魏強 曲璐

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

關鍵詞：表面污染監(jiān)測儀;窗口響應;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，廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、核醫(yī)學、放射化學等領域。許多表面污染監(jiān)測儀的探測面積較大，在進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相差很大，在測量小面積源或者零星點狀污染時，儀器的平均表面活度響應與其中心表面發(fā)射率響應相差懸殊，β探測中心的表面活度響應約為四周的兩倍[1]，而儀器檢定證書上給出的是平均表面發(fā)射率響應，因此在測量小面積對象時不宜使用平均表面活度響應[2]。在實際工作中，如果使用較大面積的表面污染探測器對標校儀器的鈕扣源和報廢的面源等小面積源進行測量時，無法準確定出測量位置，導致測量結果偏差較大。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的方法，定量給出測量位置。

一、設備及方法

（一）表面污染監(jiān)測儀

測量儀器使用SEA公司生產的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，研究所用儀器經國家計量院檢定，且在有效期內。

（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玻璃材質定位支架，定位支架精度足夠，可以達到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。定位網格紙用在測量窗口不同部位響應因子時，確定被測點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的網柵，根據鈕扣源[3]的活性面積大小，對探測器窗口進行網格劃分，每個單元格的面積近似5.3cm2，共32個小格，見圖1。

（三）標準平面源

實驗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，實驗所用標準α平面源為Am241;標準β平面源為Sr90/Y90，與儀器標定時使用的源的類型相同。

（四）方法

由于每種儀器使用材料、儀器物理結構以及源對探測窗的立體角不同，導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，因此實驗中控制距離、材料吸收不同射線干擾、能量響應的影響。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行記錄。

（五）測量

根據表污測量相關要求[45]和Como170型表面污染監(jiān)測儀使用方法，將測量模式調整至計數模式，保持探測器窗口與源平面平行，由于源探距離對結果的影響很大[1、6]，因此需要使用定位架[7]，能精確控制探測距離，實驗測量中，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，待儀器讀數穩(wěn)定后，間隔5秒讀數1次，取10次讀數的平均值作為本底值。

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

式中：Ri為i位置處的響應（%），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、結果與分析

（一）測量結果

實驗環(huán)境中測得本底計數率分別為Nα0=0、Nβ0=105s1。利用定位支架和定位網格紙，精準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格紙的相應編號處，讀出每個點位處的測量計數。

（二）結果分析

按照公式（1）計算出各點位的響應，繪制響應與各點的關系圖：

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不同。響應大小與測量位置距中心的距離關系密切。

下圖繪制各點位距中心的距離和響應的關系，距離d=x2+y2，其中x、y分別如圖1中平面坐標系中到中心的距離。

對圖3中的兩條曲線進行二次多項式擬合，分別得到α和β在兩種測量模式下，位置和響應因子的關系。

其中Rα，Rβ分別為兩種測量模式下響應的擬合值，X為網格平面中各點到中心的距離。當已知探測器的標定效率后，就可以根據公式（2）、（3）求出距中心的距離，進而找出探測器窗口中的等效位置。本研究所使用的儀器標定效率分別為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處進行驗證，為了消除統(tǒng)計誤差，可以在同心圓上多取幾個點求平均值，得到的結果誤差α計數誤差在小于5%，β計數誤差小于8%，該方法能夠為小面積平面源的準確測量提供實踐參考。

結語

在環(huán)境輻射的測量中，對室內外場地及物體表面污染進行測量，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，因為操作簡便、獲取數據快捷，目前得到了廣泛應用，尤其是在應急輻射監(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，才能提高測量的準確性，本研究就是建立在熟練操作儀器的基礎上，去充分挖掘每臺儀器的性能。可以參照文中的研究方法，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，在實踐中能夠顯著提高便攜式儀器定量測量的準確性。

文中通過對探測器窗口進行網格劃分的方法，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，響應因子與探測器窗口位置的關系，通過文中給出的擬合公式，能夠定量計算測量具體位置，為準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算公式。

參考文獻：

[1]許藎，鐘軍，等.影響表面污染測量儀準確度的因素研究[J].科技視界，2016（13）：2930.

[2]陸小軍，何林峰，等.距離和不均勻性對α、β表面活度響應測量測量結果的影響[J].輻射研究與輻射工藝學報，2016，34：050701（6）.

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

[4]中華人民共和國國家標準GB/T89972008αβ表面污染測量儀與監(jiān)測儀的校準[S].北京：標準出版社，2008.

[5]中華人民共和國國家標準.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：標準出版社，2008.

[6]國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJG4782016α、β表面污染儀檢定規(guī)程[S].北京：標準出版社，2016.

[7]潘自強.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（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。