应急防护用光子辐射周围剂量当量率仪计量校准技术研发及服务

一、服务背景
      近年来，核能发展迅速。2019年，全国核电发电量3483.5亿千瓦时，占全国发电量的比重为4.6%，比上年提高0.6个百分点。中国运行核电机组47台，居世界第三；在建核电机组11台，居世界第一，核电供应能力持续增强。核能发展带来了新的动力，同时也伴生着安全风险和挑战。核安全对于核能的健康发展具有关键影响。提升核与辐射事故应急能力，是实施科学有效安全监管的重要组成部分。

      应急防护用光子辐射周围剂量当量率仪，又称便携式高量程光子辐射周围剂量当量（率）仪，是指用于特定核事故应急场合测定由外照射光子辐射产生的周围剂量当量H*(10)(率)的便携式辐射防护测量仪器，是核电站等核设施必备的监测仪器，用于核岛内部循环水及排出流等剂量监测，以及事故应急状态下辐射剂量监测，其量值的准确性至关重要。

      在辐射防护仪器中，应急防护用光子辐射周围剂量当量率仪是一个较为特殊的品种，其量程高于通用型便携式辐射剂量当量率仪，ICRP建议应急防护用仪器剂量当量率范围覆盖1mSv/h~10Sv/h，其测量范围至少包括4个数量级。只有这样才能满足核电站应急防护所需的高量程覆盖，同时满足日常

      监测和应急报警功能。因此，应急防护用光子辐射周围剂量当量率仪量值的准确性需要得到保证，其计量校准技术方法研究至关重要。

      由于相关计量校准技术并不完全适用于该款仪器，在日常仪器计量计量服务和业内交流过程中，收到了客户及业内同行对于应急防护用光子辐射周围剂量当量率仪校准的迫切需求。同时，应急防护用光子辐射周围剂量当量率仪校准技术的瓶颈在于能够覆盖1mSv/h~10Sv/h剂量率范围的单一射线质的参考辐射场较为稀少。由于Sv/h级剂量当量率要求137Cs参考辐射源活度达到1013Bq级别，受限于高活度137Cs辐射源极其昂贵的价格，以及辐射安全监管的制约，目前国内少有达到Sv/h量级的137Cs参考辐射场。

      基于上述背景，国家核电仪器仪表产业计量测试中心（以下简称中心）开展了应急防护用光子辐射周围剂量当量率仪计量校准技术的研究。

二、服务内容
      为解决宽量程参考辐射场的问题，中心结合现有的60Co参考辐射场（剂量当量率范围：1mSv/h~10Sv/h）和137Cs参考辐射场（6uSv/h~10mSv/h），利用60Co参考辐射场覆盖高剂量率范围，137Cs参考辐射场覆盖低剂量率范围。并实验测定应急防护用光子辐射周围剂量当量率仪对于60Co和137Cs参考辐射的读数随剂量率变化曲线，研究其能量响应特性，并利用剂量率重合区计算能量响应修正因子。研究方案的概念图如图1所示。

      研究过程中，首先采用PTW公司的UNIDOS-Webline系列主机，0.6mL,30mL,1000mL等3种规格的石墨空腔电离室，对60Co和137Cs参考辐射场各参考剂量点的周围剂量当量率进行测量。

      然后调研确定了常用的3款应急防护用辐射剂量率仪：FH40G（-X），6150AD和RADIAGREM2000，配置相应的探测器，在60Co和137Cs参考辐射场各参考剂量点分别测量周围剂量当量率，计算由60Co参考辐射响应曲线修正至137Cs参考辐射响应曲线的转换因子。

      利用被测仪器在60Co参考辐射场低剂量率段和137Cs参考辐射场高剂量率段的周围剂量当量率重合区域，采取线性拟合公式，将被测仪器在60Co参考辐射场的测量值拟合曲线修正至仪器在137Cs参考辐射场的测量值拟合曲线，采用线性拟合公式y=kx,对137Cs和60Co散点图进行拟合，得到y137Cs=k137CsX137Cs，y60Co=k60CoX60Co，修正因子13760CsCoA=kk。计算得到60Co转换到137Cs的修正因子A。测得高量程段60Co校准因子：读取在60Co参考剂量点下被测仪器校准因子，其中R60Co为参考值，M60Co为测得值。修正换算出被测仪器在137Cs高量程段中的校准因子，将高量程段60Co校准因子除以修正因子A值，得到修正后被测仪器在137Cs高量程段中的校准因子如式（1）所示：

      研究还对修正因子A进行了不确定性分析，得到研究中的3款修正因子的相对扩展不确定度均在5.5%以内。

三、服务成果
      2019年，某核仪器开发公司自主研制采用双GM探测器的应急防护用高量程光子辐射周围剂量当量率仪。研发过程中探测器关键性能参数测试遇到难题，寻求中心帮助。对此，中心在提供实验装置基础上，派出对口专家对接企业研发人员，指导、协助设计测试方案，并就和探测器响应死时间的难题和探测器切换混乱的问题，从原理和设计方案给出修改建议，并帮助该仪器公司完成修改后测试和调整，助力国产核仪器突破技术瓶颈，提升产品能级。

      利用应急防护用光子辐射周围剂量当量率仪校准技术的研究成果，截至目前，中心已经完成了应急防护相关的仪器校准近百台件。其中90%以上的客户来自核电行业，保障了核电行业应急防护用光子辐射周围剂量当量率仪的准确性。

      此外，中心依托单位上海市计量测试技术研究院主导起草的《应急防护用光子辐射周围剂量当量率仪校准规范》经会议审定获全体委员一致通过。该规范的制定将为确保核应急监测的准确可靠提供基础性支撑，对于核电核安全保障具有积极意义。目前该校准校准规范已提交报批稿。

四、结束语
      中国核事业进入了安全高效发展的新阶段，中国核安全事业进入了高质量高水平发展的新时期。核电仪器仪表是核电产业中的重大关键领域，关系到整个核电的安全运行保障。中心从核电行业实际应用出发，以核电仪器仪表产业发展需求为导向，以服务和支撑产业发展为使命，结合自身的科研实力与科研条件，建立了应急防护用光子辐射周围剂量当量率仪校准能力，并起草了国家计量校准规范，为核电行业应急防护领域提供技术开发服务和校准校准服务，着力于服务核电仪器仪表产业全溯源链、全产业链、全寿命周期，实现促进、支撑和引领产业创新发展，推动核电仪器仪表的国产化进程，为中国核电健康安全发展提供计量校准技术保障。
作者：上海市计量测试技术研究院（国家核电仪器仪表产业计量测试中心）  王遥 何林锋 徐炎 周纪栋
 

本文《应急防护用光子辐射周围剂量当量率仪计量校准技术研发及服务》，链接：http://www.jiaozhun.co/hynew/248.html