三种环境级γ 剂量率仪的性能分析

王海山，王福军，郭俊鹏

（1.甘肃省核与辐射安全中心,甘肃 兰州 730000；2.上海怡星机电设备有限公司，上海 200000）

目前我国对辐射环境质量监测、核设施环境监测、重点辐射源监测等，多采用便携式环境级伽玛剂量率仪进行监测。对这些周围剂量当量率仪监测设备的性能要求，主要依据检定规程JJG393-2018，这个规程对相对固有误差和能量响应有具体的要求。为了说明检测单位使用的FH40G NBR、6150ADb 和RED-100 这三款剂量率仪的辐射探测性，本实验对以上参数进行测试，探讨在辐射环境质量监测中的可用性。

1 测量装置的技术参数与原理

1.1 仪器的基本信息

参加本次比对的γ 剂量率仪为常用的便携式测量装置。通常按探测器类型可分为正比计数管型、电离室型和闪烁晶体型三类。塑料闪烁体探测器具有灵敏度高，体积小，使用方便等特点，是目前应用最广的辐射探测器之一。本课题参加比对的仪器探测器均为塑料闪烁体，比对前所有仪器均经有资质的实验室在已知活度的137Csγ 辐射场检定。

1.2 仪器的工作原理

γ 射线和物质的相互作用，主要发生光电效应、康普顿效应和电子对效应，每种效应都产生相应的高能次级电子，这些次级电子继续和物质相互作用，使物质的原子电离和激发直到耗尽它的全部动能，同时产生电子离子对、闪烁光或是电子空穴对等信号，这些信号从此作用物质中印出来，经收集放大而成为可供分析记录的电脉冲信号，通过测量电脉冲信号进而推算出γ 射线的光子数。

本课题采用塑料闪烁体探测器由闪烁晶体、光电倍增管和与之相配的电子仪器(放大器－分析器－定标器系统) 三部分组成。当射线通过闪烁体时，入射射线与闪烁晶体相互作用使其电离、激发，并发出一定波长的光，这些光子射到光电倍增管的光阴极上发生光电效应而释放出电子，电子流经电倍增管多级阴极线路逐级放大后或为电脉冲，输入电子线路部分，而后由定标器记录下来。

2 测试依据和设备

2.1 环境周围剂量当量率仪的性能要求

根据JJG 393-2018 中的要求，环境周围剂量当量率仪的相对固有误差在有效测量范围内，须满足-15%～+22%；重复性须满足：1）剂量当量：1.4剂量当量率其中分别为剂量当量率和有效范围的下限；能量响应须满足-23%～43%，在80keV～1.5MeV范围内。

2.2 测试设备

上海怡星机电设备有限公司生产的RED-100 型环境级伽玛剂量率，美国赛默飞世尔科技有限公司的FH40G NBR，德国Automess 公司的6150AD-b。

2.3 测试内容

2.3.1 固有误差测量

X、γ 辐射周围剂量当量仪的相对固有误差这个指标使用137Cs γ 参考辐射场进行测试。在参考辐射场中，其周围剂量H*（10）当量的约定真值是由参考点的空气比释动能值Kα按下面的公式得到的：

其中，M 是标准器的读数；NK是标准器的空气比释动能校准因子；（10）是空气比释动能Kα转换成周围剂量当量H*（10）的转换系数，对于Cs-137 辐射场，取1.20；K是同空气密度、场的非均匀性等因素确定的修正因子。

仪器在参考辐射场中，放置在一个约定真值Hc已经确定的位置，得到一个读数值Hi，每个点重复测量三次，按公式（2）计算各个点的相对偏差I：

2.3.2 重复性

在仪器的有效测量范围内，选择合适的测试点进行重复性测量。由于本次评价的仪器主要是用于环境周围剂量当量率的测量，选择约定真值约1μSv/h 这个点，进行20 次重复测量，按公式（3）计算重复性：

2.3.3 能量响应测量

根据JJG393-2018 的要求，能量响应至少需要选取5 种不同的能量来完成，并包括Cs-137 和最低能量的2 种X 参考射线，对于不同的辐射能量就使用相同剂量当量率，如果不能实现应利用相对固有误差的测量数据对不同能量下的剂量当量的差别进行修正（可使用线性内插法）。

在每个不同的能量点上，对仪器进行测量，仪器测量到的剂量当量HE，对应的约定真值HE1C，按公式（4）计算能量响应

以Cs-137 的参考辐射场，按公式（5）将能量响应RE归一化处理，

3 测试数据及分析

对所选取的三款环境周围剂量当量率仪进行了性能测试，所选取的三款仪器的型号、探测器类型和测量范围等基本信息（见表1）。

表1 所选仪器基本信息

3.1 固有误差

三款仪器分别在Cs-137 辐射场中选择三个点进行了固有误差的测试，测量结果（见表2）如图1所示。

图1 相对固有误差对比

表2 固有误差测试结果

3.2 重复性

三款仪器分别在Cs-137 辐射场中选择约定真值1.31μSv/h 的条件下进行重复性测试，测量结果（见表3）。

表3 重复性测试结果

3.3 能量响应

三款仪器分别在X 射线辐射场中，使用80KV、100KV、150KV 和200KV 的窄束X 射线进行了能量响应测试，测量结果（见表4）。如图2 所示。

图2 能量响应对比

表4 能量响应测试结果

4 结果与讨论

我们依据JJG 393-2018 测试了以上三种环境周围剂量当量率仪的固有误差、重复性以及能量响应，从测量的结果看，三种仪器的固有误差都在±10%以内，重复性都在2%以内，满足JJG 393 中的要求，从能量响应的情况上看，（RE‘-1）值都没有超过-23%～43%，也是满足要求的，说明此三款仪器均能满足环境辐射监测任务的需要。