影響表面污染儀測量準(zhǔn)確度的因素研究

許藎+鐘軍+郭翔博+潘隆軒+吳甜甜

【摘 要】表面污染儀廣泛用于環(huán)境、核醫(yī)學(xué)、商檢、衛(wèi)生、核電、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的表面污染測量與監(jiān)測，其準(zhǔn)確測量對于工作環(huán)境以及工作人員的安全有非常重要的意義。本文采用FJ-2207型α、β表面污染儀，對測量距離、材料吸收、探測器各部位靈敏度的不一致性、不同射線干擾、能量響應(yīng)等影響表面污染儀測量結(jié)果準(zhǔn)確度的幾個(gè)因素進(jìn)行了系統(tǒng)研究，確定了相關(guān)影響量，對正確使用各種表面污染儀，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠提供了指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】表面污染儀；測量準(zhǔn)確度；影響因素

The Investigation on the Influence of Surface Contamination Measurement Accuracy

Jin Xu， Jun Zhong， Xiangbo Guo， LongXuan Pan， Tiantian Wu

（Nuclear power institute of China， Chengdu Sichuan 610005）

【Abstract】The surface pollution monitor was widely used in environmental， nuclear medicine， commodity inspection， health， nuclear power， agriculture and so on. And the accurately measurement will be of great importance in the safety of the environment and the workers. In this paper， we use type FJ-2207 α， β surface pollution monitor to research several factors which affect the measurement accuracy of surface pollution monitor， such as distance， absorption， the inconsistency sensitivity of different parts of detector， ray interference， energy response， and so on. And we confirmed the relative influence quantity， this will give some guidance for proper use of a variety of surface contamination meters， and ensure accurate and reliable measurement results.

【Key words】Surface contamination meter； Measurement accuracy； Influence factors

0 引言

表面污染儀廣泛用于環(huán)境、核醫(yī)學(xué)、商檢、衛(wèi)生、核電、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的表面污染測量與監(jiān)測，尤其在放射性工作場所、放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸和核設(shè)施退役源項(xiàng)調(diào)查等方面使用頻繁[1]。其測量結(jié)果對于確認(rèn)污染源、污染大小、污染范圍，及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染源和給出污染區(qū)域內(nèi)污染核素的量值等具有重要意義。

表面污染的測量，除儀器性能的穩(wěn)定可靠和計(jì)量部門的準(zhǔn)確校準(zhǔn)以外，在實(shí)際污染測量中，還有許多影響測量結(jié)果準(zhǔn)確度的因素，如距離效應(yīng)、吸收效應(yīng)、探測器各部位靈敏度的不一致性、射線干擾、能量響應(yīng)等[2]。這些因素甚至?xí)y量結(jié)果的準(zhǔn)確度造成很大影響[3-5]。如GB11806-2004規(guī)定，放射性物質(zhì)在運(yùn)輸過程中，貨物表面污染β和γ及低毒α發(fā)射體不得超過4Bq/cm2，如果測量方法不當(dāng)，可能導(dǎo)致α射線不能被檢測，β射線誤差可能達(dá)到100%。事實(shí)上，由于測量人員對影響測量結(jié)果的因素不充分了解，往往給出于真實(shí)結(jié)果相差很大的值，從而對工作環(huán)境以及工作人員的安全造成很大影響。

本工作采用FJ-2207表面污染儀，實(shí)驗(yàn)室表面污染儀檢定裝置，典型α、β平面源以及相關(guān)材料，對影響污染測量的各種因素進(jìn)行研究，通過確定相關(guān)影響量，為表面污染儀的使用人員正確使用該類儀器提供指導(dǎo)。

1 測量設(shè)備

1.1 距離調(diào)節(jié)器

距離調(diào)節(jié)器：采用表面污染儀校準(zhǔn)裝置，該裝置由支架模板、源托模板和可調(diào)節(jié)螺桿組成，可調(diào)節(jié)螺桿能夠調(diào)節(jié)源托模板到探測器支架模板之間的距離，調(diào)節(jié)精度為0.5mm。

1.2 表面污染儀

表面污染儀采用國營二六二廠生產(chǎn)的FJ-2207型α、β表面污染儀，該儀器由數(shù)顯主機(jī)、α探測器和β探測器三部分組成，主機(jī)和探測器之間由一根電源線連接。主機(jī)可選擇α和β檔，計(jì)數(shù)時(shí)間有1s、6s、60s和手動調(diào)節(jié)4檔。

1.3 放射性α、β標(biāo)準(zhǔn)源

實(shí)驗(yàn)中所用標(biāo)準(zhǔn)源如表所示：

表1 標(biāo)準(zhǔn)源

2 影響表面污染儀測量準(zhǔn)確度的因素

2.1 測量距離

由于空氣吸收層的變化和探測窗對污染點(diǎn)的立體角的變化，探測窗與污染面之間距離的大小，會直接影響儀器的探測效率和能量響應(yīng)特性。JJG478-96《α、β和γ表面污染儀》[3]規(guī)定：α探測器與源表面的距離為5mm，β探測器與源表面的距離為10mm。本工作對α探測器在3.5mm～6.5mm范圍內(nèi)按0.5mm步長調(diào)節(jié)距離，對β探測器在8mm～12mm范圍內(nèi)按0.5mm步長調(diào)節(jié)距離，測量其表面活度響應(yīng)，結(jié)果見表2、表3。

表2 β源（90Sr-90Y）距離變化對表面活度響應(yīng)的影響

表3 α源（239Pu）距離變化對表面活度響應(yīng)的影響

從以上結(jié)果，明顯可以得出：距離小時(shí)表面活度響應(yīng)值高，距離大時(shí)表面活度響應(yīng)值低。對于β表面污染儀，如果距離變化1.0mm，偏差為0.6%，如果距離變化1.5mm，偏差>4%；對于α表面污染儀，距離變化1.0mm，偏差>4%，距離變化1.5mm，偏差>7%。因此，在現(xiàn)場使用中，一定要嚴(yán)格保持距離的準(zhǔn)確性，否則結(jié)果相差很大。

2.2 吸收效應(yīng)

在一些放射性現(xiàn)場，工作人員為防止探頭表面被污染，往往在儀器的探測窗表面蒙上一層塑料布。本工作用塑料布（4.4mg/cm2）遮蓋探測窗進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以確定材料吸收的影響，其表面活度響應(yīng)變化見表4。

表4 塑料布（4.4mg/cm2）對表面活度響應(yīng)的影響

由表4可見，塑料布對α粒子完全屏蔽；對β粒子的吸收衰減十分顯著，而且β粒子能量越低，衰減越明顯。因此在現(xiàn)場使用中，如果探測器蒙了塑料布，則會影響儀器的效率。

2.3 射線的干擾

2.3.1 β射線對α探測器的干擾

采用α探測器測β源——90Sr-90Y，單次測量時(shí)間為60s，污染儀沒有計(jì)數(shù)，說明β射線對α探測器的干擾可以忽略不計(jì)。

2.3.2 α射線對β探測器的干擾

采用β探測器測α源——239Pu，單次測量時(shí)間為6s，污染儀計(jì)數(shù)率為3.33 s-1，表面活度響應(yīng)為3.84×10-3，可見α射線對β探測器的干擾也是非常小。

2.3.3 γ射線對α、β探測器的干擾

γ射線穿透力很強(qiáng)，一般不容易被屏蔽。經(jīng)理論計(jì)算，白紙能夠屏蔽α射線，2mm鋁板和3mm有機(jī)玻璃就能屏蔽β射線，故我們利用這幾種材料分別遮蓋α和β源，檢測其表面活度響應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5-6。

表5 γ射線對α源（241Am）表面活度響應(yīng)的影響

表6 γ射線對β源表面活度響應(yīng)的影響

241Am的γ能量為59.6 KeV，由表5可知，γ射線產(chǎn)生的表面活度響應(yīng)為7.20×10-3 s-1·Bq-1·cm2，其影響可忽略； 60Co的β能量為0.315MeV，γ能量為1.17和1.33 MeV兩個(gè)能級， 90Sr的β能量為0.546MeV，90Y的β能量為2.274MeV，從表6可以看出，使用鋁板+有機(jī)玻璃后，90Sr-90Y源的表面活度響應(yīng)約為原來的0.1%，說明鋁板+有機(jī)玻璃能屏蔽掉β射線，因此， 60Co源用鋁板+有機(jī)玻璃遮蓋后，其表面活度響應(yīng)主要來源于γ射線，其值約為原來的30%，這說明γ射線對60Co源的β測量有較大干擾。故在實(shí)際測量中應(yīng)對結(jié)果進(jìn)行修正。2.4 探測器各部位靈敏度的不一致性

由于探頭的物理結(jié)構(gòu)，以及表面源對探測窗幾何張角的不同，探測窗各部位的靈敏度不一致，因而各部位的表面活度響應(yīng)也不一樣，采用241Am的α源和60Co的β源，測量表面污染儀探測器四角以及中心位置活性面積的表面活度響應(yīng)，測量結(jié)果見表7。

由表7可見，探測窗中間和四周表面活度響應(yīng)相差很大，儀器的平均表面活度響應(yīng)不等于它的中心表面活度響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)證明，β探測器中心的表面活度響應(yīng)大約是四周的2倍。因此，在測量小塊污染時(shí)，不宜簡單使用平均表面活度響應(yīng)。

表7 探測器各部位表面活度響應(yīng)

2.5 能量響應(yīng)

探頭的響應(yīng)與其相應(yīng)檢測的粒子能量有關(guān)，因此，必須進(jìn)行能量響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，以得到污染儀對不同能量粒子的響應(yīng)。不同型號的儀器，其能量響應(yīng)不同，即使同一型號的儀器，檢測不同的核素時(shí)，其能量響應(yīng)也有差別。采用面積相同、能量不同的放射源進(jìn)行測量，所得到的各源的表面活度響應(yīng)如表8所示：

表8 能量響應(yīng)

由上述結(jié)果可以看出，該儀器對90Sr-90Y的能量響應(yīng)比對60Co源高出將近10倍。在檢測中，如果用90Sr-90Y源刻度的污染儀去檢測以60Co核素為主的表面污染時(shí)，就會引起數(shù)量級上的誤差。故在實(shí)際檢測中，使用檢定證書或校準(zhǔn)證書給出的表面活度響應(yīng)時(shí)，被測核素須與被校核素一一對應(yīng)，這樣才能保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)束語

通過一系列實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，距離的準(zhǔn)確性對污染儀的測量結(jié)果影響很大，距離變化1.5mm，對于α探測器，表面活度響應(yīng)偏差>7%，對于β探測器，偏差>4%；吸收效應(yīng)也會影響探測器對于α和β粒子的吸收；某些核素發(fā)出的γ射線對測量結(jié)果有較大干擾；探測器的平均表面活度響應(yīng)并不等于它的中心表面活度響應(yīng)；另外，在實(shí)際檢測中，使用檢定證書或校準(zhǔn)證書給出的表面活度響應(yīng)時(shí)，被測核素須與被校核素一一對應(yīng)，否則容易引起較大誤差。因此，在實(shí)際測量中，須對這些影響因子進(jìn)行修正，保證測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

本文對FJ-2207型表面污染儀使用中的幾個(gè)影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并對結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析。若在實(shí)際測量中，使用FJ-2207型的儀器進(jìn)行測量，可以直接參考使用本結(jié)果對影響因子進(jìn)行修正；若使用其他型號的儀器進(jìn)行測量，可參考本文對影響因子進(jìn)行分析。

【參考文獻(xiàn)】

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[4]國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12128-1989.用于校準(zhǔn)表面污染監(jiān)測儀的參考源：β發(fā)射體和α發(fā)射體.

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[6]中國國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG478-96.α、β和γ表面污染儀檢定規(guī)程[S].

[責(zé)任編輯：張濤]