γ輻射儀標(biāo)定方法的研究

周仁紅等

摘 要：文章在研究了γ輻射儀的標(biāo)定相關(guān)理論基礎(chǔ)上，利用空中標(biāo)定法與地面標(biāo)定法對(duì)FD-3013γ輻射儀進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理得到儀器在不同標(biāo)定方法下的標(biāo)定函數(shù)。通過(guò)計(jì)算各點(diǎn)的相對(duì)誤差，從而對(duì)比了空中標(biāo)定法與地面標(biāo)定法對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，進(jìn)一步確定空中標(biāo)定法優(yōu)于地面標(biāo)定法。

關(guān)鍵詞：地面標(biāo)定；空中標(biāo)定；FD-3013γ輻射儀

在放射性測(cè)量過(guò)程中，通常是通過(guò)測(cè)量放射性核素放射出？琢、？茁、？酌等射線的計(jì)數(shù)率來(lái)確定放射性核素的含量。由于影響測(cè)量射線計(jì)數(shù)率的因素很多，致使放射性核素的含量與核測(cè)量?jī)x器的計(jì)數(shù)率的正比關(guān)系得不到正確反應(yīng)。文章運(yùn)用空中標(biāo)定與地面標(biāo)定法使用放射性標(biāo)準(zhǔn)源對(duì)儀器進(jìn)行刻度標(biāo)點(diǎn)，使儀器的計(jì)數(shù)率與標(biāo)準(zhǔn)源含量（或照射量率）之間保持確定的正比關(guān)系，以便使用統(tǒng)一的物理單位衡量放射性核素的數(shù)量或輻射量[4]。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與原理

數(shù)字FD-3013γ輻射儀采用NaI（Tl）晶體作為探測(cè)元件，其大小為30×25mm，儀器操作方便、中文液晶顯示、每秒顯示一次測(cè)量結(jié)果、報(bào)警閾值可選擇、測(cè)量顯示單位：uSv/h，具有電池電壓欠壓和未接探頭提示報(bào)警功能。

標(biāo)準(zhǔn)銫（Cs）源是一種呈銀色的軟金屬，其元素半衰期相對(duì)較長(zhǎng)，為30年，且極易溶于水。

設(shè)空間內(nèi)無(wú)對(duì)輻射的吸收和散射，距點(diǎn)源不同距離r處的γ射線照射量率X可按如下：

X=P/r2 （1）

式中，P-標(biāo)準(zhǔn)源常數(shù)（0.17uSv/h），它表示距離標(biāo)準(zhǔn)源1m處的γ射線照射量率。r-距離，以m為單位。

在實(shí)際工作中，將探測(cè)器固定，移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)源改變距離r，按上式計(jì)算照射量率，并測(cè)出r對(duì)應(yīng)的讀數(shù)。一般每一測(cè)程的標(biāo)定曲線上按照射量率均勻分布5～7個(gè)點(diǎn)，作出標(biāo)定曲線圖，根據(jù)標(biāo)定曲線，找出儀器讀數(shù)與γ射線照射量率之間的關(guān)系[1]。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

空中標(biāo)定法就是利用標(biāo)定支架將輻射儀和點(diǎn)狀銫源掛在離地面1.5m的空中進(jìn)行儀器標(biāo)定的方法。優(yōu)先選定一個(gè)空曠的場(chǎng)地，周圍4m到5m范圍內(nèi)沒(méi)有建筑物，立上兩根標(biāo)定支架，兩個(gè)支架的距離為5m左右，在兩個(gè)支架間1.5m高處掛一根直徑2～3mm的鐵絲，將輻射儀的探頭安上鉛套與點(diǎn)狀源用吊環(huán)分別懸掛在鐵絲兩邊。同時(shí)保證探頭與點(diǎn)狀銫源在同一條直線上，用卷尺測(cè)定探頭與點(diǎn)狀銫源的距離。如圖1所示，標(biāo)定時(shí)移動(dòng)點(diǎn)狀銫源來(lái)改變兩者間距離，每移動(dòng)一定距離，通過(guò)公式X=P/r2計(jì)算該點(diǎn)的照射量率X，并記下該點(diǎn)輻射儀的計(jì)數(shù)，測(cè)量多個(gè)點(diǎn)以后，利用最小二乘法得出儀器的計(jì)數(shù)率n 與照射量率X的關(guān)系，該關(guān)系即刻度函數(shù)，從而完成了輻射儀的標(biāo)定[3]。

所謂地面標(biāo)定法，它類似于空中標(biāo)定法，但該操作法是在地面進(jìn)行的，沒(méi)有標(biāo)定支架，而且直接把標(biāo)準(zhǔn)源與伽馬輻射儀放到地面的。其操作步驟和計(jì)算方法與空中標(biāo)定一樣，如圖2所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 測(cè)量結(jié)果

空中標(biāo)定法：

如表1所示FD-3013γ數(shù)字輻射儀用空中標(biāo)定法所測(cè)的數(shù)據(jù)，其在測(cè)量時(shí)的本底為0.13uSv/h；各點(diǎn)在扣除本地后得到如下的實(shí)測(cè)值。其理論值利用公式X=P/r2（標(biāo)準(zhǔn)銫源在1m處的理論照射量率為0.17uSv/h，即為P的值）即可算得每點(diǎn)處的理論照射量率，其擬合計(jì)算值由圖3中公式算得。

根據(jù)上表實(shí)際測(cè)量值與理論值的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)線性擬合得到公式如下：

Y1=0.8314X1+0.0079（2）

X1是實(shí)際測(cè)量值，單位為uSv/h；

Y1是擬合計(jì)算值，單位為uSv/h。

通過(guò)把每點(diǎn)處實(shí)測(cè)值代入以上公式（2），計(jì)算后得到各點(diǎn)處的擬合計(jì)算值，而相對(duì)誤差則利用公式

式中：w1擬合計(jì)算值是；w2是理論值。

通過(guò)計(jì)算得到相對(duì)誤差，知道在1.5m和3m處測(cè)量值不準(zhǔn)，誤差超過(guò)10%，

其余的點(diǎn)符合實(shí)驗(yàn)要求。出現(xiàn)異常點(diǎn)，可能是在移動(dòng)輻射儀時(shí)，輻射儀探頭的中心與銫源中心，未能始終保持在一條直線上，導(dǎo)致其誤差變大，尤其是在探頭離源較遠(yuǎn)的地方，顯得更為明顯[2]。

地面標(biāo)定法：如表2所示FD-3013γ數(shù)字輻射儀地面標(biāo)定法所測(cè)的數(shù)據(jù)，其在測(cè)量時(shí)的本底為0.09uSv/h；各點(diǎn)在扣除本地后得到如下的實(shí)測(cè)值。其理論值利用公式X=P/r2即可算得每點(diǎn)處的理論照射量率。其擬合計(jì)算值由圖4中公式算得。

根據(jù)上表實(shí)際測(cè)量值與理論值的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)線性擬合得到公式如下：

Y2=0.8323X2+0.0091（4）

X2是實(shí)際測(cè)量值，單位為uSv/h；

Y2是擬合計(jì)算值，單位為uSv/h。

通過(guò)把每點(diǎn)處實(shí)測(cè)值代入以上公式（4），計(jì)算后得到各點(diǎn)處的擬合計(jì)算值，而相對(duì)誤差則利用公式（3），則可以計(jì)算出。

通過(guò)計(jì)算得到相對(duì)誤差，知道在0.5m和1.5m處誤差在10%以內(nèi)，測(cè)量值準(zhǔn)確，而其余的點(diǎn)都不符合實(shí)驗(yàn)要求。出現(xiàn)這種原因可能是銫源放在地上，釋放的射線被大地吸收了一部分，導(dǎo)致輻射儀的吸收減少。

2.2 結(jié)論

由FD-3013γ輻射儀在空中標(biāo)定法與地面標(biāo)定法的結(jié)果看，其理論值與實(shí)測(cè)值的線性擬合式分別為Y1=0.8314X1+0.0079，Y2= 0.8323X2+0.0091，兩個(gè)擬合式的線性基本一致。但從相對(duì)誤差來(lái)看，地面標(biāo)定法測(cè)量的數(shù)據(jù)算出的相對(duì)誤差多數(shù)已經(jīng)超出10%，對(duì)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有任何意義。而空中標(biāo)定法有兩點(diǎn)的誤差也超出10%，有可能是周圍環(huán)境物質(zhì)的本底影響和在移動(dòng)輻射儀時(shí)，未能使儀器與源在一條直線上，造成測(cè)量有誤，而其余點(diǎn)都符合實(shí)驗(yàn)要求，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]曹利國(guó)，酈文忠，龍先灌.核輻射探測(cè)及核技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)[M].原子能出版社，2010.

[2]盧炎，戴麗君，王平.地面γ能譜測(cè)量影響因素初探[M].長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院報(bào)，1994.

[3]鄭成法.核輻射測(cè)量[M].原子能出版社，1983.

[4]黃乃明，周睿東，陳志東，等.大亞灣地區(qū)三次環(huán)境γ輻射劑量率調(diào)查測(cè)量結(jié)果比較分析[J].輻射防護(hù)通訊，2003.

作者簡(jiǎn)介：周仁紅（1988-），女，四川遂寧人，碩士生，專業(yè)：核技術(shù)及應(yīng)用。