表面污染監測有一個容易被跳過的問題:儀器讀出來的 Bq/cm2,是不是那塊表面真正的活度。答案通常是否定的。中間隔著一道換算,這道換算的系數正是探測效率。
效率不是印在銘牌上的一個百分數,它隨探頭變,隨距離變,隨核素變。選探頭這件事,說到底是在選這套換算的可靠程度。
α 與 β 在這件事上的處境完全不同:α 粒子的射程短,探頭離表面多出一毫米,效率便掉一截。β 粒子的能量分布是連續的,低能那一段連探頭窗都未必穿得過,兩種射線可以共用一臺主機,卻要按兩套口徑分別標定。
國內現行標準把這件事拆給了四份文件,GB/T 5202-2008 管儀器性能,GB/T 8997-2008 管校準方法。JJG 478-2016 管法制檢定,GB/T 14056.1-2008 管測量方法,四份各管一段,條款號不能互套,這是本文展開的主線。
探測效率不是一個孤立的百分數,而是三個條件同時成立時才有的比值。GB/T 5202-2008 的 3.6 條給出了它的法定定義,儀器效率又叫表面發射率響應,在制造廠規定的三個條件之下測出:探測器的靈敏面積、源的活性面積、源與探測器之間的距離。三個條件缺一個,這個數便沒有落點。
定義式把效率還原成一次相除。探測器表面發射率響應,等于探測到的粒子數與同一段時間內由輻射源表面發射的同類粒子數之比。分子是經本底修正后的計數,分母是表面發射率的約定真值,兩者相除,得到的正是效率。
「表面發射率」這個詞值得停下來看一眼:它指的是從源表面射出來的粒子數,不是源里存著多少活度。一字之差,后面所有的分歧都從這里長出來。
儀器測到的計數率只對應表面發射出來的輻射,不直接對應表面上的放射性活度。發射率與活度是兩把不同的尺子,這一層差別由 GB/T 14056.1-2008 的附錄 A 給出條文依據。
發射率與活度之間不存在簡單而已知的關系,這是附錄 A 給出的一句很硬的結論。原因在于,給定同樣的單位面積活度,單位時間里射出表面的粒子數取決于兩件事:一是源自身的自吸收,它讓射出的粒子變少,二是源襯底材料的反散射,它讓射出的粒子變多。兩件事都隨表面的實際狀態變。
由此推出一條操作原則:校準表面污染儀要以源的發射率為基礎,參考源本身要同時給出活度與發射率兩方面的說明。按活度去校準會踩坑,要得到確定的校準因子,得要求參考源是既無自吸收也無反散射的理想薄源,而這在實際中做不到,對 α 發射體與 β 譜能量高端大約低于 0.4 MeV 的低能 β 發射體尤其做不到。用活度相同但結構不同的參考源去校,只能得到取值分散的一批校準因子。
以發射率為基礎得到的校準因子不依賴源的結構。按發射率校準過的儀器,彼此的靈敏度才可以拿來比較,這是標準推薦這條路的理由。
活度讀數不指明核素便無效,GB/T 5202-2008 的 6.5.3 條在儀器端卡的正是這一條。指示值以活度或單位面積活度表示時,必須明確指明能量范圍或核素。推斷時標準允許假定表面發射率與活度之比為 0.5,但它緊接著說明,由于反散射,更多是由于參考源與樣品之間的自吸收不同,這個比值并不總是 0.5。
可行的解決辦法是選一支能代表被測污染表面的參考源,讓它的自吸收與反散射情況盡量貼近現場。做不到時,得按制造廠的規定去處理。
一句話收束這一節:活度讀數是換算出來的,不是測出來的,換算系數要跟著核素走。
JJG 478-2016 第 5 章的表 1 把合格線寫得很清楚:當放射性平面源距探測器窗表面 5 毫米時,對 241Am 或 239Pu 核素 α 粒子的表面發射率響應不低于 0.20。當平面源距探測器窗表面 10 毫米時,對 204Tl 或 36Cl 核素 β 粒子的表面發射率響應不低于 0.15。
兩條門檻的高低不同,允許的距離也不同,α 的門檻定在 0.20,比 β 的 0.15 更高,而允許的距離反而更近。這不是標準寫反了,而是兩種粒子本身的性質決定的,下一節展開。
GB/T 5202-2008 的 9.2 條看的不是固定下限,而是符合性:探測裝置的表面發射率響應應在制造廠規定數值的 20% 以內,污染監測儀與測量儀應在 25% 以內。換句話說,儀器做到廠商標稱的那樣算合格,標稱多少由廠家自己定。
兩個口徑不能混稱。檢定看的是 JJG 478 的 0.20 與 0.15 這兩條線,型式評價看的是 GB/T 5202 對廠商標稱值的符合性。采購時拿到的樣本標稱 0.30,那只是廠家的說法,站不站得住要拿檢定證書上 0.20 那條線去比。
判定的口徑比表 1 的 ±25% 寬出一檔,原因是標準源自身的不確定度會吃進結果。表 1 寫的是相對固有誤差不超過 ±25%,而 7.3.5 條講判定時給出另外兩個數:相對固有誤差的測量結果不超過 ±35%,且任意兩個檢定測量點的相對固有誤差測量值之差不超過 ±50%,兩條同時滿足才判為符合。規程特意說明,判定時要考慮標準平面源的不均勻性,而標準源本身的不均勻性不超過 10%。
GB/T 5202-2008 的 6.1 條給的是設計要求:探測裝置的設計應使探測器靈敏面積距檢查表面的距離小于 5 毫米(α 探測器)和小于 10 毫米(β 探測器)。JJG 478-2016 的 7.3.3 條在檢定端復述了同一組數,α 標準平面源距窗表面 5 毫米,β 標準平面源距窗表面 10 毫米。
兩份文件給出同一個數,說明它不是建議而是前提:效率是在這個距離上標定的,離開這個距離,讀數便不再對應標稱值。
α 被壓得這么近,是因為效率要在一段空氣里被扣掉,3.9 條把這一段定義成總等效厚度。它指的是從污染表面正常發射的 α 或 β 粒子到達探測靈敏體積所必須穿過的厚度,以單位面積質量來表示,包括粒子在空氣里走過的那一段,加上探測器窗的厚度,有時還包括為防污染直接附著而加的保護膜。
α 粒子在空氣里的射程只有幾厘米,能量越低射程越短。探頭每抬高一毫米,都有一段本可以進入靈敏體積的粒子在空氣里耗盡能量。β 粒子的射程長得多,所以規程給了 10 毫米,比 α 寬出一倍。
掃測時的間距不能憑手感,因為效率恰恰在這一段空氣里被悄悄改掉。手持探頭掃過臺面時,探頭與表面的間距由操作者自己控制。貼著掃與懸著掃讀到的不是同一個數,要讓讀數落在標定值附近,間距得向 5 毫米與 10 毫米靠。
粒子要進入靈敏體積,得先穿過幾層材料,效率全花在這幾層上。GB/T 5202-2008 的 3.9 條把總等效厚度定義清楚了:粒子從污染表面出發,得先穿過空氣與探測器窗,有時還要再穿過一層保護膜,才算進入靈敏體積。窗是其中由廠家決定的那一層,而這一層恰恰常被漏掉。
窗越薄,粒子越容易進來,效率越高。代價分兩個方向。薄窗的機械強度差,探頭貼著粗糙表面掃的時候容易破,薄窗還會讓不該進的粒子進來,那便是串擾。
串擾在標準里有專門的條款,9.6.4 條處理的是 α 輻射對 β 測量儀的干擾,它只適用于窗厚小于 1 mg·cm?2 的探測裝置。做法是把一個 α 源(例如 241Am)放在距探頭表面不超過 10 毫米處,若無外殼,總等效厚度要小于 1.5 mg·cm?2。窗薄到這個量級,α 粒子便穿得過去,被 β 探頭當成自己的信號記下來。
反方向的串擾由 9.6.3 條管:它用活度接近但不超過 370 kBq、橫截面尺寸小于 20 毫米的 90Sr/90Y 源去照 α 污染測量儀,記錄計數率的變化。這一項不適用于同時測量 α 與 β 輻射的儀器,因為這類儀器本來該對 β 有反應。
擋板厚度該用面密度而不是毫米來標,因為同樣的毫米數、材料不同,擋住的粒子數并不一樣。9.6.1 條給出了設計上的對策,標準建議 β 探頭帶某種形式的擋板,用來區分 α 與 β 輻射。擋板材料要用低原子序數的,原子序數小于 22,厚度以單位面積的等效質量來表示。
保護網格是另外一層,6.1 條規定,若探測器靈敏面積表面裝有保護網格,制造廠要給出網格的標稱透過率。標準還要求網格厚度應盡量降低所有角度入射的衰減,以避免準直效應。準直效應說的是斜著進來的粒子比正對著進來的粒子更容易被網格擋掉,結果探頭對入射方向變得敏感,響應隨角度變。
γ 輻射那一路的串擾由 9.6.2 條管,α 污染測量儀的性能應不受 10 mGy·h?1 空氣比釋動能率的影響,這一項用密封的 137Cs 源做。規程還要求用 241Am 產生的輻射重復一次,因為不少場合下 γ 干擾在低能段反而更明顯,那一次的空氣比釋動能率不小于 100 μGy·h?1。
一句話收束:探頭標稱的效率,是扣掉窗、扣掉網格、扣掉擋板之后的凈值,這三層任何一層改了,效率跟著改。
標稱的探測面積不等于有效的探測面積。GB/T 5202-2008 的 3.8 條在給靈敏面積下定義時便埋了一個判據:靈敏面積是制造廠規定的探測器面積,在這塊面積內對小面積源的探測效率超過峰值效率的 50%。
廠家標稱這塊窗是 100 平方厘米,等于承諾這 100 平方厘米里面每一處的效率都不低于峰值的一半。邊界之外仍然有響應,只是不再計入標稱面積。
9.3 條把 50% 這個判據變成了一項可以執行的試驗。用小面積源去檢查探測裝置整塊面積上響應的一致性,要求響應大于所出現的響應峰值的一半。做法是把靈敏面積分成近似相等的若干部分,每一部分的線性尺寸盡可能接近 25 毫米,分區之后逐個讀一遍。只要有一處掉到響應峰值的一半以下,這塊窗的標稱面積要往回收。面積很大的探測裝置(靈敏面積超過 625 平方厘米),分區數量可以降到 100。
分區要分到 25 毫米這個量級,是因為小面積源的定義見 3.5 條,指的是活性表面積線性尺寸不超過 1 厘米的源。用這么小的源在窗面上逐點挪動,才看得出效率在窗面上究竟怎么分布,挪動時源要盡量放在每一分區的中心,相鄰區域不能重疊。
窗面效率分布這一項對選購的含義很具體,兩塊標稱面積相同的窗,窗面上的效率分布可以差很多。分布不均的那一塊,讀數會隨污染斑點在窗下的位置而變,同一處污染換個擺放角度便換一個數。9.3 條要求的不低于峰值的一半,是下限要求,不是什么高指標。
效率是在整塊窗面上平均出來的量,不是某一點上的量,這一點常被漏掉。9.2.2.2 條在講效率測量方法時補了一句:如果源的面積不足以覆蓋整塊靈敏面積,可以用比靈敏面積小的源,在不同位置依次做多次測量,覆蓋探測器的每一部分,但相鄰區域不能重疊。
北京康高特(KGT)代理的白俄羅斯 Atomtex AT1117M 是一款把處理器與探頭分開的多功能輻射檢測儀,它的 α 探頭與 β 探頭各有兩個規格,正好可以把面積的賬算清楚。
α 探頭是 BDPA-01 與 BDPA-02,都用 ZnS(Ag) 閃爍體,探測面積分別是 30 平方厘米與 100 平方厘米。β 探頭是 BDPB-01 與 BDPB-02,都用塑料閃爍體,面積同樣是 30 與 100 平方厘米。兩對探頭除了面積與閃爍體材質,其余標稱指標基本一致:固有相對誤差都在 ±20% 以內,持續運行時間都不低于 24 小時,工作溫度都是 -30 ℃ 到 +50 ℃,防護等級都是 IP64。
探頭面積放大之后,靈敏度漲的倍數與面積倍數并不相等。廠家給出的靈敏度是對參考核素而言、單位粒子流密度所產生的計數率,單位寫作 cps/(p·min?1·cm?2)。BDPA-01 對 239Pu 是 0.15,BDPA-02 對 239Pu 是 0.75,后者是前者的五倍。BDPB-01 對 90Sr+90Y 是 0.3,BDPB-02 對 90Sr+90Y 是 0.9,后者是前者的三倍。
面積從 30 增到 100,倍數是三點三倍多一點,而 α 檔的靈敏度漲到五倍,β 檔漲到三倍。標稱靈敏度不是面積的單值函數,里面還摻著窗厚與光收集效率這些因素,入射窗的有效面積也要算進來,所以不能拿面積去推靈敏度。
加大面積時,量程上限與下限一起往下移。α 檔的粒子流密度范圍,BDPA-01 給出 0.1 到 1·10? p/(min·cm2),BDPA-02 給出 0.05 到 5·10? p/(min·cm2),換到大面積那一檔,下限降了一半,上限也跟著降到原來的一半。
β 檔是同一個走向。BDPB-01 的粒子流密度范圍是 1 到 5·10? p/(min·cm2),BDPB-02 是 0.5 到 1.5·10? p/(min·cm2),下限降了一半,上限降到不足原來的三分之一。
換成表面活度來看也是同一個趨勢,BDPA-01 對 239Pu 的表面活度范圍是 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 對 90Sr+90Y 是 4.4·10?2 到 2.2·10? Bq/cm2,BDPB-02 是 2.2·10?2 到 0.66·10? Bq/cm2。兩頭都往里收。
結論很清楚:加大面積換來的是更低的探測下限,代價是量程上限一起下移,要測本底量級的微弱污染,選 100 平方厘米那一檔。要測活度較高的熱區,30 平方厘米那一檔反而留了更多余量。把大面積探頭當成量程更寬的那一款來買,是買反了。
上限為什么會跟著降,參數表沒有給解釋。一種可能是分辨時間,即計數系統在兩次事件之間來不及分辨的那段時間,高計數率下的損失隨入射粒子數增加而變大。這屬于推斷,本文不作斷言,采購時應當向廠家直接問這一項。
同一臺 AT1117M 換上 BDPS-02 探頭,用法隨之改變。BDPS-02 用的是 GM 計數管,配在北京康高特(KGT)代理的 Atomtex AT1125 或 AT1125A 上,官方說明稱它不但能擴大劑量率量程,還能測 α 與 β 表面沾污。
一支探頭干兩件事,代價寫在粒子流密度的下限上。BDPS-02 的 α 粒子流密度范圍從 2.4 p/(min·cm2) 起,β 粒子流密度范圍從 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。
這兩個倍數可以直接比,因為兩邊用的是同一個單位。順著這個思路還能再走一步:BDPA-01 的 0.1 p/(min·cm2) 不能拿去跟限值的 Bq/cm2 直接比。粒子流密度與單位面積活度之間隔著源效率,正是 GB/T 14056.1-2008 附錄 A 說的那道沒有簡單關系的地方。同一張參數表上同時印著兩種單位,說明廠家已經內嵌了一個換算系數,而這個系數正是 GB/T 5202-2008 6.5.3 條里那個假定為 0.5 卻并不總是 0.5 的比值。
一機多用的價值不在下限,在覆蓋面。BDPS-02 對 X 與 γ 的能量范圍是 20 keV 到 3 MeV,劑量率范圍 0.1 μSv/h 到 30 mSv/h,β 能量范圍 155 keV 到 3.54 MeV,防護等級 IP65。巡測時先靠它把劑量率與沾污一并掃過一遍,發現異常再換專用探頭復測,是更實際的用法。
還有一層是氣體探測器特有的。GB/T 5202-2008 的 8.8 條要求探測裝置的高壓變化 ±3% 時計數率變化不超過 ±15%,并且本底變化應小于 50%。這一項叫工作坪,而工作坪這個概念只對氣體計數管成立。6.1 條還規定,若探測器需要用到計數氣體,制造廠要說明氣體的類型與所需流量。流氣式探頭多一份維護負擔,選型時也要算進去。
β 測量里有好幾個能量門檻,它們分屬不同的文件、不同的用途,串起來用必然出錯。這一節要格外小心。
頭一條是適用范圍。GB/T 5202-2008 的標準名里寫著 β 能量大于 60 keV,低于這條線的 β 不在它的覆蓋之內。JJG 478-2016 的范圍條款照此辦理,明確不適用于測 β 粒子能量低于 60 keV 的儀器。
第二條屬于測量方法。GB/T 14056.1-2008 的適用范圍是 Eβmax 大于 0.15 MeV 的 β 發射體與 α 發射體。同一項標準的第二部分專管氚表面污染,因為氚的 β 譜能量高端只有 18.6 keV 左右,遠在這條線之下。第三部分按前言的劃分應當覆蓋低能 β 發射體,但在標準信息公共服務平臺上檢索,這一部分至今沒有發布,低能 β 目前沒有對應的國標方法可依。
第三條管的是參考核素怎么選。GB/T 5202-2008 的 7.2.3.2 條規定,β 發射體的參考核素用 36Cl 或 204Tl,但若探測裝置用于測量能量小于 200 keV 的 β 粒子,參考核素改用 14C。8.8 條與 8.9 條講工作坪與閾值的試驗時,把這句話又重復了一遍:用于低能 β 測量的場合,應使用 14C 放射源進行試驗,而不使用 36Cl。JJG 478-2016 的 7.1.1 條給出相同的規定,探測器用于測量能量上限低于 200 keV 的 β 粒子時,參考核素為 14C。
第四條出現在限值那一側。GB 18871-2002 的附錄 B 規定,β 粒子譜能量高端小于 0.3 MeV 的 β 放射性物質,其表面污染控制水平可以為表列數值的 5 倍。
第五條屬于校準本身。GB/T 14056.1-2008 的附錄 A 在解釋按活度校準為什么不可靠時,點名了 α 發射體與 β 譜能量高端大約低于 0.4 MeV 的低能 β 發射體。
把這五條擺在一起看,60 keV 與 0.15 MeV 是兩條適用范圍的線,200 keV 管的是參考核素怎么換,其余兩個數一個落在限值側,一個落在校準側。誰也替不了誰。
五條門檻與產品參數碰在一起的地方,落在 155 keV 到 200 keV 這一段窄窗口里。BDPB-01 與 BDPB-02 標稱的 β 能量范圍從 155 keV 起,這個下限低于參考核素切換的那條 200 keV 線,同時又剛好貼在 GB/T 14056.1-2008 適用范圍那條 0.15 MeV 線的上方。在這一段里,方法標準勉強適用,規程卻要求換用 14C 來校,廠家標稱的靈敏度按 90Sr+90Y 這種高能 β 給。
這一段正是讀數失真的高發區。用高能核素標出來的效率去套低能 β,會得到偏低的活度讀數,結果是污染被低估。要在這一段出數,校準源得換成 14C,不能沿用出廠時那一張證書。
選探頭有兩種思路。一種是從儀器的量程正推,看它能測多低,另一種是從限值倒推,看要判定的那條線在哪兒,再往回找夠用的探頭。后者更可靠。
GB 18871-2002 附錄 B 的表 B11 給出了工作場所的放射性表面污染控制水平。緊貼人體的那一檔包括手、皮膚、內衣以及工作襪,α 放射性物質為 0.04 Bq/cm2,β 放射性物質為 0.4 Bq/cm2。穿戴物那一檔是工作服、手套、工作鞋,控制區與監督區都按 α 為 0.4 Bq/cm2、β 為 4 Bq/cm2 掌握。環境與物件那一檔涵蓋工作臺、設備、墻壁、地面,控制區的 β 為 40 Bq/cm2,監督區的 β 為 4 Bq/cm2。
表列數值指的是固定污染與松散污染的總和。這個口徑要與測量方法對上:GB/T 14056.1-2008 的 3.5 條說得很明白,直接測量測到的正是固定污染與可去除污染之和,但它可能受到來自被測物件內部或環境輻射的影響。
限值表里還有兩條規定容易被漏掉,一條管平均面積,一條管解控。表面污染水平可以按一定面積上的平均值來計算,皮膚與工作服取 100 平方厘米,地面取 1000 平方厘米。解控這一條說的是,工作場所里的設備與用品,經去污使其污染水平降到表列設備類控制水平的五十分之一以下,經審管部門確認同意后可以當作普通物品使用。控制區設備類那條線是 40 Bq/cm2,除以五十得到 0.8 Bq/cm2,設備想解控得壓到這個數以下。
平均面積那一條規定與探頭面積直接相關。人體表面與工作服的評價面積取的是 100 平方厘米,而 BDPA-02 與 BDPB-02 的窗面正好也是 100 平方厘米。這不只是數字上的巧合,而是說用 100 平方厘米的窗去掃人體與工作服,一次讀數覆蓋的正是標準規定的那塊評價面積。用 30 平方厘米的窗去掃同一處,得挪三次再平均。
倒推的另一個用處是看清余量。BDPB-01 對 90Sr+90Y 的標稱表面活度下限是 4.4·10?2 Bq/cm2,與人體表面的 β 控制水平 0.4 Bq/cm2 相比,只相當于后者的九分之一。BDPB-02 的下限是 2.2·10?2 Bq/cm2,相當于十八分之一,兩支探頭都夠用,余量差了一倍。
α 側的余量更大。BDPA-01 對 239Pu 的標稱下限是 3.4·10?3 Bq/cm2,與 0.04 Bq/cm2 相比相當于十二分之一。BDPA-02 是 1.7·10?3 Bq/cm2,相當于二十四分之一。
這些倍數只是量級上的參考。廠家把粒子流密度換算成 Bq/cm2 時用的系數并沒有印在參數表上,而 GB/T 5202-2008 的 6.5.3 條已經說明過,那個比值并不總是 0.5。余量究竟有多大,說到底要用與現場污染形態接近的參考源校過才算數。
直接測量與間接測量測的不是同一件事。GB/T 14056.1-2008 的 3.5 條說得很清楚,直接測量測到的是固定污染與可去除污染之和,但它可能受到來自被測物件內部或環境輻射的影響。3.6 條定義的間接測量走的是另一條路,用擦拭法把表面上的可去除污染取下來,再去測轉移到擦拭材料上的活度。
兩條路之間隔著一道系數。3.8 條把去除因子定義為擦拭樣品從表面去除的活度與該次取樣前可去除的總活度之比。擦拭不可能把污染全部帶走,這個比值通常明顯小于 1,于是活度換算里除了探測效率之外,還要再壓上一道去除因子。
兩道系數疊在一起,不確定度也疊在一起。效率那一道落在探頭本身、測量時的距離、被測核素種類這三處。去除因子那一道落在擦拭材料、所用潤濕劑、擦拭手法那三處。任何一道取的是估計值,那個 Bq/cm2 讀數便帶著兩重不確定度。這也解釋了第 6 章為什么要求記錄里寫明擦拭材料是干的還是濕的、用的什么潤濕劑、去除因子是實測的還是假設的。
擦拭力度既不能過重也不能過輕,兩頭都會讓讀數出偏。3.2 條在解釋固定污染時給了一條注:正常工作條件指的是人體與表面正常的非事故性接觸,或人直接操作的設備部件與表面之間的非破壞性接觸,擦拭法的作用強度應當與這類機械作用相符合。擦得過重,會把本不算可去除的污染一并擦下來,讀數偏大,擦得過輕,可去除的部分留在原地,讀數偏小。
固定與可去除的邊界本身還會移動。3.3 條的注提到,由于水分與化學試劑的影響,或者由于腐蝕與擴散的結果,在沒有任何人為作用的情況下,固定污染可能變成可去除的污染,反過來也一樣,蒸發與揮發還會讓污染減少。同一處表面隔一段時間再測,兩次結果不同未必出在儀器上。
擦拭樣品拿去測的時候,幾何條件要向校準時的條件看齊。擦拭樣品與探測器窗的距離按 GB/T 5202-2008 的 6.1 條掌握,α 不大于 5 毫米,β 不大于 10 毫米。讀數的時間間隔也有講究,7.4 條要求相鄰兩次讀數之間的時間間隔至少為響應時間的三倍。讀數排得太密,相鄰兩次便不再相互獨立,取來的平均值便失去意義。
一句話收束:間接測量的結果上疊著效率與去除因子兩道系數。只把儀器送去檢定、不管擦拭這一頭,等于只校準了其中一道。
效率要跟著報告一起走。GB/T 14056.1-2008 的第 6 章列出了污染測量記錄宜包括的內容,與效率直接相關的那幾項包括:所用儀器及其編號、儀器效率及校準日期、參考源的核素及其單位面積表面發射率、污染的儀器讀數、本底讀數、單位面積的放射性活度。做間接測量時還要記下擦拭材料是干的還是濕的、用的什么潤濕劑、去除因子是實測的還是假設的。
這份清單的價值在于可追溯。同一處污染隔半年復測,若兩次記錄里的參考源核素不同,那么兩個數字不該直接比較。去除因子一次實測一次假設,兩份結果之間也隔著一層口徑差。
GB/T 5202-2008 的 12.1 條在另一側給了對稱的清單,規定合格證書上必須印出哪些資料。對探測裝置,要求給出對參考核素的儀器效率、儀器效率隨 β 能量的變化(限 β 探測器)、探測裝置表面的響應變化、探測器窗的靈敏區域、保護格柵的透射特性,以及源與探測器靈敏體積之間材料的單位面積總質量。對測量儀與監測儀,清單里還多了預熱時間,以及環境溫度、相對濕度、大氣壓力這幾項使用條件。
這兩份清單合起來,構成選型與驗收的提問單。問廠家要效率,要的是對哪一個核素的效率。問效率隨 β 能量的變化,問的是 9.5.2.1 條要求的那三檔能量各自的數,從小于 0.2 MeV 到 0.2 MeV 至 0.5 MeV,再到大于 0.5 MeV。問探測裝置表面的響應變化,問的是 9.3 條那個不低于響應峰值一半的判據做到了多少。問源與靈敏體積之間材料的單位面積總質量,問的正是 3.9 條那個總等效厚度。
還有一條幾何條件上的紀律。GB/T 14056.1-2008 的 5.5 條要求,儀器效率應在已知的幾何條件下測定,并且這個幾何條件要與其后的直接測量或間接測量的條件盡可能接近。現場如果是在管道弧面上測,而校準是在平板上做的,幾何已經不一致了,這一層不會體現在任何參數表里,只能靠作業規程去補。
周期那一頭由 JJG 478-2016 的 7.5 條管,α、β 表面污染儀的檢定周期一般不超過 1 年。本底計數率這一項容易被輕看。規程表 1 對它的要求只是滿足出廠技術指標,而 7.3.2 條的做法是開機預熱后連續測量本底至少 10 次取算術平均值。本底漂移不會讓儀器報錯,只會讓低水平的讀數悄悄偏掉,兩次檢定之間的期間核查值得做。
把前面幾節串起來,配探頭的問題可以收斂成四個問句。測的是 α 還是 β,還是兩種都要。判定線落在哪一條限值上,是 0.04 Bq/cm2 那一檔還是 4 Bq/cm2 那一檔。現場核素的 β 能量在哪一段,有沒有落到 200 keV 以下。巡測為主還是定點定量為主。
四個問句指向的配置不一樣。以巡測為主、先掃一遍再說的場合,北京康高特(KGT)代理的 Atomtex AT1125 或 AT1125A 配 BDPS-02 更合適,一支 GM 計數管探頭把劑量率與沾污都覆蓋住,代價是 α 通道的下限高出專用探頭二十倍以上。以人員體表與工作服的定量為主的場合,BDPA-02 與 BDPB-02 這兩支 100 平方厘米的窗更合適,一次讀數覆蓋的正好是 GB 18871-2002 規定的 100 平方厘米評價面積,下限也壓得更低。活度較高的設備熱區用 30 平方厘米的 BDPA-01 與 BDPB-01,量程上端留的余量反而更足。
需要說明一處邊界。北京康高特(KGT)自有的 RS1121 與 RS1123 是 X、γ 劑量率儀,官方口徑是能搜尋 500 keV 以上的 β 放射源,低于 500 keV 的 β 不在探測范圍內。它們的作用是找源,不是按 Bq/cm2 出數。要出表面污染的定量結果,得換到 α 與 β 探頭這一檔。
參考源那一頭還有一條時效上的提醒。GB/T 5202-2008 與 GB/T 14056.1-2008 的規范性引用文件里寫的都是 GB/T 12128 的 1989 年版,而那一版已經廢止。現行的是 GB/T 12128-2026《用于校準表面污染監測儀的參考源 α、β和光子發射體》,2026 年 3 月 31 日發布,2026 年 10 月 1 日實施。新版名稱里多出了光子發射體,覆蓋面從原來的 β 與 α 兩項,擴到了 α、β、光子三項。送檢與采購參考源的時候,應當按新版的編號去提。
探測效率常被當成儀器的一項參數,實際上它是貫穿校準與檢定、一路延伸到記錄的一整套口徑。它帶著靈敏面積與源活性面積這兩個條件,還帶著源與探測器之間的距離。它先被窗削掉一截,又被網格與擋板各削一截。它隨 β 能量分檔而變。到末了還要乘上一個并不總是 0.5 的系數,才變成 Bq/cm2。
現行標準把這套口徑拆成了四份文件。GB/T 5202-2008 定儀器性能,GB/T 8997-2008 定校準方法。JJG 478-2016 定法制檢定,GB/T 14056.1-2008 定測量方法。四份文件里的能量門檻各管一段,60 keV 與 0.15 MeV 說的是適用范圍,200 keV 說的是參考核素怎么換,另外兩個數分列在限值側與校準側,彼此不能互換。
選探頭因此不是比對參數表,而是先把四個問題回答清楚:測哪種射線、限值在哪一檔、核素能量在哪一段、以巡測為主還是以定量為主。四問落地之后,30 平方厘米還是 100 平方厘米,ZnS(Ag) 還是塑料閃爍體,專用探頭還是一機多用,取舍才有答案。
把答案寫進記錄,效率才算真正落了地。