三種環(huán)境級(jí)γ 劑量率儀的性能分析

王海山，王福軍，郭俊鵬

（1.甘肅省核與輻射安全中心,甘肅 蘭州 730000；2.上海怡星機(jī)電設(shè)備有限公司，上海 200000）

目前我國對(duì)輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)、核設(shè)施環(huán)境監(jiān)測(cè)、重點(diǎn)輻射源監(jiān)測(cè)等，多采用便攜式環(huán)境級(jí)伽瑪劑量率儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)這些周圍劑量當(dāng)量率儀監(jiān)測(cè)設(shè)備的性能要求，主要依據(jù)檢定規(guī)程JJG393-2018，這個(gè)規(guī)程對(duì)相對(duì)固有誤差和能量響應(yīng)有具體的要求。為了說明檢測(cè)單位使用的FH40G NBR、6150ADb 和RED-100 這三款劑量率儀的輻射探測(cè)性，本實(shí)驗(yàn)對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，探討在輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)中的可用性。

1 測(cè)量裝置的技術(shù)參數(shù)與原理

1.1 儀器的基本信息

參加本次比對(duì)的γ 劑量率儀為常用的便攜式測(cè)量裝置。通常按探測(cè)器類型可分為正比計(jì)數(shù)管型、電離室型和閃爍晶體型三類。塑料閃爍體探測(cè)器具有靈敏度高，體積小，使用方便等特點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣的輻射探測(cè)器之一。本課題參加比對(duì)的儀器探測(cè)器均為塑料閃爍體，比對(duì)前所有儀器均經(jīng)有資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室在已知活度的137Csγ 輻射場(chǎng)檢定。

1.2 儀器的工作原理

γ 射線和物質(zhì)的相互作用，主要發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)，每種效應(yīng)都產(chǎn)生相應(yīng)的高能次級(jí)電子，這些次級(jí)電子繼續(xù)和物質(zhì)相互作用，使物質(zhì)的原子電離和激發(fā)直到耗盡它的全部動(dòng)能，同時(shí)產(chǎn)生電子離子對(duì)、閃爍光或是電子空穴對(duì)等信號(hào)，這些信號(hào)從此作用物質(zhì)中印出來，經(jīng)收集放大而成為可供分析記錄的電脈沖信號(hào)，通過測(cè)量電脈沖信號(hào)進(jìn)而推算出γ 射線的光子數(shù)。

本課題采用塑料閃爍體探測(cè)器由閃爍晶體、光電倍增管和與之相配的電子儀器(放大器－分析器－定標(biāo)器系統(tǒng)) 三部分組成。當(dāng)射線通過閃爍體時(shí)，入射射線與閃爍晶體相互作用使其電離、激發(fā)，并發(fā)出一定波長的光，這些光子射到光電倍增管的光陰極上發(fā)生光電效應(yīng)而釋放出電子，電子流經(jīng)電倍增管多級(jí)陰極線路逐級(jí)放大后或?yàn)殡娒}沖，輸入電子線路部分，而后由定標(biāo)器記錄下來。

2 測(cè)試依據(jù)和設(shè)備

2.1 環(huán)境周圍劑量當(dāng)量率儀的性能要求

根據(jù)JJG 393-2018 中的要求，環(huán)境周圍劑量當(dāng)量率儀的相對(duì)固有誤差在有效測(cè)量范圍內(nèi)，須滿足-15%～+22%；重復(fù)性須滿足：1）劑量當(dāng)量：1.4劑量當(dāng)量率其中分別為劑量當(dāng)量率和有效范圍的下限；能量響應(yīng)須滿足-23%～43%，在80keV～1.5MeV范圍內(nèi)。

2.2 測(cè)試設(shè)備

上海怡星機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的RED-100 型環(huán)境級(jí)伽瑪劑量率，美國賽默飛世爾科技有限公司的FH40G NBR，德國Automess 公司的6150AD-b。

2.3 測(cè)試內(nèi)容

2.3.1 固有誤差測(cè)量

X、γ 輻射周圍劑量當(dāng)量儀的相對(duì)固有誤差這個(gè)指標(biāo)使用137Cs γ 參考輻射場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試。在參考輻射場(chǎng)中，其周圍劑量H*（10）當(dāng)量的約定真值是由參考點(diǎn)的空氣比釋動(dòng)能值Kα按下面的公式得到的：

其中，M 是標(biāo)準(zhǔn)器的讀數(shù)；NK是標(biāo)準(zhǔn)器的空氣比釋動(dòng)能校準(zhǔn)因子；（10）是空氣比釋動(dòng)能Kα轉(zhuǎn)換成周圍劑量當(dāng)量H*（10）的轉(zhuǎn)換系數(shù)，對(duì)于Cs-137 輻射場(chǎng)，取1.20；K是同空氣密度、場(chǎng)的非均勻性等因素確定的修正因子。

儀器在參考輻射場(chǎng)中，放置在一個(gè)約定真值Hc已經(jīng)確定的位置，得到一個(gè)讀數(shù)值Hi，每個(gè)點(diǎn)重復(fù)測(cè)量三次，按公式（2）計(jì)算各個(gè)點(diǎn)的相對(duì)偏差I(lǐng)：

2.3.2 重復(fù)性

在儀器的有效測(cè)量范圍內(nèi)，選擇合適的測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)性測(cè)量。由于本次評(píng)價(jià)的儀器主要是用于環(huán)境周圍劑量當(dāng)量率的測(cè)量，選擇約定真值約1μSv/h 這個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行20 次重復(fù)測(cè)量，按公式（3）計(jì)算重復(fù)性：

2.3.3 能量響應(yīng)測(cè)量

根據(jù)JJG393-2018 的要求，能量響應(yīng)至少需要選取5 種不同的能量來完成，并包括Cs-137 和最低能量的2 種X 參考射線，對(duì)于不同的輻射能量就使用相同劑量當(dāng)量率，如果不能實(shí)現(xiàn)應(yīng)利用相對(duì)固有誤差的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)不同能量下的劑量當(dāng)量的差別進(jìn)行修正（可使用線性內(nèi)插法）。

在每個(gè)不同的能量點(diǎn)上，對(duì)儀器進(jìn)行測(cè)量，儀器測(cè)量到的劑量當(dāng)量HE，對(duì)應(yīng)的約定真值HE1C，按公式（4）計(jì)算能量響應(yīng)

以Cs-137 的參考輻射場(chǎng)，按公式（5）將能量響應(yīng)RE歸一化處理，

3 測(cè)試數(shù)據(jù)及分析

對(duì)所選取的三款環(huán)境周圍劑量當(dāng)量率儀進(jìn)行了性能測(cè)試，所選取的三款儀器的型號(hào)、探測(cè)器類型和測(cè)量范圍等基本信息（見表1）。

表1 所選儀器基本信息

3.1 固有誤差

三款儀器分別在Cs-137 輻射場(chǎng)中選擇三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了固有誤差的測(cè)試，測(cè)量結(jié)果（見表2）如圖1所示。

圖1 相對(duì)固有誤差對(duì)比

表2 固有誤差測(cè)試結(jié)果

3.2 重復(fù)性

三款儀器分別在Cs-137 輻射場(chǎng)中選擇約定真值1.31μSv/h 的條件下進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試，測(cè)量結(jié)果（見表3）。

表3 重復(fù)性測(cè)試結(jié)果

3.3 能量響應(yīng)

三款儀器分別在X 射線輻射場(chǎng)中，使用80KV、100KV、150KV 和200KV 的窄束X 射線進(jìn)行了能量響應(yīng)測(cè)試，測(cè)量結(jié)果（見表4）。如圖2 所示。

圖2 能量響應(yīng)對(duì)比

表4 能量響應(yīng)測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)果與討論

我們依據(jù)JJG 393-2018 測(cè)試了以上三種環(huán)境周圍劑量當(dāng)量率儀的固有誤差、重復(fù)性以及能量響應(yīng)，從測(cè)量的結(jié)果看，三種儀器的固有誤差都在±10%以內(nèi)，重復(fù)性都在2%以內(nèi)，滿足JJG 393 中的要求，從能量響應(yīng)的情況上看，（RE‘-1）值都沒有超過-23%～43%，也是滿足要求的，說明此三款儀器均能滿足環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)任務(wù)的需要。