許藎+鐘軍+郭翔博+潘隆軒+吳甜甜

【摘 要】表面污染儀廣泛用于環(huán)境、核醫(yī)學(xué)、商檢、衛(wèi)生、核電、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的表面污染測(cè)量與監(jiān)測(cè)，其準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于工作環(huán)境以及工作人員的安全有非常重要的意義。本文采用FJ-2207型α、β表面污染儀，對(duì)測(cè)量距離、材料吸收、探測(cè)器各部位靈敏度的不一致性、不同射線干擾、能量響應(yīng)等影響表面污染儀測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度的幾個(gè)因素進(jìn)行了系統(tǒng)研究，確定了相關(guān)影響量，對(duì)正確使用各種表面污染儀，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠提供了指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】表面污染儀；測(cè)量準(zhǔn)確度；影響因素

The Investigation on the Influence of Surface Contamination Measurement Accuracy

Jin Xu， Jun Zhong， Xiangbo Guo， LongXuan Pan， Tiantian Wu

（Nuclear power institute of China， Chengdu Sichuan 610005）

【Abstract】The surface pollution monitor was widely used in environmental， nuclear medicine， commodity inspection， health， nuclear power， agriculture and so on. And the accurately measurement will be of great importance in the safety of the environment and the workers. In this paper， we use type FJ-2207 α， β surface pollution monitor to research several factors which affect the measurement accuracy of surface pollution monitor， such as distance， absorption， the inconsistency sensitivity of different parts of detector， ray interference， energy response， and so on. And we confirmed the relative influence quantity， this will give some guidance for proper use of a variety of surface contamination meters， and ensure accurate and reliable measurement results.

【Key words】Surface contamination meter； Measurement accuracy； Influence factors

0 引言

表面污染儀廣泛用于環(huán)境、核醫(yī)學(xué)、商檢、衛(wèi)生、核電、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的表面污染測(cè)量與監(jiān)測(cè)，尤其在放射性工作場(chǎng)所、放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸和核設(shè)施退役源項(xiàng)調(diào)查等方面使用頻繁[1]。其測(cè)量結(jié)果對(duì)于確認(rèn)污染源、污染大小、污染范圍，及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染源和給出污染區(qū)域內(nèi)污染核素的量值等具有重要意義。

表面污染的測(cè)量，除儀器性能的穩(wěn)定可靠和計(jì)量部門的準(zhǔn)確校準(zhǔn)以外，在實(shí)際污染測(cè)量中，還有許多影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度的因素，如距離效應(yīng)、吸收效應(yīng)、探測(cè)器各部位靈敏度的不一致性、射線干擾、能量響應(yīng)等[2]。這些因素甚至?xí)?duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度造成很大影響[3-5]。如GB11806-2004規(guī)定，放射性物質(zhì)在運(yùn)輸過(guò)程中，貨物表面污染β和γ及低毒α發(fā)射體不得超過(guò)4Bq/cm2，如果測(cè)量方法不當(dāng)，可能導(dǎo)致α射線不能被檢測(cè)，β射線誤差可能達(dá)到100%。事實(shí)上，由于測(cè)量人員對(duì)影響測(cè)量結(jié)果的因素不充分了解，往往給出于真實(shí)結(jié)果相差很大的值，從而對(duì)工作環(huán)境以及工作人員的安全造成很大影響。

本工作采用FJ-2207表面污染儀，實(shí)驗(yàn)室表面污染儀檢定裝置，典型α、β平面源以及相關(guān)材料，對(duì)影響污染測(cè)量的各種因素進(jìn)行研究，通過(guò)確定相關(guān)影響量，為表面污染儀的使用人員正確使用該類儀器提供指導(dǎo)。

1 測(cè)量設(shè)備

1.1 距離調(diào)節(jié)器

距離調(diào)節(jié)器：采用表面污染儀校準(zhǔn)裝置，該裝置由支架模板、源托模板和可調(diào)節(jié)螺桿組成，可調(diào)節(jié)螺桿能夠調(diào)節(jié)源托模板到探測(cè)器支架模板之間的距離，調(diào)節(jié)精度為0.5mm。

1.2 表面污染儀

表面污染儀采用國(guó)營(yíng)二六二廠生產(chǎn)的FJ-2207型α、β表面污染儀，該儀器由數(shù)顯主機(jī)、α探測(cè)器和β探測(cè)器三部分組成，主機(jī)和探測(cè)器之間由一根電源線連接。主機(jī)可選擇α和β檔，計(jì)數(shù)時(shí)間有1s、6s、60s和手動(dòng)調(diào)節(jié)4檔。

1.3 放射性α、β標(biāo)準(zhǔn)源

實(shí)驗(yàn)中所用標(biāo)準(zhǔn)源如表所示：

表1 標(biāo)準(zhǔn)源

2 影響表面污染儀測(cè)量準(zhǔn)確度的因素

2.1 測(cè)量距離

由于空氣吸收層的變化和探測(cè)窗對(duì)污染點(diǎn)的立體角的變化，探測(cè)窗與污染面之間距離的大小，會(huì)直接影響儀器的探測(cè)效率和能量響應(yīng)特性。JJG478-96《α、β和γ表面污染儀》[3]規(guī)定：α探測(cè)器與源表面的距離為5mm，β探測(cè)器與源表面的距離為10mm。本工作對(duì)α探測(cè)器在3.5mm～6.5mm范圍內(nèi)按0.5mm步長(zhǎng)調(diào)節(jié)距離，對(duì)β探測(cè)器在8mm～12mm范圍內(nèi)按0.5mm步長(zhǎng)調(diào)節(jié)距離，測(cè)量其表面活度響應(yīng)，結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 β源（90Sr-90Y）距離變化對(duì)表面活度響應(yīng)的影響

表3 α源（239Pu）距離變化對(duì)表面活度響應(yīng)的影響

從以上結(jié)果，明顯可以得出：距離小時(shí)表面活度響應(yīng)值高，距離大時(shí)表面活度響應(yīng)值低。對(duì)于β表面污染儀，如果距離變化1.0mm，偏差為0.6%，如果距離變化1.5mm，偏差>4%；對(duì)于α表面污染儀，距離變化1.0mm，偏差>4%，距離變化1.5mm，偏差>7%。因此，在現(xiàn)場(chǎng)使用中，一定要嚴(yán)格保持距離的準(zhǔn)確性，否則結(jié)果相差很大。

2.2 吸收效應(yīng)

在一些放射性現(xiàn)場(chǎng)，工作人員為防止探頭表面被污染，往往在儀器的探測(cè)窗表面蒙上一層塑料布。本工作用塑料布（4.4mg/cm2）遮蓋探測(cè)窗進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以確定材料吸收的影響，其表面活度響應(yīng)變化見(jiàn)表4。

表4 塑料布（4.4mg/cm2）對(duì)表面活度響應(yīng)的影響

由表4可見(jiàn)，塑料布對(duì)α粒子完全屏蔽；對(duì)β粒子的吸收衰減十分顯著，而且β粒子能量越低，衰減越明顯。因此在現(xiàn)場(chǎng)使用中，如果探測(cè)器蒙了塑料布，則會(huì)影響儀器的效率。

2.3 射線的干擾

2.3.1 β射線對(duì)α探測(cè)器的干擾

采用α探測(cè)器測(cè)β源——90Sr-90Y，單次測(cè)量時(shí)間為60s，污染儀沒(méi)有計(jì)數(shù)，說(shuō)明β射線對(duì)α探測(cè)器的干擾可以忽略不計(jì)。

2.3.2 α射線對(duì)β探測(cè)器的干擾

采用β探測(cè)器測(cè)α源——239Pu，單次測(cè)量時(shí)間為6s，污染儀計(jì)數(shù)率為3.33 s-1，表面活度響應(yīng)為3.84×10-3，可見(jiàn)α射線對(duì)β探測(cè)器的干擾也是非常小。

2.3.3 γ射線對(duì)α、β探測(cè)器的干擾

γ射線穿透力很強(qiáng)，一般不容易被屏蔽。經(jīng)理論計(jì)算，白紙能夠屏蔽α射線，2mm鋁板和3mm有機(jī)玻璃就能屏蔽β射線，故我們利用這幾種材料分別遮蓋α和β源，檢測(cè)其表面活度響應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5-6。

表5 γ射線對(duì)α源（241Am）表面活度響應(yīng)的影響

表6 γ射線對(duì)β源表面活度響應(yīng)的影響

241Am的γ能量為59.6 KeV，由表5可知，γ射線產(chǎn)生的表面活度響應(yīng)為7.20×10-3 s-1·Bq-1·cm2，其影響可忽略； 60Co的β能量為0.315MeV，γ能量為1.17和1.33 MeV兩個(gè)能級(jí)， 90Sr的β能量為0.546MeV，90Y的β能量為2.274MeV，從表6可以看出，使用鋁板+有機(jī)玻璃后，90Sr-90Y源的表面活度響應(yīng)約為原來(lái)的0.1%，說(shuō)明鋁板+有機(jī)玻璃能屏蔽掉β射線，因此， 60Co源用鋁板+有機(jī)玻璃遮蓋后，其表面活度響應(yīng)主要來(lái)源于γ射線，其值約為原來(lái)的30%，這說(shuō)明γ射線對(duì)60Co源的β測(cè)量有較大干擾。故在實(shí)際測(cè)量中應(yīng)對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。2.4 探測(cè)器各部位靈敏度的不一致性

由于探頭的物理結(jié)構(gòu)，以及表面源對(duì)探測(cè)窗幾何張角的不同，探測(cè)窗各部位的靈敏度不一致，因而各部位的表面活度響應(yīng)也不一樣，采用241Am的α源和60Co的β源，測(cè)量表面污染儀探測(cè)器四角以及中心位置活性面積的表面活度響應(yīng)，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表7。

由表7可見(jiàn)，探測(cè)窗中間和四周表面活度響應(yīng)相差很大，儀器的平均表面活度響應(yīng)不等于它的中心表面活度響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)證明，β探測(cè)器中心的表面活度響應(yīng)大約是四周的2倍。因此，在測(cè)量小塊污染時(shí)，不宜簡(jiǎn)單使用平均表面活度響應(yīng)。

表7 探測(cè)器各部位表面活度響應(yīng)

2.5 能量響應(yīng)

探頭的響應(yīng)與其相應(yīng)檢測(cè)的粒子能量有關(guān)，因此，必須進(jìn)行能量響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，以得到污染儀對(duì)不同能量粒子的響應(yīng)。不同型號(hào)的儀器，其能量響應(yīng)不同，即使同一型號(hào)的儀器，檢測(cè)不同的核素時(shí)，其能量響應(yīng)也有差別。采用面積相同、能量不同的放射源進(jìn)行測(cè)量，所得到的各源的表面活度響應(yīng)如表8所示：

表8 能量響應(yīng)

由上述結(jié)果可以看出，該儀器對(duì)90Sr-90Y的能量響應(yīng)比對(duì)60Co源高出將近10倍。在檢測(cè)中，如果用90Sr-90Y源刻度的污染儀去檢測(cè)以60Co核素為主的表面污染時(shí)，就會(huì)引起數(shù)量級(jí)上的誤差。故在實(shí)際檢測(cè)中，使用檢定證書或校準(zhǔn)證書給出的表面活度響應(yīng)時(shí)，被測(cè)核素須與被校核素一一對(duì)應(yīng)，這樣才能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，距離的準(zhǔn)確性對(duì)污染儀的測(cè)量結(jié)果影響很大，距離變化1.5mm，對(duì)于α探測(cè)器，表面活度響應(yīng)偏差>7%，對(duì)于β探測(cè)器，偏差>4%；吸收效應(yīng)也會(huì)影響探測(cè)器對(duì)于α和β粒子的吸收；某些核素發(fā)出的γ射線對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大干擾；探測(cè)器的平均表面活度響應(yīng)并不等于它的中心表面活度響應(yīng)；另外，在實(shí)際檢測(cè)中，使用檢定證書或校準(zhǔn)證書給出的表面活度響應(yīng)時(shí)，被測(cè)核素須與被校核素一一對(duì)應(yīng)，否則容易引起較大誤差。因此，在實(shí)際測(cè)量中，須對(duì)這些影響因子進(jìn)行修正，保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

本文對(duì)FJ-2207型表面污染儀使用中的幾個(gè)影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析。若在實(shí)際測(cè)量中，使用FJ-2207型的儀器進(jìn)行測(cè)量，可以直接參考使用本結(jié)果對(duì)影響因子進(jìn)行修正；若使用其他型號(hào)的儀器進(jìn)行測(cè)量，可參考本文對(duì)影響因子進(jìn)行分析。

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[責(zé)任編輯：張濤]