基于FH40G環境地表X-γ劑量率測量不確定度評定研究

曹鵬濤 王文軍 王雪

摘? 要：在環境地表X-γ輻射空氣吸收劑量率測量中，FH40G+FHZ672E-10型便攜式X-γ劑量率儀應用較為廣泛，文章通過應用該劑量率儀進行一次環境地表X-γ劑量率測量，來論述整個測量的不確定度評定過程，詳細分析測量不確定度的來源，進而得到相對擴展不確定度。

關鍵詞：環境地表X-γ劑量率測量;測量不確定度;評定研究

Abstract： FH40G+FHZ672E-10 portable X-γ dose rate meter is widely used in the measurement of air absorbed dose rate of environmental terrestrial X-γ radiation. This paper discusses the evaluation process of the measurement uncertainty using this dose rate meter to conduct the environmental terrestrial X-γ dose rate measurement. The source of measurement uncertainty is analyzed in detail， and then the relative expanded uncertainty is obtained.

引言

人體不能通過自身的感知器官直接察覺電離輻射的存在，因此必須通過專用的儀器對其進行測量和評價。在測量和評定過程中，測量結果是否保持穩定一致，測量能力是否符合測量的要求，都需要用測量不確定度來衡量，測量不確定度越大，表示測量能力越差;反之，表示測量能力越強。在X-γ輻射環境監測中，FH40G+FHZ672E-10型便攜式X-γ劑量率儀應用較為廣泛，本文通過應用該劑量率儀進行一次環境地表X-γ劑量率穩定場測量，來論述整個測量的不確定度評定過程，詳細分析測量不確定度的來源，進而得到相對擴展不確定度。

1 測量不確定度

測量不確定度是與測量結果相聯系的參數，表示合理地賦予被測量結果的分散性。根據各輸入量估計值獲得方法的不同，不確定度分量可以用A類和B類兩種不同的方法進行評定。不確定度A類評定就是在頻率封閉的基礎之上來對其有關量所產生的不確定度進行相關的評定，這種評定方法更具有客觀性，而且在實際應用的過程中，必須要經過多次測量才能完成，其準確度和設備測量的次數有著密切的關系，通常用統計方法對不確定度分量進行評定。不確定度B類評定指用不同于統計分析的其他方法進行不確定度評定，B類評定方法獲得不確定度是在先驗分布的基礎之上，通過相關的數據信息來對測量不確定度進行評定，因此B類評定的準確度和信息數據的可靠性有著一定的關系。

測量不確定度評定過程概要：a.分析不確定度來源和建立測量模型;b.評定標準不確定度;c.合成標準不確定度;d. 評估擴展不去定度;e. 得出測量結果[1]。

2 測量不確定度分析

2.1 測量方法和依據

測量結果不確定度評定依據GBT27418-2017《測量不確定度評定與表示》;測量方法依據GB/T14583-1993《環境地表γ輻射劑量率測定規范》進行環境地表γ劑量率測量;測量設備為FH40G（主機）+FHZ672E-10（探頭）型便攜式X-γ劑量率儀（Thermo electron corporation），在2019年11月31日經過資質科研機關檢定。

2.2 測量不確定的來源

按照國家相關標準規范并綜合分析整個測量過程要素發現，環境地表X-γ輻射空氣吸收劑量率測量的不確定度來源主要包括宇宙射線響應測量、重復測量、及儀器檢定三方面引入的不確定度分量。

2.3 數學模型的建立

2.3.1 儀器的宇宙射線測定

儀器檢定后應在選定的水面上測量一次儀器的宇宙射線響應及其本地，該項測量應讀取50～100個度數[2]。儀器在水面上對宇宙射線響應? ? 的計算公式為：

式中：? ? 為儀器在湖（庫）水面上對宇宙射線的響應值;K1為儀器量程刻度因子，由國家計量部門檢定時給出;A0儀器刻度時對檢驗源的響應值，由國家計量部門檢定時給出，A宇為儀器在測量宇宙射線響應時對檢驗源的響應值，取宇為水面上儀器多次讀數的平均值。

2.3.2 環境地表X-γ輻射空氣吸收劑量率測量

在γ輻射劑量率測量的數據中包含了儀器對宇宙射線的電離分量響應值，需扣除，計算公式如下：

式中：? ?為測點處地表γ輻射空氣吸收劑量率;A為儀器在測量點位測量時對檢驗源的響應值，K2為建筑物對宇宙射線的屏蔽修正因子，室外取1.0;其余符號意義參照2.3.1。

3 輸入量的標準不確定度評定

3.1 儀器檢定時校準因子引起的不確定度

型號為FH40G+672E-10劑量率儀檢定合格，其校準因子為1.08，校準因子的擴展不確定度為urel=8.5%（k=2），用B類評定方法此不確定度其標準為：

3.2 測量宇宙射線響應值時帶來的不確定度

宇宙射線響應測量不確定來源由兩部分組成，分別為儀器校準因子引入和重復測量引入。

重復測量引入不確定度。在水面測量時，一般測50次或更多，可根據重復測量計算引入的A類不確定度， FH40G+672E-10X-γ劑量率儀得到的宇宙響應測量結果如表1。

50次測量結果的算數平均值為：

在現場重復測量時的平均值為X，根據貝塞爾公式得出的相對標準不確定度為：

因此宇宙射線響應測量引入的標準不確定度為：

3.3 現場重復測量引入的不確定度

現場通過連續10次重復測量，得到測量結果對其不確定度進行評定。采用A類評定方法，選用FH40G+672E-10X-γ劑量率儀分別得到的測量結果如表2。

10次測量結果的算數平均值為：

在現場重復測量時的平均值為X，則標準不確定度為：

4 環境地表X-γ劑量率測量合成標準不確定度

在計算合成標準不確定度時，除了要確定各不確定度分量外，還應考慮各分量間的相關性。以上分量各不相關，因此環境X-γ劑量率測量的合成標準不確定度為：

5 環境X-γ劑量率測量的擴展不確定度

在許多領域常需要用擴展不確定度來表示，擴展不確定度等于合成標準不確定度乘以包含因子。在不知道或不需要知道自由度和有關合成分布的信息及被測量值的估計區間的置信水平的情況下，一般取包含因子k=2或3。環境X-γ劑量率測量中我們取k=2，則擴展不確定度為：

6 結束語

從以上不確定評定過程發現，環境地表X-γ劑量率測量不確定度來源主要由宇宙射線響應測量、重復測量、及儀器檢定三方面引入的，其中儀器檢定為影響不確定度主要因素。同時在《環境地表γ 輻射劑量率測定規范》中要求，環境地表γ輻射劑量率測定的總不確定度應不超過20%，本次測量不確定度為13%（K=2）滿足規范要求。此外環境地表X-γ劑量率測量不確定度評定需要根據實際情況進行靈活建模，例如在測量中不需要扣除宇宙射線響應時，則可以不考慮宇響測量的不確定度分量因素。

參考文獻：

[1]國家質量監督檢驗檢疫總局.GBT27418-2017 測量不確定度評定與表示[S].北京：中國標準出版社，2017.

[2]國家環境保護局.GB/T14583-93 環境地表γ輻射劑量率測定規范[S].北京：中國標準出版社，1993.

[3]李春陽，邵明剛.環境地表γ輻射劑量率的測量不確定度評定[J].資源節約與環保，2014（6）：136-138.