三種環境級γ 劑量率儀的性能分析

王海山，王福軍，郭俊鵬

（1.甘肅省核與輻射安全中心,甘肅 蘭州 730000；2.上海怡星機電設備有限公司，上海 200000）

目前我國對輻射環境質量監測、核設施環境監測、重點輻射源監測等，多采用便攜式環境級伽瑪劑量率儀進行監測。對這些周圍劑量當量率儀監測設備的性能要求，主要依據檢定規程JJG393-2018，這個規程對相對固有誤差和能量響應有具體的要求。為了說明檢測單位使用的FH40G NBR、6150ADb 和RED-100 這三款劑量率儀的輻射探測性，本實驗對以上參數進行測試，探討在輻射環境質量監測中的可用性。

1 測量裝置的技術參數與原理

1.1 儀器的基本信息

參加本次比對的γ 劑量率儀為常用的便攜式測量裝置。通常按探測器類型可分為正比計數管型、電離室型和閃爍晶體型三類。塑料閃爍體探測器具有靈敏度高，體積小，使用方便等特點，是目前應用最廣的輻射探測器之一。本課題參加比對的儀器探測器均為塑料閃爍體，比對前所有儀器均經有資質的實驗室在已知活度的137Csγ 輻射場檢定。

1.2 儀器的工作原理

γ 射線和物質的相互作用，主要發生光電效應、康普頓效應和電子對效應，每種效應都產生相應的高能次級電子，這些次級電子繼續和物質相互作用，使物質的原子電離和激發直到耗盡它的全部動能，同時產生電子離子對、閃爍光或是電子空穴對等信號，這些信號從此作用物質中印出來，經收集放大而成為可供分析記錄的電脈沖信號，通過測量電脈沖信號進而推算出γ 射線的光子數。

本課題采用塑料閃爍體探測器由閃爍晶體、光電倍增管和與之相配的電子儀器(放大器－分析器－定標器系統) 三部分組成。當射線通過閃爍體時，入射射線與閃爍晶體相互作用使其電離、激發，并發出一定波長的光，這些光子射到光電倍增管的光陰極上發生光電效應而釋放出電子，電子流經電倍增管多級陰極線路逐級放大后或為電脈沖，輸入電子線路部分，而后由定標器記錄下來。

2 測試依據和設備

2.1 環境周圍劑量當量率儀的性能要求

根據JJG 393-2018 中的要求，環境周圍劑量當量率儀的相對固有誤差在有效測量范圍內，須滿足-15%～+22%；重復性須滿足：1）劑量當量：1.4劑量當量率其中分別為劑量當量率和有效范圍的下限；能量響應須滿足-23%～43%，在80keV～1.5MeV范圍內。

2.2 測試設備

上海怡星機電設備有限公司生產的RED-100 型環境級伽瑪劑量率，美國賽默飛世爾科技有限公司的FH40G NBR，德國Automess 公司的6150AD-b。

2.3 測試內容

2.3.1 固有誤差測量

X、γ 輻射周圍劑量當量儀的相對固有誤差這個指標使用137Cs γ 參考輻射場進行測試。在參考輻射場中，其周圍劑量H*（10）當量的約定真值是由參考點的空氣比釋動能值Kα按下面的公式得到的：

其中，M 是標準器的讀數；NK是標準器的空氣比釋動能校準因子；（10）是空氣比釋動能Kα轉換成周圍劑量當量H*（10）的轉換系數，對于Cs-137 輻射場，取1.20；K是同空氣密度、場的非均勻性等因素確定的修正因子。

儀器在參考輻射場中，放置在一個約定真值Hc已經確定的位置，得到一個讀數值Hi，每個點重復測量三次，按公式（2）計算各個點的相對偏差I：

2.3.2 重復性

在儀器的有效測量范圍內，選擇合適的測試點進行重復性測量。由于本次評價的儀器主要是用于環境周圍劑量當量率的測量，選擇約定真值約1μSv/h 這個點，進行20 次重復測量，按公式（3）計算重復性：

2.3.3 能量響應測量

根據JJG393-2018 的要求，能量響應至少需要選取5 種不同的能量來完成，并包括Cs-137 和最低能量的2 種X 參考射線，對于不同的輻射能量就使用相同劑量當量率，如果不能實現應利用相對固有誤差的測量數據對不同能量下的劑量當量的差別進行修正（可使用線性內插法）。

在每個不同的能量點上，對儀器進行測量，儀器測量到的劑量當量HE，對應的約定真值HE1C，按公式（4）計算能量響應

以Cs-137 的參考輻射場，按公式（5）將能量響應RE歸一化處理，

3 測試數據及分析

對所選取的三款環境周圍劑量當量率儀進行了性能測試，所選取的三款儀器的型號、探測器類型和測量范圍等基本信息（見表1）。

表1 所選儀器基本信息

3.1 固有誤差

三款儀器分別在Cs-137 輻射場中選擇三個點進行了固有誤差的測試，測量結果（見表2）如圖1所示。

圖1 相對固有誤差對比

表2 固有誤差測試結果

3.2 重復性

三款儀器分別在Cs-137 輻射場中選擇約定真值1.31μSv/h 的條件下進行重復性測試，測量結果（見表3）。

表3 重復性測試結果

3.3 能量響應

三款儀器分別在X 射線輻射場中，使用80KV、100KV、150KV 和200KV 的窄束X 射線進行了能量響應測試，測量結果（見表4）。如圖2 所示。

圖2 能量響應對比

表4 能量響應測試結果

4 結果與討論

我們依據JJG 393-2018 測試了以上三種環境周圍劑量當量率儀的固有誤差、重復性以及能量響應，從測量的結果看，三種儀器的固有誤差都在±10%以內，重復性都在2%以內，滿足JJG 393 中的要求，從能量響應的情況上看，（RE‘-1）值都沒有超過-23%～43%，也是滿足要求的，說明此三款儀器均能滿足環境輻射監測任務的需要。