国内地面放射性测量模型标准装置的量值比对

刘姗姗 张长兴 杜晓立 胡明考 欧阳游

(核工业航测遥感中心，石家庄 050002)

国内地面放射性测量模型标准装置的量值比对

刘姗姗 张长兴 杜晓立 胡明考 欧阳游

(核工业航测遥感中心，石家庄 050002)

核工业放射性勘查计量站于2015年组织西南、中南、华南和华东四家计量站实施了国内地面放射性测量模型标准装置的量值溯源比对，比对模型为核工业放射性勘查计量站的地面模型。从比对测量结果归一化偏差分析，仅有个别仪器在钾含量较低的YM1和钾含量存在争议的YM3模型的归一化偏差大于1，说明比对过程严谨、比对方法正确、结果可信。从比对测量结果与标称值比较分析，仍是YM1和YM3模型的钾含量相对偏差超过5%，其他均在8%不确定度之内，说明核工业放射性勘查计量站的地面模型量值稳定。

标准装置 量值溯源 比对

1 引 言

国家《计量标准考核规范》(JJF-1033)第4.1.2条“计量标准的溯源性”规定：“计量标准的量值应当定期溯源至国家计量基准或社会公用计量标准；当不能采用检定(校准)的方式溯源时，应当通过比对的方式，确保计量标准的一致性”。核工业放射性勘查计量站(以下简称中心站)拥有的地面放射性测量模型标准装置(简称地面模型)属于国家国防最高计量标准，无法再向上溯源，由于实施国际比对手续繁琐和费用等问题，仅在1993年进行过一次，为此，在专家建议和地质局支持下，开展了国内地面模型量值溯源比对。

自上世纪七十年代末开始，我国相继为中心站和6个地勘局建造了8套地面模型，目前正常运行的共有6套，包括中心站2套，核工业西南放射性勘查计量站(简称西南站)1套、湖南省核工业地质局放射性勘查计量站(简称湖南站)1套、核工业华南放射性勘查计量站(简称华南站)1套、核工业华东放射性勘查计量站(简称华东站)1套。

2 比对简介

2.1比对依据

①JJF 1033—2012 计量标准考核规范；

②JJF 1059.1—2012 测量不确定度评定与表示；

③JJF 1117—2010 计量比对；

④JJG(军工)40—2014 轻便窗式γ能谱仪检定规程。

2.2比对内容

项目组携带五台仪器分别到5个站对6套地面模型进行了比对测量。比对内容为地面模型的铀、钍、钾含量，单位分别为10-6，10-6，%。

2.3参考值的确定

依据JJF 1117—2010，比对参考值以参比实验室的量值获得。本次比对选择5家计量站测量结果的算数平均值作为地面模型的参考值，参考值的平均值按公式(1)计算。

(1)

式中：j——对参考值有贡献的第j个实验室；i——比对实验室的第i个测量点；n——对参考值有贡献的实验室数量；Yji——第j个实验室上报的在第i个测量点上的测量结果。

2.4比对结果一致性判定

依据JJF 1117—2010，通常情况下某一参比实验室的测量结果与其不确定度的一致性用归一化偏差En进行评价，按公式(2)计算归一化偏差En。

(2)

式中：Yji——第j个实验室上报的在第i个测量点上的测量结果；Yri——比对实验室第i个测量点的参考值；k——覆盖因子，一般情况下k=2；ui——第i个测量点上Yji-Yri的标准不确定度。

当uri、uei、uji相互无关或相关较弱时，ui按公式(3)计算。

(3)

式中：uji——第j个实验室在i个测量点上测量结果的标准不确定度；uri——第i个测量点上参考值的标准不确定度；uei——传递标准在第i个测量点上在比对传递环节引入的不确定度。

若某一实验室的En值始终为正值或负值，则表明该实验室出具的结果可能存在系统偏差，应分析原因。

En≤1 ，参比实验室的测量结果与参考值之差在合理的预期之内，比对结果可接受；Engt;1，参比实验室的测量结果与参考值之差没有达到合理的预期，应分析原因。

3 比对测量结果与分析

3.1比对测量结果

比对测量由中心站组织实施，5个站各提供一台与其地面模型标准配套的便携式γ能谱仪，五台仪器首先在各站内完成检定，检定结果的主要参数见表1。

表1 比对测量仪器检定的主要参数一览表

ARD、FD-3022、GR320型γ能谱仪每次测量60s，连续测量10次；GAD6型γ能谱仪每次测量100s，连续测量6次，测量计数率与含量换算见公式(4)。

(4)

式中：QU、QTh、QK——模型标准的实测计算结果eU、eTh、K的含量，单位分别为10-6、10-6、%；NU、NTh、NK——实测铀、钍、钾窗计数率，单位为s-1；NUB、NThB、NKB——仪器水面本底铀窗、钍窗、钾窗计数率，单位为s-1；RU.1、RU.2、RU.3、RTh.1、RTh.2、RTh.3、RK.1、RK.2、RK.3——换算系数。

取3天测量结果的算数平均值作为比对测量结果，对中心站的比对测量结果见表2。中心站提供的GR320-2149+1933 γ能谱仪校准系数使用了YB2、YU1、YTh1、YK2等4个模型测量结果，因此中心站不参与这4个地面模型铀、钍、钾含量参考值的计算。图1展示了中心站的地面模型。

表2 中心站地面模型比对测量的铀钍钾含量统计表

续表2

3.2比对结果的不确定度分析

第i个测量点上Yji-Yri的标准不确定度来源包括：第i个测量点上参考值的标准不确定度uri，第j个实验室在i个测量点上测量结果的标准不确定度uji，传递标准在第i个测量点上在比对传递环节引入的不确定度uei。

(1)第i个测量点上参考值的标准不确定度uri

由于地面模型标准的参考值为5家实验室测量结果的算数平均值，则参考值的标准不确定度为5家实验室对地面模型定值结果不确定度分量的合成，各实验室对地面模型定值结果的不确定度主要为测量仪器校准结果的不确定度，合成标准不确定度计算按公式(5)进行。仪器校准结果不确定度统计见表3。

(5)

式中：uj——第j个实验室校准结果的标准不确定度，%。

表3 γ能谱仪检定结果不确定度一览表

(2)第j个实验室在i个测量点上测量结果的标准不确定度uji。

实验室在第i个测量点上测量结果的标准不确定主要包括三个方面：

①测量仪器检定结果的不确定度，由检定证书给出；

②环境辐射变化影响引入的不确定度分量；

③实际测量点测量仪器放射性统计涨落引入的不确定度分量。

由于参考值不确定度的计算已包括了测量仪器的校准结果不确定度，环境辐射变化影响在测量仪器校准环节中已考虑，且环境辐射条件相似，故前两项不再重复计算，在此只考虑比对测量仪器测量的放射性统计涨落，可用3日模型测量结果的相对实验标准偏差平均值uji表示，并按公式(6)计算。

(6)

(3)传递标准在第i个测量点上在比对传递环节引入的不确定度uei

地面模型在比对期间，地面模型密封层完好，且铀、钍、钾核素半衰期长，在比对期间地面模型量值从理论上讲是稳定的。因此，在比对期间传递标准在比对传递环节引入的不确定度主要考虑测量仪器的稳定性对测量结果产生的影响，测量仪器稳定性引入的标准不确定度分量主要考虑测量仪器的短期稳定性，见表4。

表4 测量仪器短期稳定性统计

由以上分析可知，第i个测量点上Yji-Yri的标准不确定度ui各分量彼此独立，则第i个测量点上Yji-Yri的标准不确定度ui上述3个标准不确定度分量的合成，即

(7)

经计算核工业西南、中南、华南、华东、中心5家实验室在地面模型铀、钍、钾含量比对在第i个测量点上Yji-Yri的标准不确定度见表5。

表5 地面模型铀、钍、钾含量比对在第i个测量点上Yji-Yri的标准不确定度

3.3比对测量结果归一化偏差分析

地面模型铀、钍、钾含量5家实验室比对测量结果的归一化偏差通过公式(2)计算得到，计算结果见表6。

表6 地面模型铀钍钾含量比对归一化偏差结果

从表6可以看出：

①华东站在对YM1模型中的钾含量测量比对结果中En为1.19，均大于1，该点的测量结果为不满意；

②华南站测量结果为满意；

③中南站测量结果为满意；

④西南站在YK1模型中的钍含量、YM1模型中的钾含量测量比对中，En分别为1.03，1.37，均大于1，这两点测量结果均为不满意；

⑤中心计量站测量结果为满意。

3.4比对测量结果与标称值比较

标称值即地面模型目前使用的量值，表7列举了中心站地面模型主核素的比对测量结果、标称值及其相对偏差。

表7 比对测量结果与标称值相对偏差一览表

从表7可以看出，比对测量结果与标称值相比，仅有YM1和YM3模型的钾含量超出5%，其他均处于8%不确定度范围之内，比对测量结果良好。YM1钾含量超差原因属于含量绝对值太低所致，其绝对偏差仅为0.05%，属于可接受范围；YM3原为西北地勘局使用，在西北地勘局属地化之后转运至中心站，其钾含量在最初档案资料中记载为4.41%，在1997年核工业地质局组织的并网研究报告中显示为3.53%，本次比对测量结果3.77介于两者之间，其可靠值有待进一步研究。

5 结束语

本次比对是国内首次组织的地面模型多站联合比对，取得了丰富的数据，达到了预期的效果，因篇幅所限，仅列举了中心站的主要比对数据。从比对测量结果归一化偏差分析看，比对测量仅在钾含量较低的YM1和钾含量存在争议的YM3上，个别仪器的归一化偏差大于1，说明比对过程严谨、比对方法正确、结果可信。从比对测量结果与标称值比较分析可知，仍是YM1和YM3的钾含量相对偏差超过5%，其他均在8%不确定度范围之内，说明中心站地面模型量值稳定。本次比对测量结果为今后计量标准考核提供了依据。

[1] 国家质量监督检验检疫总局.JJF 1033-2012 计量标准考核规范[S].北京:中国质检出版社,2012.

[2] 国家质量监督检验检疫总局.JJF 1117-2010 计量比对[S].北京：中国质检出版社,2010.

[3] 国家质量监督检验检疫总局.JJF 1059.1-2012 测量不确定度评定与表示[S].北京:中国质检出版社,2012.

[4] 国家国防科技工业局.JJG(军工)40-2014 轻便窗式γ能谱仪检定规程[S].北京:国防国家科技工业局发行部,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

核工业地质局铀矿地质勘查科研项目(201582)

刘姗姗(1988-)，女，工程师，主要研究方向：放射性勘查计量与测量。

1000-7202(2017) 04-0088-07

10.12060/j.issn.1000-7202.2017.04.18

TL84

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