在放射防护领域，对环境和核应用设施周围进行辐射监测常用X、γ剂量率仪作为主要的现场监测设备。常用的X、γ剂量率仪主要采用电离室，GM计数管，NaI晶体以及塑料闪烁体等作为主探测器，不同的探测器测量原理构成的剂量率仪，应用于不同的场合获得不同的结果。采用采用塑料闪烁体和光电倍增管作为探测器的剂量率仪在用于一般场合的辐射监测以外，更加适用于诊断X光机瞬时曝光的特点，同时测量周围平均剂量和捕捉瞬时曝光剂量。利用GPS公共平台能够实时给出测量点的位置坐标，自动计算周围剂量的分布图。

1 材料和方法 1.1 仪器的组成

试验用的剂量率仪由塑料闪烁体、光电倍增管、前置放大器、主放大器//V-F变换器、单片机系统、液晶显示器、通讯接口、报警电路、电源电路组成。实现的各项功能通过计算机软件管理和执行。

1.2 原理方法

该仪器主机部分由有机闪烁体与光电倍增管组成，环境中的X、γ辐射入射到有机闪烁体后产生的光子经光电倍增管转换为光电流，光电流强度与X、γ辐射剂量成正比。光电流经高精度对数放大器放大为电压信号，经混合信号处理器进行AD转换后与其他数据信息经由RS232输出电路或蓝牙模块以无线方式发送给掌上电脑(PDA)。

使用前对仪器进行校准和性能测试，首先在参考辐射场中采用替代法进行量值刻度，然后对该仪器的剂量率线性、重复性、稳定性等计量学性能进行测试确认。并分析影响不确定度的相关因素。

2 校准与测试结果 2.1 仪器校准

测量标准的参考点与被校仪表的参考点所在位置的相对环境条件近似，选择两个测量点。选择与被校仪表参考点处辐射组分最相近的测量点进行本底测量。利用标准照射装置对被校仪表校准。通过更换放射源和调节放射源到仪表之间的距离来获得不同的剂量率以便覆盖仪器的量程。被校仪表的每个十进位量级内至少选取一个点进行校准。校准仪器放置于标准照射装置的均匀射野内，通过调整标准照射装置到被校仪表参考点之间的距d来获得不同的剂量率对被校仪表进行校准。采用“替代法”对被校仪表进行校准。所谓“替代法”是将被校仪表的参考点与测量标准参考点所在位置重合，接受照射。被校仪表的中、高量程段校准因子NⅡ可用公式(1)得到：

$ {N_{{\rm{II}}}} = \frac{{{{\dot D}_{{\rm{II}}}}}}{{{{\dot D}_M}}} $

1)

式中：N_Ⅱ-被校仪表的中、高量程段校准因子，量纲为1；${\dot D_M}$-被校仪表的示值(扣除环境本底示值)，μGy/h；${\dot D_{{\rm{II}}}}$-检验点剂量率的约定量值，μGy/h。

校准因子如表 1所示。

2.2 剂量率线性测试

在Cs-137辐射场中，在仪器的测量范围内进行测试。线性误差小于2%，见表 2。

2.3 相对误差

按照公式(3)计算被校仪表的相对误差I：

$ I\left( \% \right) = \frac{{{{\dot D}_M} - {{\dot D}_0}}}{{{{\dot D}_0}}} \times 100\% $

2)

式中：I-相对误差，%；${\dot D_{\rm{0}}}$-被校仪表所在位置的剂量率的约定量值，μGy/h；${\dot D_M}$-被校仪表的示值，μGy/h。

相对误差如表 3所示。

2.4 重复性

在相同条件下连续测量20次，相邻两次读数的时间间隔应不小于仪器时间常数的3倍，记录每次测量的指示值${\dot K_i}$并求出其算数平均值${\bar{\dot{K}}}$。按照公式(4)计算其单次测量相对标准偏差V即为被校仪表测量结果的重复性，如表 4所示。

$ V=\frac{1}{{\bar{\dot{K}}}}\sqrt{\frac{1}{\left( n-1 \right)}\sum\limits_{i=1}^{20}{{{\left( {{{\dot{K}}}_{i}}-\bar{\dot{K}} \right)}^{2}}}} $

3)

式中：V-被校仪表的重复性，量纲为1；${\dot K_i}$-被校仪表的示值，μGy/h；${\bar{\dot{K}}}$-每次示值的算术平均值，μGy/h；n-测量次数，量纲为1。

2.5 仪器的稳定性测量

见表 5。

3 讨论

试验在参考辐射场中对仪器进行校准，在不同位置上获得校准因子，与标准实验室获得的校准因子比较，试验校准所得校准因子与标准实验室中校准因子的相对误差在±2%以内符合。直接引入测量结果的B类不确定度合成。见表 6。

在参考辐射场中，进行的剂量率线性测试结果误差小于2%，作为测量结果的B类不确定度合成。

合并测量结果的标准偏差S_m为：

$ {S_m} = \sqrt {\frac{{\sum\limits_{i = 1}^m {{{\left[ {{{\left( {{{\bar x}_n}} \right)}_i} - {{\bar x}_m}} \right]}^2}} }}{{m - 1}}} $

C-1)

稳定性测量结果的A类标准不确定度为：$\frac{{{S_m}}}{{{{\bar x}_m}}} = 0.3\% $。

测量标准读数平均值${{\bar{\dot{K}}}}$的相对标准偏差u_A通常作为测量结果的A类不确定度：

$ {u_A} = \frac{1}{{\bar K}}\sqrt {\frac{{\sum\limits_{i = 1}^N {{{\left( {{K_i} - \bar K} \right)}^2}} }}{{n\left( {n - 1} \right)}}} $

C-2)

仪器的探测下限为60 keV，对测量结果造成的不确定度估计为0.1%。最后，测量标准校准因子的不确定度按2.5%计，由下式：

$ {u_{c,1}} = \sqrt {\sum\limits_{i = 1}^N {u_i^2} } $

C-3)

可得环境本底辐射剂量率约定量值测量结果的合成标准不确定度u_{c, 1}为4.3%。

由实验表明，测量结果不确定度的主要贡献因素为宇宙射线响应、校准因子的传递误差、测量结果的统计误差和仪表的稳定性变化。仪器的技术指标符合《环境监测用X、γ辐射剂量率仪现场校准规范》的要求。