表面污染监测仪测量小面积源窗口响应的方法研究

魏强 曲璐

摘 要：本研究使用自行设计的定位支架和网格定位纸，选用Como170型表面污染监测仪对小面积平面源进行测量，研究窗口各部位的响应。通过对表面污染监测仪窗口进行网格划分，分别测量出每个位置的响应，分析研究响应与位置的关系，在实际工作中对准确测量小面积源和小块污染具有实践参考价值。

关键词：表面污染监测仪;窗口响应;小面积源

表面污染监测仪主要用于测量物体表面的放射性沾染水平，广泛应用于环境监测、核医学、放射化学等领域。许多表面污染监测仪的探测面积较大，在进行大面积表面污染测量时快速、高效，但由于探测器中间和四周表面活度响应相差很大，在测量小面积源或者零星点状污染时，仪器的平均表面活度响应与其中心表面发射率响应相差悬殊，β探测中心的表面活度响应约为四周的两倍[1]，而仪器检定证书上给出的是平均表面发射率响应，因此在测量小面积对象时不宜使用平均表面活度响应[2]。在实际工作中，如果使用较大面积的表面污染探测器对标校仪器的钮扣源和报废的面源等小面积源进行测量时，无法准确定出测量位置，导致测量结果偏差较大。本文以Como170表面污染监测仪为例，通过寻找探测窗口的等效位置，研究测量小块污染或小面积源探测器响应的方法，定量给出测量位置。

一、设备及方法

（一）表面污染监测仪

测量仪器使用SEA公司生产的Como170型表面污染监测仪，仪器编号7004，探测窗形状为长方形面积为170cm2，该仪器是大窗口表面污染测量仪的代表，研究所用仪器经国家计量院检定，且在有效期内。

（二）定位装置

定位装置由对探测器定位支架和小面积源定位网格纸组成。为了精确控制源与探测器的距离（以下简称探测距离），减少距离效应对测量的影响，使用了5mm和10mm两种规格固定探测距离的有机玻璃材质定位支架，定位支架精度足够，可以达到0.1mm，对于α测量使用5mm规格支架，β测量使用10mm规格支架。定位网格纸用在测量窗口不同部位响应因子时，确定被测点位相对于窗口中心的位置。Como170表面污染监测仪窗口为10cm×17cm的网栅，根据钮扣源[3]的活性面积大小，对探测器窗口进行网格划分，每个单元格的面积近似5.3cm2，共32个小格，见图1。

（三）标准平面源

实验所用两组平面源均为电镀源，活性区面积分别为4.9cm2、5.3cm2和3.14cm2属于小面积平面源，此类源活性区均匀性好、制备方便，使用较为广泛，其中，实验所用标准α平面源为Am241;标准β平面源为Sr90/Y90，与仪器标定时使用的源的类型相同。

（四）方法

由于每种仪器使用材料、仪器物理结构以及源对探测窗的立体角不同，导致探测器窗口各部位灵敏度不一致[2]。本文旨在研究探测器各部位灵敏度的不一致性，因此实验中控制距离、材料吸收不同射线干扰、能量响应的影响。保持探测器与栅格位置相对固定，然后将待测源放置于不同的单元格中进行测量，按照仪器操作规程，将每个栅格位置处的测量值进行记录。

（五）测量

根据表污测量相关要求[45]和Como170型表面污染监测仪使用方法，将测量模式调整至计数模式，保持探测器窗口与源平面平行，由于源探距离对结果的影响很大[1、6]，因此需要使用定位架[7]，能精确控制探测距离，实验测量中，对α测量和β测量分别为5mm和10mm规格定位支架。

本底测量时，先将表面污染监测仪，置于定位支架上，待仪器读数稳定后，间隔5秒读数1次，取10次读数的平均值作为本底值。

响应因子测量时，首先固定网格纸与定位支架的位置，将待测平面源放置于网格纸上网栅单元上，再将探测器置于校准架上，待读数稳定后，间隔5秒读数，取10次读数的平均值作为该位置处的读数，依次对每个网栅单位位置进行测量。响应可按公式（1）计算得到。

式中：Ri为i位置处的响应（%），i取1、2…32，Ni为仪器的稳定示值，分别代表测量α和β平面源。N0表示本底值，A表示是平面源的表面发射率。

二、结果与分析

（一）测量结果

实验环境中测得本底计数率分别为Nα0=0、Nβ0=105s1。利用定位支架和定位网格纸，精准的控制平面源与探测器的距离和平面源中心距探测器中心的距离，安装上述的测量方法选定一台Como170型表面污染监测仪分别将两个平面源置于定位網格纸的相应编号处，读出每个点位处的测量计数。

（二）结果分析

按照公式（1）计算出各点位的响应，绘制响应与各点的关系图：

由上图2可以看出，探测器对发射率相同，窗口测量位置不同的辐射响应不同。响应大小与测量位置距中心的距离关系密切。

下图绘制各点位距中心的距离和响应的关系，距离d=x2+y2，其中x、y分别如图1中平面坐标系中到中心的距离。

对图3中的两条曲线进行二次多项式拟合，分别得到α和β在两种测量模式下，位置和响应因子的关系。

其中Rα，Rβ分别为两种测量模式下响应的拟合值，X为网格平面中各点到中心的距离。当已知探测器的标定效率后，就可以根据公式（2）、（3）求出距中心的距离，进而找出探测器窗口中的等效位置。本研究所使用的仪器标定效率分别为Eα为40%，Eβ为50%，代入拟合公式（2）、（3）中求得测量α小平面源和β小平面源的等效位置分别距中心5.3cm和4.65cm。

将α小平面源和β小平面源放置于图4中距探测窗中心5.3cm和4.65cm处进行验证，为了消除统计误差，可以在同心圆上多取几个点求平均值，得到的结果误差α计数误差在小于5%，β计数误差小于8%，该方法能够为小面积平面源的准确测量提供实践参考。

结语

在环境辐射的测量中，对室内外场地及物体表面污染进行测量，及时发现是否有污染以便采取决策行动是十分重要的。便携式表面污染监测仪多用于间接测量表面污染水平，因为操作简便、获取数据快捷，目前得到了广泛应用，尤其是在应急辐射监测中，发挥着不可替代的作用。与表面污染直接测量相比较，便携式表面污染监测仪定性测量误差大，影响测量准确性的因素很多，不仅有仪器自身的，还有来自操作方面的。只有熟练掌握仪器操作方法，了解每台仪器的性能，才能提高测量的准确性，本研究就是建立在熟练操作仪器的基础上，去充分挖掘每台仪器的性能。可以参照文中的研究方法，加工制作用于测量的立体角遮挡板，在测量中作为该仪器的辅助装置，在实践中能够显著提高便携式仪器定量测量的准确性。

文中通过对探测器窗口进行网格划分的方法，定性和定量研究了以Como170型大窗口表面污染监测仪测量小平面源时，响应因子与探测器窗口位置的关系，通過文中给出的拟合公式，能够定量计算测量具体位置，为准确测量小平面源提供了参考。本文以Como170型表面污染监测仪为例进行研究，得出的拟合公式仅对本仪器或本类型仪器具有指导意义。其他类型仪器可以参照本方法，得出适用于该种仪器的计算公式。

参考文献：

[1]许荩，钟军，等.影响表面污染测量仪准确度的因素研究[J].科技视界，2016（13）：2930.

[2]陆小军，何林峰，等.距离和不均匀性对α、β表面活度响应测量测量结果的影响[J].辐射研究与辐射工艺学报，2016，34：050701（6）.

[3]潘自强.电离辐射环境监测与评价[D].北京：原子能出版社，2007.

[4]中华人民共和国国家标准GB/T89972008αβ表面污染测量仪与监测仪的校准[S].北京：标准出版社，2008.

[5]中华人民共和国国家标准.GB/T14056.12008表面污染测定第一部分β发射体（EβMAX>0.15MeV）和α发射体[S].北京：标准出版社，2008.

[6]国家质量监督检验检疫总局.JJG4782016α、β表面污染仪检定规程[S].北京：标准出版社，2016.

[7]潘自强.电离辐射环境监测与评价[D].北京：原子能出版社，2007.

作者简介：魏强（1987— ），男，汉族，陕西宝鸡人，硕士，助理工程师，研究方向：核辐射环境监测。