多只G—M技術(shù)管γ連續(xù)監(jiān)測(cè)

孔偉威　孟曉琦　劉偉

摘 要：本文介紹一種采用多只“G-M技術(shù)管γ連續(xù)監(jiān)測(cè)儀”及監(jiān)測(cè)方法。該儀器探頭使用了多只G-M計(jì)數(shù)管并聯(lián)，并且使計(jì)數(shù)管合理的排列，既提高了儀器的靈敏度又解決了儀器的方向性問題，同時(shí)對(duì)儀器進(jìn)行了能響補(bǔ)償。

前 言

隨著核技術(shù)的發(fā)展，核能的利用也越來(lái)越廣泛。就放射環(huán)境監(jiān)測(cè)而言，γ連續(xù)監(jiān)測(cè)是非常有效的監(jiān)測(cè)手段，也是最常使用的方法之一。通常γ連續(xù)監(jiān)測(cè)的儀器按探測(cè)器分類大致可分為四類，即電離室、閃爍、半導(dǎo)體和計(jì)數(shù)管型。各種類型都有其各自的特點(diǎn)，各類儀器都有成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。該研制儀器的目的就是充分利用計(jì)數(shù)管的優(yōu)點(diǎn)，研制一種能適應(yīng)核設(shè)施外圍環(huán)境監(jiān)測(cè)和一般環(huán)境的監(jiān)測(cè)的儀器和監(jiān)測(cè)方法。

1 儀器結(jié)構(gòu)

儀器分兩種形式，一種是探頭加操作臺(tái)式，另一種為探頭直接與微機(jī)（帶數(shù)據(jù)采集卡）相連。前一種形式攜帶方便，即可用于流動(dòng)監(jiān)測(cè)也可用于固定連續(xù)監(jiān)測(cè)；后者直接與微機(jī)相聯(lián)接，操作方便、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量大、數(shù)據(jù)處理、通訊方便。

2儀器性能驗(yàn)證

（1）線性實(shí)驗(yàn)

（2）儀器的自身本底估算

儀器的自身本底主要來(lái)自計(jì)數(shù)管管殼和用于能響補(bǔ)償鉛皮的α、β、γ射線以及探頭外殼和其它材料的放射性，另外計(jì)數(shù)管內(nèi)的氣體和儀器的電子線路的噪聲也會(huì)影響儀器的本底。測(cè)量方法是在已知的盡可能低本底的環(huán)境下，測(cè)量一宗數(shù)據(jù)，取均值減去已知環(huán)境本底值，計(jì)算儀器的自身本底。

選取中國(guó)輻射研究院的低本底實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的鉛房（約13nGy·h-1），測(cè)算儀器的自身本底的計(jì)數(shù)率大致為：nb=0.85cps

換算為劑量率約為：4.5nGy·h-1

（3）儀器探測(cè)下限的估算

當(dāng)置信水平為95%時(shí)，探測(cè)下限LLDn由下式計(jì)算：

LLDn=4.65（nb/tb）1/2（1）

式中nb本底計(jì)數(shù)率，tb為測(cè)量時(shí)間。

由上式可以看出當(dāng)計(jì)數(shù)率確定后，測(cè)量時(shí)間tb越大探測(cè)下限LLDn越小。當(dāng)要求劑量率的探測(cè)下限LLDD小于10nGy·h-1時(shí)，取測(cè)量時(shí)間tb=10分鐘即可，可由公式（1）和刻度因子（K=53nGy·h-1/cps）計(jì)算：

LLDD=K×LLDn=53×4.65（0.85/600）1/2≈9.28nGy·h-1

（4）儀器的能量響應(yīng)

儀器的能量響應(yīng)由國(guó)防科工委一級(jí)計(jì)量站測(cè)試。放射源分別使用X射線（33KeV-250KeV）、Cs-137（662KeV）、Ra（825KeV）和Co-60（1250KeV）。

實(shí)驗(yàn)用2個(gè)不同補(bǔ)償條件的探頭，測(cè)試結(jié)果如下：

1號(hào)探頭能量響應(yīng)在50KeV-1250KeV范圍內(nèi)的響應(yīng)值相對(duì)于Cs-137為±20%內(nèi)；

2號(hào)探頭能量響應(yīng)在160KeV-1250KeV范圍內(nèi)的響應(yīng)值相對(duì)于Cs-137為±10%內(nèi)；在100KeV-1250KeV范圍內(nèi)的響應(yīng)值相對(duì)于Cs-137為±30%內(nèi)；

（5）儀器的角響應(yīng)

儀器的角響應(yīng)由國(guó)防科工委一級(jí)計(jì)量站測(cè)試。使用Cs-137源照射。測(cè)試數(shù)據(jù)列入表3.1。

由上表中的數(shù)據(jù)可以看出，0°至+180°范圍內(nèi)角響應(yīng)是非常好的，響應(yīng)值均在±5%以內(nèi)。即使在0°至-180°范圍內(nèi)響應(yīng)值也在±25%以內(nèi)。說(shuō)明探頭內(nèi)的計(jì)數(shù)管的排列是合理的，解決角響應(yīng)是成功的。從表中可以看出當(dāng)探頭在-60°一-120°時(shí)讀數(shù)偏低，其主要原因是探頭的底部的固定架和電路板等材料的影響所致。

（6）現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證儀器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，包括儀器對(duì)環(huán)境溫度、濕度以及儀器長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)分別進(jìn)行了沿海地區(qū)的長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)驗(yàn)、北方地區(qū)的低溫環(huán)境運(yùn)行實(shí)驗(yàn)和南方地區(qū)的高溫高濕環(huán)境運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。

沿海地區(qū)的長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)驗(yàn)（青島）儀器探頭放置在一3樓樓頂平臺(tái)百葉箱內(nèi)，操作臺(tái)放置在3樓辦公室內(nèi)，儀器的探頭離海岸邊約200米，運(yùn)行一年多，數(shù)據(jù)均正常獲??；北方地區(qū)的低溫環(huán)境運(yùn)行實(shí)驗(yàn)（吉林）儀器探頭放置在5樓樓頂平臺(tái)百葉箱內(nèi)，操作臺(tái)放置在3樓實(shí)驗(yàn)室，運(yùn)行1個(gè)多月，環(huán)境溫度最低可達(dá)-30℃，數(shù)據(jù)正常獲取；南方高溫環(huán)境實(shí)驗(yàn)（杭州）儀器放置在5樓樓頂一小木屋內(nèi)（與RSS1013同時(shí)運(yùn)行），操作臺(tái)放置在2樓實(shí)驗(yàn)室，運(yùn)行2個(gè)多月，木屋內(nèi)溫度最高可達(dá)40℃，數(shù)據(jù)正常獲取。

3 結(jié)果與討論

（1）儀器在量程范圍內(nèi)（10mrd/h以內(nèi)）的線形響應(yīng)的相對(duì)偏差≤±5%（實(shí)測(cè)值為：4.2%，Cs-137）；

（2）儀器的能量響應(yīng)，在50Kev—1250Kev能量范圍內(nèi)≤±20%（相對(duì)于Cs-137，實(shí)測(cè)值最大為：±16%，1號(hào)探頭）；

（3）儀器的角響應(yīng)：

儀器探頭垂直放置（射線水平照射）0°至360°（±180°）變化值≤±5%；

儀器水平放置0至+180°變化值≤±10%（實(shí)測(cè)值最大為：±5%）；

儀器水平放置0至-180°變化值≤±30%（實(shí)測(cè)值最大為：±24%）；

（4）儀器的探測(cè)下限，當(dāng)單次測(cè)量時(shí)間取2至12分鐘時(shí)，儀器的探測(cè)下限為：2.2（10-8Gy/h）至0.85（10-8Gy/h）；

（5）儀器可以適應(yīng)于惡劣環(huán)境（溫度-40℃至+50℃）的運(yùn)行監(jiān)測(cè)。

（6）儀器可以適應(yīng)一般放射環(huán)境的監(jiān)測(cè)和核設(shè)施外圍環(huán)境的監(jiān)視性監(jiān)測(cè)。

作者簡(jiǎn)介：孔偉威（1980-），性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：山東濟(jì)寧市，當(dāng)前職務(wù)：副科當(dāng)前職，中級(jí)，學(xué)歷：本科研究方向：環(huán)境監(jiān)測(cè)，第二作者姓名：孟曉琦，第三作者姓名：劉偉。