國內(nèi)地面放射性測量模型標準裝置的量值比對

劉姍姍 張長興 杜曉立 胡明考 歐陽游

(核工業(yè)航測遙感中心，石家莊 050002)

國內(nèi)地面放射性測量模型標準裝置的量值比對

劉姍姍 張長興 杜曉立 胡明考 歐陽游

(核工業(yè)航測遙感中心，石家莊 050002)

核工業(yè)放射性勘查計量站于2015年組織西南、中南、華南和華東四家計量站實施了國內(nèi)地面放射性測量模型標準裝置的量值溯源比對，比對模型為核工業(yè)放射性勘查計量站的地面模型。從比對測量結(jié)果歸一化偏差分析，僅有個別儀器在鉀含量較低的YM1和鉀含量存在爭議的YM3模型的歸一化偏差大于1，說明比對過程嚴謹、比對方法正確、結(jié)果可信。從比對測量結(jié)果與標稱值比較分析，仍是YM1和YM3模型的鉀含量相對偏差超過5%，其他均在8%不確定度之內(nèi)，說明核工業(yè)放射性勘查計量站的地面模型量值穩(wěn)定。

標準裝置 量值溯源 比對

1 引 言

國家《計量標準考核規(guī)范》(JJF-1033)第4.1.2條“計量標準的溯源性”規(guī)定：“計量標準的量值應(yīng)當(dāng)定期溯源至國家計量基準或社會公用計量標準；當(dāng)不能采用檢定(校準)的方式溯源時，應(yīng)當(dāng)通過比對的方式，確保計量標準的一致性”。核工業(yè)放射性勘查計量站(以下簡稱中心站)擁有的地面放射性測量模型標準裝置(簡稱地面模型)屬于國家國防最高計量標準，無法再向上溯源，由于實施國際比對手續(xù)繁瑣和費用等問題，僅在1993年進行過一次，為此，在專家建議和地質(zhì)局支持下，開展了國內(nèi)地面模型量值溯源比對。

自上世紀七十年代末開始，我國相繼為中心站和6個地勘局建造了8套地面模型，目前正常運行的共有6套，包括中心站2套，核工業(yè)西南放射性勘查計量站(簡稱西南站)1套、湖南省核工業(yè)地質(zhì)局放射性勘查計量站(簡稱湖南站)1套、核工業(yè)華南放射性勘查計量站(簡稱華南站)1套、核工業(yè)華東放射性勘查計量站(簡稱華東站)1套。

2 比對簡介

2.1比對依據(jù)

①JJF 1033—2012 計量標準考核規(guī)范；

②JJF 1059.1—2012 測量不確定度評定與表示；

③JJF 1117—2010 計量比對；

④JJG(軍工)40—2014 輕便窗式γ能譜儀檢定規(guī)程。

2.2比對內(nèi)容

項目組攜帶五臺儀器分別到5個站對6套地面模型進行了比對測量。比對內(nèi)容為地面模型的鈾、釷、鉀含量，單位分別為10-6，10-6，%。

2.3參考值的確定

依據(jù)JJF 1117—2010，比對參考值以參比實驗室的量值獲得。本次比對選擇5家計量站測量結(jié)果的算數(shù)平均值作為地面模型的參考值，參考值的平均值按公式(1)計算。

(1)

式中：j——對參考值有貢獻的第j個實驗室；i——比對實驗室的第i個測量點；n——對參考值有貢獻的實驗室數(shù)量；Yji——第j個實驗室上報的在第i個測量點上的測量結(jié)果。

2.4比對結(jié)果一致性判定

依據(jù)JJF 1117—2010，通常情況下某一參比實驗室的測量結(jié)果與其不確定度的一致性用歸一化偏差En進行評價，按公式(2)計算歸一化偏差En。

(2)

式中：Yji——第j個實驗室上報的在第i個測量點上的測量結(jié)果；Yri——比對實驗室第i個測量點的參考值；k——覆蓋因子，一般情況下k=2；ui——第i個測量點上Yji-Yri的標準不確定度。

當(dāng)uri、uei、uji相互無關(guān)或相關(guān)較弱時，ui按公式(3)計算。

(3)

式中：uji——第j個實驗室在i個測量點上測量結(jié)果的標準不確定度；uri——第i個測量點上參考值的標準不確定度；uei——傳遞標準在第i個測量點上在比對傳遞環(huán)節(jié)引入的不確定度。

若某一實驗室的En值始終為正值或負值，則表明該實驗室出具的結(jié)果可能存在系統(tǒng)偏差，應(yīng)分析原因。

En≤1 ，參比實驗室的測量結(jié)果與參考值之差在合理的預(yù)期之內(nèi)，比對結(jié)果可接受；Engt;1，參比實驗室的測量結(jié)果與參考值之差沒有達到合理的預(yù)期，應(yīng)分析原因。

3 比對測量結(jié)果與分析

3.1比對測量結(jié)果

比對測量由中心站組織實施，5個站各提供一臺與其地面模型標準配套的便攜式γ能譜儀，五臺儀器首先在各站內(nèi)完成檢定，檢定結(jié)果的主要參數(shù)見表1。

表1 比對測量儀器檢定的主要參數(shù)一覽表

ARD、FD-3022、GR320型γ能譜儀每次測量60s，連續(xù)測量10次；GAD6型γ能譜儀每次測量100s，連續(xù)測量6次，測量計數(shù)率與含量換算見公式(4)。

(4)

式中：QU、QTh、QK——模型標準的實測計算結(jié)果eU、eTh、K的含量，單位分別為10-6、10-6、%；NU、NTh、NK——實測鈾、釷、鉀窗計數(shù)率，單位為s-1；NUB、NThB、NKB——儀器水面本底鈾窗、釷窗、鉀窗計數(shù)率，單位為s-1；RU.1、RU.2、RU.3、RTh.1、RTh.2、RTh.3、RK.1、RK.2、RK.3——換算系數(shù)。

取3天測量結(jié)果的算數(shù)平均值作為比對測量結(jié)果，對中心站的比對測量結(jié)果見表2。中心站提供的GR320-2149+1933 γ能譜儀校準系數(shù)使用了YB2、YU1、YTh1、YK2等4個模型測量結(jié)果，因此中心站不參與這4個地面模型鈾、釷、鉀含量參考值的計算。圖1展示了中心站的地面模型。

表2 中心站地面模型比對測量的鈾釷鉀含量統(tǒng)計表

續(xù)表2

3.2比對結(jié)果的不確定度分析

第i個測量點上Yji-Yri的標準不確定度來源包括：第i個測量點上參考值的標準不確定度uri，第j個實驗室在i個測量點上測量結(jié)果的標準不確定度uji，傳遞標準在第i個測量點上在比對傳遞環(huán)節(jié)引入的不確定度uei。

(1)第i個測量點上參考值的標準不確定度uri

由于地面模型標準的參考值為5家實驗室測量結(jié)果的算數(shù)平均值，則參考值的標準不確定度為5家實驗室對地面模型定值結(jié)果不確定度分量的合成，各實驗室對地面模型定值結(jié)果的不確定度主要為測量儀器校準結(jié)果的不確定度，合成標準不確定度計算按公式(5)進行。儀器校準結(jié)果不確定度統(tǒng)計見表3。

(5)

式中：uj——第j個實驗室校準結(jié)果的標準不確定度，%。

表3 γ能譜儀檢定結(jié)果不確定度一覽表

(2)第j個實驗室在i個測量點上測量結(jié)果的標準不確定度uji。

實驗室在第i個測量點上測量結(jié)果的標準不確定主要包括三個方面：

①測量儀器檢定結(jié)果的不確定度，由檢定證書給出；

②環(huán)境輻射變化影響引入的不確定度分量；

③實際測量點測量儀器放射性統(tǒng)計漲落引入的不確定度分量。

由于參考值不確定度的計算已包括了測量儀器的校準結(jié)果不確定度，環(huán)境輻射變化影響在測量儀器校準環(huán)節(jié)中已考慮，且環(huán)境輻射條件相似，故前兩項不再重復(fù)計算，在此只考慮比對測量儀器測量的放射性統(tǒng)計漲落，可用3日模型測量結(jié)果的相對實驗標準偏差平均值uji表示，并按公式(6)計算。

(6)

(3)傳遞標準在第i個測量點上在比對傳遞環(huán)節(jié)引入的不確定度uei

地面模型在比對期間，地面模型密封層完好，且鈾、釷、鉀核素半衰期長，在比對期間地面模型量值從理論上講是穩(wěn)定的。因此，在比對期間傳遞標準在比對傳遞環(huán)節(jié)引入的不確定度主要考慮測量儀器的穩(wěn)定性對測量結(jié)果產(chǎn)生的影響，測量儀器穩(wěn)定性引入的標準不確定度分量主要考慮測量儀器的短期穩(wěn)定性，見表4。

表4 測量儀器短期穩(wěn)定性統(tǒng)計

由以上分析可知，第i個測量點上Yji-Yri的標準不確定度ui各分量彼此獨立，則第i個測量點上Yji-Yri的標準不確定度ui上述3個標準不確定度分量的合成，即

(7)

經(jīng)計算核工業(yè)西南、中南、華南、華東、中心5家實驗室在地面模型鈾、釷、鉀含量比對在第i個測量點上Yji-Yri的標準不確定度見表5。

表5 地面模型鈾、釷、鉀含量比對在第i個測量點上Yji-Yri的標準不確定度

3.3比對測量結(jié)果歸一化偏差分析

地面模型鈾、釷、鉀含量5家實驗室比對測量結(jié)果的歸一化偏差通過公式(2)計算得到，計算結(jié)果見表6。

表6 地面模型鈾釷鉀含量比對歸一化偏差結(jié)果

從表6可以看出：

①華東站在對YM1模型中的鉀含量測量比對結(jié)果中En為1.19，均大于1，該點的測量結(jié)果為不滿意；

②華南站測量結(jié)果為滿意；

③中南站測量結(jié)果為滿意；

④西南站在YK1模型中的釷含量、YM1模型中的鉀含量測量比對中，En分別為1.03，1.37，均大于1，這兩點測量結(jié)果均為不滿意；

⑤中心計量站測量結(jié)果為滿意。

3.4比對測量結(jié)果與標稱值比較

標稱值即地面模型目前使用的量值，表7列舉了中心站地面模型主核素的比對測量結(jié)果、標稱值及其相對偏差。

表7 比對測量結(jié)果與標稱值相對偏差一覽表

從表7可以看出，比對測量結(jié)果與標稱值相比，僅有YM1和YM3模型的鉀含量超出5%，其他均處于8%不確定度范圍之內(nèi)，比對測量結(jié)果良好。YM1鉀含量超差原因?qū)儆诤拷^對值太低所致，其絕對偏差僅為0.05%，屬于可接受范圍；YM3原為西北地勘局使用，在西北地勘局屬地化之后轉(zhuǎn)運至中心站，其鉀含量在最初檔案資料中記載為4.41%，在1997年核工業(yè)地質(zhì)局組織的并網(wǎng)研究報告中顯示為3.53%，本次比對測量結(jié)果3.77介于兩者之間，其可靠值有待進一步研究。

5 結(jié)束語

本次比對是國內(nèi)首次組織的地面模型多站聯(lián)合比對，取得了豐富的數(shù)據(jù)，達到了預(yù)期的效果，因篇幅所限，僅列舉了中心站的主要比對數(shù)據(jù)。從比對測量結(jié)果歸一化偏差分析看，比對測量僅在鉀含量較低的YM1和鉀含量存在爭議的YM3上，個別儀器的歸一化偏差大于1，說明比對過程嚴謹、比對方法正確、結(jié)果可信。從比對測量結(jié)果與標稱值比較分析可知，仍是YM1和YM3的鉀含量相對偏差超過5%，其他均在8%不確定度范圍之內(nèi)，說明中心站地面模型量值穩(wěn)定。本次比對測量結(jié)果為今后計量標準考核提供了依據(jù)。

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJF 1033-2012 計量標準考核規(guī)范[S].北京:中國質(zhì)檢出版社,2012.

[2] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJF 1117-2010 計量比對[S].北京：中國質(zhì)檢出版社,2010.

[3] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJF 1059.1-2012 測量不確定度評定與表示[S].北京:中國質(zhì)檢出版社,2012.

[4] 國家國防科技工業(yè)局.JJG(軍工)40-2014 輕便窗式γ能譜儀檢定規(guī)程[S].北京:國防國家科技工業(yè)局發(fā)行部,2014.

ComparisonofQuantityValueoftheStandardGroundRadioactivityMeasurementModelDeviceinChina

LIU Shan-shan ZHANG Chang-xing DU Xiao-li HU Ming-kao OU Yang-you

(Airborne Survey and Remote Sensing Center of Nuclear Industry, Shijiazhuang 050002，China)

Radiation Survey Metering Station of Nuclear Industry leaded four metering stations of southwest, central south, south China and east China implement domestic ground radioactive measurement model quantity trace ability of standard device in 2015. Aimed at ground radioactivity survey standard model of Radiation Survey Metering Station of Nuclear Industry, see from the normalized deviation analysis of the comparison results, only in the model YM1 which has low potassium concentration and the model YM3 which potassium concentration is controversial, normalized deviation is greater than 1 in individual instruments, it means that process is rigorous, the method is correct, and the result is credible. From the measuring result and nominal value comparative analysis, the expected relative deviation is within 5%, except for the model YM1 and YM3, The results indicate that the ground model of Central station value is stable.

Standard device Value traceability Comparison

2017-02-27，

2017-04-01

核工業(yè)地質(zhì)局鈾礦地質(zhì)勘查科研項目(201582)

劉姍姍(1988-)，女，工程師，主要研究方向：放射性勘查計量與測量。

1000-7202(2017) 04-0088-07

10.12060/j.issn.1000-7202.2017.04.18

TL84

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