距離和不均勻性對α、β表面活度響應測量結(jié)果的影響

陸小軍　何林鋒　徐一鶴　孫 訓　趙 超　唐方東

（上海市計量測試技術研究院　上海 201203）

距離和不均勻性對α、β表面活度響應測量結(jié)果的影響

陸小軍何林鋒徐一鶴孫 訓趙 超唐方東

（上海市計量測試技術研究院上海 201203）

采用自主研制的α、β表面污染儀表面活度響應測量定位裝置，結(jié)合 JJG478-1996中表面活度響應的測量方法，采用α、β標準平面源定性和定量地研究距離和不均勻性對α、β表面污染儀表面活度響應值的影響規(guī)律。實驗量化評估發(fā)現(xiàn)，α、β表面活度響應隨著距離的變化呈二次多項式關系，相關系數(shù)均大于0.99；當α、β表面污染儀探頭面積很小，且采用五點法不能覆蓋標準平面源的活性區(qū)面積時，α、β表面污染儀對該標準平面源的表面活度響應宜采用五點法測量值的平均值；若污染儀的探頭面積采用五點法能覆蓋標準平面源的活性區(qū)面積，則對該標準平面源的表面活度響應盡量在標準平面源活性區(qū)的中心位置處測量。

距離，不均勻性，α、β表面活度響應

CLCTL81， TL84

表面活度響應是α、β表面污染儀最主要的計量性能參數(shù)，用戶使用時通過儀器的示值除以表面活度即可得到所測表面的放射性活度［1］。為保障放射工作人員、公眾及環(huán)境的放射性安全，國標GB18871-2002對表面活度的大小規(guī)定了限值，且將α、β表面污染儀列入國家強制檢定工作計量器具目錄，每年定期送至計量部門進行檢定或校準。根據(jù)現(xiàn)行計量檢定規(guī)程JJG 478-1996規(guī)定的表面活度響應的測量方法在 α、β表面污染儀表面活度響應進行測量時，對探測器窗與標準平面源之間的距離進行了規(guī)定（α為5 mm、β為10 mm），因此，測量過程中對距離的準確控制，對α、β表面活度響應量值的準確與否至關重要［2-4］。

隨著近年來核技術及核電子學研發(fā)技術的發(fā)展，市場上出現(xiàn)了適用于不同場所，探頭形狀多樣、探測器柵網(wǎng)與探頭邊沿的距離各異的α、β表面污染儀，因此，研究表面活度響應隨距離不同而變化的規(guī)律以及表面不均勻?qū)y量結(jié)果的影響大小對于量值傳遞、量值統(tǒng)一是十分必要的［5-10］。

本研究通過實驗，采用α、β標準平面源，定性和定量研究了距離和放射源的不均勻性對α、β表面污染儀表面活度響應值的影響規(guī)律，研究結(jié)果可以為計量、環(huán)境輻射監(jiān)測、核設施及出入境等部門更好的使用α、β表面污染儀提供技術參考，保障了各類表面污染儀表面活度測量結(jié)果的準確。

1　設備及方法

1.1設備

1.1.1α、β表面污染儀表面活度響應定位裝置

由實驗室自主研制，采用平整度高、不易變形的12A合金鋁和鋼板作為裝置機身材料，且表面發(fā)黑電鍍處理，能實現(xiàn)智能化控制，數(shù)字快速顯示移動距離， α、β表面污染儀在儀器托上平衡穩(wěn)定，定位支桿可實現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，Z軸方向在0～30 cm升降，源托可以實現(xiàn)0～40 mm的智能化升降，移動距離的最大偏差±0.17 mm，可以很好滿足目前市場上各類α、β表面污染儀表面活度響應的測量要求。見圖1。

1.1.2α、β表面污染儀［11-14］

實驗采用市場上常見的探頭面積為大、中、小3種典型的α、β表面污染儀，型號分別為：S.E.A公司的CoMo170（探頭面積為170 cm2），美國熱電公司FH40G+FHZ742（探頭面積為125 cm2），上海仁機儀器儀表公司的 A-15型污染儀（探頭面積約16 cm2）。

1.1.3α、β標準平面源

實驗所用α、β標準平面源均為電鍍源，其中，α標準平面源為Am-241，活性區(qū)面積為150 cm2，表面活度為13.37 Bq·cm-2；β標準平面源為Tl-204，活性區(qū)面積為150 cm2，表面活度為10.76 Bq·cm-2。

1.2方法

1.2.1距離

根據(jù)JJG 478-1996要求，α、β表面污染儀在檢定校準時，對α和β平面源的表面活度響應分別在距離平面源5 mm和10 mm處測得，因此，距離的變化是影響表面活度響應測量結(jié)果準確與否的一個重要因素，尤其對于α粒子的測量。

測量時，先將各表面污染儀置于裝置儀器托，待其讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄本底。然后分別將α、β標準平面源置于檢定用支架源托，通過可視界面輸入不同距離，記錄各儀器在不同距離上測量的讀數(shù)，減去本底后，計算儀器在不同距離處的表面活度響應，計算見公式（1）。α表面活度響應分別在距離平面源3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7 mm處測得，β表面活度響應分別在距離平面源 8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12 mm處測得。

式中：Ri為實驗儀器的表面活度響應，Ni為實驗儀器的示值，當示值以Bq·cm-2為單位時，R無量綱；當示值為計數(shù)率時，R單位為s-1·Bq-1·cm2，Nb為實驗儀器的本底，A為標準平面源的表面活度（Bq·cm-2）。

1.2.2均勻性

實驗用儀器為上海仁機儀器儀表有限公司A-15型表面污染儀，儀器有效探測面積約16 cm2。α標準平面源編號為LA-07，活性區(qū)面積為150 cm2，表面活度為 13.37 Bq·cm-2。β標準平面源編號為LA-03，活性區(qū)面積 150 cm2，表面活度為 177.34 Bq·cm-2。測量采用五點法，即在平面源各位置處定點測量，然后取各點表面活度響應的平均值，作為該儀器對該表面活度的標準平面源的表面活度響應值。具體分布及編號如圖2所示。

2　結(jié)果與分析［15，16］

2.1距離

利用表面活度響應測量定位裝置的走距準確，測量α和β表面活度響應時將距離分別設置為5 mm和10 mm，研究各探測器表面在距離平面源±2 mm范圍內(nèi)的變化規(guī)律，實驗結(jié)果見表1和表2。由表1和表 2可以看出，對于α表面活度響應的測量，由于粒子射程短，距離每增加0.5 mm就會有2%～4%的減小，3類探測器中，當距離偏差2 mm時，最大相對偏差達到 17.6%，可見，距離的準確控制對 α表面活度響應的測量準確性是十分重要的。而對于表面活度響應的測量，由于β粒子在空氣中射程長，因此，當距離偏差2 mm時，對其表面活度響應的影響相對較小，最大相對偏差為5.4%。根據(jù)表面活度響應隨距離的變化實驗，研究了大、中、小3種α、β表面污染儀在以5 mm和10 mm作為參考點，在距離偏差±2 mm范圍內(nèi)的變化規(guī)律，結(jié)果見圖3，其中，ΔX=實際位置-參考位置。

表1　各探測器對α標準平面源在不同距離處的表面活度響應Table 1　α surface activity response of each detector at difference distance

表2　各探測器對β標準平面源在不同距離處的表面活度響應Table 2　 β surface activity response of each detector at difference distance

由圖3可知，不論α、β表面污染儀探頭探測面積的大小，其表面活度響應均隨著距離的變化呈二次多項式關系，且相關系數(shù)均大于 0.99。對于以CoMo170為代表的大面積型α、β表面污染儀，其α、β表面活度響應的相對偏差可分別根據(jù)關系式：yα= - 0.522x2- 6.093x + 0.703、yβ= 0.063x2- 2.21x - 0.306進行修正；對于以FH40G+FHZ742為代表的中面積型α、β表面污染儀，其α、β表面活度響應的相對偏差可分別根據(jù)關系式：yα= 0.229x2-8.116x + 0.929、yβ= 0.228x2- 2.316x + 0.108進行修正；對于以AB-15型為代表的小面積型α、β表面污染儀，其α、β表面活度響應的相對偏差可分別根據(jù)關系式：yα= 0.068x2- 6.636x - 0.568、yβ= 0.239x2- 2x - 0.298進行修正。

2.2標準平面源的均勻性

在用于開展α、β表面污染儀檢定校準時，根據(jù)平面源效率可推算其表面活度，然后根據(jù)公式（1）即可計算每臺儀器的表面活度響應。由于標準平面源的表面活度存在不均勻性，對于探測面積明顯小于標準平面源活性區(qū)的儀器，在活性區(qū)不同位置處（見圖 2）測量，可能會得到不同的測量結(jié)果，為此，實驗以上海仁機儀器儀表公司的 A-15型α、β表面污染儀作為小面積型探頭的代表，研究了小面積α、β表面污染儀探頭在標準平面源圖 2所示位置處的表面活度響應的差異，探頭與標準平面源之間的距離通過實驗室自主研制的定位裝置來控制，α、β表面活度響應的測量距離分別為5 mm和10 mm，測量結(jié)果見表3。

表3　儀器在不同位置處的表面活度響應Table 3　Surface activity response at different position

由表3看出，不論對于α或β標準源，儀器在位置2和位置4處的表面活度響應總是較其他3個位置處偏大，說明了在制源工藝上的一致性，同時也驗證了若在平時的檢定校準過程中，對于小探頭表面污染儀，若只是在標準平面源活性內(nèi)任意取一點進行測量，所得結(jié)果是不準確和不合理的。計算各點相對于平均值的相對偏差發(fā)現(xiàn)，最大相對偏差對于α和β標準源分別達到了2.56%和-2.81%，最小相對偏差對于α和β標準源分別達到了-0.31%和0.50%，因此，建議在平時的檢定校準中，若α、β表面污染儀的探頭面積采用五點法仍不能覆蓋標準平面源的活性區(qū)面積，則該污染儀對該表面活度的標準平面源的表面活度響應取采用五點法測量值的平均值；若α、β污染儀的探頭面積采用五點法能覆蓋標準平面源的活性區(qū)面積，則該污染儀對該表面活度的標準平面源的表面活度響應盡量在的標準平面源活性區(qū)的中心位置測量。

3　結(jié)論

采用241Am和204Tl標準平面源研究了α、β表面污染儀表面活度響應隨探頭與源之間距離變化的規(guī)律，得到α、β表面活度響應隨距離變化的經(jīng)驗公式，如下：

（1）以CoMo170為代表的大面積α、β表面污染儀：

yα= - 0.522Δx2- 6.093Δx + 0.703；

yβ= 0.063Δx2- 2.21Δx - 0.306

（2）以FH40G+FHZ742為代表的中面積α、β表面污染儀：

yα= 0.229Δx2-8.116Δx + 0.929；

yβ= 0.228Δx2- 2.316Δx + 0.108

（3）以AB- 15為代表的小面積型α、β表面污染儀：

yα= 0.068Δx2- 6.636Δx - 0.568；

yβ= 0.239Δx2- 2Δx - 0.298

以上經(jīng)驗公式可以為計量、環(huán)保、出入境、核設施及后處理廠進行量值傳遞、表面污染監(jiān)測數(shù)據(jù)修正提供技術依據(jù)。通過采用五點法，實驗論證了標準平面源的不均勻性對小面積探頭表面活度響應測量結(jié)果的影響，結(jié)果顯示各測量點位相對于平均值的最大相對偏差對于α和β標準源分別達到了2.56%和-2.81%，因此，建議在平時的檢定校準中，針對α、β表面污染儀的探頭面積，對于采用五點法能覆蓋標準平面源活性區(qū)面積的探測器，表面活度響應盡量在標準平面源活性區(qū)的中心位置測量；若探頭面積很小，采用五點法仍不能覆蓋標準平面源的活性區(qū)，則表面活度響應宜采用五點法測得值的平均值，確保量值的準確。

1國家技術監(jiān)督局. JJG 478-1996α、β和γ表面污染儀［S］.北京： 標準出版社， 1996. National Administration of Technology Supervision. JJG 478-1996 α， β and γ surface contamination instruments［S］. Beijing： Standards Press of China， 1996.

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3中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB 18871-2002 電離輻射防護與輻射源安全基本標準［S］.北京： 標準出版社， 2002. General Administration of Quality Supervision， Inspection and Quarantine of the People's Republic of China. GB 18871-2002 Basic standard for protection against ionizing radiation and for the safety of radiation sources［S］. Beijing： Standards Press of China， 2003.

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Influence of distance and unevenness on the measurements of the α， β surface activity response

LU XiaojunHE LinfengXU YiheSUN XunZHAO ChaoTANG Fangdong
（Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology， Shanghai 201203， China）

Self-developed α， β surface contamination measuring instrument surface activity in response positioning device， combined with the JJG478-1996 which introduced the measurements of surface activity response were used to quantitatively and qualitatively describe the changes of α， β surface activity response with the distance between the source and surface contamination meter， and the unevenness of the source. Quantitative evaluation by experiments found that there was a quadratic polynomial relationship between the α， β surface activity and the distance with the correlation coefficient greater than 0.99. While α， β surface contamination meter's probe area was very small， and the use of five-point method couldn't cover the active area of the standard plane source， the α， β surface activity response result should be the average value of five points； while α， β contamination meter's probe area was big enough， it should be the value measured at the central part of the plane source active region.

Distance， Unevennes，α， β surface activity response result

LU Xiaojun （male） was born in March 1987 and graduated with a master degree in July 2013 from China Institute for Radiation Protection， majoring in radiation and environmental protection. Now he is an engineer engaging in the research of ionizing radiation metrology. E-mail： luxj@simt.com.cn

TANG Fangdong， Professor level senior engineer， E-mail： tangfd@simt.com.cn

4 May 2016； accepted 5 July 2016

TL81，TL84

10.11889/j.1000-3436.2016.rrj.34.050701

上海市科委科研計劃項目（16DZ2292300）、質(zhì)監(jiān)公益性科研專項（201210044）資助

陸小軍，男，1987年3月出生，2013年7月于中國輻射防護研究院輻射防護及環(huán)境保護專業(yè)獲工學碩士學位，現(xiàn)主要從事電離輻射計量技術研究工作，工程師，E-mail： luxj@simt.com.cn

唐方東，教授級高工，E-mail： tangfd@simt.com.cn

初稿2016-05-04；修回2016-07-05

Supported by the Shanghai Municipal Science and Technology Research Plan（No.16DZ2292300）， and Research Project of Public Welfare Quality Testing Industry， P. R. China （No. 201210044）