1、JJF中华人民共和国国家计量技术规范JJFXXXX XXXX闪烁体探测器 谱仪校准规范Calibration Specification for Ray Spectrometers of Scintillation Detector(征求意见稿)XXXX XX XX 发布 XXXX XX XX 实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发布JJFXXXX XXXX闪烁体探测器 谱仪校准规范Calibration Specification for RaySpectrometers of Scintillation Detector归口单位 : 全国电离辐射计量技术委员会起草单位: 上海市计量
2、测试技术研究院中国计量科学研究院本规范委托全国电离辐射计量技术委员会负责解释JJFXXXX-XXXXJJFXXXX XXXX本规范主要起草人：何林锋 (上海市计量测试技术研究院)唐方东（上海市计量测试技术研究院）梁珺成（中国计量科学研究院）参加起草人：陆小军（上海市计量测试技术研究院）刘皓然（中国计量科学研究院）JJFXXXX XXXX1目录引言 21 范围 32 引用文件 33 术语和计量单位 33.1 术语 33.2 计量单位 34 概述 35 计量特性 45.1 能量分辨率 45.2 本底 46 校准条件 .46.1 环境条件 46.2 测量标准 .47 校准项目和校准方法 57.1 能
3、量分辨率 57.2 本底 57.3 探测效率或响应 58 校准结果表达 69 复校时间间隔 6附录 A7附录 B8附录 C9JJFXXXX XXXX2引言本规范依照JJF 1071-2010国家计量校准规范编写规则起草。本规范的编制主要参考JJF 1001-2011通用计量术语及定义 、GB/T 4960.6-2008 核科学技术术语第 6部分：核仪器仪表 、IEC 61453-2007核仪器.放射性核素分析用闪烁体探测器系统 .校准和常规测试等技术资料。本规范为首次制定的国家计量校准规范。JJFXXXX XXXX3闪烁体探测器 谱仪的校准规范1 范围本规范适用于闪烁体探测器 谱仪的校准。闪烁
4、体探测器包括碘化钠、锗酸铋、溴化镧等。本规范不适用于高纯锗 谱仪的校准。2 引用文件本规范引用下列文件：JJF 1001-2011通用计量术语及定义 GB/T 4960.6-2008 核科学技术术语第 6 部分：核仪器仪表 IEC 61453-2007核仪器.放射性核素分析用闪烁体 探测器系统.校准和常规测试凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。3 术语和计量单位3.1 术语JJF 1001-2011、GB/T 4960.6-2008 界定的及以下术语和定义适用于本规范。3.1.1 本底 background无被测
5、样品时仪器的读数。3.1.2 计数率 count rate单位时间内仪器的计数。3.1.3 半高宽 full width at half maximum在脉冲高度谱中，单峰峰值一半处两点横坐标之间的距离。3.2 计量单位3.2.1 放射性 活度：贝可勒尔 ；符号：Bq 。3.2.2 放射性 比活度：贝可每千克；符号：Bqkg -1。4 概述闪烁体探测器 谱仪由探测器（包括：闪烁体，光电倍增管或其他光学器件） 、JJFXXXX XXXX4铅屏蔽室、高压电源、线性放大器、多道分析器、能谱数据处理与显示系统等组成，辐射探测器材料通常采用 NaI(Tl)、BGO、LaBr 3 等。 射线与探测器相互作
6、用，产生的电脉冲信号由电子学系统分析和记录，形成 射线幅度谱。 谱仪经能量与效率刻度后，用来分析出样品谱，便可以得到该样品中核素的活度。主要用于对建筑、装饰材料和环境样品等作 放射性核素分析、活度测量。5 计量特性5.1 能量分辨率以 137Cs 核素的 661.7 keV 全能峰的半高宽除以峰位计算（按道数算） ，能量分辨率不超过 9 %。5.2 本底无被测样品时仪器在能区（593000）keV 内计数率不大于 10 s-1（cps） 。 注：以上指标不用于合格性判别，仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件6.1.1 实验室温度：（205），测量过程中环境温度变化不超过 2。6.1.2 相对
7、湿度：不大于 85%。6.1.3 周围环境剂量当量率不超过 0.25Svh-1。6.1.4 校准时，仪器不应受到震动和电磁场干扰。6.2 测量标准6.2.1 放射性点参考源用于测量仪器的能量分辨率。推荐核素： 137Cs，活度范围：（ 10310 4）Bq，不确定度： Urel = 5%（k =2） 。6.2.2 放射性体参考源用于测量仪器探测效率或响应。通常以已知活度放射性核素均匀的掺杂在确定的介质里，密封于与仪器探测器相匹配的测量容器中，一般采用外径 75mm，高 70 mm（内径 70mm，内高 57mm）的圆柱体塑料盒来封装。推荐核素： 40K、 226Ra、 232Th，活度范围：（
8、510 2110 4）Bq，不确定度不超过 6 %（k=2） 。JJFXXXX XXXX57 校准项目和校准方法7.1 能量分辨率闪烁体探测器 谱仪开机预热稳定 1h，将 137Cs 点参考源置于仪器探测器正上方合适的位置进行测量，全能峰面积计数不少于 10000，记录 661.7 keV 全能峰的半高宽和峰位（用道数表示） ，仪器能量分辨率按式（1）计算。E= 100%（1）式中：RE 仪器能量分辨率，%；FWHM 全能峰的半高宽，无量纲；D 峰位（用道数表示） ，无量纲。7.2 本底探测器至于铅屏蔽室，关闭铅屏蔽室，测量时间 30min，计算（593000）keV全谱计数，按式（2）计算仪
9、器本底。（2）b=式中：Nb 仪器本底，s -1（cps） ；H （593000 ）keV 全谱计数，无量纲；Tlive 测量活时间（由仪器给出） ，s。7.3 探测效率或响应闪烁体探测器 谱仪的探测效率或响应与被测量的核素（光子能量）有关，校准时先将 40K 体参考源紧贴闪烁体探测器放置，关闭测量室（铅室）盖后测量，40K（1460.8 keV）全能峰面积计数不少于 10000，重复测量 3 次，按式（3）计算单次探测效率或响应：= 100%（3）式中：JJFXXXX XXXX6 当仪器读数为活度或比活度时， 为第 i 次对被测核素的探测效率，%； 当仪器读数为计数率时， 为第 i 次对被测
10、核素的响应，s -1Bq-1；Ni 仪器对体参考源读数（峰面积） ，Bq、s -1；Nbk 仪器本底谱中核素全能峰的读数，Bq、s -1；A 体参考源的活度值，Bq。仪器的探测效率或响应按式（4）计算。（4）n1i式中： 仪器探测效率或响应，%或 s-1Bq-1；n=3 重复测量次数。分别对 226Ra（子体 214Bi：1764.5keV）和 232Th（子体 208Tl：2614.5keV）体参考源以上述方法测量闪烁体探测器 谱仪对 226Ra 和 232Th 的探测效率或响应。8 校准结果表达按本规范进行校准，出具校准证书，校准证书内页格式见附录 B；校准结果应给出探测效率或响应测量结果
11、的不确定度（评定示例见附录 C） 。9 复校时间间隔建议复校时间间隔为 24 个月。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等多种因素所决定的，因此，送校单位可根据实际使用情况自主确定复校时间间隔。JJFXXXX XXXX7附录 A校准记录推荐格式A.1 能量分辨率半高宽FWHM峰位D 能量分辨率 / %A.2 本底（593000）keV 总计数 测量活时间 / s 本底计数率 / s-1A.3 探测效率或响应体参考源核素能量峰位处本底计数/ Bq s -1仪器对体参考源读数（峰面积）/ Bq s -1探测效率或响应/ % s -1Bq-1第一次第二次40K（1460.8
12、 keV）第三次第一次第二次226Ra（子体214Bi： 1764.5keV）第三次第一次第二次232Th（子体208Tl：2614.5keV）第三次JJFXXXX XXXX8附录 B用于闪烁体探测器 谱仪校准证书内页内容B.1 校准证书内页内容至少应包括下列信息：a) 被校对象的名称、型号、编号；b) 本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；c) 本次校准时的环境条件；d) 校准结果及其测量不确定度的说明。B.2 校准结果1、能量分辨率（对 137Cs 的 661.7keV）2、本底（59 keV 3MeV）3、探测效率或响应JJFXXXX XXXX9附录 C闪烁体探测器 谱仪对 40K
13、体参考源的响应测量结果的不确定度评定示例C.1 测量条件与测量方法C.1.1 环境条件实验室温度：（1525）C，相对湿度：（4575）% 。周围环境无影响测量的电磁场。C.1.2 测量标准40K 体参考源，外尺寸：75mm70mm（内填充尺寸： 70mm57mm） ，活度：3997.7Bq，净重 220.0g，U rel=5.0%（k=2） 。C.1.3 测量对象闪烁体探测器 谱仪的响应。C.1.4 测量方法将 40K 体参考源紧贴闪烁体探测器，然后关闭测量室（铅室）盖后测量， 40K（1460.8 keV ）峰位面积计数大于 10000 后择时停止测量，连续测量 3 次，用全能峰内的计数率
14、（s -1 或 cps）扣除全能峰内本底计数率后的净计数率（ s-1 或 cps）除以 40K 体参考源的活度(Bq)，即可得到该仪器对 40K 体参考源的响应（s -1Bq-1） 。C.2 评定模型= 100%式中： 仪器对 40K 体参考源的响应，s -1Bq-1；N 仪器对 40K 全能峰面积计数率，s -1；Nb 40K 全能峰本底计数率， s-1；A 40K 体参考源的活度值，Bq。 C.3 输入量的标准不确定度评定JJFXXXX XXXX10C.3.1 输入量 N 的标准不确定度 u(N)的评定输入量 N 的标准不确定度来源主要是闪烁体探测器 谱仪的测量重复性以及体参考源在探测器表
15、面位置的变化。前者可以通过连续测量得到，采用 A 类方法评定；后者可以用实验得到测量值,采用 B 类方法评定。C.3.1.1 由测量重复性引入的相对标准不确定度 u(N1)的评定任意选择 1 台闪烁体探测器 谱仪,在重复性测量条件下对 40K 体参考源连续测量 3 次,每次 4000s,测量结果见表 C.3-1。表 C.3-1 某型号闪烁体探测器 谱仪试验结果参考源 活度/ Bq 测量次数全能峰本底计数率/ s-1全能峰面积全能峰计数率 N/ s-1响应10-3 / s-1Bq-11 32711 8.22 31231 7.840K 399730.131600 7.92.0重复性测量时，n =3
16、，用极差法求得全能峰计数率 N 的实验标准差，查表得dN=1.69，则得到：s（N）=(8.2-7.8)/1.69=0.24 s -13 次测量全能峰计数率 N 的平均值的标准差：s( )= =0.14 s-1（ ）3即由测量重复性引入的标准不确定度 = s( )= 0.14 s-1(1) C.3.1.2 由参考源与探测器表面位置的变动引入的标准不确定度 u (N2)的评定校准时， 40K 体参考源置于半导体探测器 谱仪探头的中心位置，探头上顶面为 80mm 的圆面， 40K 体参考源尺寸为 75mm70mm。以探头中心处为原点作X、Y 轴，体参考源置于中心时，底面为半径 r=37.5mm 的
17、圆，相对原点在 X、Y轴方向，10% r 范围内移动体参考源进行测量，得到全能峰计数率的变化，见表C.3-2 所示。JJFXXXX XXXX11表 C.3-2 40K 体参考源在探测器表面位置变化对全能峰计数率的影响全能峰计数率/s-1参考源 活度Bq -3.8mm -1.9mm 0mm 1.9mm 3.8mm40K 3997 7.84 7.92 8.01 7.95 7.79体参考源底面中心相对原点位置改变 10%所引起的全能峰计数率变化范围，即为不确定区间的宽度，故不确定度区间半宽度：a= = 0.19 s-1(8.017.84)+(8.017.79)2 区间内计数率均匀分布，取包含因子 k
18、 = ,则：3u(N2)=a/k=0.19/ =0.11 s-1C.3.1.3 输入量 N 的标准不确定度 u (N)的计算：u(N)= =0.17 s-1 (1)2+ (2)2C.3.2 输入量 Nb的标准不确定度 u(Nb)的评定40K 作为一种天然放射性核素，广泛存在周围环境介质中，在进行效率计算时，需要将全能峰内的本底计数扣除，这些计数可能来源于宇宙射线、仪器噪声、铅屏蔽体以及周围环境中的微弱放射性，因此，本底引起的不确定度主要来源于仪器的统计涨落。采用 24h 的本底测量谱进行 40K 全能峰内的本底不确定度评估如下：全能峰内 24h 本底读数 n =8640输入量 Nb 的标准不确
19、定度 u (Nb) =s(Nb)= = =0.0011 s-1() 8640243600C.3.3 输入量 A 的标准不确定度 u(A)的评定输入量 A 的标准不确定度来源主要是 40K 体参考源活度值的不确定度，可根据溯源证书给出的不确定度值评定，采用 B 类方法评定。40K 体参考源活度的不确定度为 5.0%，包含因子 k=2，换算为绝对量时乘上相应的源活度 3997 Bq 即得：JJFXXXX XXXX12u(A)= =99.9 Bq5.0%39972C.4 合成标准不确定度的评定C.4.1 灵敏系数ns 对 的灵敏系数： =0.00025 Bq-11=1 nb 对 的灵敏系数： =-0
20、.00025 Bq-12=1 A 对 的灵敏系数： =-4.910-7 s-1Bq-23=()2 C.4.2 标准不确定度汇总表表 C.4-1 标准不确定度汇总表标准不确定度u(xi)不确定度来源 标准不确定度值*灵敏系数 ci |ci|u(xi)10-4 /s-1Bq-1u(N) u(N1)u(N2)全能锋计数率测量不重复性源位置0.17 s-10.14 s-10.11 s-10.00025 Bq-1-0.43-u(Nb) 本底计数率的不确定度0.0011 s-1 -0.00025 Bq-1 0.0028u(A) 标准源量值的不确定度99.9 Bq 4.910-7 s-1Bq-2 0.49
21、C.4.3 合成标准不确定度 uc()的计算输入量 u(N)、u( Nb)和 u(A)互相独立不相关，合成标准不确定度可按下式得到：uC 2()=c1 u(N)2 + c2 u(Nb)2 + c3u(A)2 代入后得到 uC()= 6.510-5 s-1Bq-1相对合成标准不确定度为：uCrel ()= =3.3%()100%=6.51052.0103100%C.5 相对扩展不确定度的评定取包含因子 k=2，得到相对扩展不确定度：Urel =k ucrel( )= 6.6%闪烁体探测器 谱仪对 40K 体参考源的响应测量结果的扩展不确定度为：Urel = 6.6%，k=2_JJFXXXX XXXX13
