固定式α、β个人表面污染监测装置的校准及应用

何林锋，唐方东，徐一鹤，陆小军

（上海市计量测试技术研究院，上海 201203）

0 引 言

放射性工作人员体表放射性污染是其受放射性暴露的重要指标，长期以来一直受到关注[1-2]。固定式α、β个人表面污染监测装置是一种在线监测的放射性防护仪器，用于开放型放射性工作场所及核设施热区工作人员放射性表面污染的监测，其计量性能与辐射安全防护密切相关。现行的计量检定规程JJG 478——1996《α、β和γ表面污染仪》是针对便携式α、β表面污染测量（监测）仪和γ表面污染测量（监测）仪制定的[3]。尽管固定式α、β个人表面污染监测装置和α、β表面污染仪采用的探测器类型及其技术原理基本相同或相似，但两者结构与工作方式完全不同。α、β表面污染仪用于对物体、衣物等表面污染的巡测，固定式α、β个人表面污染监测装置采用若干个探测器的组合，对个人全身表面污染作监测。JJG 478——1996《α、β 和 γ表面污染仪》的技术要求、检定方法等不适用于固定式α、β个人表面污染监测装置。

1 计量特性

作为辐射防护用的放射性监测装置，固定式α、β个人表面污染监测装置的监测对象是α、β放射性表面污染，用被探测表面的放射性活度或表面发射率来表示。表征监测装置探测能力的主要参数是其对α、β放射性的响应，影响探测下限的主要因素还包括本底计数率及其统计涨落，本底越小、响应越高则探测下限越低、灵敏度越好，当电子学噪音充分抑制后，增益大则响应与本底均高，增益小则响应与本底均低，当本底和响应确定后，测量结果即可确定；固定式α、β个人表面污染监测装置采用探测器大面积排布的方式进行全身表面污染的监测，探测面上各个位置响应的一致性也是影响探测灵敏度的重要因素；相对固有误差是测量仪器基本的计量性能，由仪器的响应计算得到，反映了有效测量范围内测量结果的准确性。

2 测量标准

测量仪器的校准是量值溯源的一种方式，实际上是通过与测量标准比较来确定仪器的计量性能参数及测量结果的不确定度，目的是实现量值的统一。固定式α、β个人表面污染监测装置的监测对象是α、β放射性表面污染，相应的测量标准是α、β标准平面源。参考GB/T 5202——2008《辐射防护仪器α、β和α/β（β能量不大于60 keV）污染测量仪与监测仪》和JJG 478——1996《α、β和γ表面污染仪》的相关规定，α、β 标准平面源的规格为（10×15）cm2，α 参考核素为241Am，239Pu，β 参考核素为204Tl，90Sr-90Y，表面发射率范围≥104～106/min·2π·sr， 相对扩展不确定度≤5%（k=2）[4-5]。

3 校准方法

校准固定式α、β个人表面污染监测装置，测量的主要参数有本底计数率、响应及其一致性、测量重复性和相对固有误差。

3.1 本底计数率

装置预热后，在无放射源或其他监测对象的条件下进行α、β本底计数率测量，连续读数。至少10次，取其算术平均值。

3.2 响 应

固定式α、β个人表面污染监测装置的响应用α、β系列标准平面源测量[3]。探测器对放射性活度的响应与距离密切相关，α、β粒子在空气中的射程有限，尤其α粒子的平均射程仅为4cm，校准测量时标准源距探测器窗表面宜≤10mm[2]。

分别将α、β系列标准源依次设置在固定式α、β个人表面污染监测装置各个探测面上中心位置，平面源表面距探测面10mm进行测量，每一个标准源重复读数不少于5次，取平均值，按下式计算探测面对每个标准源的响应：

式中：Ri——探测面对α或β标准源的响应；

Ni——探测面对第i个α或β标准源的读数平均值，min-1；

Nb——探测面α或β道的本底计数率，min-1；

As——标准源α或β表面发射率，min-1。

α或β系列标准源至少包括3个相邻量级的标准源，探测面对α或β放射性的响应按下式计算：

式中：R——探测面对α或β放射性的参考响应；

n——测量α或β系列标准源的个数，n≥3。

3.3 响应的一致性

以α、β标准源分别测量监测装置中间（正面）探测面上、下端处和3个探测面中心处的表面发射率响应。在正面探测面中心垂直线上、下端处测量时，标准源中心距上下两端各10cm。以装置正面探测面中心点的响应为参考值，由各测量点的响应值按下式计算响应的一致性：

式中：C——装置对α或β放射性响应的一致性，%；

Rk——第k个测量点对α或β放射性的响应；

Rc——装置正面探测面中心点对α或β放射性的响应。

3.4 重复性

以表面发射率较低的α、β标准源分别在固定式α、β个人表面污染监测装置正面探测面中心进行连续测量，重复测量10次，按贝塞尔公式计算实验标准差。

3.5 相对固有误差

辐射防护仪器的相对固有误差就是最大相对示值误差[3-5]，可按下式计算：

由于固定式α、β个人表面污染监测装置的监测对象是α、β，射程小，易被吸收，导致响应因子较小，不作修正时相对固有误差可达50%以上，远远超过相关标准对常规辐射防护仪器相对固有误差不超过20%的要求。因此，一般情况下α、β表面污染监测仪器或装置的相对固有误差，需对测量值作响应因子修正后，按下式计算：

4 校准结果的不确定度评定

由式（1）分析，固定式α、β个人表面污染监测装置对α、β放射性的响应测量结果的不确定度主要来源于标准源量值的不确定度、装置本底计数率和对标准源的读数引入的不确定度。在确定的测量条件下，本底计数率引入的不确定度主要由本底计数的统计涨落所获得，对标准源的读数引入的不确定度主要包含两个部分：一是计数平均值的实验标准差，二是标准源与探测器表面距离的误差导致的计数率误差。标准源量值的不确定度可根据溯源证书上的信息，按A类不确定度评定方法评定；装置本底计数率和对标准源的读数引入的不确定度均可通过实验，采用B类不确定度评定方法评定。

5 校准结果的应用

标准平面源α、β表面发射率除以板源效率可得到相应的活度值，α、β个人表面污染监测结果通常以活度值表示。当监测的测量条件与校准的测量条件相同或相似时，固定式α、β个人表面污染监测装置的计数率除以响应因子与板源效率的乘积，即可近似得到监测对象以活度表示的表面污染水平：

式中：A——以活度表示的表面污染水平，Bq；

N——装置的计数率，s-1；

Nb——装置的本底计数率，s-1；

R——装置的表面发射率响应；

ε——板源效率。

固定式α、β个人表面污染监测装置的探测下限与装置的响应、本底计数率的统计涨落相关，装置的响应与被探测粒子及其能量相关。当监测的测量条件、探测对象与校准测量相同或相似时，固定式α、β个人表面污染监测装置的探测下限可按下式粗略估算：

式中：AT——以表面发射率表示的探测下限，s-1；

σ——装置本底计数率的实验标准差，s-1；

k——实验标准差的包含因子；

R——装置的表面发射率响应。

当装置本底计数率通过多次重复测量获得，认为近似符合正态分布，k=3时，置信概率接近于99%，则通常取k=4来估算AT。固定式α、β个人表面污染监测装置经校准后，在正常工作状态下，监测结果的误差应在其相对固有误差的范围内。

6 结束语

在参考现有国内外标准所提供的方法基础上，通过对固定式α、β个人表面污染监测装置的本底计数率、响应及其一致性、测量重复性、相对固有误差等主要计量性能的校准，可以完全满足固定式α、β个人表面污染监测装置量值溯源的需要，对各性能指标的计算以及不确定度的评定可以确保装置监测结果的准确可靠。

[1] Dunster H J.Surface contamination measurements as an index of control of radioactive materials[J].Health Physics，1962，8（4）：353-356.

[2]Insinger III R H，Rodemann A H.Personal alpha contamination simulator and detector:U S，4，500，295[P].1985-2-19.

[3] JJG 478—1996 α、β和γ表面污染仪检定规程[S].北京：中国计量出版社，1996.

[4] GB/T 5202—2008辐射防护仪器 α、β 和 α/β（β 能量大于60keV）污染测量仪与监测仪[S].北京：中国标准出版社，2008.

[5] GB/T 8997—2008，α、β表面污染测量仪与监测仪的校准[S].北京：中国标准出版社，2008.