FD—3017測氡儀的測量不確定度評定

孫保山 張積運 周宗杰 胡明考 杜曉立

摘 要：介紹了測氡儀的測量方法和量值傳遞的數學模型，討論了測氡儀測量結果的不確定度來源。主要包括檢定標準裝置的濃度定值、檢定測量重復性、測量環境、現場測量重復性等4項，給出了相應的分析評定方法。通過FD-3017測氡儀的應用實例，評定了FD-3017測氡儀測量結果的擴展不確定度為20%，其最大項為檢定測量過程中由放射性統計漲落引起的測量重復性，該項標準不確定度為6.3%。測氡儀是評價建筑物等密閉或半密閉空間內部放射性水平和通過放射性找礦的一種常用儀器，隨著自動化控制技術的進步和電子元器件質量的提高，其測量精度也在不斷提高，測量不確定度是衡量其測量精度的一個關鍵指標，正確評價其測量不確定度對儀器質量評價和測量結果可信度評價是至關重要的一個環節。

關鍵詞：測氡儀 不確定度 評定 測量

中圖分類號：TG801 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（a）-0066-02

1 檢定測量及數學模型

1.1 檢定測量

（1）測量依據：JJG（核工）024-1998 《測氡儀檢定規程》。

（2）環境條件：溫度：15～30℃；相對濕度：50%～75%；大氣壓強：96～106 kPa。

（3）標準裝置：核工業放射性勘查計量站測氡儀檢定標準裝置主要由液體鐳源、氡箱和標準測量儀（包括控制測量系統和硫化鋅閃爍室）等組成，液體鐳源為國家一級標準物質，活度濃度分別為3.45 ×10-9 g/g 、1.41 ×10-8 g/g，其量值的擴展不確定度為3.0%，氡箱體積為1 m3，用于檢定氡箱和硫化鋅閃爍室體積容積的檢定裝置復現量值的擴展不確定度為2.0%。

（1）被檢對象：FD-3017測氡儀，瞬時式測氡儀器，金硅面壘型半導體探測器，直徑26 mm，面積531 mm2。極限探測靈敏度小于3.7×102 Bq/m3。

（5）檢定過程：首先用液體鐳源和容積檢定裝置對標準測量儀器分別進行檢定，測出標準儀器在給定氡濃度下的儀器示值（計數率）和容積，得到標準測量儀器的儀器常數（校準因子）。再利用標準測量儀器測量氡箱內氡計數率，將測量結果乘以儀器常數即可得到氡箱內氡濃度標稱值。之后用測氡儀檢定標準裝置對被檢測氡儀進行檢定，測出儀器在給定的標準氡濃度下的儀器示值，根據測氡儀檢定標準裝置給出的氡濃度標稱值及儀器示值，得到被檢儀器的儀器常數。檢定過程中測量出兩個氡濃度下的儀器常數，取其平均值作為該儀器的儀器常數。最后，將檢定后的測氡儀選擇本站的氡濃度試驗室（氡濃度可調控的試驗箱）進行測量，其測量結果作為本次不確定評定的依據。

（6）評定結果的使用：在符合上述條件下的測量結果，一般可直接使用本文給出的不確定度評定結果。

1.2 數學模型

測氡儀檢定標準裝置氡箱內氡濃度與標準測量儀器計數率的關系式為：

（1）

（2）

式中：

CRn為測氡儀檢定標準裝置氡箱內氡濃度，Bq·m-3；

Xi為標準測量儀器示值（計數率），min-1；

k為標準測量儀器的儀器常數，Bq·m-3/min-1；

A為液體鐳源活度，Bq；

λRn為氡的衰變常量，為0.007553 h-1；

t0為液體鐳源的氡積累時間，h；

T為取樣后到測量間的等待時間，h；

V為標準測量儀器閃爍室的取樣體積，m3；

Nc為標準測量儀器閃爍室的測量計數率，min-1；

Nb為標準測量儀器閃爍室的本底計數率，min-1。

被檢儀器氡濃度測量結果與儀器常數、計數率的關系式為：

（3）

式中：

CRn，m為儀器測得的氡濃度，Bq·m-3；

Km為被檢儀器的儀器常數，Bq·m-3/min-1；

Xm為被檢儀器的儀器示值（計數率），min-1。

2 不確定度評定

2.1 不確定度來源分析

由公式（1）～（3）可以看出，影響測量結果的因素有測氡儀檢定標準裝置給出氡濃度標稱值的不確定度，包括測量重復性、氡室氡濃度的穩定性、氡濃度的均勻性、標準液體鐳源量值、標準裝置閃爍室容積和氡轉移是否完全等；被檢儀器檢定測量過程引起的不確定度和儀器實際測量過程引起的不確定度等，包括測量環境影響。

2.2 標準不確定度評定

2.2.1 測氡儀檢定標準裝置給出氡濃度量值的不確定度ur1

該標準裝置給出的量值（氡濃度）是用一級標準液體鐳源和容積檢定裝置檢定過的標準測量儀器直接測定的，其不確定度來源包括測量過程引起的A類和裝置本身引起的B類：

（1）檢定測量過程引起的A類評定。

標準測氡儀測量重復性引入的不確定度ur11，主要與裝置的技術性能和放射性統計漲落有關，通過對工作標準監測的統計數據得到其標準偏差來評定。在規定的氡濃度控制范圍之內取ur11=2.0%；

氡室氡濃度的穩定性引入的不確定度ur12，其穩定性變化是由放射性衰減及補氡過程的固有誤差和放射性統計漲落引起的隨機不確定度造成的。在規定的氡濃度控制圍內連續運行10 h，氡室氡濃度變化的標準偏差ur12=2.0%；

氡室氡濃度的均勻性引入的不確定度ur13，經長期測試，相對于氡室的中心點，其6個側面氡濃度的變化相對偏差不超過1.5%，取ur13=1.5%。

上述各不確定度分量相互獨立，具體計算方法如下所示：

（4）

（2）檢定標準裝置不確定度的B類評定。

一級標準液體鐳源的量值，其不確定度由標準物質證書給出Ur=3.0%，包含因子k=2，因此其相對標準不確定度ur14=1.5%；

氡測量標準裝置閃爍室容積由容積檢定裝置檢定，根據足夠檢定數據和經驗進行統計分析其不確定度取u r15=1.5%；

氡測量標準裝置檢定過程中氡轉移是否完全所引入的不確定度由經驗估計所得，取ur16=1.5%；

環境條件影響帶來的不確定度。標準測量儀器測量過程是在室內進行，測量時間一般在同一天內，且室內有調溫控濕設備，環境條件變化不大，對儀器測量結果不會帶來不可忽視的影響，由經驗估計此項不確定度可以忽略不計。

上述各不確定度分量相互獨立，具體計算方法如下所示：

（5）

依據公式（4）和（5），測氡儀檢定標準裝置給出氡濃度量值的不確定度ur1為：

（6）

一般取測氡儀檢定標準裝置給出氡濃度量值的合成標準不確定度ur1為5.0%。

2.2.2 儀器檢定測量過程的不確定度ur2

被檢儀器在檢定測量過程中的測量不確定度主要來源于放射性統計漲落。放射性統計漲落引起的不確定度大小與測得的計數相關，因而可由檢定過程測量數據的統計結果所確定的標準偏差來評定。表1列出了被檢測氡儀在兩個氡濃度下的10次測量結果及統計值。

10次重復測量引入的標準不確定度：

（7）

實際測量中取兩個濃度對應的儀器常數的平均值，因此儀器檢定測量過程中引入的不確定度為：

/100=6.3% （8）

2.2.3 環境條件影響帶來的不確定度ur3

儀器檢定測量過程是在室內進行，測量時間一般在同一天內，且室內有調溫控濕設備，環境條件變化不大，對儀器測量結果不會帶來不可忽視的影響，因此此項不確定度可以忽略不計。

2.2.4 測氡儀在氡濃度試驗室測量過程中的不確定度ur4

氡濃度試驗室與測氡儀檢定標準裝置均在實驗室一摟，與儀器檢定的環境條件相同，且測量時間在同一天內，環境變化對儀器測量結果不會帶來不可忽視的影響，因此此項不確定度可以忽略不計。因而測氡儀在氡濃度試驗室測量過程中的不確定度來源主要是放射性統計漲落，其計算方法與3.2.2節相同。

實測儀器示值：55，47，58，49，45，42，59，58，65，46。

儀器測量過程引入的相對標準不確定度：

ur4=4.57% （9）

2.3 在氡濃度試驗室測量結果的合成標準不確定度urc

根據各項不確定度來源分析及評定結果，相互之間彼此獨立，具體計算方法和數值如下所示。

9.25%=10% （10）

2.4 測氡儀檢定測量結果的擴展不確定度Ur

上述各不確定度分量均為正態分布，因此其合成后亦為正態分布，取置信因子k=2，則

其置信概率約為95%。

則擴展不確定度：=20%

3 測量不確定度報告

采用測氡儀檢定標準裝置對FD-3017 測氡儀進行檢定，在本站氡濃度試驗室測量其氡濃度，在滿足2.1節環境條件的情況下，其測量結果的擴展不確定度Ur不超過20%，其中置信水平P為95%，置信因子k=2。

參考文獻

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[2] 曉梅，宋建華，左文才，等.連續測氡儀測定空氣中氡濃度方法探討[J].中國測試技術，2007（5）：32-34.

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