吸收剂量是最基本的剂量学的物理量，是指射线与物体发生相互作用时，单位质量的物体所吸收的辐射能量的度量。单位是戈瑞（Gray，Gy）,1Gy=1焦耳/千克。可以看出，吸收剂量是一个描述物质吸收辐射能量大小的量。
3. 有效剂量：为了描述辐射所致机体健康危害的大小，定量地评价辐射照射有可能导致的风险的大小，在辐射防护评价中，人为地引入了有效剂量的概念。有效剂量的单位是希沃特（Sivert，Sv），是以瑞典著名的核物理学家希沃特的名字命名的。希沃特是个量值很大的单位，在实际应用中，通常更多地使用毫希沃特（mSv）或微希沃特（μSv），1Sv = 1000mSv; 1mSv = 1000μSv。根据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB18871一2002)规定，公众受到的最高平均年有效剂量不超过1mSv，特殊情况下，如果5个连续年的年平均有效剂量不超过1mSv，则某单一年份的有效剂量可提高到5mSv;眼晶体的年当量剂量不超过15mSv，皮肤的年当量剂量不超过50mSv。
Sv和Gy的区别是什么呢？Sv是描述辐射对人体的生物伤害风险，是辐射防护最核心的单位，它与Gy的关系是：Sv=Gy×wR，wR是辐射权重因子，对于X/γ/β射线，wR=1（伤害小）；对于中子，wR=5∼20；对于α 粒子，wR=20（伤害大）。
而SAR与Gy的区别又是什么呢？首先辐射来源不一样，前面我们已经说了。从物理单位上来看，Gy衡量的是累积吸收的“总量”，每kg多少焦耳；而SAR的单位是每kg多少瓦，瓦特×时间=焦耳，因此SAR隐含了时间单位，衡量的是吸收能量的“速率”，即人体每秒吸收了多少焦耳的电磁辐射能量。因此SAR一般需要衡量至少6分钟内的平均吸收能量。
对于人类不同的日常活动而言，吸收的电离辐射剂量大概是多少戈瑞呢？
| 人类活动 | 人体吸收的剂量 (Gy) |
|---|---|
| 一次胸部X光检查 | 0.1-0.2 毫戈瑞 |
| 可能出现轻微的急性辐射病症状 | 在短时间内全身受到 1-2 戈瑞 的照射时 |
| 致命剂量 | 全身一次性吸收 4-5 戈瑞 |
| 癌症放射治疗 | 肿瘤部位每次会接受 2 戈瑞 左右的剂量 |
而对于不同的设备和器件，能够承受的Gy累积剂量是多少呢？
| 设备 / 器件等级 | 耐受累积剂量 (Gy) | 失效现象 |
|---|---|---|
| 普通消费级芯片（手机 / 电脑 / 单片机） | ≤30 Gy | 死机、逻辑错乱、参数漂移、烧毁 |
| 工业级常规电子 | 100～1000 Gy | 精度下降、定时 / 采样异常 |
| 宇航 / 军工加固级 | 1000～3000 Gy | 缓慢性能衰减，仍可工作 |
| 核工业专用加固器件 | 10⁵～5×10⁵ Gy | 长期高剂量下稳定工作 |
所以，回到新闻中所描述的，核电站并非永久运行，需要被安全拆除、去污，以便场地重新利用，这一过程被称为退役处理。整个过程耗时漫长，且存在人员受辐射的风险，因此工程师们希望借助机器人来解决这一难题。研究人员希望研制一款可在核反应堆内部稳定工作的抗辐射Wi-Fi接收器，让该接收器能成为机器人无线通信系统的一部分，用于核反应堆退役作业。但这类设备大多依赖有线局域网，线缆极易缠绕。
因此研究人员最终通过：一是优化元器件搭配，最大限度减少晶体管总数并改进剩余晶体管的结构设计；二是调整晶体管物理尺寸，加大栅极的长度与宽度以减轻辐射导致的性能衰减；三是利用不同晶体管的抗辐射差异，大幅减少易受损的PMOS管，改用无氧化层的电感等元件替代，并依赖抗辐射能力更强的NMOS管进行补偿，实现了2.4GHz Wi-Fi接收器在辐射照射前，其性能与普通Wi-Fi接收器相当；在经受最高剂量辐照后，接收器增益仅下降约1.5dB。同时他们也在研发发射器，以实现双向无线通信。由于需要产生大电流来发射Wi-Fi信号，发射器的设计难度更大。此前测试的一个早期版本在经受300千戈瑞辐照后就损坏了，正在研究使用金刚石等其他半导体材料，以增强发射器的抗辐射能力。
