影响表面污染仪测量准确度的因素研究

许荩+钟军+郭翔博+潘隆轩+吴甜甜

【摘 要】表面污染仪广泛用于环境、核医学、商检、卫生、核电、农业等领域的表面污染测量与监测，其准确测量对于工作环境以及工作人员的安全有非常重要的意义。本文采用FJ-2207型α、β表面污染仪，对测量距离、材料吸收、探测器各部位灵敏度的不一致性、不同射线干扰、能量响应等影响表面污染仪测量结果准确度的几个因素进行了系统研究，确定了相关影响量，对正确使用各种表面污染仪，保证测量结果的准确可靠提供了指导。

【关键词】表面污染仪；测量准确度；影响因素

The Investigation on the Influence of Surface Contamination Measurement Accuracy

Jin Xu， Jun Zhong， Xiangbo Guo， LongXuan Pan， Tiantian Wu

（Nuclear power institute of China， Chengdu Sichuan 610005）

【Abstract】The surface pollution monitor was widely used in environmental， nuclear medicine， commodity inspection， health， nuclear power， agriculture and so on. And the accurately measurement will be of great importance in the safety of the environment and the workers. In this paper， we use type FJ-2207 α， β surface pollution monitor to research several factors which affect the measurement accuracy of surface pollution monitor， such as distance， absorption， the inconsistency sensitivity of different parts of detector， ray interference， energy response， and so on. And we confirmed the relative influence quantity， this will give some guidance for proper use of a variety of surface contamination meters， and ensure accurate and reliable measurement results.

【Key words】Surface contamination meter； Measurement accuracy； Influence factors

0 引言

表面污染仪广泛用于环境、核医学、商检、卫生、核电、农业等领域的表面污染测量与监测，尤其在放射性工作场所、放射性物质安全运输和核设施退役源项调查等方面使用频繁[1]。其测量结果对于确认污染源、污染大小、污染范围，及时发现污染源和给出污染区域内污染核素的量值等具有重要意义。

表面污染的测量，除仪器性能的稳定可靠和计量部门的准确校准以外，在实际污染测量中，还有许多影响测量结果准确度的因素，如距离效应、吸收效应、探测器各部位灵敏度的不一致性、射线干扰、能量响应等[2]。这些因素甚至会对测量结果的准确度造成很大影响[3-5]。如GB11806-2004规定，放射性物质在运输过程中，货物表面污染β和γ及低毒α发射体不得超过4Bq/cm2，如果测量方法不当，可能导致α射线不能被检测，β射线误差可能达到100%。事实上，由于测量人员对影响测量结果的因素不充分了解，往往给出于真实结果相差很大的值，从而对工作环境以及工作人员的安全造成很大影响。

本工作采用FJ-2207表面污染仪，实验室表面污染仪检定装置，典型α、β平面源以及相关材料，对影响污染测量的各种因素进行研究，通过确定相关影响量，为表面污染仪的使用人员正确使用该类仪器提供指导。

1 测量设备

1.1 距离调节器

距离调节器：采用表面污染仪校准装置，该装置由支架模板、源托模板和可调节螺杆组成，可调节螺杆能够调节源托模板到探测器支架模板之间的距离，调节精度为0.5mm。

1.2 表面污染仪

表面污染仪采用国营二六二厂生产的FJ-2207型α、β表面污染仪，该仪器由数显主机、α探测器和β探测器三部分组成，主机和探测器之间由一根电源线连接。主机可选择α和β档，计数时间有1s、6s、60s和手动调节4档。

1.3 放射性α、β标准源

实验中所用标准源如表所示：

表1 标准源

2 影响表面污染仪测量准确度的因素

2.1 测量距离

由于空气吸收层的变化和探测窗对污染点的立体角的变化，探测窗与污染面之间距离的大小，会直接影响仪器的探测效率和能量响应特性。JJG478-96《α、β和γ表面污染仪》[3]规定：α探测器与源表面的距离为5mm，β探测器与源表面的距离为10mm。本工作对α探测器在3.5mm～6.5mm范围内按0.5mm步长调节距离，对β探测器在8mm～12mm范围内按0.5mm步长调节距离，测量其表面活度响应，结果见表2、表3。

表2 β源（90Sr-90Y）距离变化对表面活度响应的影响

表3 α源（239Pu）距离变化对表面活度响应的影响

从以上结果，明显可以得出：距离小时表面活度响应值高，距离大时表面活度响应值低。对于β表面污染仪，如果距离变化1.0mm，偏差为0.6%，如果距离变化1.5mm，偏差>4%；对于α表面污染仪，距离变化1.0mm，偏差>4%，距离变化1.5mm，偏差>7%。因此，在现场使用中，一定要严格保持距离的准确性，否则结果相差很大。

2.2 吸收效应

在一些放射性现场，工作人员为防止探头表面被污染，往往在仪器的探测窗表面蒙上一层塑料布。本工作用塑料布（4.4mg/cm2）遮盖探测窗进行实验，以确定材料吸收的影响，其表面活度响应变化见表4。

表4 塑料布（4.4mg/cm2）对表面活度响应的影响

由表4可见，塑料布对α粒子完全屏蔽；对β粒子的吸收衰减十分显著，而且β粒子能量越低，衰减越明显。因此在现场使用中，如果探测器蒙了塑料布，则会影响仪器的效率。

2.3 射线的干扰

2.3.1 β射线对α探测器的干扰

采用α探测器测β源——90Sr-90Y，单次测量时间为60s，污染仪没有计数，说明β射线对α探测器的干扰可以忽略不计。

2.3.2 α射线对β探测器的干扰

采用β探测器测α源——239Pu，单次测量时间为6s，污染仪计数率为3.33 s-1，表面活度响应为3.84×10-3，可见α射线对β探测器的干扰也是非常小。

2.3.3 γ射线对α、β探测器的干扰

γ射线穿透力很强，一般不容易被屏蔽。经理论计算，白纸能够屏蔽α射线，2mm铝板和3mm有机玻璃就能屏蔽β射线，故我们利用这几种材料分别遮盖α和β源，检测其表面活度响应，实验结果见表5-6。

表5 γ射线对α源（241Am）表面活度响应的影响

表6 γ射线对β源表面活度响应的影响

241Am的γ能量为59.6 KeV，由表5可知，γ射线产生的表面活度响应为7.20×10-3 s-1·Bq-1·cm2，其影响可忽略； 60Co的β能量为0.315MeV，γ能量为1.17和1.33 MeV两个能级， 90Sr的β能量为0.546MeV，90Y的β能量为2.274MeV，从表6可以看出，使用铝板+有机玻璃后，90Sr-90Y源的表面活度响应约为原来的0.1%，说明铝板+有机玻璃能屏蔽掉β射线，因此， 60Co源用铝板+有机玻璃遮盖后，其表面活度响应主要来源于γ射线，其值约为原来的30%，这说明γ射线对60Co源的β测量有较大干扰。故在实际测量中应对结果进行修正。2.4 探测器各部位灵敏度的不一致性

由于探头的物理结构，以及表面源对探测窗几何张角的不同，探测窗各部位的灵敏度不一致，因而各部位的表面活度响应也不一样，采用241Am的α源和60Co的β源，测量表面污染仪探测器四角以及中心位置活性面积的表面活度响应，测量结果见表7。

由表7可见，探测窗中间和四周表面活度响应相差很大，仪器的平均表面活度响应不等于它的中心表面活度响应。实验证明，β探测器中心的表面活度响应大约是四周的2倍。因此，在测量小块污染时，不宜简单使用平均表面活度响应。

表7 探测器各部位表面活度响应

2.5 能量响应

探头的响应与其相应检测的粒子能量有关，因此，必须进行能量响应实验，以得到污染仪对不同能量粒子的响应。不同型号的仪器，其能量响应不同，即使同一型号的仪器，检测不同的核素时，其能量响应也有差别。采用面积相同、能量不同的放射源进行测量，所得到的各源的表面活度响应如表8所示：

表8 能量响应

由上述结果可以看出，该仪器对90Sr-90Y的能量响应比对60Co源高出将近10倍。在检测中，如果用90Sr-90Y源刻度的污染仪去检测以60Co核素为主的表面污染时，就会引起数量级上的误差。故在实际检测中，使用检定证书或校准证书给出的表面活度响应时，被测核素须与被校核素一一对应，这样才能保证测量结果的准确可靠。

3 结束语

通过一系列实验，我们发现，距离的准确性对污染仪的测量结果影响很大，距离变化1.5mm，对于α探测器，表面活度响应偏差>7%，对于β探测器，偏差>4%；吸收效应也会影响探测器对于α和β粒子的吸收；某些核素发出的γ射线对测量结果有较大干扰；探测器的平均表面活度响应并不等于它的中心表面活度响应；另外，在实际检测中，使用检定证书或校准证书给出的表面活度响应时，被测核素须与被校核素一一对应，否则容易引起较大误差。因此，在实际测量中，须对这些影响因子进行修正，保证测量结果准确可靠。

本文对FJ-2207型表面污染仪使用中的几个影响因素进行了系统研究，并对结果进行了详细分析。若在实际测量中，使用FJ-2207型的仪器进行测量，可以直接参考使用本结果对影响因子进行修正；若使用其他型号的仪器进行测量，可参考本文对影响因子进行分析。

【参考文献】

[1]国际原子能机构第120号技术报告[R]，黄治俭译，放射性表面污染的监测，原子能出版社，1978，15.

[2]韩奎初，丁声耀.实用电离辐射计量学[M].原子能出版社，1996.

[3]ISO 7501-1-1990.表面污染仪的评定，β发射体（最大β能量大于0.15 MeV）和α发射体.

[4]国家标准GB/T12128-1989.用于校准表面污染监测仪的参考源：β发射体和α发射体.

[5]张延生.关于表面放射性物质污染标准的讨论[J].辐射防护，1987，1（12）：68-75.

[6]中国国家计量检定规程JJG478-96.α、β和γ表面污染仪检定规程[S].

[责任编辑：张涛]