137Cs-γ源空氣比釋動(dòng)能率標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度的評(píng)定

馮雙喜

(中核四川環(huán)保工程有限責(zé)任公司 分析檢測(cè)中心,四川 廣元 628000)

0 引言

測(cè)量不確定度是根據(jù)所用到的信息表征賦予被測(cè)量值分散性的非負(fù)參數(shù)[1]。對(duì)于不同輻射防護(hù)用γ劑量率儀、電子個(gè)人劑量計(jì)檢定校準(zhǔn)與采用個(gè)人熱釋光劑量計(jì)等進(jìn)行照射進(jìn)行過程中,對(duì)裝置輸出的參考空氣比釋動(dòng)能測(cè)量的準(zhǔn)確性有著相應(yīng)的要求,需嚴(yán)格按校準(zhǔn)規(guī)程相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行限制。為了開展輻射防護(hù)級(jí)γ劑量率儀的檢定,建立了一套空氣比釋動(dòng)能率的標(biāo)準(zhǔn)裝置。該裝置主要由參考輻射源、標(biāo)準(zhǔn)儀器及其他配套設(shè)備構(gòu)成。參考輻射源為137Cs源,共4枚,出廠活度分別為3.70×1011Bq、3.70×1010Bq、3.70×109Bq、3.70×108Bq,編號(hào)為2#、3#、4#、5#。空氣比釋動(dòng)能率范圍1.0 Gy/h～30 mGy/h,放射源到檢定點(diǎn)的有效距離為1～5 m,連續(xù)可調(diào),移動(dòng)臺(tái)車的定位精度小于1 mm。將德國PTW32002型石墨電離室作為劑量率示儀器。

輻射防護(hù)用γ劑量?jī)x的校準(zhǔn)通常采用替代法,校準(zhǔn)點(diǎn)劑量率約定真值測(cè)量法是將標(biāo)準(zhǔn)儀器的電離室與被校儀器探頭先后或同時(shí)定位在γ參考輻射場(chǎng)同一校準(zhǔn)點(diǎn)上,比較其讀數(shù),得到被校準(zhǔn)儀器的校準(zhǔn)因子。空氣比釋動(dòng)能率標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與否直接影響對(duì)γ劑量率儀的校準(zhǔn)結(jié)果,儀表示值的偏差影響輻射防護(hù)人員的判斷及身體健康。輻射防護(hù)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)人劑量當(dāng)量的約定真值HP(10) 的相對(duì)擴(kuò)展不確定度應(yīng)小于等于10% (k=2),故對(duì)137Cs源空氣比釋動(dòng)能率標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定十分必要。

1 測(cè)量模型及不確定度來源

1.1 測(cè)量模型

采用已知校準(zhǔn)點(diǎn)劑量率對(duì)輻射防護(hù)γ劑量?jī)x進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)點(diǎn)劑量率約定真值是利用經(jīng)上級(jí)計(jì)量技術(shù)部門檢定的標(biāo)準(zhǔn)劑量?jī)x的測(cè)量值乘以相關(guān)修正因子給出的。不確定度分析是評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)得值準(zhǔn)確性的重要指標(biāo),需根據(jù)實(shí)際情況建立模型,確定引入的不確定度分量并進(jìn)行具體分析[2]。考慮影響量后,校準(zhǔn)點(diǎn)空氣比釋動(dòng)能率采用以下測(cè)量模型:

其中,P為實(shí)驗(yàn)室環(huán)境氣壓(kPa);T為實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度(℃);ki為測(cè)量過程中相關(guān)影響量的修正。

∑ki=1

主要包括:k1-儀器讀數(shù)和源到位重復(fù)性;k2-儀器示值非線性;k3-電離室取向;k4-輻射能量;k5-測(cè)量計(jì)時(shí);k6-放射源衰變修正;k7-距離變化;k8-徑向不均勻性。

1.2 不確定度來源

根據(jù)上述測(cè)量模型,分析測(cè)量Hp(10)約定真值的個(gè)分量來源[3],包括以下不確定度來源:劑量?jī)x校準(zhǔn)因子[ur(kc)];溫度修正[ur(kT)];氣壓修正[ur(kP)];儀器讀數(shù)和源到位重復(fù)性[ur(k1)];劑量?jī)x示值非線性[ur(k2)];電離室取向[ur(k3)];輻射能量修正[ur(k4)];測(cè)量計(jì)時(shí)[ur(k5)];放射源半衰期修正[ur(k6)];距離變化[ur(k7)];徑向不均勻性[ur(k8)]。

2 不確定度評(píng)定

2.1 評(píng)定不確定度分量

1)劑量?jī)x校準(zhǔn)因子引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[ur(kc)]。根據(jù)上級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)溯源出具證書中電離室劑量率儀的校準(zhǔn)結(jié)果,給定的測(cè)量?jī)x器相對(duì)擴(kuò)展不確定度Ur為8.0%(k=2)。由校準(zhǔn)因子所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算為:

4)源到位重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[ur(k1)]。將標(biāo)準(zhǔn)電離室固定在輻射場(chǎng)1 m處,無規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)源20次進(jìn)行測(cè)量,每次測(cè)量時(shí)間控制在100 s,分別測(cè)量2#、3#、4#、5#號(hào)源的重復(fù)性,測(cè)量結(jié)果經(jīng)處理得知重復(fù)性最大值為5#源,5#源測(cè)量得到的吸收劑量結(jié)果見表1。用貝塞爾公示計(jì)算得到單次測(cè)量值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為:

表1 5# 137Cs源重復(fù)性測(cè)量數(shù)值

實(shí)際測(cè)量次數(shù)n=5,計(jì)算平均值作為被測(cè)量估計(jì)值,即被測(cè)量估計(jì)值的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度,重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

11)徑向不均勻性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[ur(k8)]。由于標(biāo)準(zhǔn)儀器電離室體積較大,γ參考輻射徑向不均勻性小于<5%。估算徑向不均勻性所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度值ur(k8)<0.7%,該不確定度已包含在校準(zhǔn)因子kc的不確定度中。

2.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算過程

各分量之間彼此獨(dú)立不相關(guān),相對(duì)合成不確定度可以表示為:

各不確定度分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定值匯總?cè)绫?:

表2 不確定度分量的評(píng)定值

=4.1%。

2.3 確定相對(duì)擴(kuò)展不確定度

為了在測(cè)量結(jié)果間相互比較,相對(duì)擴(kuò)展不確定度的包含因子取2,則:

Ur=k·ucr=2×4.1%=8.2%

Ur=8.2%(k=2)

3 結(jié)果分析

根據(jù)比釋動(dòng)能率裝置約定真值測(cè)量過程中各不確定分量的計(jì)算及評(píng)價(jià),得出相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Ur=8.2%(k=2),滿足《X、γ輻射個(gè)人劑量當(dāng)量HP(10)監(jiān)測(cè)儀檢定規(guī)程》(JJG1009-2016)中的規(guī)定。該比釋動(dòng)能劑量率標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)人劑量當(dāng)量約定真值HP(10) 的相對(duì)擴(kuò)展不確定度小于標(biāo)準(zhǔn)限定的10% (k=2)的要求。