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日志

〔辐射测量讲稿节选〕为什么辐射剂量仪的允许误差如此之大? ... ... ... ... ... ...

热度 33已有 1082 次阅读2013-10-7 21:45 | 辐射剂量仪, 测量

按:这是我以前写的“射线防护”讲稿的一部分。在讨论“D—t代替D--k胶片特性曲线” 时,想起了这篇文章讨论的辐射剂量仪测量值k误差很大,准确度不高的问题。因此,决定发表它。网发前,根据GBZ128-2002做了些修改。如有不当,请指正。

截止今天,自20108月以来,我不知好歹地在远东网发表日志(不包括删除的)有300篇了。让朋友们见笑了。谢谢坛友们的鼓励和宽容!

0 序言

GBZ128-2002 《个人外照射监测规范》第6.1e)要求射线剂量测量仪器:因能量响应和角响应共同引入的误差应不大于30%。有些商家广告宣称:

剂量误差          <±15% (整个测量范围)
剂量率误差        <±20% 10µSv/h ~ 10Sv/h

为什么射线剂量测量仪器的允许误差可以如此之大?本文尝试以常用的X或γ射线空气电离室式仪器为例,来回答这个问题。

1 空气对X或γ射线的吸收剂量和剂量率实在是太小了

我们在讨论X或γ射线在空气中的衰减时,常常把空气的衰减忽略不计。然而,因为射线与气体作用效果比较明显,方便计量,我们在测量X或γ射线剂量(照射量)和强度(照射量率)时,恰恰又常用空气作吸收介质,利用它对射线的衰减,利用射线与空气的电离作用(光电效应产生光电子,康普顿效应产生的反冲电子,以及这些电子再电离),统计计量射线对空气的电离效果。但是,空气对X或γ射线的吸收剂量和剂量率实在是太小了。

1.1    单位之间的换算关系

照射量的单位为C/Kg(库伦/千克),比释动能或吸收剂量的单位为Gy(戈瑞,1戈瑞=焦耳/千克=J/Kg),剂量当量单位为Sv(西沃特,1Sv= J/Kg)。对X或γ射线,对空气照射而言,从能量关系可以认为:

1C/Kg=33.73Gy=33.73Sv          (1)

        1Gy=1Sv=0.0297C/Kg                    (2)

    笔者注:系数33.73,是取自X或γ射线从空气分子中电离出一个电子---离子对消耗的电离能为33.73eV

1.2 由年剂量限值推算照射量

GBZ128-2002 《个人外照射监测规范》规定:一般情况下,个人外照射年剂量限值为20mSv。那么,这个限值折合成全年的照射量有多大呢?

   E=20mSv≈20X0.0297mC/Kg=0.594mC/Kg

这就是说,全年累计照射1Kg质量的空气,产生的电量不应超过0.594毫库伦。这个数值太小了。

1.3 由控制区边界限值推算照射量率

防护标准,对X或γ射线控制区边界外空气比释动能率限值,是一样的:15μGy/h这个限值折合成照射量率(强度)有多大呢?

   I=15μGy/h=15X0297μ.C/(Kg.h)=0.445μ.C/(Kg.h)

如果以C/s(库伦/)=安培来表示电流大小的话,该X或γ射线电离1Kg质量空气,产生的限值电流大约为

   I=0.455X10-6C/3600s=1.26X10-10安培

这个电流也实在太小了。

笔者注: 测量仪可能有放大显示电路,但也更容易产生失真偏差。

2 空气电离室式仪器的影响因素太多了

2.1  空气电离室式仪器结构本身

a)体积大小和长宽比

b) 空气电离室四壁材料;

c)收集电极的大小和电压高低;

d) 气体压强,温度;

另外,还有放大显示电路引起的偏差,等等。

以上因素,会严重影响射线对空气电离效果显示的准确性。比如,电离室内空气体积太小,测量结果会受其四壁材料的影响,减小测量的电量和电流;如果电离室内空气体积太大,长度太长,电离后的电子和离子,可能在奔向正或负电极途中又复合了,也减小测量电量和电流,凡此等等。

2.2 能量响应和角响应引起的误差

2.2.1 射线强度相同,但因其能量不同,空气吸收强度为I也应不同

射线强度Io大约与打靶电子电压的平方和管电流成正比。按射线强度衰减律:

I=Io.e-μt ,空气吸的强度为I=Io-I

笔者在《关于空气衰减系数的计算和讨论》中,曾有如下结论:

对应0.15MeV能量的μ、h

μ=0.000164/cm

         h=0.693/(0.000164/cm)=4226cm42m

对应1MeV能量μ、h

μ=0.0000756/cm

h=0.693/(0.0000756/cm)=9167cm92m

从理论上说,相同体积的空气探测器,通过能量为0.15MeV(150KeV)1MeV两种射线,虽然强度相同,但前者的线衰减系数为后者的两倍多(164/75.6),相应的空气吸强度为I’( 也可视为照射量率)不同,前者也应比后者大一些。由此引伸的两种能量不同射线对仪器的照射量,也不应相同。

我不明白: 这个问题为什么没有资料讨论?还是把这个问题归入了“能量响应” 部分呢?

2.2.2 能量响应误差

资料〔1〕第186页有下列叙述:

 能量响应 理想的测量仪器应该是不论射线能量大小,只要照射量相同,其仪器的响应就应该相同。然而事实上仪器的响应总是随着射线能量不同而产生一定差异,这种差异越小,仪器的能量响应越好。对剂量率仪表,一般要求与Cs137(笔者注:能量为0.661MeV)相比,在50KeV3MeV范围内的能量响应差异不大于±30%。对于数百千电子伏特以上的光子来说,能量响应差别不大,但对100KeV以下的光子就需要注意仪器的能量响性能与被测光子的能量是否相适应。

关于能量响应误差,怎么测量的问题,我还弄不大不懂,可能在以后杂记中做进一步讨论;希望有关专家指教。

2.3 角响应误差

测量仪器的方向性引起的误差。对主或漏射线测量,应遵守相关规定,涉及人的因素。如主射线剂量率测量,应尽量对准主射束轴线,并远离可能的散射源。

2.4 统计涨落误差

统计涨落误差是辐射物理的重要概念,其根源在微观粒子的测不准原理。资料〔2〕第85页认为:测不准原理是微观粒子---量子的客观规律,不是测量技术和主观能力的问题。关于这方面的内容,我将在以后的杂记中,发表些浅见。

由于辐射测量统计涨落的标准误差,通常不大于1%,与仪器结构、能量和角响应引起的误差相比,可以忽略不计。所以,无损检测人员可以不去关注它。

3 结论

由于空气对X或γ射线的吸收剂量和剂量率实在是太小,以及对测量仪器的影响因素太多,加之,如国际辐射测量委员会指出的: 考虑到限值是在偏于保守方式下导出的,所以在辐射防护中似乎不需要有很高的准确度(见资料〔1〕第186)因此,辐射剂量仪---探测器的允许误差难免和可以如此之大。

笔者注: 准确度是相对标准公差,国际辐射测量委员会要求剂量仪准确度不大于±30%

编后话

    本文潜在的含义是:应该用在辐射防护中的射线剂量仪,用在胶片感光特性的剂量测量上,合适么?当然,作为胶片吸收剂量仪器,,它们测量值可能大很多。但它们的允许误差会很小么?

参考资料

1强天鹏主编.射线检测〔M(2007).

2〕褚圣麟编.原子物理学〔M.高等教育出版社,1979.


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发表评论 评论 (4 个评论)

回复 阳光晨露01 2013-10-16 13:42
前辈,您好!请教一下!我们买了个数字X射线报警器,在不开射线机的情况下,把它放在办公室里,他的显示读书是0.20μSv/h,这是自然环境中的辐射吗?这个伤身体吗?谢谢!
回复 梁金昆 2013-10-16 18:14
阳光晨露01朋友:您好!您的数字X射线报警器显示的读数为室内天然本底辐射(自然环境中的辐射)数据。这个水平,还不致造成人体伤害。您可测试一下,办公室外,天然本底辐射可能还要低一些,希望您能将测量数据告诉我。谢谢!
回复 阳光晨露01 2013-10-17 20:55
回复梁老师:测试地点徐州,天气晴朗,中午11点,测试位置露天,四周50-100M外有工厂,报警器数据最低值0.13μSv/h最高值0.19μSv/h,晚上20点30分,测试数据和白天差不多。
回复 梁金昆 2013-10-18 17:00
阳光晨露01朋友:您好!谢谢您提供的室外天然本底辐射数据。至于室内为什么比室外高,希望专家们当个基础理论问题研究。祝安好!

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