HD-2004型巖心編錄儀檢定結果的不確定度評定

歐陽游，胡明考，王新興，劉姍姍，唐曉川，李峰林，杜曉立

(核工業(yè)航測遙感中心，河北石家莊050002)

0 引言

巖心編錄儀也稱β、γ輻射編錄儀，廣泛用于鉆探巖心測量，通過其測量可以指導巖心取樣，并對鉆探成果初步評價。在鈾鐳平衡破壞的偏鈾地區(qū)，通過巖(礦)心編錄可有效地防止漏礦。HD-2004型巖(礦)心編錄儀是一款近年推向市場的儀器，對其測量不確定度進行評定是科研、生產過程中不可缺少的一項工作，因為測量的結果往往帶有不確定性，常用測量不確定度來確定被測量的量值區(qū)間，定量表征測量結果的質量。同時，GB/T27025-2008《檢測和校準實驗室能力的通用要求》和GJB2725A-2001《測試實驗室和校準實驗室通用要求》也要求在校準證書給出對校準結果不確定度的說明。

1 計量標準、測量方法和數學模型

1.1 計量標準

巖心編錄儀的校準標準裝置為γ測井系列模型標準(以下簡稱模型)，通常需要本底、鉀、釷模型各1個，不同品位鈾模型5個，以及配套的固體鐳標準源(以下簡稱鐳源)，詳見表1和表2。

2.2 測量方法［1］

β，γ巖心編錄儀是利用探測器底面插入鋁板的方式來屏蔽β輻射，抽開鋁板時為β+γ測量方式，測量結果包含β和γ兩種輻射;插入鋁板時為γ測量方式，測量結果僅為γ輻射。兩種方式測量結果的差值即為β輻射計數。

表1 校準巖心編錄儀所用模型及其不確定度指標

表2 鐳源技術指標

校準時將探測器分別置于各個模型的校準點上進行測量，即可獲得受校儀器在各個模型上的測量示值N，將N與模型的標稱當量含量Q通過最小二乘法擬合，獲得受校儀器的鈾含量靈敏度SU;再將受校儀器分別置于鐳源產生的輻射標準場中各校準點上進行測量，獲得受校儀器空氣比釋動能率靈敏度。按公式(1)計算得到儀器鈾換算系數。

校準應在溫度范圍為5～35℃、相對濕度小于80%、大氣壓強為86～106 kPa的環(huán)境條件下進行。

2.3 數學模型［2］

式中:KU鈾換算系數，(nGy·h-1)/(0.01%eU);SU為鈾含量靈敏度，(0.01%eU·s)-1;SK·為空氣比釋動能率靈敏度，s-1/(nGy·h-1);N為受校儀器在模型上的測量示值，s-1;Q為模型的當量鈾含量，%;Nl為受校儀器在鐳源產生的輻射標準場中的測量示值，s-1;K·

為鐳源在測量點對受校儀器的探測器中心產生的空氣比釋動能率值，nGy·h-1;r為受校儀器探測器中心點距鐳源中心的距離，m;C為鐳源的源常數，(nGy·m2)/(Bq·h);A為鐳源的活度，Bq。

3 HD-2004-105不確定度評定

3.1 不確定度來源分析［3］

由上述測量方法和數學模型(1)式可以看出，影響鈾換算系數的不確定度來源有:

1)模型的品位量值Q的不確定度;

2)鐳源的活度量值A的不確定度;

3)校準測量過程中測量計數率N的不確定度(包括放射性統(tǒng)計漲落、受校儀器短期穩(wěn)定性、受校儀器能量響應非線性、環(huán)境穩(wěn)定性、探測器與鐳源放置位置引起的距離r偏差)。

3.2 標準不確定度評定

文中的標準不確定度均為相對標準不確定度。

3.2.1 模型的品位量值Q的不確定度(uU1)

該標準裝置為模型體源的一級標準，其K，U，Th，Ra的含量(標準的品位量值)是與國家一級標準物質進行比較測量，通過化學分析方法所得含量經U-Ra平衡修正、氡泄漏修正、濕度修正后的含量。其復現量值的不確定度由標準裝置證書給出，uU1=4.0%。

3.2.3 受校儀器的測量不確定度(um)

放射性統(tǒng)計漲落及短期穩(wěn)定性引起的不確定度用多次測量計數率的標準偏差計算，其他分量用經驗值估計。

1)儀器校準/檢定過程的A類不確定度(umA)

儀器校準/檢定過程的A類不確定度來源只有放射性統(tǒng)計漲落引起的不確定度。

放射性統(tǒng)計漲落和短期穩(wěn)定性引起的不確定度大小與實測計數相關，可通過控制測量時間(計數)來控制此項不確定度。表3、表4分別給出了兩種測量方式下HD-2004-105儀器的校準測量數據，測量次數為10，測量是的環(huán)境溫度為25℃，相對濕度35%，氣壓為100.1 kPa。由于本底模型體源和鉀模型體源受綜合環(huán)境輻射影響較大，計算得到的不確定度相對較大，該項不確定度已在環(huán)境輻射變化中予以考慮，在此不做重復計算。從表3中的統(tǒng)計結果可以看出，儀器γ測量方式最大相對不確定度為2.2%，β+γ測量方式的最大不確定度為2.3%。

表3 γ測量方式下測量原始數據記錄表

表4 β+γ測量方式下測量原始數據記錄表

2)儀器校準/檢定過程的B類不確定度(umB)

a.環(huán)境輻射變化引入的不確定度uU2

該系列模型體源設置的場地受天氣因素影響很小，但由于校準/檢定時排風程度不可能一致，環(huán)境氡的影響會有所不同，綜合考慮，環(huán)境因素帶來的不確定度定為0.5%。

b.距離r引入的不確定度uK·2

校準測量過程中，鐳源與探測器中心的最小距離為50 cm，根據經驗，其測量器具鋼尺的校準不確定度和測量不確定度按照鋼尺的最小分度1 mm的十倍，即1 cm估計，采用B類不確定度評定，即:uK·2=1/502=0.04%，取值1.0%。

c.儀器能量響應非線性引起的不確定度uU3

對于在本系列模型體源特別是高含量模型體源進行校準/檢定的儀器，應考慮儀器死時間、脈沖疊加效應等因素導致的儀器響應非線性的影響，HD-2004型儀器具有死時間修正，此項因素所引起的不確定度不超過1.0%。

上述各分量彼此獨立，因而儀器的校準/檢定過程B類不確定度umB為

3.3 合成標準不確定度［4］

3.3.1 主要標準不確定度匯總表

根據以上分析，主要標準不確定度匯總表見表5。

3.3.2 合成標準不確定度計算

上述各不確定度來源之間彼此相互獨立。合成標準不確定度uc依據測量方式分別為

γ測量方式:

表5 主要標準不確定度匯總表

3.4 擴展不確定度

3.4.1 擴展不確定度計算

主要標準不確定度均為正態(tài)分布，因此p=0.95時，可取包含因子k=2，則

γ測量方式:

β+γ測量方式:

3.4.2 對輻射編錄儀測量完整的不確定度評估

依據表3和表4數據，可以獲得在各個模型上進行校準/檢定測量的校準結果不確定度，詳見表6。

表6 在不同模型上進行校準/檢定測量獲得的測量不確定度一覽表

由表6知，受校儀器在6個模型上，采用γ測量方式時，擴展不確定度最大不超過10%;采用β+γ測量方式時，擴展不確定度最大不超過10%。

4 HD-2004型巖心編錄儀統(tǒng)計分析

筆者從我站所檢定的HD-2004型巖心編錄儀中隨機抽取了30臺受校儀器的原始數據，實際測量次數均為10次。除本底模型體源(F-0-I)和鉀模型體源(KF-6-I)外，在其他6個模型上進行校準/檢定測量，按照貝塞爾公式統(tǒng)計得到的測量結果的相對標準不確定度最大值見表7。

表730 臺受校儀器的校準/檢定測量結果的標準不確定度umA統(tǒng)計一覽表

續(xù)表

從表7中的統(tǒng)計結果可以看出，30臺β、γ巖(礦)心編錄儀的γ測量方式的測量不確定度最小為1.2%，β+γ測量方式的測量不確定度最小為1.4%，γ測量方式的測量不確定度最大為2.3%，β+γ測量方式的測量不確定度最大為2.3%。按照本文3.3、3.4的評定，可得γ測量方式的擴展不確定度最小為9.1%，最大為10%;β+γ測量方式的擴展不確定度最小為9.3%，最大為10%。經統(tǒng)計，HD-2004型巖心編錄儀的擴展不確定度不超過10%(k=2)。

5 結論

根據JJG(軍工)41—2014《輻射編錄儀檢定規(guī)程》的規(guī)定和本站檢定巖心編錄儀所用標準設備的技術條件，以HD-2004型巖心編錄儀為例使用A類和B類不確定定度評定方法對各種不確定度分量進行了評定。同時統(tǒng)計了本站30臺儀器校準結果的不確定度，得出其擴展不確定度最大不超過10%(k=2)。

［1］國家國防科技工業(yè)局.J JG(軍工)41—2014，輻射編錄儀檢定規(guī)程［S］.北京:國家國防科技工業(yè)局發(fā)行部，2014.

［2］倪育才.實用測量不確定度評定［M］.北京:中國質檢出版社，2014.

［3］國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJF1059.1—2012測量不確定度評定與表示［S］.北京:中國質檢出版社，2012.

［4］葉德培等.一級注冊計量師基礎知識及專業(yè)務實［M］.北京:中國質檢出版社，2013.