基于FH40G环境地表X-γ剂量率测量不确定度评定研究

曹鹏涛 王文军 王雪

摘  要：在环境地表X-γ辐射空气吸收剂量率测量中，FH40G+FHZ672E-10型便携式X-γ剂量率仪应用较为广泛，文章通过应用该剂量率仪进行一次环境地表X-γ剂量率测量，来论述整个测量的不确定度评定过程，详细分析测量不确定度的来源，进而得到相对扩展不确定度。

关键词：环境地表X-γ剂量率测量;测量不确定度;评定研究

Abstract： FH40G+FHZ672E-10 portable X-γ dose rate meter is widely used in the measurement of air absorbed dose rate of environmental terrestrial X-γ radiation. This paper discusses the evaluation process of the measurement uncertainty using this dose rate meter to conduct the environmental terrestrial X-γ dose rate measurement. The source of measurement uncertainty is analyzed in detail， and then the relative expanded uncertainty is obtained.

引言

人体不能通过自身的感知器官直接察觉电离辐射的存在，因此必须通过专用的仪器对其进行测量和评价。在测量和评定过程中，测量结果是否保持稳定一致，测量能力是否符合测量的要求，都需要用测量不确定度来衡量，测量不确定度越大，表示测量能力越差;反之，表示测量能力越强。在X-γ辐射环境监测中，FH40G+FHZ672E-10型便携式X-γ剂量率仪应用较为广泛，本文通过应用该剂量率仪进行一次环境地表X-γ剂量率稳定场测量，来论述整个测量的不确定度评定过程，详细分析测量不确定度的来源，进而得到相对扩展不确定度。

1 测量不确定度

测量不确定度是与测量结果相联系的参数，表示合理地赋予被测量结果的分散性。根据各输入量估计值获得方法的不同，不确定度分量可以用A类和B类两种不同的方法进行评定。不确定度A类评定就是在频率封闭的基础之上来对其有关量所产生的不确定度进行相关的评定，这种评定方法更具有客观性，而且在实际应用的过程中，必须要经过多次测量才能完成，其准确度和设备测量的次数有着密切的关系，通常用统计方法对不确定度分量进行评定。不确定度B类评定指用不同于统计分析的其他方法进行不确定度评定，B类评定方法获得不确定度是在先验分布的基础之上，通过相关的数据信息来对测量不确定度进行评定，因此B类评定的准确度和信息数据的可靠性有着一定的关系。

测量不确定度评定过程概要：a.分析不确定度来源和建立测量模型;b.评定标准不确定度;c.合成标准不确定度;d. 评估扩展不去定度;e. 得出测量结果[1]。

2 测量不确定度分析

2.1 测量方法和依据

测量结果不确定度评定依据GBT27418-2017《测量不确定度评定与表示》;测量方法依据GB/T14583-1993《环境地表γ辐射剂量率测定规范》进行环境地表γ剂量率测量;测量设备为FH40G（主机）+FHZ672E-10（探头）型便携式X-γ剂量率仪（Thermo electron corporation），在2019年11月31日经过资质科研机关检定。

2.2 测量不确定的来源

按照国家相关标准规范并综合分析整个测量过程要素发现，环境地表X-γ辐射空气吸收剂量率测量的不确定度来源主要包括宇宙射线响应测量、重复测量、及仪器检定三方面引入的不确定度分量。

2.3 数学模型的建立

2.3.1 仪器的宇宙射线测定

仪器检定后应在选定的水面上测量一次仪器的宇宙射线响应及其本地，该项测量应读取50～100个度数[2]。仪器在水面上对宇宙射线响应    的计算公式为：

式中：    为仪器在湖（库）水面上对宇宙射线的响应值;K1为仪器量程刻度因子，由国家计量部门检定时给出;A0仪器刻度时对检验源的响应值，由国家计量部门检定时给出，A宇为仪器在测量宇宙射线响应时对检验源的响应值，取宇为水面上仪器多次读数的平均值。

2.3.2 环境地表X-γ辐射空气吸收剂量率测量

在γ辐射剂量率测量的数据中包含了仪器对宇宙射线的电离分量响应值，需扣除，计算公式如下：

式中：   为测点处地表γ辐射空气吸收剂量率;A为仪器在测量点位测量时对检验源的响应值，K2为建筑物对宇宙射线的屏蔽修正因子，室外取1.0;其余符号意义参照2.3.1。

3 输入量的标准不确定度评定

3.1 仪器检定时校准因子引起的不确定度

型号为FH40G+672E-10剂量率仪检定合格，其校准因子为1.08，校准因子的扩展不确定度为urel=8.5%（k=2），用B类评定方法此不确定度其标准为：

3.2 测量宇宙射线响应值时带来的不确定度

宇宙射线响应测量不确定来源由两部分组成，分别为仪器校准因子引入和重复测量引入。

重复测量引入不确定度。在水面测量时，一般测50次或更多，可根据重复测量计算引入的A类不确定度， FH40G+672E-10X-γ剂量率仪得到的宇宙响应测量结果如表1。

50次测量结果的算数平均值为：

在现场重复测量时的平均值为X，根据贝塞尔公式得出的相对标准不确定度为：

因此宇宙射线响应测量引入的标准不确定度为：

3.3 现场重复测量引入的不确定度

现场通过连续10次重复测量，得到测量结果对其不确定度进行评定。采用A类评定方法，选用FH40G+672E-10X-γ剂量率仪分别得到的测量结果如表2。

10次测量结果的算数平均值为：

在现场重复测量时的平均值为X，则标准不确定度为：

4 环境地表X-γ剂量率测量合成标准不确定度

在计算合成标准不确定度时，除了要确定各不确定度分量外，还应考虑各分量间的相关性。以上分量各不相关，因此环境X-γ剂量率测量的合成标准不确定度为：

5 环境X-γ剂量率测量的扩展不确定度

在許多领域常需要用扩展不确定度来表示，扩展不确定度等于合成标准不确定度乘以包含因子。在不知道或不需要知道自由度和有关合成分布的信息及被测量值的估计区间的置信水平的情况下，一般取包含因子k=2或3。环境X-γ剂量率测量中我们取k=2，则扩展不确定度为：

6 结束语

从以上不确定评定过程发现，环境地表X-γ剂量率测量不确定度来源主要由宇宙射线响应测量、重复测量、及仪器检定三方面引入的，其中仪器检定为影响不确定度主要因素。同时在《环境地表γ 辐射剂量率测定规范》中要求，环境地表γ辐射剂量率测定的总不确定度应不超过20%，本次测量不确定度为13%（K=2）满足规范要求。此外环境地表X-γ剂量率测量不确定度评定需要根据实际情况进行灵活建模，例如在测量中不需要扣除宇宙射线响应时，则可以不考虑宇响测量的不确定度分量因素。

参考文献：

[1]国家质量监督检验检疫总局.GBT27418-2017 测量不确定度评定与表示[S].北京：中国标准出版社，2017.

[2]国家环境保护局.GB/T14583-93 环境地表γ辐射剂量率测定规范[S].北京：中国标准出版社，1993.

[3]李春阳，邵明刚.环境地表γ辐射剂量率的测量不确定度评定[J].资源节约与环保，2014（6）：136-138.