影響表面污染儀測量準確度的因素研究

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境、核醫學、商檢、衛生、核電、農業等領域的表面污染測量與監測，其準確測量對于工作環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，對測量距離、材料吸收、探測器各部位靈敏度的不一致性、不同射線干擾、能量響應等影響表面污染儀測量結果準確度的幾個因素進行了系統研究，確定了相關影響量，對正確使用各種表面污染儀，保證測量結果的準確可靠提供了指導。

【關鍵詞】表面污染儀；測量準確度；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境、核醫學、商檢、衛生、核電、農業等領域的表面污染測量與監測，尤其在放射性工作場所、放射性物質安全運輸和核設施退役源項調查等方面使用頻繁[1]。其測量結果對于確認污染源、污染大小、污染范圍，及時發現污染源和給出污染區域內污染核素的量值等具有重要意義。

表面污染的測量，除儀器性能的穩定可靠和計量部門的準確校準以外，在實際污染測量中，還有許多影響測量結果準確度的因素，如距離效應、吸收效應、探測器各部位靈敏度的不一致性、射線干擾、能量響應等[2]。這些因素甚至會對測量結果的準確度造成很大影響[3-5]。如GB11806-2004規定，放射性物質在運輸過程中，貨物表面污染β和γ及低毒α發射體不得超過4Bq/cm2，如果測量方法不當，可能導致α射線不能被檢測，β射線誤差可能達到100%。事實上，由于測量人員對影響測量結果的因素不充分了解，往往給出于真實結果相差很大的值，從而對工作環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，實驗室表面污染儀檢定裝置，典型α、β平面源以及相關材料，對影響污染測量的各種因素進行研究，通過確定相關影響量，為表面污染儀的使用人員正確使用該類儀器提供指導。

1 測量設備

1.1 距離調節器

距離調節器：采用表面污染儀校準裝置，該裝置由支架模板、源托模板和可調節螺桿組成，可調節螺桿能夠調節源托模板到探測器支架模板之間的距離，調節精度為0.5mm。

1.2 表面污染儀

表面污染儀采用國營二六二廠生產的FJ-2207型α、β表面污染儀，該儀器由數顯主機、α探測器和β探測器三部分組成，主機和探測器之間由一根電源線連接。主機可選擇α和β檔，計數時間有1s、6s、60s和手動調節4檔。

1.3 放射性α、β標準源

實驗中所用標準源如表所示：

表1 標準源

2 影響表面污染儀測量準確度的因素

2.1 測量距離

由于空氣吸收層的變化和探測窗對污染點的立體角的變化，探測窗與污染面之間距離的大小，會直接影響儀器的探測效率和能量響應特性。JJG478-96《α、β和γ表面污染儀》[3]規定：α探測器與源表面的距離為5mm，β探測器與源表面的距離為10mm。本工作對α探測器在3.5mm～6.5mm范圍內按0.5mm步長調節距離，對β探測器在8mm～12mm范圍內按0.5mm步長調節距離，測量其表面活度響應，結果見表2、表3。

表2 β源（90Sr-90Y）距離變化對表面活度響應的影響

表3 α源（239Pu）距離變化對表面活度響應的影響

從以上結果，明顯可以得出：距離小時表面活度響應值高，距離大時表面活度響應值低。對于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，在現場使用中，一定要嚴格保持距離的準確性，否則結果相差很大。

2.2 吸收效應

在一些放射性現場，工作人員為防止探頭表面被污染，往往在儀器的探測窗表面蒙上一層塑料布。本工作用塑料布（4.4mg/cm2）遮蓋探測窗進行實驗，以確定材料吸收的影響，其表面活度響應變化見表4。

表4 塑料布（4.4mg/cm2）對表面活度響應的影響

由表4可見，塑料布對α粒子完全屏蔽；對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。因此在現場使用中，如果探測器蒙了塑料布，則會影響儀器的效率。

2.3 射線的干擾

2.3.1 β射線對α探測器的干擾

采用α探測器測β源——90Sr-90Y，單次測量時間為60s，污染儀沒有計數，說明β射線對α探測器的干擾可以忽略不計。

2.3.2 α射線對β探測器的干擾

采用β探測器測α源——239Pu，單次測量時間為6s，污染儀計數率為3.33 s-1，表面活度響應為3.84×10-3，可見α射線對β探測器的干擾也是非常小。

2.3.3 γ射線對α、β探測器的干擾

γ射線穿透力很強，一般不容易被屏蔽。經理論計算，白紙能夠屏蔽α射線，2mm鋁板和3mm有機玻璃就能屏蔽β射線，故我們利用這幾種材料分別遮蓋α和β源，檢測其表面活度響應，實驗結果見表5-6。

表5 γ射線對α源（241Am）表面活度響應的影響

表6 γ射線對β源表面活度響應的影響

241Am的γ能量為59.6 KeV，由表5可知，γ射線產生的表面活度響應為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兩個能級， 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+有機玻璃后，90Sr-90Y源的表面活度響應約為原來的0.1%，說明鋁板+有機玻璃能屏蔽掉β射線，因此， 60Co源用鋁板+有機玻璃遮蓋后，其表面活度響應主要來源于γ射線，其值約為原來的30%，這說明γ射線對60Co源的β測量有較大干擾。故在實際測量中應對結果進行修正。2.4 探測器各部位靈敏度的不一致性

由于探頭的物理結構，以及表面源對探測窗幾何張角的不同，探測窗各部位的靈敏度不一致，因而各部位的表面活度響應也不一樣，采用241Am的α源和60Co的β源，測量表面污染儀探測器四角以及中心位置活性面積的表面活度響應，測量結果見表7。

由表7可見，探測窗中間和四周表面活度響應相差很大，儀器的平均表面活度響應不等于它的中心表面活度響應。實驗證明，β探測器中心的表面活度響應大約是四周的2倍。因此，在測量小塊污染時，不宜簡單使用平均表面活度響應。

表7 探測器各部位表面活度響應

2.5 能量響應

探頭的響應與其相應檢測的粒子能量有關，因此，必須進行能量響應實驗，以得到污染儀對不同能量粒子的響應。不同型號的儀器，其能量響應不同，即使同一型號的儀器，檢測不同的核素時，其能量響應也有差別。采用面積相同、能量不同的放射源進行測量，所得到的各源的表面活度響應如表8所示：

表8 能量響應

由上述結果可以看出，該儀器對90Sr-90Y的能量響應比對60Co源高出將近10倍。在檢測中，如果用90Sr-90Y源刻度的污染儀去檢測以60Co核素為主的表面污染時，就會引起數量級上的誤差。故在實際檢測中，使用檢定證書或校準證書給出的表面活度響應時，被測核素須與被校核素一一對應，這樣才能保證測量結果的準確可靠。

3 結束語

通過一系列實驗，我們發現，距離的準確性對污染儀的測量結果影響很大，距離變化1.5mm，對于α探測器，表面活度響應偏差>7%，對于β探測器，偏差>4%；吸收效應也會影響探測器對于α和β粒子的吸收；某些核素發出的γ射線對測量結果有較大干擾；探測器的平均表面活度響應并不等于它的中心表面活度響應；另外，在實際檢測中，使用檢定證書或校準證書給出的表面活度響應時，被測核素須與被校核素一一對應，否則容易引起較大誤差。因此，在實際測量中，須對這些影響因子進行修正，保證測量結果準確可靠。

本文對FJ-2207型表面污染儀使用中的幾個影響因素進行了系統研究，并對結果進行了詳細分析。若在實際測量中，使用FJ-2207型的儀器進行測量，可以直接參考使用本結果對影響因子進行修正；若使用其他型號的儀器進行測量，可參考本文對影響因子進行分析。

【參考文獻】

[1]國際原子能機構第120號技術報告[R]，黃治儉譯，放射性表面污染的監測，原子能出版社，1978，15.

[2]韓奎初，丁聲耀.實用電離輻射計量學[M].原子能出版社，1996.

[3]ISO 7501-1-1990.表面污染儀的評定，β發射體（最大β能量大于0.15 MeV）和α發射體.

[4]國家標準GB/T12128-1989.用于校準表面污染監測儀的參考源：β發射體和α發射體.

[5]張延生.關于表面放射性物質污染標準的討論[J].輻射防護，1987，1（12）：68-75.

[6]中國國家計量檢定規程JJG478-96.α、β和γ表面污染儀檢定規程[S].

[責任編輯：張濤]