固定式剂量率仪现场校准技术

1、,2013/01/14于杭州 2013/07/24于西宁 2016/07/13于西宁（补充了相关内容） 环境固定式剂量率仪现场校准技术 中国原子能科学研究院计量测试部 肖雪夫 Tel:O) ,手机)Email: xiaoxue9420_,报告内容 引言 仪器校准的概念和基本知识 现场校准技术 问题与建议 结语,一、引言 计量是关于测量的科学 批量同类测量仪器设备需要统一计量标准 计量是科学技术的重要组成部分，是与人类社会进步和科学发展同步发展的 计量应该是可溯源的，并由专门的计量技术机构进行传递，例如 ：米-原器,大批量电离辐射测量仪器设备

2、和测量技术是因当时国防需要而建立起来的许多的电离辐射计量标准最早是在国防科技口建立的。 上世纪80年代初、我国国防科技电离辐射计量建立起了三级计量技术机构 国防科技工业电离辐射一级计量站（2008年前为国防科工委放射性计量一级站）设立在中国原子能科学研究院。,国防科工委放射性计量一级站始建于1981年。 30年发展，建成22项国防计量一级标准校准装置。 其研究领域已覆盖电离辐射测量的主要量值，是目前国内电离辐射计量方面专业面最宽，计量标准数量最多，覆盖测量范围最广的单位。 许多装置和参数 的测量水平与发 达国家水平相当 现保存有14项国 防最高计量标准 校准装置,X射线照射量标准装置,Ex =

3、 8keV300keV(连续可调)， X = (310-6310-3)Ckg-1h-1 ,U=3.5% (k=2) K = （） X标准、参考仪表检定，能响确定，性能研究、形式试验,射线照射量标准装置(137Cs、60Co，防护级),X = (110-9110-3) Ckg-1h-1 U= 4.9% (k=2) 国内量程最宽的X标准装置 各级X标准、参考仪表检定 能量响应 仪表性能研究、型式试验 已推广应用核电站、辐照单位,二、仪器校准的概念和基本知识 仪器校准剂量仪器的读数用相应的剂量(率)单位或比释动能(率)单位来表示 标准辐射场射线的性质与剂量(率)或比释动能(率)已充分了解的辐射场 标

4、准仪器已经校准过的准确度较高的仪器 标准分级：初级(国家基准)、次级(二级)标准、实验室(三级)标准 校准常用标准点源：226Ra，60Co，137Cs等溯源到国家基准 常规校准方法：标准源法，标准仪器法 标准源法： R 点源 探测器 K = (A)/R2 e-R , D = 8.7310-3X 标准仪器法 标准探测器 点源 待校探测器 GB/T14583-93环境地表辐射剂量率测定规范：测定总不确定度20%,二、仪器校准的概念和基本知识 (续) 单能（E）辐射的空气吸收剂量率Da： Da = (/)a = E(/)a 式中，辐射的能量注量密度，J/m2s； 辐射的粒子注量密度，1/m2s；

5、(/)a能量为E的辐射的空气质量能量吸收系数， m2/kg。 多能（Ei）辐射的空气吸收剂量率Da： Da = i(/)ia = iEi(/)ia 式中，i辐射的能量注量密度，J/m2s； i辐射的粒子注量密度，1/m2s； (/)ia能量为Ei的辐射的空气质量能量吸收系数， m2/kg。 能谱连续分布辐射的空气吸收剂量率Da： Da i(/)ia iEi(/)ia,二、仪器校准的概念和基本知识 (续) （1）需要进行环境能谱测量设备、测量、数据处理极其复杂限制了其大量使用； （2）需要不同能量的系列标准放射源校准给出所对应的探测效率工作量大！ 从另外一个角度来解决问题：改善探测器使探测效率随

6、不同能量基本不变化或变化很小，即获得“平坦的能量响应曲线”。 从理论上来说，只要探测器的“能量响应曲线是平坦的”，就可以通过任何一种能量的射线，建立其标准辐射场（已知其D分布），便可以开展校准工作。 对能量响应满足某一规定的要求的剂量率仪，采用单源进行剂量（率）校准。 早期用226Ra源（平均E0.8MeV），现在多用137Cs(E=0.662MeV)源、60Co源（平均E=1.25MeV）和241Am源(E=59.5keV) 。,二、仪器校准的概念和基本知识 (续) 相关标准要求环境电离辐射剂量率测量仪器，以137Cs(E=0.662 MeV)为参考点，在60keV3MeV范围内，能量响应误

7、差30%，可满足要求。 探测器改善能量响应的途径之一：贴（或包裹）重金属片 主要针对低能响应起“鼓包”的探测器，一定厚度的重金属对低能射线的吸收比对高能射线的吸收要大，相当于将能量响应曲线“拉平了”。 例如：高气压电离室剂量率仪,球型高气压电离室,便携式 高气压电离室剂量率仪 量程范围： 10nGy/h10Gy/h 能量响应： 30%(60keV2MeV) 能量补偿后 15%(60keV2MeV) 用于环境剂量率测量 中国原子能科学研究院,能量响应特性 响应对能量的依赖性,以 137Cs 662 keV的响应为参照，能量响应相对误差： 30%,为获得准确的环境电离辐射剂量率值 环境电离辐射剂量

8、率仪，探测器的能量响应必须满足相关标准要求！,三、现场校准技术,3.1 背景情况： 环保部于2006年在原子能院、中核404厂、清华大学、中核202厂拥有反应堆核设施的单位周边建立环境辐射连续监测系统 全国范围内首批建立了135个环境辐射连续监测点,三、现场校准技术,3.2 问题提出： 为保证测量结果的可靠性，监测仪器需要定期送计量技术机构进行检定或校准，中华人民共和国强制检定的工作剂量器具检定管理办法38条，GB521-2006环境监测用、辐射空气比释动能（吸收剂量）率仪 我国在1992年-2006年，固定式环境辐射剂量仪表的受检率只有20%，“固有误差”单项合格率也只有64% 2007年调

9、研结果表明，我国自主研建的某民用核设施周围的多台固定式环境辐射监测仪仍然没有有效的校准方法 覆盖全国范围的135个环境辐射连续监测点，也同样存在现场校准的技术难题，环境监测部门对此提出强烈需求,三、现场校准技术,3.3 解决方案： GB12162.1-2000用于校准剂量仪和剂量率仪及确定其能量响应的X和参考辐射 第1部分：辐射特性及产生方法:计量标准实验室多枚不同活度的同位素放射源以建立多种参考辐射 设计符合相关标准的便携式照射器，利用便携式照射器和量值传递仪表进行现场校准 采用天然本底辐射作为校准现场环境辐射监测仪表的参考辐射场，结合新型高气压电离室作为量值传递仪表对现场固定仪表进行比对校

10、准，解决固定式环境辐射监测仪表的送检难题,拆卸困难 周期较长 数据中断,放射源运输 问题,最终方案,三、现场校准技术,3.4 工作成果：,利用天然本底（陆地射线和宇宙射线）作为参考辐射，结合新型高气压电离室作为剂量（率）量值传递仪表开展了环境辐射连续监测仪表的现场校准技术研究工作； 2013年2015年，全面完成了全国范围内首批建立了135个环境辐射连续监测仪表的现场校准工作，为我国环境监测数据的可靠性做出了贡献。,3.5 前期准备及实验验证,高气压电离室,高气压电离室原理图,自身本底小； 稳定性好； 角响应好； 精度高等优点； Kc KRa ； 低能光子响应偏高。,3.5 前期准备及实验验证

11、,高气压电离室,能量响应,美国RSS131高气压电离室能响曲线,对数坐标系,3.5 前期准备及实验验证,能量补偿型高气压电离室,三种主要相互作用与射线能量 及吸收物质原子序数的关系,低能区光电效应起主导作用，随着入射X、射线能量的降低而升高，在能量响应曲线的低能区形成一个“鼓包”；,3.5 前期准备及实验验证,能量补偿型高气压电离室,三种主要相互作用与射线能量 及吸收物质原子序数的关系,改变电离室的室壁厚度，并在外壁上贴上不同材料、不同厚度及不同敷贴面积的屏蔽片，可以不同程度地压低能量响应曲线的这个“鼓包”；,充气种类和压力也将对其能量响应特性有着一定的影响；,3.5 前期准备及实验验证,能量

12、补偿型高气压电离室,JLZ-III能量补偿型高气压电离室： 陆地环境射线（能量在60keV3MeV之间）； 137Cs射线（能量为662keV）和宇宙射线的响应近似相等； 重复性好于1%。,JLZ-III型高气压电离室能响比较,3.5 前期准备及实验验证,量值传递仪表,最终采用自研JLZ-III型高气压电离室和外购美国RSS-131型高气压电离室作为量值传递仪表 并于国防科技工业电离辐射一级站完成了能量响应、相对固有误差、宇宙射线响应、角响应和校准因子等实验工作,3.5 前期准备及实验验证,量值传递仪表,Co-60 （1.173、1.332MeV）； Cs-137 （0.661MeV）；,3.

13、5 前期准备及实验验证,量值传递仪表,低空气比释动能系列X射线 （L70/L100/L125/L170/L210/L240） 管电压(kV) 平均能量(keV) 过 70 60 滤 100 87 X 125 109 辐 170 149 射 210 185 240 211,3.5 前期准备及实验验证,量值传递仪表,高气压电离室宇宙射线响应实验（密云水库）,3.5 前期准备及实验验证,实验验证,为了确保现场校准技术的准确性和可靠性，采用两台用作剂量（率）量值传递仪表对中国原子能科学研究院院区周界建立的两套环境辐射连续监测系统进行校准技术的实验验证： 原子能院总排口固定式环境辐射连续监测仪； 原子能

14、院气象站固定式环境辐射连续监测仪；,3.5 前期准备及实验验证,实验验证,为了确保现场校准技术的准确性和可靠性，采用两台用作剂量（率）量值传递仪表对中国原子能科学研究院院区周界建立的两套环境辐射连续监测系统进行校准技术的实验验证： 原子能院总排口固定式环境辐射连续监测仪； 原子能院气象站固定式环境辐射连续监测仪；,使用上述两台量值传递仪表进行现场校准，再将环境辐射连续监测仪拆下送至实验室进行实验室校准，将两次校准因子进行分析比较，验证现场校准因子的准确性。,3.5 前期准备及实验验证,实验验证,原子能院总排口固定式环境辐射连续监测仪： 探测器类型：高气压电离室（型号H/FJG-I型）； 生产厂

15、家： 中国船舶公司重工集团公司第七一九研究所； 剂量率范围： 10-8Gy/h10-1Gy/h； 能量响应：70keV-3MeV误差25%（相对137Cs，662keV） 原子能院气象站固定式环境辐射连续监测仪： 探测器类型：高气压电离室（型号H/FJG-I型）； 生产厂家： 中国船舶公司重工集团公司第七一九研究所； 剂量率范围： 10-8Gy/h10-1Gy/h； 能量响应：70keV-3MeV误差25%（相对 137Cs，662keV）,3.5 前期准备及实验验证,实验验证,现场校准布点研究： 通过踏勘，根据房顶场地及环境辐射连续监测仪的实际布置情况，将剂量（率）量值传递仪表分别置于环境辐

16、射连续监测仪旁侧0.4m2m范围内，剂量（率）量值传递仪表与环境辐射连续监测仪探测器的高度相等（1.4m）。,数据采集要求： 环境辐射连续监测仪的采样间隔为1min，连续采样10min； 传递仪表在校准点位置与环境辐射连续监测仪同时测量，30s读取一个测量值，20个剂量率测量值取其平均值,3.5 前期准备及实验验证,实验验证,校准因子： 为环境辐射连续监测仪的环境辐射本底剂量率测量结果的平均值，nGy/h； 为剂量率量值传递仪表环境本底辐射剂量率测量结果的平均值，nGy/h。,3.5 前期准备及实验验证,实验验证,原子能院气象观测站平房顶现场校准实验布置图,3.5 前期准备及实验验证,实验验证

17、,原子能院气象观测站连续监测点现场校准实验,3.5 前期准备及实验验证,实验验证,原子能院工业下水总排口 平房顶 现场校准实验布置图,原子能院工业下水总排口 连续监测点现场校准实验,3.5 前期准备及实验验证,实验验证,实验室校准：现场拆卸下来的环境辐射连续监测仪送至国防科技工业电离辐射一级计量站校准实验室采用标准“准直场”进行校准；,“替代法”校准,3.5 前期准备及实验验证,实验验证,实验室校准：,环境连续测量仪表拆卸后送实验室进行校准实验,环境连续测量仪表拆卸后送实验室进行能量响应实验,3.5 前期准备及实验验证,实验验证,实验室校准：,现场仪表高气压电离室能量响应曲线,JLZ-IV型和

18、RSS131型高气压电离室能量响应曲线,3.5 前期准备及实验验证,实验验证,数据处理及分析：,现场校准数据分析（传递仪表为JLZ-III型）,注：序号1-4为原子能院工业下水总排口高气压电离室数据，测量时环境温度为-5；序号5-7为原子能院气象观测站高气压电离室数据，测量时环境温度为-7。,3.5 前期准备及实验验证,实验验证,数据处理及分析：,现场校准数据分析（传递仪表为RSS131型）,注： 1-4号为原子能院工业下水总排口高气压电离室数据，当时温度为-5；5-7号为原子能院气象观测站高气压电离室数据，当时温度为-7。,将传递仪表放置在距环境辐射连续监测仪表1m左右，可以使现场校准因子与

19、实验室校准因子相对误差较小。,3.6 现场校准工作实施,现场校准方案,（1）结合国家环境保护部在全国范围内建立的首批环境辐射连续监测系统站房现场实际情况，将量值传递仪表置于环境辐射连续监测系统站房房顶距环境辐射连续监测仪表1m左右范围内进行现场校准。 （2）充分考虑仪表自身和周围建筑物对陆地和宇宙射线的影响，量值传递仪表的位置应选择与环境辐射连续监测仪表处辐射组分相近的位置进行现场校准。,3.6 现场校准工作实施,现场校准方案,（3）为了避免降水对Rn及其子体冲刷沉降所造成的剂量率变化，现场校准工作一般选择在非降水期间进行。 （4）由于现场校准工作是在室外进行，校准证书中应对现场仪表的位置等作

20、简要说明，并详细记录温度、湿度等信息。 （5）确定环境辐射连续监测仪表的相对固有误差和校准因子，并对其不确定度进行评估，出具校准证书。,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,现场校准工作历时三年（2013年1月至2015年12月），对环保部门最终提供的全国31个省、市、自治区133个环境辐射连续监测系统，除了到现场发现或当地环保部门提供仪表损坏信息共有9个仪表损坏无法进行现场校准外，对其余的124个均进行了现场校准，未到达现场，共计133个。,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,量值传递仪表架设在环境辐射连续监测仪表的旁侧，两台仪表的有效中心处于同一水平高度上，距离约1m； 或将剂量率量

21、值传递仪表架设在环境辐射连续监测仪表的正顶部，两台仪表的有效中心距离约1m。,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2013年完成了九省（直辖市或自治区）共计31台高气压电离室的现场校准工作，并开具校准证书25份； 2014年完成了十六个省（直辖市或自治区）的61台环境辐射监测仪开展了现场校准工作，并开具校准证书57份。 2015年期间完成了剩余九个省（直辖市或自治区），共计41台环境辐射监测仪的现场校准工作，并开具校准证书37份。,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2013部分工作现场：,杭州市标准站,宁波市基本站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2013部分工作现场：,温州

22、市基本站,珲春市基本站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2013部分工作现场：,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2013部分工作现场：,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2014部分工作现场：,石家庄市现有站 石家庄市标准站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2014部分工作现场：,大庆市基本站,黑河市基本站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2014部分工作现场：,葫芦岛市基本站,沈阳市现有站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2014部分工作现场：,包头市标准站,包头市现有站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2014部分工作现场：,包头市标准

23、站,海口市标准站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2014部分工作现场：,三明市基本站,桂林市基本站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2014部分工作现场：,茂名市基本站,广州市标准站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2014部分工作现场：,北京市标准站,济南市标准站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2015部分工作现场：,襄樊市基本站,济南市标准站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2015部分工作现场：,怀化市基本站,长沙市标准站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2015部分工作现场：,合肥市标准站,南昌市标准站,3.6 现场校准工作实施,现场

24、校准实施,2015部分工作现场：,宜宾市现有站,成都市标准站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2015部分工作现场：,喀什市基本站,伊宁市基本站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2015部分工作现场：,宝鸡市基本站,西安市现有站,3.6 现场校准工作实施,现场校准实施,2015部分工作现场：,宝鸡市基本站,西安市现有站,3.6 现场校准工作实施,校准证书情况,现场校准工作对环保部门最终提供的全国31个省、市、自治区133个环境辐射连续监测系统中的124个均进行了现场校准，总共开具了119份校准证书（其中2014年总共开具82份，2015年共开具37份校准证书开具校准证书情况：,

25、信息不全未开出校准证书，共有5台：青岛市南窖监测站、复旦大学图书馆监测站、上海市金山区环保局站、兰州市甘肃环境科技大厦站和西宁市青海省环境监测中心站。,现场发现或当地环保部门提供仪表损坏情况未给校准证书，共有9台：宁夏固原市环保局、河北秦皇岛市基本站、内蒙包头市环科院现有站、内蒙呼和浩特市基本站、安徽省合肥市现有站、重庆市现有站、湖北省武汉市现有站、海南海口市现有站和海南省三沙市基本站；,3.6 现场校准工作实施,校准证书情况,2013年国家辐射环境自动监测站点校准证书开具情况说明,3.6 现场校准工作实施,校准证书情况,2013年国家辐射环境自动监测站点校准证书开具情况说明,3.6 现场校准

26、工作实施,校准证书情况,2013年国家辐射环境自动监测站点校准证书开具情况说明,3.6 现场校准工作实施,校准证书情况,2014年国家辐射环境自动监测站点校准证书开具情况说明,3.6 现场校准工作实施,校准证书情况,2014年国家辐射环境自动监测站点校准证书开具情况说明,3.6 现场校准工作实施,校准证书情况,2014年国家辐射环境自动监测站点校准证书开具情况说明,3.6 现场校准工作实施,校准证书情况,2014年国家辐射环境自动监测站点校准证书开具情况说明,3.6 现场校准工作实施,校准证书情况,2014年国家辐射环境自动监测站点校准证书开具情况说明,3.6 现场校准工作实施,校准证书情况,

27、2015年国家辐射环境自动监测站点校准证书开具情况说明,3.6 现场校准工作实施,校准证书情况,2015年国家辐射环境自动监测站点校准证书开具情况说明,3.6 现场校准工作实施,校准证书情况,2015年国家辐射环境自动监测站点校准证书开具情况说明,四、问题与建议,发现的问题,1. 在2013年对宁夏回族自治区固原市环保局环境辐射连续监测仪表现场校准过程中，及时发现了该环境辐射连续监测仪表处于非正常工作状态，该环境辐射连续监测仪表的电离室漏电较大导致仪器读数成脉冲状，涨落较大，避免了其错误数据继续上报。,发现的问题,2. 在2013年对辽宁省大连庄河疏港路站、山东省青岛崂山区登瀛站和江苏省苏州独墅湖站环境辐射连续监测仪表的现场校准过程中，发现这三个站点监测仪表的固有误差较大（其现场校准因子分别达1.26、0.86和0.79），及时与他们取得联系、进行沟通，并建议他们将及时上报数据乘以现场校准因子，以确保上报数据准确可靠。,四、问题与建议,发现的问题,3. 在2014年对河北省秦皇岛市基本站、内蒙古自治区包头市环科院现有站、呼和浩特市基本站和海南省海口市现有站的现场校准过程中，发现这四个站点监测仪