通道式放射性監(jiān)測系統(tǒng)響應(yīng)特性校準(zhǔn)結(jié)果與分析

徐一鶴，何林鋒，葉東勝

（上海計量測試技術(shù)研究院，上海 201203）

0 引 言

通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)由輻射探測器、電子學(xué)信息處理系統(tǒng)、聲光報警設(shè)備等組成，具有良好的輻射響應(yīng)能力和探測靈敏度，能夠準(zhǔn)確識別儀器電子學(xué)噪聲、天然輻射本底和附加的放射性輻射，是放射性物質(zhì)或放射性污染的在線監(jiān)測設(shè)備，應(yīng)用于出入境口岸及鋼鐵企業(yè)、核電站等處，防止核廢物和放射性物質(zhì)的失控擴散。在裝置使用過程中，受到環(huán)境條件及人為因素的影響，裝置的技術(shù)參數(shù)也可能發(fā)生漂移、變化，引起監(jiān)測結(jié)果的失準(zhǔn)。所以通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)需要作定期的量值校準(zhǔn)和性能檢測，以保證其正常有效地運行。

1 通道式放射性監(jiān)測系統(tǒng)的校準(zhǔn)

1.1 校準(zhǔn)依據(jù)

通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)的校準(zhǔn)執(zhí)行JJF 1248-2010《通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》，主要校準(zhǔn)項目包括活度響應(yīng)及其非線性、探測閾值、有效探測區(qū)域、重復(fù)性、動態(tài)檢測等。

1.2 校準(zhǔn)裝置

校準(zhǔn)裝置以高能、中能和低能核素γ放射性系列參考源為測量標(biāo)準(zhǔn)，并包括γ放射性參考源定位裝置和動態(tài)測試裝置。

γ放射性參考源的活度范圍為：

定位裝置由機械、控制和軟件界面操作系統(tǒng)組成，可在垂直和水平二維方向上穩(wěn)定、準(zhǔn)確移動定位，實現(xiàn)由軟件輸入放射性參考源的位置指令，通過無線傳輸，自動平穩(wěn)地把放射性參考源送到指定位置，并在界面上顯示位置信息。

1.3 響應(yīng)特性及校準(zhǔn)方法

響應(yīng)特性是放射性監(jiān)測儀器最主要的計量性能參數(shù)，儀器或裝置對放射性的響應(yīng)可以是對輻射劑量，也可以是對放射性活度的響應(yīng)。通道式放射性監(jiān)測系統(tǒng)屬于大型在線監(jiān)測設(shè)備，通常在全天候工作條件下工作，由于在工作現(xiàn)場無法提供一個標(biāo)準(zhǔn)γ輻射場，因而裝置對輻射劑量響應(yīng)的校準(zhǔn)難以實現(xiàn)。放射性標(biāo)準(zhǔn)源的活度不受環(huán)境條件的影響，以“活度響應(yīng)”為主要校準(zhǔn)參數(shù)，同樣能夠準(zhǔn)確有效的反映監(jiān)測設(shè)備的計量性能，可以實現(xiàn)現(xiàn)場校準(zhǔn)。

裝置對放射性活度的響應(yīng)與測量時的幾何條件有關(guān)，校準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定校準(zhǔn)測量的參考點為一組探測器中心連線的中點。校準(zhǔn)時先作本底測量，然后依次對設(shè)置在參考點的系列活度γ參考源進(jìn)行讀數(shù)，通常選擇3～5個的137Cs參考源，活度范圍154～107Bq。按式（1）計算探測器的活度響應(yīng)：

Aj——第j個參考源的活度值，Bq；

Rij——第i個探測器的第j個校準(zhǔn)點的活度響應(yīng)，s-1Bq-1。

對于多個探測器的通道式放射性監(jiān)測系統(tǒng)，以各探測器活度響應(yīng)的平均值為裝置的活度響應(yīng)。

2 活度響應(yīng)校準(zhǔn)結(jié)果的比較

2010年8月11日，JJF 1248-2010《通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》正式實施，上海市計量測試技術(shù)研究院自2010年9月起按照國家計量校準(zhǔn)規(guī)范開展通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)的校準(zhǔn)服務(wù)。近三年來活度響應(yīng)校準(zhǔn)結(jié)果的匯總、比較顯示，使用中的通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)，其響應(yīng)特性總體上呈現(xiàn)一種的下降趨勢，而活度響應(yīng)的變化更為明顯。

2.1 同一區(qū)域不同型號通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)響應(yīng)特性的校準(zhǔn)結(jié)果

以東部某海港安裝的通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)本底及活度響應(yīng)的校準(zhǔn)結(jié)果為樣本作比較，結(jié)果見表1。可以看出，同一港區(qū)不同型號的6套監(jiān)測系統(tǒng)的本底及活度響應(yīng)有較明顯的差異，并且在三年內(nèi)本底計數(shù)率平均下降了5.4%，其中最大幅度為8.4%，活度響應(yīng)平均下降了13.5%，其中最大幅度為21.2%。

校準(zhǔn)測量時本底計數(shù)率按10次讀數(shù)取平均值，實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3%；活度響應(yīng)測量時也按10次讀數(shù)的平均值計算，實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差不超過1.5%，可見統(tǒng)計漲落對測量結(jié)果的影響遠(yuǎn)小于本底與活度響應(yīng)的實際變化，表明本底與活度響應(yīng)的下降是真實、明顯的。

表1 2010～2012年某港區(qū)通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)本底、響應(yīng)測量結(jié)果

表2 2010～2013年某型號通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)本底、響應(yīng)測量結(jié)果

2.2 同一型號不同區(qū)域通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)響應(yīng)特性的校準(zhǔn)結(jié)果

以安裝在不同地點的某一型號通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)響應(yīng)的校準(zhǔn)結(jié)果為樣本作比較，結(jié)果見表2?？梢钥闯觯惭b在不同區(qū)域同一型號的6套監(jiān)測系統(tǒng)的本底計數(shù)率比較接近，活度響應(yīng)的差異也相對較小，考慮到統(tǒng)計漲落的因素，其本底的變化不明顯，然而其活度響應(yīng)平均下降14.7%，其中最大幅度為22.9%，與表1中同一港區(qū)不同型號的6套監(jiān)測系統(tǒng)活度響應(yīng)的變化情況相似。

3 結(jié)果分析與討論

本底計數(shù)率與活度響應(yīng)都是體現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)響應(yīng)特性的參數(shù)。本底計數(shù)率反映了監(jiān)測系統(tǒng)的電子學(xué)噪音以及探測器對環(huán)境放射性的響應(yīng)，由于電子學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，電子學(xué)噪音對本底計數(shù)率只有微小的貢獻(xiàn)，而環(huán)境放射性的影響中，主要的貢獻(xiàn)來自于宇宙射線，在不同的地區(qū)，宇宙射線的強弱也有所不同。通常為了提高探測靈敏度，儀器設(shè)計研發(fā)時本底受到最大限度的抑制，因此隨著探測器老化、電子學(xué)參數(shù)漂移等因素導(dǎo)致儀器響應(yīng)特性變化，本底計數(shù)率的變化幅度有限，而活度響應(yīng)則同步變化。

同一型號的通道式放射性監(jiān)測系統(tǒng)，采用相同的電子學(xué)單元和同樣規(guī)格的探測器，因而其響應(yīng)特性相似，本底計數(shù)率基本相同。不同型號的通道式放射性監(jiān)測系統(tǒng)，其設(shè)計原理可能有所不同，導(dǎo)致其響應(yīng)特性存在明顯的差異。

安裝在同一地區(qū)不同型號的通道式放射性監(jiān)測系統(tǒng)和同一型號、安裝在不同區(qū)域的通道式放射性監(jiān)測系統(tǒng)，其活度響應(yīng)呈現(xiàn)相似的下降，可能的影響因素包括：

（1）通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)的探測器采用塑料閃爍體，室外環(huán)境條件加速了塑料閃爍體的晶體老化，導(dǎo)致其本征探測效率逐年降低。

（2）溫濕度頻繁的變化、紫外線照射、塵埃等因素可能影響電子元件與電子學(xué)系統(tǒng)，導(dǎo)致相關(guān)參數(shù)漂移、變化。

（3）供電不穩(wěn)、機械碰撞及使用操作不當(dāng)?shù)纫蛩?，也可能?dǎo)致通道式放射性監(jiān)測系統(tǒng)性能的下降。

通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)對γ放射性的可探測下限主要決定于活度響應(yīng)、本底計數(shù)率及其波動范圍。本底波動增大、響應(yīng)變小直接導(dǎo)致探測靈敏度的降低，對放射性監(jiān)測能力減弱。

4 結(jié)束語

可以預(yù)見，通道式放射性監(jiān)測系統(tǒng)的響應(yīng)特性隨著使用時間的增長而衰減，良好的日常維護(hù)可以延緩其性能下降的速度、幅度，有助于保障儀器的正常運行。而定期的校準(zhǔn)，是確認(rèn)通道式放射性監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)性能狀況、確保監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確可靠的一項不可或缺的工作。

[1]JJF 1248—2010通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京：中國計量出版社，2010.

[2]何林鋒，唐方東，滕婧靜.通道式車輛放射性測控系統(tǒng)對γ放射性核素活度探測閾值的測定[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2009，29（4）：745-747.

[3]何林鋒，唐方東，王振基，等.通道式車輛放射性監(jiān)測系統(tǒng)的檢測與校準(zhǔn)[J].輻射防護(hù)，2009，29（5）：334-337.

[4]ASTM C 1169—1997 Standard Guide for Laboratory Evaluation of Automatic Pedestrian SNM Monitor Performance[S].1997.