FD—3017测氡仪的测量不确定度评定

孙保山 张积运 周宗杰 胡明考 杜晓立

摘 要：介绍了测氡仪的测量方法和量值传递的数学模型，讨论了测氡仪测量结果的不确定度来源。主要包括检定标准装置的浓度定值、检定测量重复性、测量环境、现场测量重复性等4项，给出了相应的分析评定方法。通过FD-3017测氡仪的应用实例，评定了FD-3017测氡仪测量结果的扩展不确定度为20%，其最大项为检定测量过程中由放射性统计涨落引起的测量重复性，该项标准不确定度为6.3%。测氡仪是评价建筑物等密闭或半密闭空间内部放射性水平和通过放射性找矿的一种常用仪器，随着自动化控制技术的进步和电子元器件质量的提高，其测量精度也在不断提高，测量不确定度是衡量其测量精度的一个关键指标，正确评价其测量不确定度对仪器质量评价和测量结果可信度评价是至关重要的一个环节。

关键词：测氡仪 不确定度 评定 测量

中图分类号：TG801 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（a）-0066-02

1 检定测量及数学模型

1.1 检定测量

（1）测量依据：JJG（核工）024-1998 《测氡仪检定规程》。

（2）环境条件：温度：15～30℃；相对湿度：50%～75%；大气压强：96～106 kPa。

（3）标准装置：核工业放射性勘查计量站测氡仪检定标准装置主要由液体镭源、氡箱和标准测量仪（包括控制测量系统和硫化锌闪烁室）等组成，液体镭源为国家一级标准物质，活度浓度分别为3.45 ×10-9 g/g 、1.41 ×10-8 g/g，其量值的扩展不确定度为3.0%，氡箱体积为1 m3，用于检定氡箱和硫化锌闪烁室体积容积的检定装置复现量值的扩展不确定度为2.0%。

（1）被检对象：FD-3017测氡仪，瞬时式测氡仪器，金硅面垒型半导体探测器，直径26 mm，面积531 mm2。极限探测灵敏度小于3.7×102 Bq/m3。

（5）检定过程：首先用液体镭源和容积检定装置对标准测量仪器分别进行检定，测出标准仪器在给定氡浓度下的仪器示值（计数率）和容积，得到标准测量仪器的儀器常数（校准因子）。再利用标准测量仪器测量氡箱内氡计数率，将测量结果乘以仪器常数即可得到氡箱内氡浓度标称值。之后用测氡仪检定标准装置对被检测氡仪进行检定，测出仪器在给定的标准氡浓度下的仪器示值，根据测氡仪检定标准装置给出的氡浓度标称值及仪器示值，得到被检仪器的仪器常数。检定过程中测量出两个氡浓度下的仪器常数，取其平均值作为该仪器的仪器常数。最后，将检定后的测氡仪选择本站的氡浓度试验室（氡浓度可调控的试验箱）进行测量，其测量结果作为本次不确定评定的依据。

（6）评定结果的使用：在符合上述条件下的测量结果，一般可直接使用本文给出的不确定度评定结果。

1.2 数学模型

测氡仪检定标准装置氡箱内氡浓度与标准测量仪器计数率的关系式为：

（1）

（2）

式中：

CRn为测氡仪检定标准装置氡箱内氡浓度，Bq·m-3；

Xi为标准测量仪器示值（计数率），min-1；

k为标准测量仪器的仪器常数，Bq·m-3/min-1；

A为液体镭源活度，Bq；

λRn为氡的衰变常量，为0.007553 h-1；

t0为液体镭源的氡积累时间，h；

T为取样后到测量间的等待时间，h；

V为标准测量仪器闪烁室的取样体积，m3；

Nc为标准测量仪器闪烁室的测量计数率，min-1；

Nb为标准测量仪器闪烁室的本底计数率，min-1。

被检仪器氡浓度测量结果与仪器常数、计数率的关系式为：

（3）

式中：

CRn，m为仪器测得的氡浓度，Bq·m-3；

Km为被检仪器的仪器常数，Bq·m-3/min-1；

Xm为被检仪器的仪器示值（计数率），min-1。

2 不确定度评定

2.1 不确定度来源分析

由公式（1）～（3）可以看出，影响测量结果的因素有测氡仪检定标准装置给出氡浓度标称值的不确定度，包括测量重复性、氡室氡浓度的稳定性、氡浓度的均匀性、标准液体镭源量值、标准装置闪烁室容积和氡转移是否完全等；被检仪器检定测量过程引起的不确定度和仪器实际测量过程引起的不确定度等，包括测量环境影响。

2.2 标准不确定度评定

2.2.1 测氡仪检定标准装置给出氡浓度量值的不确定度ur1

该标准装置给出的量值（氡浓度）是用一级标准液体镭源和容积检定装置检定过的标准测量仪器直接测定的，其不确定度来源包括测量过程引起的A类和装置本身引起的B类：

（1）检定测量过程引起的A类评定。

标准测氡仪测量重复性引入的不确定度ur11，主要与装置的技术性能和放射性统计涨落有关，通过对工作标准监测的统计数据得到其标准偏差来评定。在规定的氡浓度控制范围之内取ur11=2.0%；

氡室氡浓度的稳定性引入的不确定度ur12，其稳定性变化是由放射性衰减及补氡过程的固有误差和放射性统计涨落引起的随机不确定度造成的。在规定的氡浓度控制围内连续运行10 h，氡室氡浓度变化的标准偏差ur12=2.0%；

氡室氡浓度的均匀性引入的不确定度ur13，经长期测试，相对于氡室的中心点，其6个侧面氡浓度的变化相对偏差不超过1.5%，取ur13=1.5%。

上述各不确定度分量相互独立，具体计算方法如下所示：

（4）

（2）检定标准装置不确定度的B类评定。

一级标准液体镭源的量值，其不确定度由标准物质证书给出Ur=3.0%，包含因子k=2，因此其相对标准不确定度ur14=1.5%；

氡测量标准装置闪烁室容积由容积检定装置检定，根据足够检定数据和经验进行统计分析其不确定度取u r15=1.5%；

氡测量标准装置检定过程中氡转移是否完全所引入的不确定度由经验估计所得，取ur16=1.5%；

环境条件影响带来的不确定度。标准测量仪器测量过程是在室内进行，测量时间一般在同一天内，且室内有调温控湿设备，环境条件变化不大，对仪器测量结果不会带来不可忽视的影响，由经验估计此项不确定度可以忽略不计。

上述各不确定度分量相互独立，具体计算方法如下所示：

（5）

依据公式（4）和（5），测氡仪检定标准装置给出氡浓度量值的不确定度ur1为：

（6）

一般取测氡仪检定标准装置给出氡浓度量值的合成标准不确定度ur1为5.0%。

2.2.2 仪器检定测量过程的不确定度ur2

被检仪器在检定测量过程中的测量不确定度主要来源于放射性统计涨落。放射性统计涨落引起的不确定度大小与测得的计数相关，因而可由检定过程测量数据的统计结果所确定的标准偏差来评定。表1列出了被检测氡仪在两个氡浓度下的10次测量结果及统计值。

10次重复测量引入的标准不确定度：

（7）

實际测量中取两个浓度对应的仪器常数的平均值，因此仪器检定测量过程中引入的不确定度为：

/100=6.3% （8）

2.2.3 环境条件影响带来的不确定度ur3

仪器检定测量过程是在室内进行，测量时间一般在同一天内，且室内有调温控湿设备，环境条件变化不大，对仪器测量结果不会带来不可忽视的影响，因此此项不确定度可以忽略不计。

2.2.4 测氡仪在氡浓度试验室测量过程中的不确定度ur4

氡浓度试验室与测氡仪检定标准装置均在实验室一搂，与仪器检定的环境条件相同，且测量时间在同一天内，环境变化对仪器测量结果不会带来不可忽视的影响，因此此项不确定度可以忽略不计。因而测氡仪在氡浓度试验室测量过程中的不确定度来源主要是放射性统计涨落，其计算方法与3.2.2节相同。

实测仪器示值：55，47，58，49，45，42，59，58，65，46。

仪器测量过程引入的相对标准不确定度：

ur4=4.57% （9）

2.3 在氡浓度试验室测量结果的合成标准不确定度urc

根据各项不确定度来源分析及评定结果，相互之间彼此独立，具体计算方法和数值如下所示。

9.25%=10% （10）

2.4 测氡仪检定测量结果的扩展不确定度Ur

上述各不确定度分量均为正态分布，因此其合成后亦为正态分布，取置信因子k=2，则

其置信概率约为95%。

则扩展不确定度：=20%

3 测量不确定度报告

采用测氡仪检定标准装置对FD-3017 测氡仪进行检定，在本站氡浓度试验室测量其氡浓度，在满足2.1节环境条件的情况下，其测量结果的扩展不确定度Ur不超过20%，其中置信水平P为95%，置信因子k=2。

参考文献

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[2] 晓梅，宋建华，左文才，等.连续测氡仪测定空气中氡浓度方法探讨[J].中国测试技术，2007（5）：32-34.

[3] 李晓燕，王燕，郑宝山，等.连续测氡仪测量室内氡浓度若干问题的探讨[J].现代仪器，2004（5）：48-51.