歐陽游，胡明考，王新興，劉姍姍，唐曉川，李峰林，杜曉立

(核工業(yè)航測(cè)遙感中心，河北石家莊050002)

0 引言

巖心編錄儀也稱β、γ輻射編錄儀，廣泛用于鉆探巖心測(cè)量，通過其測(cè)量可以指導(dǎo)巖心取樣，并對(duì)鉆探成果初步評(píng)價(jià)。在鈾鐳平衡破壞的偏鈾地區(qū)，通過巖(礦)心編錄可有效地防止漏礦。HD-2004型巖(礦)心編錄儀是一款近年推向市場(chǎng)的儀器，對(duì)其測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)定是科研、生產(chǎn)過程中不可缺少的一項(xiàng)工作，因?yàn)闇y(cè)量的結(jié)果往往帶有不確定性，常用測(cè)量不確定度來確定被測(cè)量的量值區(qū)間，定量表征測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量。同時(shí)，GB/T27025-2008《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》和GJB2725A-2001《測(cè)試實(shí)驗(yàn)室和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室通用要求》也要求在校準(zhǔn)證書給出對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果不確定度的說明。

1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)量方法和數(shù)學(xué)模型

1.1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)

巖心編錄儀的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)裝置為γ測(cè)井系列模型標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱模型)，通常需要本底、鉀、釷模型各1個(gè)，不同品位鈾模型5個(gè)，以及配套的固體鐳標(biāo)準(zhǔn)源(以下簡(jiǎn)稱鐳源)，詳見表1和表2。

2.2 測(cè)量方法［1］

β，γ巖心編錄儀是利用探測(cè)器底面插入鋁板的方式來屏蔽β輻射，抽開鋁板時(shí)為β+γ測(cè)量方式，測(cè)量結(jié)果包含β和γ兩種輻射;插入鋁板時(shí)為γ測(cè)量方式，測(cè)量結(jié)果僅為γ輻射。兩種方式測(cè)量結(jié)果的差值即為β輻射計(jì)數(shù)。

表1 校準(zhǔn)巖心編錄儀所用模型及其不確定度指標(biāo)

表2 鐳源技術(shù)指標(biāo)

校準(zhǔn)時(shí)將探測(cè)器分別置于各個(gè)模型的校準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量，即可獲得受校儀器在各個(gè)模型上的測(cè)量示值N，將N與模型的標(biāo)稱當(dāng)量含量Q通過最小二乘法擬合，獲得受校儀器的鈾含量靈敏度SU;再將受校儀器分別置于鐳源產(chǎn)生的輻射標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)中各校準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量，獲得受校儀器空氣比釋動(dòng)能率靈敏度。按公式(1)計(jì)算得到儀器鈾換算系數(shù)。

校準(zhǔn)應(yīng)在溫度范圍為5～35℃、相對(duì)濕度小于80%、大氣壓強(qiáng)為86～106 kPa的環(huán)境條件下進(jìn)行。

2.3 數(shù)學(xué)模型［2］

式中:KU鈾換算系數(shù)，(nGy·h-1)/(0.01%eU);SU為鈾含量靈敏度，(0.01%eU·s)-1;SK·為空氣比釋動(dòng)能率靈敏度，s-1/(nGy·h-1);N為受校儀器在模型上的測(cè)量示值，s-1;Q為模型的當(dāng)量鈾含量，%;Nl為受校儀器在鐳源產(chǎn)生的輻射標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)中的測(cè)量示值，s-1;K·

為鐳源在測(cè)量點(diǎn)對(duì)受校儀器的探測(cè)器中心產(chǎn)生的空氣比釋動(dòng)能率值，nGy·h-1;r為受校儀器探測(cè)器中心點(diǎn)距鐳源中心的距離，m;C為鐳源的源常數(shù)，(nGy·m2)/(Bq·h);A為鐳源的活度，Bq。

3 HD-2004-105不確定度評(píng)定

3.1 不確定度來源分析［3］

由上述測(cè)量方法和數(shù)學(xué)模型(1)式可以看出，影響鈾換算系數(shù)的不確定度來源有:

1)模型的品位量值Q的不確定度;

2)鐳源的活度量值A(chǔ)的不確定度;

3)校準(zhǔn)測(cè)量過程中測(cè)量計(jì)數(shù)率N的不確定度(包括放射性統(tǒng)計(jì)漲落、受校儀器短期穩(wěn)定性、受校儀器能量響應(yīng)非線性、環(huán)境穩(wěn)定性、探測(cè)器與鐳源放置位置引起的距離r偏差)。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

文中的標(biāo)準(zhǔn)不確定度均為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

3.2.1 模型的品位量值Q的不確定度(uU1)

該標(biāo)準(zhǔn)裝置為模型體源的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其K，U，Th，Ra的含量(標(biāo)準(zhǔn)的品位量值)是與國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行比較測(cè)量，通過化學(xué)分析方法所得含量經(jīng)U-Ra平衡修正、氡泄漏修正、濕度修正后的含量。其復(fù)現(xiàn)量值的不確定度由標(biāo)準(zhǔn)裝置證書給出，uU1=4.0%。

3.2.3 受校儀器的測(cè)量不確定度(um)

放射性統(tǒng)計(jì)漲落及短期穩(wěn)定性引起的不確定度用多次測(cè)量計(jì)數(shù)率的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算，其他分量用經(jīng)驗(yàn)值估計(jì)。

1)儀器校準(zhǔn)/檢定過程的A類不確定度(umA)

儀器校準(zhǔn)/檢定過程的A類不確定度來源只有放射性統(tǒng)計(jì)漲落引起的不確定度。

放射性統(tǒng)計(jì)漲落和短期穩(wěn)定性引起的不確定度大小與實(shí)測(cè)計(jì)數(shù)相關(guān)，可通過控制測(cè)量時(shí)間(計(jì)數(shù))來控制此項(xiàng)不確定度。表3、表4分別給出了兩種測(cè)量方式下HD-2004-105儀器的校準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量次數(shù)為10，測(cè)量是的環(huán)境溫度為25℃，相對(duì)濕度35%，氣壓為100.1 kPa。由于本底模型體源和鉀模型體源受綜合環(huán)境輻射影響較大，計(jì)算得到的不確定度相對(duì)較大，該項(xiàng)不確定度已在環(huán)境輻射變化中予以考慮，在此不做重復(fù)計(jì)算。從表3中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，儀器γ測(cè)量方式最大相對(duì)不確定度為2.2%，β+γ測(cè)量方式的最大不確定度為2.3%。

表3 γ測(cè)量方式下測(cè)量原始數(shù)據(jù)記錄表

表4 β+γ測(cè)量方式下測(cè)量原始數(shù)據(jù)記錄表

2)儀器校準(zhǔn)/檢定過程的B類不確定度(umB)

a.環(huán)境輻射變化引入的不確定度uU2

該系列模型體源設(shè)置的場(chǎng)地受天氣因素影響很小，但由于校準(zhǔn)/檢定時(shí)排風(fēng)程度不可能一致，環(huán)境氡的影響會(huì)有所不同，綜合考慮，環(huán)境因素帶來的不確定度定為0.5%。

b.距離r引入的不確定度uK·2

校準(zhǔn)測(cè)量過程中，鐳源與探測(cè)器中心的最小距離為50 cm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其測(cè)量器具鋼尺的校準(zhǔn)不確定度和測(cè)量不確定度按照鋼尺的最小分度1 mm的十倍，即1 cm估計(jì)，采用B類不確定度評(píng)定，即:uK·2=1/502=0.04%，取值1.0%。

c.儀器能量響應(yīng)非線性引起的不確定度uU3

對(duì)于在本系列模型體源特別是高含量模型體源進(jìn)行校準(zhǔn)/檢定的儀器，應(yīng)考慮儀器死時(shí)間、脈沖疊加效應(yīng)等因素導(dǎo)致的儀器響應(yīng)非線性的影響，HD-2004型儀器具有死時(shí)間修正，此項(xiàng)因素所引起的不確定度不超過1.0%。

上述各分量彼此獨(dú)立，因而儀器的校準(zhǔn)/檢定過程B類不確定度umB為

3.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度［4］

3.3.1 主要標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

根據(jù)以上分析，主要標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表見表5。

3.3.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

上述各不確定度來源之間彼此相互獨(dú)立。合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc依據(jù)測(cè)量方式分別為

γ測(cè)量方式:

表5 主要標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

3.4 擴(kuò)展不確定度

3.4.1 擴(kuò)展不確定度計(jì)算

主要標(biāo)準(zhǔn)不確定度均為正態(tài)分布，因此p=0.95時(shí)，可取包含因子k=2，則

γ測(cè)量方式:

β+γ測(cè)量方式:

3.4.2 對(duì)輻射編錄儀測(cè)量完整的不確定度評(píng)估

依據(jù)表3和表4數(shù)據(jù)，可以獲得在各個(gè)模型上進(jìn)行校準(zhǔn)/檢定測(cè)量的校準(zhǔn)結(jié)果不確定度，詳見表6。

表6 在不同模型上進(jìn)行校準(zhǔn)/檢定測(cè)量獲得的測(cè)量不確定度一覽表

由表6知，受校儀器在6個(gè)模型上，采用γ測(cè)量方式時(shí)，擴(kuò)展不確定度最大不超過10%;采用β+γ測(cè)量方式時(shí)，擴(kuò)展不確定度最大不超過10%。

4 HD-2004型巖心編錄儀統(tǒng)計(jì)分析

筆者從我站所檢定的HD-2004型巖心編錄儀中隨機(jī)抽取了30臺(tái)受校儀器的原始數(shù)據(jù)，實(shí)際測(cè)量次數(shù)均為10次。除本底模型體源(F-0-I)和鉀模型體源(KF-6-I)外，在其他6個(gè)模型上進(jìn)行校準(zhǔn)/檢定測(cè)量，按照貝塞爾公式統(tǒng)計(jì)得到的測(cè)量結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度最大值見表7。

表730 臺(tái)受校儀器的校準(zhǔn)/檢定測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度umA統(tǒng)計(jì)一覽表

續(xù)表

從表7中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，30臺(tái)β、γ巖(礦)心編錄儀的γ測(cè)量方式的測(cè)量不確定度最小為1.2%，β+γ測(cè)量方式的測(cè)量不確定度最小為1.4%，γ測(cè)量方式的測(cè)量不確定度最大為2.3%，β+γ測(cè)量方式的測(cè)量不確定度最大為2.3%。按照本文3.3、3.4的評(píng)定，可得γ測(cè)量方式的擴(kuò)展不確定度最小為9.1%，最大為10%;β+γ測(cè)量方式的擴(kuò)展不確定度最小為9.3%，最大為10%。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，HD-2004型巖心編錄儀的擴(kuò)展不確定度不超過10%(k=2)。

5 結(jié)論

根據(jù)JJG(軍工)41—2014《輻射編錄儀檢定規(guī)程》的規(guī)定和本站檢定巖心編錄儀所用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的技術(shù)條件，以HD-2004型巖心編錄儀為例使用A類和B類不確定定度評(píng)定方法對(duì)各種不確定度分量進(jìn)行了評(píng)定。同時(shí)統(tǒng)計(jì)了本站30臺(tái)儀器校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度，得出其擴(kuò)展不確定度最大不超過10%(k=2)。

［1］國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局.J JG(軍工)41—2014，輻射編錄儀檢定規(guī)程［S］.北京:國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局發(fā)行部，2014.

［2］倪育才.實(shí)用測(cè)量不確定度評(píng)定［M］.北京:中國(guó)質(zhì)檢出版社，2014.

［3］國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF1059.1—2012測(cè)量不確定度評(píng)定與表示［S］.北京:中國(guó)質(zhì)檢出版社，2012.

［4］葉德培等.一級(jí)注冊(cè)計(jì)量師基礎(chǔ)知識(shí)及專業(yè)務(wù)實(shí)［M］.北京:中國(guó)質(zhì)檢出版社，2013.