固定式α、β個人表面污染監測裝置的校準及應用

何林鋒，唐方東，徐一鶴，陸小軍

（上海市計量測試技術研究院，上海 201203）

0 引 言

放射性工作人員體表放射性污染是其受放射性暴露的重要指標，長期以來一直受到關注[1-2]。固定式α、β個人表面污染監測裝置是一種在線監測的放射性防護儀器，用于開放型放射性工作場所及核設施熱區工作人員放射性表面污染的監測，其計量性能與輻射安全防護密切相關。現行的計量檢定規程JJG 478——1996《α、β和γ表面污染儀》是針對便攜式α、β表面污染測量（監測）儀和γ表面污染測量（監測）儀制定的[3]。盡管固定式α、β個人表面污染監測裝置和α、β表面污染儀采用的探測器類型及其技術原理基本相同或相似，但兩者結構與工作方式完全不同。α、β表面污染儀用于對物體、衣物等表面污染的巡測，固定式α、β個人表面污染監測裝置采用若干個探測器的組合，對個人全身表面污染作監測。JJG 478——1996《α、β 和 γ表面污染儀》的技術要求、檢定方法等不適用于固定式α、β個人表面污染監測裝置。

1 計量特性

作為輻射防護用的放射性監測裝置，固定式α、β個人表面污染監測裝置的監測對象是α、β放射性表面污染，用被探測表面的放射性活度或表面發射率來表示。表征監測裝置探測能力的主要參數是其對α、β放射性的響應，影響探測下限的主要因素還包括本底計數率及其統計漲落，本底越小、響應越高則探測下限越低、靈敏度越好，當電子學噪音充分抑制后，增益大則響應與本底均高，增益小則響應與本底均低，當本底和響應確定后，測量結果即可確定；固定式α、β個人表面污染監測裝置采用探測器大面積排布的方式進行全身表面污染的監測，探測面上各個位置響應的一致性也是影響探測靈敏度的重要因素；相對固有誤差是測量儀器基本的計量性能，由儀器的響應計算得到，反映了有效測量范圍內測量結果的準確性。

2 測量標準

測量儀器的校準是量值溯源的一種方式，實際上是通過與測量標準比較來確定儀器的計量性能參數及測量結果的不確定度，目的是實現量值的統一。固定式α、β個人表面污染監測裝置的監測對象是α、β放射性表面污染，相應的測量標準是α、β標準平面源。參考GB/T 5202——2008《輻射防護儀器α、β和α/β（β能量不大于60 keV）污染測量儀與監測儀》和JJG 478——1996《α、β和γ表面污染儀》的相關規定，α、β 標準平面源的規格為（10×15）cm2，α 參考核素為241Am，239Pu，β 參考核素為204Tl，90Sr-90Y，表面發射率范圍≥104～106/min·2π·sr， 相對擴展不確定度≤5%（k=2）[4-5]。

3 校準方法

校準固定式α、β個人表面污染監測裝置，測量的主要參數有本底計數率、響應及其一致性、測量重復性和相對固有誤差。

3.1 本底計數率

裝置預熱后，在無放射源或其他監測對象的條件下進行α、β本底計數率測量，連續讀數。至少10次，取其算術平均值。

3.2 響 應

固定式α、β個人表面污染監測裝置的響應用α、β系列標準平面源測量[3]。探測器對放射性活度的響應與距離密切相關，α、β粒子在空氣中的射程有限，尤其α粒子的平均射程僅為4cm，校準測量時標準源距探測器窗表面宜≤10mm[2]。

分別將α、β系列標準源依次設置在固定式α、β個人表面污染監測裝置各個探測面上中心位置，平面源表面距探測面10mm進行測量，每一個標準源重復讀數不少于5次，取平均值，按下式計算探測面對每個標準源的響應：

式中：Ri——探測面對α或β標準源的響應；

Ni——探測面對第i個α或β標準源的讀數平均值，min-1；

Nb——探測面α或β道的本底計數率，min-1；

As——標準源α或β表面發射率，min-1。

α或β系列標準源至少包括3個相鄰量級的標準源，探測面對α或β放射性的響應按下式計算：

式中：R——探測面對α或β放射性的參考響應；

n——測量α或β系列標準源的個數，n≥3。

3.3 響應的一致性

以α、β標準源分別測量監測裝置中間（正面）探測面上、下端處和3個探測面中心處的表面發射率響應。在正面探測面中心垂直線上、下端處測量時，標準源中心距上下兩端各10cm。以裝置正面探測面中心點的響應為參考值，由各測量點的響應值按下式計算響應的一致性：

式中：C——裝置對α或β放射性響應的一致性，%；

Rk——第k個測量點對α或β放射性的響應；

Rc——裝置正面探測面中心點對α或β放射性的響應。

3.4 重復性

以表面發射率較低的α、β標準源分別在固定式α、β個人表面污染監測裝置正面探測面中心進行連續測量，重復測量10次，按貝塞爾公式計算實驗標準差。

3.5 相對固有誤差

輻射防護儀器的相對固有誤差就是最大相對示值誤差[3-5]，可按下式計算：

由于固定式α、β個人表面污染監測裝置的監測對象是α、β，射程小，易被吸收，導致響應因子較小，不作修正時相對固有誤差可達50%以上，遠遠超過相關標準對常規輻射防護儀器相對固有誤差不超過20%的要求。因此，一般情況下α、β表面污染監測儀器或裝置的相對固有誤差，需對測量值作響應因子修正后，按下式計算：

4 校準結果的不確定度評定

由式（1）分析，固定式α、β個人表面污染監測裝置對α、β放射性的響應測量結果的不確定度主要來源于標準源量值的不確定度、裝置本底計數率和對標準源的讀數引入的不確定度。在確定的測量條件下，本底計數率引入的不確定度主要由本底計數的統計漲落所獲得，對標準源的讀數引入的不確定度主要包含兩個部分：一是計數平均值的實驗標準差，二是標準源與探測器表面距離的誤差導致的計數率誤差。標準源量值的不確定度可根據溯源證書上的信息，按A類不確定度評定方法評定；裝置本底計數率和對標準源的讀數引入的不確定度均可通過實驗，采用B類不確定度評定方法評定。

5 校準結果的應用

標準平面源α、β表面發射率除以板源效率可得到相應的活度值，α、β個人表面污染監測結果通常以活度值表示。當監測的測量條件與校準的測量條件相同或相似時，固定式α、β個人表面污染監測裝置的計數率除以響應因子與板源效率的乘積，即可近似得到監測對象以活度表示的表面污染水平：

式中：A——以活度表示的表面污染水平，Bq；

N——裝置的計數率，s-1；

Nb——裝置的本底計數率，s-1；

R——裝置的表面發射率響應；

ε——板源效率。

固定式α、β個人表面污染監測裝置的探測下限與裝置的響應、本底計數率的統計漲落相關，裝置的響應與被探測粒子及其能量相關。當監測的測量條件、探測對象與校準測量相同或相似時，固定式α、β個人表面污染監測裝置的探測下限可按下式粗略估算：

式中：AT——以表面發射率表示的探測下限，s-1；

σ——裝置本底計數率的實驗標準差，s-1；

k——實驗標準差的包含因子；

R——裝置的表面發射率響應。

當裝置本底計數率通過多次重復測量獲得，認為近似符合正態分布，k=3時，置信概率接近于99%，則通常取k=4來估算AT。固定式α、β個人表面污染監測裝置經校準后，在正常工作狀態下，監測結果的誤差應在其相對固有誤差的范圍內。

6 結束語

在參考現有國內外標準所提供的方法基礎上，通過對固定式α、β個人表面污染監測裝置的本底計數率、響應及其一致性、測量重復性、相對固有誤差等主要計量性能的校準，可以完全滿足固定式α、β個人表面污染監測裝置量值溯源的需要，對各性能指標的計算以及不確定度的評定可以確保裝置監測結果的準確可靠。

[1] Dunster H J.Surface contamination measurements as an index of control of radioactive materials[J].Health Physics，1962，8（4）：353-356.

[2]Insinger III R H，Rodemann A H.Personal alpha contamination simulator and detector:U S，4，500，295[P].1985-2-19.

[3] JJG 478—1996 α、β和γ表面污染儀檢定規程[S].北京：中國計量出版社，1996.

[4] GB/T 5202—2008輻射防護儀器 α、β 和 α/β（β 能量大于60keV）污染測量儀與監測儀[S].北京：中國標準出版社，2008.

[5] GB/T 8997—2008，α、β表面污染測量儀與監測儀的校準[S].北京：中國標準出版社，2008.