魏強(qiáng) 曲璐

摘?要：本研究使用自行設(shè)計(jì)的定位支架和網(wǎng)格定位紙，選用Como170型表面污染監(jiān)測儀對小面積平面源進(jìn)行測量，研究窗口各部位的響應(yīng)。通過對表面污染監(jiān)測儀窗口進(jìn)行網(wǎng)格劃分，分別測量出每個位置的響應(yīng)，分析研究響應(yīng)與位置的關(guān)系，在實(shí)際工作中對準(zhǔn)確測量小面積源和小塊污染具有實(shí)踐參考價值。

關(guān)鍵詞：表面污染監(jiān)測儀;窗口響應(yīng);小面積源

表面污染監(jiān)測儀主要用于測量物體表面的放射性沾染水平，廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、核醫(yī)學(xué)、放射化學(xué)等領(lǐng)域。許多表面污染監(jiān)測儀的探測面積較大，在進(jìn)行大面積表面污染測量時快速、高效，但由于探測器中間和四周表面活度響應(yīng)相差很大，在測量小面積源或者零星點(diǎn)狀污染時，儀器的平均表面活度響應(yīng)與其中心表面發(fā)射率響應(yīng)相差懸殊，β探測中心的表面活度響應(yīng)約為四周的兩倍[1]，而儀器檢定證書上給出的是平均表面發(fā)射率響應(yīng)，因此在測量小面積對象時不宜使用平均表面活度響應(yīng)[2]。在實(shí)際工作中，如果使用較大面積的表面污染探測器對標(biāo)校儀器的鈕扣源和報(bào)廢的面源等小面積源進(jìn)行測量時，無法準(zhǔn)確定出測量位置，導(dǎo)致測量結(jié)果偏差較大。本文以Como170表面污染監(jiān)測儀為例，通過尋找探測窗口的等效位置，研究測量小塊污染或小面積源探測器響應(yīng)的方法，定量給出測量位置。

一、設(shè)備及方法

（一）表面污染監(jiān)測儀

測量儀器使用SEA公司生產(chǎn)的Como170型表面污染監(jiān)測儀，儀器編號7004，探測窗形狀為長方形面積為170cm2，該儀器是大窗口表面污染測量儀的代表，研究所用儀器經(jīng)國家計(jì)量院檢定，且在有效期內(nèi)。

（二）定位裝置

定位裝置由對探測器定位支架和小面積源定位網(wǎng)格紙組成。為了精確控制源與探測器的距離（以下簡稱探測距離），減少距離效應(yīng)對測量的影響，使用了5mm和10mm兩種規(guī)格固定探測距離的有機(jī)玻璃材質(zhì)定位支架，定位支架精度足夠，可以達(dá)到0.1mm，對于α測量使用5mm規(guī)格支架，β測量使用10mm規(guī)格支架。定位網(wǎng)格紙用在測量窗口不同部位響應(yīng)因子時，確定被測點(diǎn)位相對于窗口中心的位置。Como170表面污染監(jiān)測儀窗口為10cm×17cm的網(wǎng)柵，根據(jù)鈕扣源[3]的活性面積大小，對探測器窗口進(jìn)行網(wǎng)格劃分，每個單元格的面積近似5.3cm2，共32個小格，見圖1。

（三）標(biāo)準(zhǔn)平面源

實(shí)驗(yàn)所用兩組平面源均為電鍍源，活性區(qū)面積分別為4.9cm2、5.3cm2和3.14cm2屬于小面積平面源，此類源活性區(qū)均勻性好、制備方便，使用較為廣泛，其中，實(shí)驗(yàn)所用標(biāo)準(zhǔn)α平面源為Am241;標(biāo)準(zhǔn)β平面源為Sr90/Y90，與儀器標(biāo)定時使用的源的類型相同。

（四）方法

由于每種儀器使用材料、儀器物理結(jié)構(gòu)以及源對探測窗的立體角不同，導(dǎo)致探測器窗口各部位靈敏度不一致[2]。本文旨在研究探測器各部位靈敏度的不一致性，因此實(shí)驗(yàn)中控制距離、材料吸收不同射線干擾、能量響應(yīng)的影響。保持探測器與柵格位置相對固定，然后將待測源放置于不同的單元格中進(jìn)行測量，按照儀器操作規(guī)程，將每個柵格位置處的測量值進(jìn)行記錄。

（五）測量

根據(jù)表污測量相關(guān)要求[45]和Como170型表面污染監(jiān)測儀使用方法，將測量模式調(diào)整至計(jì)數(shù)模式，保持探測器窗口與源平面平行，由于源探距離對結(jié)果的影響很大[1、6]，因此需要使用定位架[7]，能精確控制探測距離，實(shí)驗(yàn)測量中，對α測量和β測量分別為5mm和10mm規(guī)格定位支架。

本底測量時，先將表面污染監(jiān)測儀，置于定位支架上，待儀器讀數(shù)穩(wěn)定后，間隔5秒讀數(shù)1次，取10次讀數(shù)的平均值作為本底值。

響應(yīng)因子測量時，首先固定網(wǎng)格紙與定位支架的位置，將待測平面源放置于網(wǎng)格紙上網(wǎng)柵單元上，再將探測器置于校準(zhǔn)架上，待讀數(shù)穩(wěn)定后，間隔5秒讀數(shù)，取10次讀數(shù)的平均值作為該位置處的讀數(shù)，依次對每個網(wǎng)柵單位位置進(jìn)行測量。響應(yīng)可按公式（1）計(jì)算得到。

式中：Ri為i位置處的響應(yīng)（%），i取1、2…32，Ni為儀器的穩(wěn)定示值，分別代表測量α和β平面源。N0表示本底值，A表示是平面源的表面發(fā)射率。

二、結(jié)果與分析

（一）測量結(jié)果

實(shí)驗(yàn)環(huán)境中測得本底計(jì)數(shù)率分別為Nα0=0、Nβ0=105s1。利用定位支架和定位網(wǎng)格紙，精準(zhǔn)的控制平面源與探測器的距離和平面源中心距探測器中心的距離，安裝上述的測量方法選定一臺Como170型表面污染監(jiān)測儀分別將兩個平面源置于定位網(wǎng)格紙的相應(yīng)編號處，讀出每個點(diǎn)位處的測量計(jì)數(shù)。

（二）結(jié)果分析

按照公式（1）計(jì)算出各點(diǎn)位的響應(yīng)，繪制響應(yīng)與各點(diǎn)的關(guān)系圖：

由上圖2可以看出，探測器對發(fā)射率相同，窗口測量位置不同的輻射響應(yīng)不同。響應(yīng)大小與測量位置距中心的距離關(guān)系密切。

下圖繪制各點(diǎn)位距中心的距離和響應(yīng)的關(guān)系，距離d=x2+y2，其中x、y分別如圖1中平面坐標(biāo)系中到中心的距離。

對圖3中的兩條曲線進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合，分別得到α和β在兩種測量模式下，位置和響應(yīng)因子的關(guān)系。

其中Rα，Rβ分別為兩種測量模式下響應(yīng)的擬合值，X為網(wǎng)格平面中各點(diǎn)到中心的距離。當(dāng)已知探測器的標(biāo)定效率后，就可以根據(jù)公式（2）、（3）求出距中心的距離，進(jìn)而找出探測器窗口中的等效位置。本研究所使用的儀器標(biāo)定效率分別為Eα為40%，Eβ為50%，代入擬合公式（2）、（3）中求得測量α小平面源和β小平面源的等效位置分別距中心5.3cm和4.65cm。

將α小平面源和β小平面源放置于圖4中距探測窗中心5.3cm和4.65cm處進(jìn)行驗(yàn)證，為了消除統(tǒng)計(jì)誤差，可以在同心圓上多取幾個點(diǎn)求平均值，得到的結(jié)果誤差α計(jì)數(shù)誤差在小于5%，β計(jì)數(shù)誤差小于8%，該方法能夠?yàn)樾∶娣e平面源的準(zhǔn)確測量提供實(shí)踐參考。

結(jié)語

在環(huán)境輻射的測量中，對室內(nèi)外場地及物體表面污染進(jìn)行測量，及時發(fā)現(xiàn)是否有污染以便采取決策行動是十分重要的。便攜式表面污染監(jiān)測儀多用于間接測量表面污染水平，因?yàn)椴僮骱啽恪@取數(shù)據(jù)快捷，目前得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在應(yīng)急輻射監(jiān)測中，發(fā)揮著不可替代的作用。與表面污染直接測量相比較，便攜式表面污染監(jiān)測儀定性測量誤差大，影響測量準(zhǔn)確性的因素很多，不僅有儀器自身的，還有來自操作方面的。只有熟練掌握儀器操作方法，了解每臺儀器的性能，才能提高測量的準(zhǔn)確性，本研究就是建立在熟練操作儀器的基礎(chǔ)上，去充分挖掘每臺儀器的性能?？梢詤⒄瘴闹械难芯糠椒?，加工制作用于測量的立體角遮擋板，在測量中作為該儀器的輔助裝置，在實(shí)踐中能夠顯著提高便攜式儀器定量測量的準(zhǔn)確性。

文中通過對探測器窗口進(jìn)行網(wǎng)格劃分的方法，定性和定量研究了以Como170型大窗口表面污染監(jiān)測儀測量小平面源時，響應(yīng)因子與探測器窗口位置的關(guān)系，通過文中給出的擬合公式，能夠定量計(jì)算測量具體位置，為準(zhǔn)確測量小平面源提供了參考。本文以Como170型表面污染監(jiān)測儀為例進(jìn)行研究，得出的擬合公式僅對本儀器或本類型儀器具有指導(dǎo)意義。其他類型儀器可以參照本方法，得出適用于該種儀器的計(jì)算公式。

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[5]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB/T14056.12008表面污染測定第一部分β發(fā)射體（EβMAX>0.15MeV）和α發(fā)射體[S].北京：標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

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[7]潘自強(qiáng).電離輻射環(huán)境監(jiān)測與評價[D].北京：原子能出版社，2007.

作者簡介：魏強(qiáng)（1987—?），男，漢族，陜西寶雞人，碩士，助理工程師，研究方向：核輻射環(huán)境監(jiān)測。