宋 穎 劉 峰 劉 輝*

α、β表面污染測量儀的性能檢定與結(jié)果分析*

宋 穎①劉 峰②劉 輝①*

目的：應(yīng)用國家標(biāo)準(zhǔn)對α、β表面污染測量儀進行校準(zhǔn)，分析在用測量儀的性能狀況，提出進一步加強輻射防護工作的建議。方法：選取18臺醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科、疾病預(yù)防控制中心、職業(yè)病防治研究院、衛(wèi)生監(jiān)督所以及具有輻射衛(wèi)生檢測資質(zhì)的企業(yè)機構(gòu)的α、β表面污染測量儀，型號不做特殊篩選，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5202-2008/IEC 60325:2002“輻射防護儀器α、β和α/β(β能量＞60 keV)污染測量儀與監(jiān)測儀”進行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)中采用兩組镅-241(241Am)α平面源和兩組鉈-204(204Tl)β平面源作為標(biāo)準(zhǔn)源，利用支架固定測量距離，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)程序完成儀器效率、統(tǒng)計漲落和相對固有誤差3項指標(biāo)的測量。結(jié)果：18臺測量儀測量α射線的儀器效率主要集中在20%～40%，測量β射線的儀器效率主要集中在20%～60%；18臺測量儀測量α射線的統(tǒng)計漲落均＜10%,β射線的統(tǒng)計漲落有14臺＜10%，4臺集中在10%～20%；在測量儀的相對固有誤差的測量中，大部分儀器測量結(jié)果＜6%。結(jié)論：18臺在用的測量儀性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)，但仍有個別儀器的個別指標(biāo)性能低于同類儀器水平，建議使用中要注意維護保養(yǎng)，確保儀器的正常功能和測量準(zhǔn)確性，為輻射防護工作提供有力保障。

表面污染測量儀；性能檢定；儀器效率；統(tǒng)計漲落；相對固有誤差

α、β表面污染測量儀(簡稱測量儀)是檢測放射性工作場所或物品表面可能被放射性核素污染程度的常規(guī)儀器，并廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、核電、衛(wèi)生防護和各級環(huán)境監(jiān)測的工作中[1-2]。測量儀屬于電離輻射防護中國家強制檢定的工作計量器具，規(guī)定每年檢定一次，確認合格才能在工作中使用。中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護與核安全醫(yī)學(xué)所為世界衛(wèi)生組織與國際原子能機構(gòu)(WHO/IAEA)認證的國家二級標(biāo)準(zhǔn)劑量學(xué)實驗室，主要開展輻射劑量儀表的校準(zhǔn)和劑量測量的質(zhì)量保證，且測量儀的檢定屬于計量認證的獲準(zhǔn)項目，因此，中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護與核安全醫(yī)學(xué)所完成了大量的測量儀的檢定工作。基于此，本研究選取18臺測量儀，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5202-2008/IEC 60325：2002)進行校準(zhǔn)，并對結(jié)果進行討論分析[3]。

1 材料與方法

1.1 檢測用標(biāo)準(zhǔn)源

測量儀檢測時使用距離固定支架，可精確固定儀器探頭至平面源表面的距離為5 mm或者10 mm；兩組镅-241(241Am)α平面源，平面源活性區(qū)為100 mm×150 mm，表面發(fā)射率分別為203.33/s·2πSr和1485/s·2πSr；兩組鉈-204(204Tl)β平面源，平面源活性區(qū)為100 mm×150 mm，表面發(fā)射率分別為271.67/s·2πSr和2366.67/s·2πSr。

1.2 被檢測設(shè)備

選取18臺來自于全國各地醫(yī)院的核醫(yī)學(xué)科、疾病預(yù)防控制中心、職業(yè)病防治研究院、衛(wèi)生監(jiān)督所以及具有輻射衛(wèi)生檢測資質(zhì)的企業(yè)機構(gòu)的測量儀，型號不做特殊篩選。其中一臺測量儀探頭為蓋革計數(shù)管，其余均為閃爍體探測器。

1.3 檢測方法

本實驗室中，測量儀的校準(zhǔn)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5202-2008/IEC 60325：2002)[3]所規(guī)定要求進行檢測，主要測量指標(biāo)包括儀器效率、統(tǒng)計漲落和相對固有誤差3項內(nèi)容。

(1)儀器效率。指在規(guī)定條件下，儀器探頭探測到的經(jīng)本底修正的單位時間內(nèi)的粒子數(shù)與相同時間間隔內(nèi)輻射源前表面發(fā)射的同一類型的粒子數(shù)之比[4]。儀器效率是測量儀對此類型的粒子數(shù)的探測能力的表達，其效率越高，表明此測量儀探測此類型粒子的能力越好。

調(diào)節(jié)固定支架使探測距離為5 mm。測量儀調(diào)節(jié)至探測α射線的模式，固定待測儀器的探頭于支架上。讀取獨立的本底計數(shù)20次，分別放置兩組α平面源在支架探測距離的底部，各讀取計數(shù)20次，分別記錄本底和計數(shù)，完成α射線的測量；調(diào)節(jié)固定支架使探測距離為10 mm，測量儀調(diào)節(jié)至探測β射線的模式，重復(fù)以上步驟，各讀取數(shù)據(jù)20次，分別記錄本底和計數(shù)，完成β射線的測量。

數(shù)據(jù)處理時首先將兩次α射線測量計數(shù)、兩次β射線測量計數(shù)，以及兩次本底測量計數(shù)分別取均值，并將α和β射線的測量計數(shù)分別扣除相應(yīng)本底計數(shù)后獲得實際測量計數(shù)。注意將計數(shù)單位換算為每秒計數(shù)，4組讀數(shù)的均值都要扣除相應(yīng)的本底計數(shù)。根據(jù)探頭有效探測面積計算相應(yīng)面積的平面源的表面發(fā)射率，并將儀器測得計數(shù)與此表面發(fā)射率相比得儀器效率(R)，其計算為公式1：

式中N為測量儀探測到的粒子數(shù)，Nb為本底計數(shù)，NS為表面發(fā)射率約定真值。

(2)統(tǒng)計漲落。核素的衰變具有隨機性，即單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的原子數(shù)目不同，但集中在某一范圍內(nèi)波動，所以用探頭測量射線時，測量儀的示值并非固定不變，而是在某一數(shù)值上下不停跳動，此現(xiàn)象為放射性衰變的統(tǒng)計漲落。在校準(zhǔn)過程中，隨機讀取獨立的20次計數(shù)，計算此組計數(shù)的變異系數(shù)，以變異系數(shù)來代表表面污染測量儀的統(tǒng)計漲落。此步驟中仍采用儀器效率測量步驟中讀取的α和β射線4組平面源各20次計數(shù)來分別完成計算。計算所得α和β射線4個變異系數(shù)中，分別取相應(yīng)α和β射線類型下最大值代表此測量儀的統(tǒng)計漲落。

(3)相對固有誤差。相對固有誤差是在合理的校準(zhǔn)條件下測量到的儀器示值誤差與該量的約定真值之比[5]。約定真值為最佳估算值，測量相對固有誤差時仍采用儀器效率測量步驟中讀取的α和β射線4組平面源各20次計數(shù)。數(shù)據(jù)處理中取α高低兩種表面活度發(fā)射率的平面源測得的儀器效率均值代表該量的約定真值。取兩值與之的最大差值的絕對值與約定真值相比得相對固有誤差(E)，其計算為公式2：

式中R為儀器效率，R為 高低兩種表面活度發(fā)射率平面源測得的儀器效率均值。

取β高低兩種表面活度發(fā)射率的平面源測得的儀器效率均值，按照上述步驟計算探測β射線時的相對固有誤差。

2 結(jié)果

對18臺測量儀所檢測的儀器效率、統(tǒng)計漲落及相對固有誤差3項指標(biāo)計算，其結(jié)果見表1。

2.1 儀器效率

檢測18臺測量儀的儀器效率的結(jié)果顯示：測量儀在測量α射線時，有11臺測量儀的儀器效率為30%～40%，6臺為20%～30%，只有1臺結(jié)果＜20%，其均值為30.58，標(biāo)準(zhǔn)差為7.51；在測量β射線時，有10臺測量儀的儀器效率為40%～60%，6臺為20%～40%，2臺結(jié)果略＜20%，其均值為39.72，標(biāo)準(zhǔn)差為15.45。

表1 18臺測量儀檢測結(jié)果統(tǒng)計

2.2 統(tǒng)計漲落

對18臺測量儀統(tǒng)計漲落測量的結(jié)果顯示，所有測量儀測量α射線時測量數(shù)據(jù)計算所得變異系數(shù)均＜10%，其均值為4.95，標(biāo)準(zhǔn)差為2.55；在測量β射線時，14臺測量儀所得變異系數(shù)均＜10%，其余4臺結(jié)果為10%～20%，其中最大的變異系數(shù)為17.14%，其均值為6.42，標(biāo)準(zhǔn)差為4.50。GB/T 5202-2008中給出的標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下進行的試驗中，統(tǒng)計漲落的要求為20%。由此可知，18臺測量儀的統(tǒng)計漲落全部合格。但實際工作中變異系數(shù)為17.14%，仍然超出了大部分儀器的統(tǒng)計漲落平均數(shù)值，因此建議檢查使用記錄，并返廠維護。

2.3 相對固有誤差

18臺測量儀相對固有誤差測量結(jié)果顯示：15臺測量儀的相對固有誤差均＜6%，3臺測量儀的結(jié)果明顯高于其他測量儀結(jié)果，提示：①測量儀在測量α射線和β射線時，相對固有誤差為8.66%和10.27%；②測量儀在測量α射線時相對固有誤差為10.9%；③測量儀在測量β射線時，相對固有誤差為6.78%。測量α射線和β射線的結(jié)果均值為2.75和2.74，標(biāo)準(zhǔn)差為2.97和2.47。

通過以上檢測結(jié)果可見，無論是評價檢測單位還是臨床醫(yī)療單位，在用測量儀性能的絕大部分較為穩(wěn)定，能夠滿足現(xiàn)場使用要求。

3 討論

目前，測量儀廣泛應(yīng)用于核電和衛(wèi)生行業(yè)，在輻射防護工作中的放射性污染水平的檢測中發(fā)揮重要作用。本研究結(jié)果表明，18臺測量儀的性能檢測均符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，其結(jié)果明顯優(yōu)于10年前的此類設(shè)備的測試結(jié)果，表明隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，我國在用的此類測量儀的儀器質(zhì)量有所提高[6]。設(shè)備及時的更新?lián)Q代，提高了其質(zhì)量水平，能夠保證輻射測量工作中的準(zhǔn)確和可靠。

本研究中儀器效率的測量結(jié)果顯示，絕大部分儀器的效率結(jié)果為20%～50%，個別儀器＜20%。其中編號為15的儀器結(jié)果較低，在α射線下測得結(jié)果排位最末，在β射線下測的結(jié)果排位第15，此設(shè)備使用了蓋革計數(shù)管探測器，設(shè)備本身效率偏低。目前，在用儀器使用的主流探測器是閃爍體探測器，相較于蓋革計數(shù)管探測效率更高，能量分辨力更好[7-8]。

統(tǒng)計漲落的結(jié)果顯示，比較α射線和β射線下的測量結(jié)果有較大差異，β射線下的測量結(jié)果明顯高于α射線下的測量結(jié)果，這是由射線的自身性質(zhì)所決定。相較而言，β射線的貫穿力強，但是電離能力弱，在探頭中發(fā)生電離反應(yīng)后形成的信號經(jīng)電子元件收集后不如α射線形成的信號穩(wěn)定，此特點也體現(xiàn)在了α射線和β射線下測量的儀器效率的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差上，在實驗室中的測量是按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下所完成，避免了很多實際使用中的影響因素。然而，在實際使用中由于α射線貫穿力弱，且受被污染物體表面形態(tài)和污染面積所限制，反而測量α射線時更難掌控測量距離，難以達到測量準(zhǔn)確[9-11]。

相對固有誤差是示值誤差與約定真值的比較，結(jié)果更依賴于儀器本身的性能，故測量α射線和β射線的結(jié)果并無較大差別。相對固有誤差的測量受不同能量核素的影響，在實驗室測量中采用的同一核素的系列源，避免了不同能量的影響。實際工作中如有多種能量核素污染，要考慮能量造成的測量誤差[12]。

我國目前在用的此類測量儀的性能狀況良好，能夠保障輻射防護工作的質(zhì)量。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，各相關(guān)行業(yè)對測量儀的需求會有所增加，設(shè)備的質(zhì)量保證仍需加強。因此，建議此類測量儀作為國家強制檢定儀器，使用單位要按照規(guī)定每年送檢至有檢測資質(zhì)的單位進行檢定，以保障設(shè)備性能穩(wěn)定，保障輻射防護工作的質(zhì)量[13-14]。

[1]賀強，陳大偉，楊曉光，等.某醫(yī)院核醫(yī)學(xué)病房放射防護評價與分析[J].中國輻射衛(wèi)生，2007，16(4)：421-422.

[2]王春宇，陳大偉，沈瑩，等.PET中心相關(guān)工作場所輻射防護屏蔽研究[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2014，29(12)：31-35.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 5202-2008/IEC 60325：2002，輻射防護儀器α、β和α/β(β能量大于60 keV)污染測量儀與監(jiān)測儀[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 8997-2008，α、β表面污染測量儀與監(jiān)測儀的校準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[5]國家技術(shù)監(jiān)督局.JJG478-96，α、β和γ表面污染儀檢定規(guī)程，中國家計量檢定規(guī)程[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996.

[6]王式琦.20臺αβ表面污染儀檢測結(jié)果與評價[J].中國輻射衛(wèi)生，2006，15(2)：187-187.

[7]潘仲韜，劉健民，王彬彬.BH3206型αβ表面污染測量儀[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2001，21(5)：365-367.

[8]李繼源，張皓，來永芳.GM計數(shù)管的發(fā)展與現(xiàn)狀[C].昆明：全國第四屆核監(jiān)測學(xué)術(shù)會議論文選集，1999：60-64.

[9]許藎，鐘軍，郭翔博，等.影響表面污染儀測量準(zhǔn)確度的因素研究[J].科技視界，2016，6(13)：29-30.

[10]王勇，劉蓓，牛強，等.手腳污染測量儀手部探測器β表面活度響應(yīng)的校準(zhǔn)[J].輻射防護通訊，2015，35(3)：12-15.

[11]陸小軍，何林峰，徐一鶴，等.距離和不均勻性對α、β表面活度響應(yīng)測量結(jié)果的影響[J].輻射研究與輻射工藝學(xué)報，2016，34(5)：58-63.

[12]任智強，杜向陽，程昶，等.便攜式表面污染測量儀[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2003，23(6)：593-595.

[13]毛玲.放射醫(yī)學(xué)與防護信息平臺的建立[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2015，12(5)：70-71，72.

[14]孫仲濤，高正，蔣以山.α、β表面污染監(jiān)測儀計量檢定系統(tǒng)的開發(fā)[J].核標(biāo)準(zhǔn)計量與治療，2014，12(4)：49-53.

The performance verification and result analysis of Alpha, Beta surface contamination meter

/SONG Ying, LIU Feng, LIU Hui //China Medical Equipment,2017,14(12):43-46.

Objective:To summarize the performance of surface contamination meters was using through applied national standard to calibrate them so as to provide helpful suggestion for radiation protection.Methods:18 surface contamination meters were enrolled in this research. Depend on the national standard (GB/T 5202-2008/IEC 60325:2002) to implement calibration. In the calibration, two groups of241Am alpha plane source and two groups of204T1 beta plane source were chosen as standard source. The holder was used to fix the distance of measurement between source and detector, and then the efficiency of apparatus, statistical fluctuation and relative inherent error were measured depended on the standard procedure.Results:The efficiency of apparatus of 18 surface contamination meters in detection for α ray mainly focused on 20%-40%, and for β ray, it mainly focused on 20%-60%. All of statistical fluctuations of 18 meters for α ray were lower than 10%, and for β ray, there were 14 meters were lower than 10% and 4 meters focused on 10%-20%. In the measurement of relative inherent error, most of results were lower than 6%.Conclusion:The performances of 18 surface contamination meters conform with national standards, although individual indicator of individual apparatus still lower than the level of same kind of apparatus.This paper recommends paramedic should pay attention to maintain the apparatus, and ensure the normal function and measurement accuracy of apparatus so as to provide strong support for radiation protection.

Surface contamination meter; Performance testing; Equipment efficiency; Statistical fluctuation;Relative inherent error

Quality Control Laboratory of Radiological Diagnosis and Radiotherapy, Key Laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency of China CDC, National Institute for Radiological Protection,China CDC, Beijing 100088, China.

宋穎,女,(1983- ),碩士，助理研究員。中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護與核安全醫(yī)學(xué)所放射診療設(shè)備質(zhì)量控制實驗室 輻射防護與核應(yīng)急中國疾病預(yù)防控制中心重點實驗室，從事核醫(yī)學(xué)設(shè)備檢測校準(zhǔn)工作。

1672-8270(2017)12-0043-04

R145

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.12.012

中國疾病預(yù)防控制中心青年科研基金(2016A205)“兒童CT檢查設(shè)備顯示劑量與實測劑量的比較研究”

①中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護與核安全醫(yī)學(xué)所放射診療設(shè)備質(zhì)量控制實驗室 輻射防護與核應(yīng)急中國疾病預(yù)防控制中心重點實驗室北京 100088

②新疆維吾爾自治區(qū)疾病預(yù)防控制中心 新疆 烏魯木齊 830001

*通訊作者：liuhui310@126.com

2017-06-14