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表面污染监测的探测效率:α、β 测量中的探头选择

来源:北京康高特仪器设备有限公司 发布时间:2026-10-08 09:25:22 作者: 浏览次数:8178次 分类:技术文章

文章概述: 效率这项参数的分工写在四份文件里。GB/T 5202-2008 定仪器性能,GB/T 8997-2008 定校准方法,JJG 478-2016 定法制检定,GB/T 14056.1-2008 定测量方法,条款号不能互套。容易被跳过的两处在源头。一处在尺子上,发射率与活度是两回事,GB/T 14056.1-2008 的附录 A 明确说二者之间不存在简单而已知的关系,按发射率校准得到的因子才不依赖源的结构。另一处在距离上,α 探测器的灵敏面积距检查表面要小于 5 毫米,β 探测器小于 10 毫米,离开这段距离,读数便不再对应标称值。文中另有 JJG 478-2016 表 1 的三项指标与 7.3.5 条的判定口径、GB/T 5202-2008 对窗厚与串扰的条款、灵敏面积的 50% 判据、β 能量的五条门槛各自的分工、从 GB 18871-2002 表 B11 限值倒推探头的方法,以及 Atomtex AT1117M 四支探头在 30 与 100 平方厘米两档上的取舍。选探头先答四问。

表面污染监测有一个容易被跳过的问题:仪器读出来的 Bq/cm²,是不是那块表面真正的活度。答案通常是否定的。中间隔着一道换算,这道换算的系数正是探测效率。

效率不是印在铭牌上的一个百分数,它随探头变,随距离变,随核素变。选探头这件事,说到底是在选这套换算的可靠程度。

α 与 β 在这件事上的处境完全不同:α 粒子的射程短,探头离表面多出一毫米,效率便掉一截。β 粒子的能量分布是连续的,低能那一段连探头窗都未必穿得过,两种射线可以共用一台主机,却要按两套口径分别标定。

国内现行标准把这件事拆给了四份文件,GB/T 5202-2008 管仪器性能,GB/T 8997-2008 管校准方法。JJG 478-2016 管法制检定,GB/T 14056.1-2008 管测量方法,四份各管一段,条款号不能互套,这是本文展开的主线。

一、探测效率带着三个条件

探测效率不是一个孤立的百分数,而是三个条件同时成立时才有的比值。GB/T 5202-2008 的 3.6 条给出了它的法定定义,仪器效率又叫表面发射率响应,在制造厂规定的三个条件之下测出:探测器的灵敏面积、源的活性面积、源与探测器之间的距离。三个条件缺一个,这个数便没有落点。

定义式把效率还原成一次相除。探测器表面发射率响应,等于探测到的粒子数与同一段时间内由辐射源表面发射的同类粒子数之比。分子是经本底修正后的计数,分母是表面发射率的约定真值,两者相除,得到的正是效率。

「表面发射率」这个词值得停下来看一眼:它指的是从源表面射出来的粒子数,不是源里存着多少活度。一字之差,后面所有的分歧都从这里长出来。

二、发射率与活度是两把尺子

仪器测到的计数率只对应表面发射出来的辐射,不直接对应表面上的放射性活度。发射率与活度是两把不同的尺子,这一层差别由 GB/T 14056.1-2008 的附录 A 给出条文依据。

发射率与活度之间不存在简单而已知的关系,这是附录 A 给出的一句很硬的结论。原因在于,给定同样的单位面积活度,单位时间里射出表面的粒子数取决于两件事:一是源自身的自吸收,它让射出的粒子变少,二是源衬底材料的反散射,它让射出的粒子变多。两件事都随表面的实际状态变。

由此推出一条操作原则:校准表面污染仪要以源的发射率为基础,参考源本身要同时给出活度与发射率两方面的说明。按活度去校准会踩坑,要得到确定的校准因子,得要求参考源是既无自吸收也无反散射的理想薄源,而这在实际中做不到,对 α 发射体与 β 谱能量高端大约低于 0.4 MeV 的低能 β 发射体尤其做不到。用活度相同但结构不同的参考源去校,只能得到取值分散的一批校准因子。

以发射率为基础得到的校准因子不依赖源的结构。按发射率校准过的仪器,彼此的灵敏度才可以拿来比较,这是标准推荐这条路的理由。

活度读数不指明核素便无效,GB/T 5202-2008 的 6.5.3 条在仪器端卡的正是这一条。指示值以活度或单位面积活度表示时,必须明确指明能量范围或核素。推断时标准允许假定表面发射率与活度之比为 0.5,但它紧接着说明,由于反散射,更多是由于参考源与样品之间的自吸收不同,这个比值并不总是 0.5。

可行的解决办法是选一支能代表被测污染表面的参考源,让它的自吸收与反散射情况尽量贴近现场。做不到时,得按制造厂的规定去处理。

一句话收束这一节:活度读数是换算出来的,不是测出来的,换算系数要跟着核素走。

三、法定门槛:α 不低于 0.20,β 不低于 0.15

JJG 478-2016 第 5 章的表 1 把合格线写得很清楚:当放射性平面源距探测器窗表面 5 毫米时,对 241Am 或 239Pu 核素 α 粒子的表面发射率响应不低于 0.20。当平面源距探测器窗表面 10 毫米时,对 204Tl 或 36Cl 核素 β 粒子的表面发射率响应不低于 0.15。

两条门槛的高低不同,允许的距离也不同,α 的门槛定在 0.20,比 β 的 0.15 更高,而允许的距离反而更近。这不是标准写反了,而是两种粒子本身的性质决定的,下一节展开。

GB/T 5202-2008 的 9.2 条看的不是固定下限,而是符合性:探测装置的表面发射率响应应在制造厂规定数值的 20% 以内,污染监测仪与测量仪应在 25% 以内。换句话说,仪器做到厂商标称的那样算合格,标称多少由厂家自己定。

两个口径不能混称。检定看的是 JJG 478 的 0.20 与 0.15 这两条线,型式评价看的是 GB/T 5202 对厂商标称值的符合性。采购时拿到的样本标称 0.30,那只是厂家的说法,站不站得住要拿检定证书上 0.20 那条线去比。

判定的口径比表 1 的 ±25% 宽出一档,原因是标准源自身的不确定度会吃进结果。表 1 写的是相对固有误差不超过 ±25%,而 7.3.5 条讲判定时给出另外两个数:相对固有误差的测量结果不超过 ±35%,且任意两个检定测量点的相对固有误差测量值之差不超过 ±50%,两条同时满足才判为符合。规程特意说明,判定时要考虑标准平面源的不均匀性,而标准源本身的不均匀性不超过 10%。

四、距离是效率的一部分

GB/T 5202-2008 的 6.1 条给的是设计要求:探测装置的设计应使探测器灵敏面积距检查表面的距离小于 5 毫米(α 探测器)和小于 10 毫米(β 探测器)。JJG 478-2016 的 7.3.3 条在检定端复述了同一组数,α 标准平面源距窗表面 5 毫米,β 标准平面源距窗表面 10 毫米。

两份文件给出同一个数,说明它不是建议而是前提:效率是在这个距离上标定的,离开这个距离,读数便不再对应标称值。

α 被压得这么近,是因为效率要在一段空气里被扣掉,3.9 条把这一段定义成总等效厚度。它指的是从污染表面正常发射的 α 或 β 粒子到达探测灵敏体积所必须穿过的厚度,以单位面积质量来表示,包括粒子在空气里走过的那一段,加上探测器窗的厚度,有时还包括为防污染直接附着而加的保护膜。

α 粒子在空气里的射程只有几厘米,能量越低射程越短。探头每抬高一毫米,都有一段本可以进入灵敏体积的粒子在空气里耗尽能量。β 粒子的射程长得多,所以规程给了 10 毫米,比 α 宽出一倍。

扫测时的间距不能凭手感,因为效率恰恰在这一段空气里被悄悄改掉。手持探头扫过台面时,探头与表面的间距由操作者自己控制。贴着扫与悬着扫读到的不是同一个数,要让读数落在标定值附近,间距得向 5 毫米与 10 毫米靠。

五、窗、网格与挡板

粒子要进入灵敏体积,得先穿过几层材料,效率全花在这几层上。GB/T 5202-2008 的 3.9 条把总等效厚度定义清楚了:粒子从污染表面出发,得先穿过空气与探测器窗,有时还要再穿过一层保护膜,才算进入灵敏体积。窗是其中由厂家决定的那一层,而这一层恰恰常被漏掉。

窗越薄,粒子越容易进来,效率越高。代价分两个方向。薄窗的机械强度差,探头贴着粗糙表面扫的时候容易破,薄窗还会让不该进的粒子进来,那便是串扰。

串扰在标准里有专门的条款,9.6.4 条处理的是 α 辐射对 β 测量仪的干扰,它只适用于窗厚小于 1 mg·cm⁻² 的探测装置。做法是把一个 α 源(例如 241Am)放在距探头表面不超过 10 毫米处,若无外壳,总等效厚度要小于 1.5 mg·cm⁻²。窗薄到这个量级,α 粒子便穿得过去,被 β 探头当成自己的信号记下来。

反方向的串扰由 9.6.3 条管:它用活度接近但不超过 370 kBq、横截面尺寸小于 20 毫米的 90Sr/90Y 源去照 α 污染测量仪,记录计数率的变化。这一项不适用于同时测量 α 与 β 辐射的仪器,因为这类仪器本来该对 β 有反应。

挡板厚度该用面密度而不是毫米来标,因为同样的毫米数、材料不同,挡住的粒子数并不一样。9.6.1 条给出了设计上的对策,标准建议 β 探头带某种形式的挡板,用来区分 α 与 β 辐射。挡板材料要用低原子序数的,原子序数小于 22,厚度以单位面积的等效质量来表示。

保护网格是另外一层,6.1 条规定,若探测器灵敏面积表面装有保护网格,制造厂要给出网格的标称透过率。标准还要求网格厚度应尽量降低所有角度入射的衰减,以避免准直效应。准直效应说的是斜着进来的粒子比正对着进来的粒子更容易被网格挡掉,结果探头对入射方向变得敏感,响应随角度变。

γ 辐射那一路的串扰由 9.6.2 条管,α 污染测量仪的性能应不受 10 mGy·h⁻¹ 空气比释动能率的影响,这一项用密封的 137Cs 源做。规程还要求用 241Am 产生的辐射重复一次,因为不少场合下 γ 干扰在低能段反而更明显,那一次的空气比释动能率不小于 100 μGy·h⁻¹。

一句话收束:探头标称的效率,是扣掉窗、扣掉网格、扣掉挡板之后的净值,这三层任何一层改了,效率跟着改。

六、灵敏面积里的 50% 判据

标称的探测面积不等于有效的探测面积。GB/T 5202-2008 的 3.8 条在给灵敏面积下定义时便埋了一个判据:灵敏面积是制造厂规定的探测器面积,在这块面积内对小面积源的探测效率超过峰值效率的 50%。

厂家标称这块窗是 100 平方厘米,等于承诺这 100 平方厘米里面每一处的效率都不低于峰值的一半。边界之外仍然有响应,只是不再计入标称面积。

9.3 条把 50% 这个判据变成了一项可以执行的试验。用小面积源去检查探测装置整块面积上响应的一致性,要求响应大于所出现的响应峰值的一半。做法是把灵敏面积分成近似相等的若干部分,每一部分的线性尺寸尽可能接近 25 毫米,分区之后逐个读一遍。只要有一处掉到响应峰值的一半以下,这块窗的标称面积要往回收。面积很大的探测装置(灵敏面积超过 625 平方厘米),分区数量可以降到 100。

分区要分到 25 毫米这个量级,是因为小面积源的定义见 3.5 条,指的是活性表面积线性尺寸不超过 1 厘米的源。用这么小的源在窗面上逐点挪动,才看得出效率在窗面上究竟怎么分布,挪动时源要尽量放在每一分区的中心,相邻区域不能重叠。

窗面效率分布这一项对选购的含义很具体,两块标称面积相同的窗,窗面上的效率分布可以差很多。分布不均的那一块,读数会随污染斑点在窗下的位置而变,同一处污染换个摆放角度便换一个数。9.3 条要求的不低于峰值的一半,是下限要求,不是什么高指标。

效率是在整块窗面上平均出来的量,不是某一点上的量,这一点常被漏掉。9.2.2.2 条在讲效率测量方法时补了一句:如果源的面积不足以覆盖整块灵敏面积,可以用比灵敏面积小的源,在不同位置依次做多次测量,覆盖探测器的每一部分,但相邻区域不能重叠。

七、30 平方厘米与 100 平方厘米这笔账

北京康高特(KGT)代理的白俄罗斯 Atomtex AT1117M 是一款把处理器与探头分开的多功能辐射检测仪,它的 α 探头与 β 探头各有两个规格,正好可以把面积的账算清楚。

α 探头是 BDPA-01 与 BDPA-02,都用 ZnS(Ag) 闪烁体,探测面积分别是 30 平方厘米与 100 平方厘米。β 探头是 BDPB-01 与 BDPB-02,都用塑料闪烁体,面积同样是 30 与 100 平方厘米。两对探头除了面积与闪烁体材质,其余标称指标基本一致:固有相对误差都在 ±20% 以内,持续运行时间都不低于 24 小时,工作温度都是 -30 ℃ 到 +50 ℃,防护等级都是 IP64。

探头面积放大之后,灵敏度涨的倍数与面积倍数并不相等。厂家给出的灵敏度是对参考核素而言、单位粒子流密度所产生的计数率,单位写作 cps/(p·min⁻¹·cm⁻²)。BDPA-01 对 239Pu 是 0.15,BDPA-02 对 239Pu 是 0.75,后者是前者的五倍。BDPB-01 对 90Sr+90Y 是 0.3,BDPB-02 对 90Sr+90Y 是 0.9,后者是前者的三倍。

面积从 30 增到 100,倍数是三点三倍多一点,而 α 档的灵敏度涨到五倍,β 档涨到三倍。标称灵敏度不是面积的单值函数,里面还掺着窗厚与光收集效率这些因素,入射窗的有效面积也要算进来,所以不能拿面积去推灵敏度。

加大面积时,量程上限与下限一起往下移。α 档的粒子流密度范围,BDPA-01 给出 0.1 到 1·10⁵ p/(min·cm²),BDPA-02 给出 0.05 到 5·10⁴ p/(min·cm²),换到大面积那一档,下限降了一半,上限也跟着降到原来的一半。

β 档是同一个走向。BDPB-01 的粒子流密度范围是 1 到 5·10⁵ p/(min·cm²),BDPB-02 是 0.5 到 1.5·10⁵ p/(min·cm²),下限降了一半,上限降到不足原来的三分之一。

换成表面活度来看也是同一个趋势,BDPA-01 对 239Pu 的表面活度范围是 3.4·10⁻³ 到 3.4·10³ Bq/cm²,BDPA-02 是 1.7·10⁻³ 到 1.7·10³ Bq/cm²。BDPB-01 对 90Sr+90Y 是 4.4·10⁻² 到 2.2·10⁴ Bq/cm²,BDPB-02 是 2.2·10⁻² 到 0.66·10⁴ Bq/cm²。两头都往里收。

结论很清楚:加大面积换来的是更低的探测下限,代价是量程上限一起下移,要测本底量级的微弱污染,选 100 平方厘米那一档。要测活度较高的热区,30 平方厘米那一档反而留了更多余量。把大面积探头当成量程更宽的那一款来买,是买反了。

上限为什么会跟着降,参数表没有给解释。一种可能是分辨时间,即计数系统在两次事件之间来不及分辨的那段时间,高计数率下的损失随入射粒子数增加而变大。这属于推断,本文不作断言,采购时应当向厂家直接问这一项。

八、专用探头与一机多用

同一台 AT1117M 换上 BDPS-02 探头,用法随之改变。BDPS-02 用的是 GM 计数管,配在北京康高特(KGT)代理的 Atomtex AT1125 或 AT1125A 上,官方说明称它不但能扩大剂量率量程,还能测 α 与 β 表面沾污。

一支探头干两件事,代价写在粒子流密度的下限上。BDPS-02 的 α 粒子流密度范围从 2.4 p/(min·cm²) 起,β 粒子流密度范围从 6 p/(min·cm²) 起。拿它去比 BDPA-01 的 0.1 p/(min·cm²),α 通道的下限高出二十四倍。再去比 BDPA-02 的 0.05 p/(min·cm²),高出四十八倍。

这两个倍数可以直接比,因为两边用的是同一个单位。顺着这个思路还能再走一步:BDPA-01 的 0.1 p/(min·cm²) 不能拿去跟限值的 Bq/cm² 直接比。粒子流密度与单位面积活度之间隔着源效率,正是 GB/T 14056.1-2008 附录 A 说的那道没有简单关系的地方。同一张参数表上同时印着两种单位,说明厂家已经内嵌了一个换算系数,而这个系数正是 GB/T 5202-2008 6.5.3 条里那个假定为 0.5 却并不总是 0.5 的比值。

一机多用的价值不在下限,在覆盖面。BDPS-02 对 X 与 γ 的能量范围是 20 keV 到 3 MeV,剂量率范围 0.1 μSv/h 到 30 mSv/h,β 能量范围 155 keV 到 3.54 MeV,防护等级 IP65。巡测时先靠它把剂量率与沾污一并扫过一遍,发现异常再换专用探头复测,是更实际的用法。

还有一层是气体探测器特有的。GB/T 5202-2008 的 8.8 条要求探测装置的高压变化 ±3% 时计数率变化不超过 ±15%,并且本底变化应小于 50%。这一项叫工作坪,而工作坪这个概念只对气体计数管成立。6.1 条还规定,若探测器需要用到计数气体,制造厂要说明气体的类型与所需流量。流气式探头多一份维护负担,选型时也要算进去。

九、能量门槛各管一段

β 测量里有好几个能量门槛,它们分属不同的文件、不同的用途,串起来用必然出错。这一节要格外小心。

头一条是适用范围。GB/T 5202-2008 的标准名里写着 β 能量大于 60 keV,低于这条线的 β 不在它的覆盖之内。JJG 478-2016 的范围条款照此办理,明确不适用于测 β 粒子能量低于 60 keV 的仪器。

第二条属于测量方法。GB/T 14056.1-2008 的适用范围是 Eβmax 大于 0.15 MeV 的 β 发射体与 α 发射体。同一项标准的第二部分专管氚表面污染,因为氚的 β 谱能量高端只有 18.6 keV 左右,远在这条线之下。第三部分按前言的划分应当覆盖低能 β 发射体,但在标准信息公共服务平台上检索,这一部分至今没有发布,低能 β 目前没有对应的国标方法可依。

第三条管的是参考核素怎么选。GB/T 5202-2008 的 7.2.3.2 条规定,β 发射体的参考核素用 36Cl 或 204Tl,但若探测装置用于测量能量小于 200 keV 的 β 粒子,参考核素改用 14C。8.8 条与 8.9 条讲工作坪与阈值的试验时,把这句话又重复了一遍:用于低能 β 测量的场合,应使用 14C 放射源进行试验,而不使用 36Cl。JJG 478-2016 的 7.1.1 条给出相同的规定,探测器用于测量能量上限低于 200 keV 的 β 粒子时,参考核素为 14C。

第四条出现在限值那一侧。GB 18871-2002 的附录 B 规定,β 粒子谱能量高端小于 0.3 MeV 的 β 放射性物质,其表面污染控制水平可以为表列数值的 5 倍。

第五条属于校准本身。GB/T 14056.1-2008 的附录 A 在解释按活度校准为什么不可靠时,点名了 α 发射体与 β 谱能量高端大约低于 0.4 MeV 的低能 β 发射体。

把这五条摆在一起看,60 keV 与 0.15 MeV 是两条适用范围的线,200 keV 管的是参考核素怎么换,其余两个数一个落在限值侧,一个落在校准侧。谁也替不了谁。

五条门槛与产品参数碰在一起的地方,落在 155 keV 到 200 keV 这一段窄窗口里。BDPB-01 与 BDPB-02 标称的 β 能量范围从 155 keV 起,这个下限低于参考核素切换的那条 200 keV 线,同时又刚好贴在 GB/T 14056.1-2008 适用范围那条 0.15 MeV 线的上方。在这一段里,方法标准勉强适用,规程却要求换用 14C 来校,厂家标称的灵敏度按 90Sr+90Y 这种高能 β 给。

这一段正是读数失真的高发区。用高能核素标出来的效率去套低能 β,会得到偏低的活度读数,结果是污染被低估。要在这一段出数,校准源得换成 14C,不能沿用出厂时那一张证书。

十、从限值倒推探头

选探头有两种思路。一种是从仪器的量程正推,看它能测多低,另一种是从限值倒推,看要判定的那条线在哪儿,再往回找够用的探头。后者更可靠。

GB 18871-2002 附录 B 的表 B11 给出了工作场所的放射性表面污染控制水平。紧贴人体的那一档包括手、皮肤、内衣以及工作袜,α 放射性物质为 0.04 Bq/cm²,β 放射性物质为 0.4 Bq/cm²。穿戴物那一档是工作服、手套、工作鞋,控制区与监督区都按 α 为 0.4 Bq/cm²、β 为 4 Bq/cm² 掌握。环境与物件那一档涵盖工作台、设备、墙壁、地面,控制区的 β 为 40 Bq/cm²,监督区的 β 为 4 Bq/cm²。

表列数值指的是固定污染与松散污染的总和。这个口径要与测量方法对上:GB/T 14056.1-2008 的 3.5 条说得很明白,直接测量测到的正是固定污染与可去除污染之和,但它可能受到来自被测物件内部或环境辐射的影响。

限值表里还有两条规定容易被漏掉,一条管平均面积,一条管解控。表面污染水平可以按一定面积上的平均值来计算,皮肤与工作服取 100 平方厘米,地面取 1000 平方厘米。解控这一条说的是,工作场所里的设备与用品,经去污使其污染水平降到表列设备类控制水平的五十分之一以下,经审管部门确认同意后可以当作普通物品使用。控制区设备类那条线是 40 Bq/cm²,除以五十得到 0.8 Bq/cm²,设备想解控得压到这个数以下。

平均面积那一条规定与探头面积直接相关。人体表面与工作服的评价面积取的是 100 平方厘米,而 BDPA-02 与 BDPB-02 的窗面正好也是 100 平方厘米。这不只是数字上的巧合,而是说用 100 平方厘米的窗去扫人体与工作服,一次读数覆盖的正是标准规定的那块评价面积。用 30 平方厘米的窗去扫同一处,得挪三次再平均。

倒推的另一个用处是看清余量。BDPB-01 对 90Sr+90Y 的标称表面活度下限是 4.4·10⁻² Bq/cm²,与人体表面的 β 控制水平 0.4 Bq/cm² 相比,只相当于后者的九分之一。BDPB-02 的下限是 2.2·10⁻² Bq/cm²,相当于十八分之一,两支探头都够用,余量差了一倍。

α 侧的余量更大。BDPA-01 对 239Pu 的标称下限是 3.4·10⁻³ Bq/cm²,与 0.04 Bq/cm² 相比相当于十二分之一。BDPA-02 是 1.7·10⁻³ Bq/cm²,相当于二十四分之一。

这些倍数只是量级上的参考。厂家把粒子流密度换算成 Bq/cm² 时用的系数并没有印在参数表上,而 GB/T 5202-2008 的 6.5.3 条已经说明过,那个比值并不总是 0.5。余量究竟有多大,说到底要用与现场污染形态接近的参考源校过才算数。

十一、擦拭法把两道系数叠在一起

直接测量与间接测量测的不是同一件事。GB/T 14056.1-2008 的 3.5 条说得很清楚,直接测量测到的是固定污染与可去除污染之和,但它可能受到来自被测物件内部或环境辐射的影响。3.6 条定义的间接测量走的是另一条路,用擦拭法把表面上的可去除污染取下来,再去测转移到擦拭材料上的活度。

两条路之间隔着一道系数。3.8 条把去除因子定义为擦拭样品从表面去除的活度与该次取样前可去除的总活度之比。擦拭不可能把污染全部带走,这个比值通常明显小于 1,于是活度换算里除了探测效率之外,还要再压上一道去除因子。

两道系数叠在一起,不确定度也叠在一起。效率那一道落在探头本身、测量时的距离、被测核素种类这三处。去除因子那一道落在擦拭材料、所用润湿剂、擦拭手法那三处。任何一道取的是估计值,那个 Bq/cm² 读数便带着两重不确定度。这也解释了第 6 章为什么要求记录里写明擦拭材料是干的还是湿的、用的什么润湿剂、去除因子是实测的还是假设的。

擦拭力度既不能过重也不能过轻,两头都会让读数出偏。3.2 条在解释固定污染时给了一条注:正常工作条件指的是人体与表面正常的非事故性接触,或人直接操作的设备部件与表面之间的非破坏性接触,擦拭法的作用强度应当与这类机械作用相符合。擦得过重,会把本不算可去除的污染一并擦下来,读数偏大,擦得过轻,可去除的部分留在原地,读数偏小。

固定与可去除的边界本身还会移动。3.3 条的注提到,由于水分与化学试剂的影响,或者由于腐蚀与扩散的结果,在没有任何人为作用的情况下,固定污染可能变成可去除的污染,反过来也一样,蒸发与挥发还会让污染减少。同一处表面隔一段时间再测,两次结果不同未必出在仪器上。

擦拭样品拿去测的时候,几何条件要向校准时的条件看齐。擦拭样品与探测器窗的距离按 GB/T 5202-2008 的 6.1 条掌握,α 不大于 5 毫米,β 不大于 10 毫米。读数的时间间隔也有讲究,7.4 条要求相邻两次读数之间的时间间隔至少为响应时间的三倍。读数排得太密,相邻两次便不再相互独立,取来的平均值便失去意义。

一句话收束:间接测量的结果上叠着效率与去除因子两道系数。只把仪器送去检定、不管擦拭这一头,等于只校准了其中一道。

十二、记录与验收

效率要跟着报告一起走。GB/T 14056.1-2008 的第 6 章列出了污染测量记录宜包括的内容,与效率直接相关的那几项包括:所用仪器及其编号、仪器效率及校准日期、参考源的核素及其单位面积表面发射率、污染的仪器读数、本底读数、单位面积的放射性活度。做间接测量时还要记下擦拭材料是干的还是湿的、用的什么润湿剂、去除因子是实测的还是假设的。

这份清单的价值在于可追溯。同一处污染隔半年复测,若两次记录里的参考源核素不同,那么两个数字不该直接比较。去除因子一次实测一次假设,两份结果之间也隔着一层口径差。

GB/T 5202-2008 的 12.1 条在另一侧给了对称的清单,规定合格证书上必须印出哪些资料。对探测装置,要求给出对参考核素的仪器效率、仪器效率随 β 能量的变化(限 β 探测器)、探测装置表面的响应变化、探测器窗的灵敏区域、保护格栅的透射特性,以及源与探测器灵敏体积之间材料的单位面积总质量。对测量仪与监测仪,清单里还多了预热时间,以及环境温度、相对湿度、大气压力这几项使用条件。

这两份清单合起来,构成选型与验收的提问单。问厂家要效率,要的是对哪一个核素的效率。问效率随 β 能量的变化,问的是 9.5.2.1 条要求的那三档能量各自的数,从小于 0.2 MeV 到 0.2 MeV 至 0.5 MeV,再到大于 0.5 MeV。问探测装置表面的响应变化,问的是 9.3 条那个不低于响应峰值一半的判据做到了多少。问源与灵敏体积之间材料的单位面积总质量,问的正是 3.9 条那个总等效厚度。

还有一条几何条件上的纪律。GB/T 14056.1-2008 的 5.5 条要求,仪器效率应在已知的几何条件下测定,并且这个几何条件要与其后的直接测量或间接测量的条件尽可能接近。现场如果是在管道弧面上测,而校准是在平板上做的,几何已经不一致了,这一层不会体现在任何参数表里,只能靠作业规程去补。

周期那一头由 JJG 478-2016 的 7.5 条管,α、β 表面污染仪的检定周期一般不超过 1 年。本底计数率这一项容易被轻看。规程表 1 对它的要求只是满足出厂技术指标,而 7.3.2 条的做法是开机预热后连续测量本底至少 10 次取算术平均值。本底漂移不会让仪器报错,只会让低水平的读数悄悄偏掉,两次检定之间的期间核查值得做。

十三、北京康高特(KGT)手上的探头怎么配

把前面几节串起来,配探头的问题可以收敛成四个问句。测的是 α 还是 β,还是两种都要。判定线落在哪一条限值上,是 0.04 Bq/cm² 那一档还是 4 Bq/cm² 那一档。现场核素的 β 能量在哪一段,有没有落到 200 keV 以下。巡测为主还是定点定量为主。

四个问句指向的配置不一样。以巡测为主、先扫一遍再说的场合,北京康高特(KGT)代理的 Atomtex AT1125 或 AT1125A 配 BDPS-02 更合适,一支 GM 计数管探头把剂量率与沾污都覆盖住,代价是 α 通道的下限高出专用探头二十倍以上。以人员体表与工作服的定量为主的场合,BDPA-02 与 BDPB-02 这两支 100 平方厘米的窗更合适,一次读数覆盖的正好是 GB 18871-2002 规定的 100 平方厘米评价面积,下限也压得更低。活度较高的设备热区用 30 平方厘米的 BDPA-01 与 BDPB-01,量程上端留的余量反而更足。

需要说明一处边界。北京康高特(KGT)自有的 RS1121 与 RS1123 是 X、γ 剂量率仪,官方口径是能搜寻 500 keV 以上的 β 放射源,低于 500 keV 的 β 不在探测范围内。它们的作用是找源,不是按 Bq/cm² 出数。要出表面污染的定量结果,得换到 α 与 β 探头这一档。

参考源那一头还有一条时效上的提醒。GB/T 5202-2008 与 GB/T 14056.1-2008 的规范性引用文件里写的都是 GB/T 12128 的 1989 年版,而那一版已经废止。现行的是 GB/T 12128-2026《用于校准表面污染监测仪的参考源 α、β和光子发射体》,2026 年 3 月 31 日发布,2026 年 10 月 1 日实施。新版名称里多出了光子发射体,覆盖面从原来的 β 与 α 两项,扩到了 α、β、光子三项。送检与采购参考源的时候,应当按新版的编号去提。

十四、结语

探测效率常被当成仪器的一项参数,实际上它是贯穿校准与检定、一路延伸到记录的一整套口径。它带着灵敏面积与源活性面积这两个条件,还带着源与探测器之间的距离。它先被窗削掉一截,又被网格与挡板各削一截。它随 β 能量分档而变。到末了还要乘上一个并不总是 0.5 的系数,才变成 Bq/cm²。

现行标准把这套口径拆成了四份文件。GB/T 5202-2008 定仪器性能,GB/T 8997-2008 定校准方法。JJG 478-2016 定法制检定,GB/T 14056.1-2008 定测量方法。四份文件里的能量门槛各管一段,60 keV 与 0.15 MeV 说的是适用范围,200 keV 说的是参考核素怎么换,另外两个数分列在限值侧与校准侧,彼此不能互换。

选探头因此不是比对参数表,而是先把四个问题回答清楚:测哪种射线、限值在哪一档、核素能量在哪一段、以巡测为主还是以定量为主。四问落地之后,30 平方厘米还是 100 平方厘米,ZnS(Ag) 还是塑料闪烁体,专用探头还是一机多用,取舍才有答案。

把答案写进记录,效率才算真正落了地。

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