通道式放射性监测系统响应特性校准结果与分析

2013-05-03徐一鹤何林锋叶东胜

中国测试 2013年2期

徐一鹤，何林锋，叶东胜

（上海计量测试技术研究院，上海 201203）

0 引言

通道式车辆放射性监测系统由辐射探测器、电子学信息处理系统、声光报警设备等组成，具有良好的辐射响应能力和探测灵敏度，能够准确识别仪器电子学噪声、天然辐射本底和附加的放射性辐射，是放射性物质或放射性污染的在线监测设备，应用于出入境口岸及钢铁企业、核电站等处，防止核废物和放射性物质的失控扩散。在装置使用过程中，受到环境条件及人为因素的影响，装置的技术参数也可能发生漂移、变化，引起监测结果的失准。所以通道式车辆放射性监测系统需要作定期的量值校准和性能检测，以保证其正常有效地运行。

1 通道式放射性监测系统的校准

1.1 校准依据

通道式车辆放射性监测系统的校准执行JJF 1248-2010《通道式车辆放射性监测系统校准规范》，主要校准项目包括活度响应及其非线性、探测阈值、有效探测区域、重复性、动态检测等。

1.2 校准装置

校准装置以高能、中能和低能核素γ放射性系列参考源为测量标准，并包括γ放射性参考源定位装置和动态测试装置。

γ放射性参考源的活度范围为：

定位装置由机械、控制和软件界面操作系统组成，可在垂直和水平二维方向上稳定、准确移动定位，实现由软件输入放射性参考源的位置指令，通过无线传输，自动平稳地把放射性参考源送到指定位置，并在界面上显示位置信息。

1.3 响应特性及校准方法

响应特性是放射性监测仪器最主要的计量性能参数，仪器或装置对放射性的响应可以是对辐射剂量，也可以是对放射性活度的响应。通道式放射性监测系统属于大型在线监测设备，通常在全天候工作条件下工作，由于在工作现场无法提供一个标准γ辐射场，因而装置对辐射剂量响应的校准难以实现。放射性标准源的活度不受环境条件的影响，以“活度响应”为主要校准参数，同样能够准确有效的反映监测设备的计量性能，可以实现现场校准。

装置对放射性活度的响应与测量时的几何条件有关，校准规范规定校准测量的参考点为一组探测器中心连线的中点。校准时先作本底测量，然后依次对设置在参考点的系列活度γ参考源进行读数，通常选择3～5个的137Cs参考源，活度范围154～107Bq。按式（1）计算探测器的活度响应：

Aj——第j个参考源的活度值，Bq；

Rij——第i个探测器的第j个校准点的活度响应，s-1Bq-1。

对于多个探测器的通道式放射性监测系统，以各探测器活度响应的平均值为装置的活度响应。

2 活度响应校准结果的比较

2010年8月11日，JJF 1248-2010《通道式车辆放射性监测系统校准规范》正式实施，上海市计量测试技术研究院自2010年9月起按照国家计量校准规范开展通道式车辆放射性监测系统的校准服务。近三年来活度响应校准结果的汇总、比较显示，使用中的通道式车辆放射性监测系统，其响应特性总体上呈现一种的下降趋势，而活度响应的变化更为明显。

2.1 同一区域不同型号通道式车辆放射性监测系统响应特性的校准结果

以东部某海港安装的通道式车辆放射性监测系统本底及活度响应的校准结果为样本作比较，结果见表1。可以看出，同一港区不同型号的6套监测系统的本底及活度响应有较明显的差异，并且在三年内本底计数率平均下降了5.4%，其中最大幅度为8.4%，活度响应平均下降了13.5%，其中最大幅度为21.2%。

校准测量时本底计数率按10次读数取平均值，实验标准偏差小于3%；活度响应测量时也按10次读数的平均值计算，实验标准偏差不超过1.5%，可见统计涨落对测量结果的影响远小于本底与活度响应的实际变化，表明本底与活度响应的下降是真实、明显的。

表1 2010～2012年某港区通道式车辆放射性监测系统本底、响应测量结果

表2 2010～2013年某型号通道式车辆放射性监测系统本底、响应测量结果

2.2 同一型号不同区域通道式车辆放射性监测系统响应特性的校准结果

以安装在不同地点的某一型号通道式车辆放射性监测系统响应的校准结果为样本作比较，结果见表2。可以看出，安装在不同区域同一型号的6套监测系统的本底计数率比较接近，活度响应的差异也相对较小，考虑到统计涨落的因素，其本底的变化不明显，然而其活度响应平均下降14.7%，其中最大幅度为22.9%，与表1中同一港区不同型号的6套监测系统活度响应的变化情况相似。

3 结果分析与讨论

本底计数率与活度响应都是体现监测系统响应特性的参数。本底计数率反映了监测系统的电子学噪音以及探测器对环境放射性的响应，由于电子学技术的日益进步，电子学噪音对本底计数率只有微小的贡献，而环境放射性的影响中，主要的贡献来自于宇宙射线，在不同的地区，宇宙射线的强弱也有所不同。通常为了提高探测灵敏度，仪器设计研发时本底受到最大限度的抑制，因此随着探测器老化、电子学参数漂移等因素导致仪器响应特性变化，本底计数率的变化幅度有限，而活度响应则同步变化。

同一型号的通道式放射性监测系统，采用相同的电子学单元和同样规格的探测器，因而其响应特性相似，本底计数率基本相同。不同型号的通道式放射性监测系统，其设计原理可能有所不同，导致其响应特性存在明显的差异。

安装在同一地区不同型号的通道式放射性监测系统和同一型号、安装在不同区域的通道式放射性监测系统，其活度响应呈现相似的下降，可能的影响因素包括：

（1）通道式车辆放射性监测系统的探测器采用塑料闪烁体，室外环境条件加速了塑料闪烁体的晶体老化，导致其本征探测效率逐年降低。

（2）温湿度频繁的变化、紫外线照射、尘埃等因素可能影响电子元件与电子学系统，导致相关参数漂移、变化。

（3）供电不稳、机械碰撞及使用操作不当等因素，也可能导致通道式放射性监测系统性能的下降。

通道式车辆放射性监测系统对γ放射性的可探测下限主要决定于活度响应、本底计数率及其波动范围。本底波动增大、响应变小直接导致探测灵敏度的降低，对放射性监测能力减弱。