137Cs-γ源空氣比釋動能率標準裝置不確定度的評定

馮雙喜

(中核四川環保工程有限責任公司 分析檢測中心,四川 廣元 628000)

0 引言

測量不確定度是根據所用到的信息表征賦予被測量值分散性的非負參數[1]。對于不同輻射防護用γ劑量率儀、電子個人劑量計檢定校準與采用個人熱釋光劑量計等進行照射進行過程中,對裝置輸出的參考空氣比釋動能測量的準確性有著相應的要求,需嚴格按校準規程相關指標進行限制。為了開展輻射防護級γ劑量率儀的檢定,建立了一套空氣比釋動能率的標準裝置。該裝置主要由參考輻射源、標準儀器及其他配套設備構成。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,編號為2#、3#、4#、5#。空氣比釋動能率范圍1.0 Gy/h～30 mGy/h,放射源到檢定點的有效距離為1～5 m,連續可調,移動臺車的定位精度小于1 mm。將德國PTW32002型石墨電離室作為劑量率示儀器。

輻射防護用γ劑量儀的校準通常采用替代法,校準點劑量率約定真值測量法是將標準儀器的電離室與被校儀器探頭先后或同時定位在γ參考輻射場同一校準點上,比較其讀數,得到被校準儀器的校準因子?？諝獗柔寗幽苈蕵藴恃b置測量數據的準確與否直接影響對γ劑量率儀的校準結果,儀表示值的偏差影響輻射防護人員的判斷及身體健康。輻射防護計量標準的個人劑量當量的約定真值HP(10) 的相對擴展不確定度應小于等于10% (k=2),故對137Cs源空氣比釋動能率標準不確定度評定十分必要。

1 測量模型及不確定度來源

1.1 測量模型

采用已知校準點劑量率對輻射防護γ劑量儀進行校準。校準點劑量率約定真值是利用經上級計量技術部門檢定的標準劑量儀的測量值乘以相關修正因子給出的。不確定度分析是評估標準裝置測得值準確性的重要指標,需根據實際情況建立模型,確定引入的不確定度分量并進行具體分析[2]。考慮影響量后,校準點空氣比釋動能率采用以下測量模型:

其中,P為實驗室環境氣壓(kPa);T為實驗室環境溫度(℃);ki為測量過程中相關影響量的修正。

∑ki=1

主要包括:k1-儀器讀數和源到位重復性;k2-儀器示值非線性;k3-電離室取向;k4-輻射能量;k5-測量計時;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

根據上述測量模型,分析測量Hp(10)約定真值的個分量來源[3],包括以下不確定度來源:劑量儀校準因子[ur(kc)];溫度修正[ur(kT)];氣壓修正[ur(kP)];儀器讀數和源到位重復性[ur(k1)];劑量儀示值非線性[ur(k2)];電離室取向[ur(k3)];輻射能量修正[ur(k4)];測量計時[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 不確定度評定

2.1 評定不確定度分量

1)劑量儀校準因子引入的標準不確定度[ur(kc)]。根據上級計量機構溯源出具證書中電離室劑量率儀的校準結果,給定的測量儀器相對擴展不確定度Ur為8.0%(k=2)。由校準因子所引入的相對標準不確定度計算為:

4)源到位重復性引入的標準不確定度[ur(k1)]。將標準電離室固定在輻射場1 m處,無規律轉動源20次進行測量,每次測量時間控制在100 s,分別測量2#、3#、4#、5#號源的重復性,測量結果經處理得知重復性最大值為5#源,5#源測量得到的吸收劑量結果見表1。用貝塞爾公示計算得到單次測量值的實驗標準偏差為:

表1 5# 137Cs源重復性測量數值

實際測量次數n=5,計算平均值作為被測量估計值,即被測量估計值的A類標準不確定度,重復性引入的相對標準不確定度為:

11)徑向不均勻性引入的標準不確定度[ur(k8)]。由于標準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標準不確定度值ur(k8)<0.7%,該不確定度已包含在校準因子kc的不確定度中。

2.2 合成標準不確定度的計算過程

各分量之間彼此獨立不相關,相對合成不確定度可以表示為:

各不確定度分量的標準不確定值匯總如表2:

表2 不確定度分量的評定值

=4.1%。

2.3 確定相對擴展不確定度

為了在測量結果間相互比較,相對擴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 結果分析

根據比釋動能率裝置約定真值測量過程中各不確定分量的計算及評價,得出相對擴展不確定度為Ur=8.2%(k=2),滿足《X、γ輻射個人劑量當量HP(10)監測儀檢定規程》(JJG1009-2016)中的規定。該比釋動能劑量率標準的個人劑量當量約定真值HP(10) 的相對擴展不確定度小于標準限定的10% (k=2)的要求。