HD-2004型岩心编录仪检定结果的不确定度评定

2015-12-02欧阳游胡明考王新兴刘姗姗唐晓川李峰林杜晓立

计测技术 2015年1期

欧阳游，胡明考，王新兴，刘姗姗，唐晓川，李峰林，杜晓立

(核工业航测遥感中心，河北石家庄050002)

0 引言

岩心编录仪也称β、γ辐射编录仪，广泛用于钻探岩心测量，通过其测量可以指导岩心取样，并对钻探成果初步评价。在铀镭平衡破坏的偏铀地区，通过岩(矿)心编录可有效地防止漏矿。HD-2004型岩(矿)心编录仪是一款近年推向市场的仪器，对其测量不确定度进行评定是科研、生产过程中不可缺少的一项工作，因为测量的结果往往带有不确定性，常用测量不确定度来确定被测量的量值区间，定量表征测量结果的质量。同时，GB/T27025-2008《检测和校准实验室能力的通用要求》和GJB2725A-2001《测试实验室和校准实验室通用要求》也要求在校准证书给出对校准结果不确定度的说明。

1 计量标准、测量方法和数学模型

1.1 计量标准

岩心编录仪的校准标准装置为γ测井系列模型标准(以下简称模型)，通常需要本底、钾、钍模型各1个，不同品位铀模型5个，以及配套的固体镭标准源(以下简称镭源)，详见表1和表2。

2.2 测量方法［1］

β，γ岩心编录仪是利用探测器底面插入铝板的方式来屏蔽β辐射，抽开铝板时为β+γ测量方式，测量结果包含β和γ两种辐射;插入铝板时为γ测量方式，测量结果仅为γ辐射。两种方式测量结果的差值即为β辐射计数。

表1 校准岩心编录仪所用模型及其不确定度指标

表2 镭源技术指标

校准时将探测器分别置于各个模型的校准点上进行测量，即可获得受校仪器在各个模型上的测量示值N，将N与模型的标称当量含量Q通过最小二乘法拟合，获得受校仪器的铀含量灵敏度SU;再将受校仪器分别置于镭源产生的辐射标准场中各校准点上进行测量，获得受校仪器空气比释动能率灵敏度。按公式(1)计算得到仪器铀换算系数。

校准应在温度范围为5～35℃、相对湿度小于80%、大气压强为86～106 kPa的环境条件下进行。

2.3 数学模型［2］

式中:KU铀换算系数，(nGy·h-1)/(0.01%eU);SU为铀含量灵敏度，(0.01%eU·s)-1;SK·为空气比释动能率灵敏度，s-1/(nGy·h-1);N为受校仪器在模型上的测量示值，s-1;Q为模型的当量铀含量，%;Nl为受校仪器在镭源产生的辐射标准场中的测量示值，s-1;K·

为镭源在测量点对受校仪器的探测器中心产生的空气比释动能率值，nGy·h-1;r为受校仪器探测器中心点距镭源中心的距离，m;C为镭源的源常数，(nGy·m2)/(Bq·h);A为镭源的活度，Bq。

3 HD-2004-105不确定度评定

3.1 不确定度来源分析［3］

由上述测量方法和数学模型(1)式可以看出，影响铀换算系数的不确定度来源有:

1)模型的品位量值Q的不确定度;

2)镭源的活度量值A的不确定度;

3)校准测量过程中测量计数率N的不确定度(包括放射性统计涨落、受校仪器短期稳定性、受校仪器能量响应非线性、环境稳定性、探测器与镭源放置位置引起的距离r偏差)。

3.2 标准不确定度评定

文中的标准不确定度均为相对标准不确定度。

3.2.1 模型的品位量值Q的不确定度(uU1)

该标准装置为模型体源的一级标准，其K，U，Th，Ra的含量(标准的品位量值)是与国家一级标准物质进行比较测量，通过化学分析方法所得含量经U-Ra平衡修正、氡泄漏修正、湿度修正后的含量。其复现量值的不确定度由标准装置证书给出，uU1=4.0%。

3.2.3 受校仪器的测量不确定度(um)

放射性统计涨落及短期稳定性引起的不确定度用多次测量计数率的标准偏差计算，其他分量用经验值估计。

1)仪器校准/检定过程的A类不确定度(umA)

仪器校准/检定过程的A类不确定度来源只有放射性统计涨落引起的不确定度。

放射性统计涨落和短期稳定性引起的不确定度大小与实测计数相关，可通过控制测量时间(计数)来控制此项不确定度。表3、表4分别给出了两种测量方式下HD-2004-105仪器的校准测量数据，测量次数为10，测量是的环境温度为25℃，相对湿度35%，气压为100.1 kPa。由于本底模型体源和钾模型体源受综合环境辐射影响较大，计算得到的不确定度相对较大，该项不确定度已在环境辐射变化中予以考虑，在此不做重复计算。从表3中的统计结果可以看出，仪器γ测量方式最大相对不确定度为2.2%，β+γ测量方式的最大不确定度为2.3%。

表3 γ测量方式下测量原始数据记录表

表4 β+γ测量方式下测量原始数据记录表

2)仪器校准/检定过程的B类不确定度(umB)

a.环境辐射变化引入的不确定度uU2

该系列模型体源设置的场地受天气因素影响很小，但由于校准/检定时排风程度不可能一致，环境氡的影响会有所不同，综合考虑，环境因素带来的不确定度定为0.5%。

b.距离r引入的不确定度uK·2

校准测量过程中，镭源与探测器中心的最小距离为50 cm，根据经验，其测量器具钢尺的校准不确定度和测量不确定度按照钢尺的最小分度1 mm的十倍，即1 cm估计，采用B类不确定度评定，即:uK·2=1/502=0.04%，取值1.0%。

c.仪器能量响应非线性引起的不确定度uU3

对于在本系列模型体源特别是高含量模型体源进行校准/检定的仪器，应考虑仪器死时间、脉冲叠加效应等因素导致的仪器响应非线性的影响，HD-2004型仪器具有死时间修正，此项因素所引起的不确定度不超过1.0%。

上述各分量彼此独立，因而仪器的校准/检定过程B类不确定度umB为

3.3 合成标准不确定度［4］

3.3.1 主要标准不确定度汇总表

根据以上分析，主要标准不确定度汇总表见表5。

3.3.2 合成标准不确定度计算

上述各不确定度来源之间彼此相互独立。合成标准不确定度uc依据测量方式分别为

γ测量方式:

表5 主要标准不确定度汇总表

3.4 扩展不确定度

3.4.1 扩展不确定度计算

主要标准不确定度均为正态分布，因此p=0.95时，可取包含因子k=2，则

γ测量方式:

β+γ测量方式:

3.4.2 对辐射编录仪测量完整的不确定度评估

依据表3和表4数据，可以获得在各个模型上进行校准/检定测量的校准结果不确定度，详见表6。

表6 在不同模型上进行校准/检定测量获得的测量不确定度一览表

由表6知，受校仪器在6个模型上，采用γ测量方式时，扩展不确定度最大不超过10%;采用β+γ测量方式时，扩展不确定度最大不超过10%。

4 HD-2004型岩心编录仪统计分析

笔者从我站所检定的HD-2004型岩心编录仪中随机抽取了30台受校仪器的原始数据，实际测量次数均为10次。除本底模型体源(F-0-I)和钾模型体源(KF-6-I)外，在其他6个模型上进行校准/检定测量，按照贝塞尔公式统计得到的测量结果的相对标准不确定度最大值见表7。

表730 台受校仪器的校准/检定测量结果的标准不确定度umA统计一览表

续表

从表7中的统计结果可以看出，30台β、γ岩(矿)心编录仪的γ测量方式的测量不确定度最小为1.2%，β+γ测量方式的测量不确定度最小为1.4%，γ测量方式的测量不确定度最大为2.3%，β+γ测量方式的测量不确定度最大为2.3%。按照本文3.3、3.4的评定，可得γ测量方式的扩展不确定度最小为9.1%，最大为10%;β+γ测量方式的扩展不确定度最小为9.3%，最大为10%。经统计，HD-2004型岩心编录仪的扩展不确定度不超过10%(k=2)。