1998至1999年我们在山东省10个地市的地下商场内选定了113个测量点, 测量了氡及其氡子体浓度。在测量中有诸多影响测量结果准确的因素, 下面重点分析系统效应中由于测量仪器的计量性能等产生的误差及讨论减少办法。

1 方法与仪器 1.1 方法

采用闪烁室法测量

1.2 仪器

ZYW 8510型测氡仪。仪器本底均值为0.05cpm, 仪器刻度系数为23.94Bq·m^-3, 探测下限0.815Bq·m^-3。

2 测量中出现的误差及控制措施 2.1 测量系统自身误差

① 闪烁瓶内表面涂硫化锌粉。使用不同来源的硫化锌粉对测量效果没有影响, 但所涂硫化锌的厚度对闪烁瓶性能影响比较大。经实验, 厚度为5mg/ cm²的硫化锌层效果最好, 较厚或较薄均会产生一定的误差。使用一定时间后(1 a左右), 闪烁瓶内会含有较高浓度氡的空气, 造成所测结果不准确。因此, 应及时清除掉原涂的硫化锌粉, 重新涂上5mg/ cm²的新的硫化锌粉。②光电倍增管。测量系统选用了GDB-100国产光电倍增管, 这样就可选择直径较大的闪烁瓶, 从而增大闪烁瓶的容积, 提高测量系统灵敏度。但光阴极热电子发射, 管壁玻璃中可能的发光体, 管内残存气体中的正离子都可能被加速到光电倍增管的光阴极, 增加本底, 给测量系统带来误差。可适当提高阈值, 降低本底, 从而提高精确度。③测量系统自身误差的另一个因素是来自闪烁瓶的有机玻璃, 它可以作为闪烁体, 也可因契伦柯夫效应产生本底脉冲。另外, 如果有机玻璃或硫化锌粉中含有极少量的α辐射体, 也会增加本底计数, 且增加的份额是变化的, 给整体测量系统带来误差。

2.2 校准误差

包括表头的校准误差和校准传递误差。表头的校准误差随着仪表的级别不同而有差异, 校准传递误差随校准实验室的级别而变化。一般表头误差为: Ⅰ级≤1%, Ⅱ级≤3 %。校准传递误差是校准时由校准单位给出校正K值。

国家级实验室, K值误差≤1 %, 次级标准实验室, K值误差≤3 %。

在仪表校准前或校准后为了得到其参考读数, 必须进行检验, 当仪表对检验源的响应与参考读数的差别大于20%时, 则应该对该仪表进行校准及查找原因, 必要时进行维修, 修理后再进行校准。

有条件的情况下, 应尽量选取与待测辐射场性质相同或相近的检验源; 检验源和仪表的相对几何位置及其他有关条件应易于确定, 便于重复; 能追溯到刻度时的标准^[1]。

2.3 气温、气压误差

校准仪器给出的K值是按标准气温(0℃)、气压(1.013×10⁵ Pa)计算的, 实际测量场所不可能与上述条件相符, 其修正值

其中T₀、P₀为标准气温、气压, T、P为测量时的气温、气压。如果采样测量时气温变化10℃左右, 气压变化1 %, 气温、气压的变化产生误差≤4 %。

2.4 闪烁瓶容积误差

闪烁瓶是闪烁室法测量氡浓度的关键部件, 它的设计是否合理, 制作是否精良, 直接影响探测的灵敏度、稳定性和本底值。适当增加闪烁瓶的容积是提高闪烁法灵敏度的重要途径。因为容积大, 就能容纳更多的具有一定浓度氡的空气, 就会产生更多的光脉冲以供测量。但容积过大会使α粒子在ZnS(Ag)中产生的光脉冲在达到光电倍增管光阴极时闪光量减少, 从而使输出电脉冲幅度减小, 所以要选择闪烁瓶的最佳容积。闪烁瓶的容积过小或过大都会增大误差。

2.5 时间响应误差

用闪烁瓶采取空气的样品, 放置4h后再进行测量, 此时瓶内氡及其短寿命子体达到平衡, 因而可得到最高的计数, 若延长了测量时间, 测得的计数偏低, 误差增大, 间隔时间越长测得的计数越低。可以根据校正公式或校正曲线把测量结果推算到采样后第4小时的测量值, 但校正公式与校正曲线均是理论推导后形成的, 与实际测量值有明显的误差。因此, 测量应尽量在采样后的第4小时进行。

2.6 探测器有效中心位置确定误差

仪器的读数代表该处的测量数据, 该处的位置被称做测量的有效中心位置。由于有效中心位置确定的不同, 带来的误差叫探测器的有效中心位置确定误差。我们使用的测氡仪是用GDB-100光电倍增管, 闪烁瓶底面直径应以100 mm为佳, 使其中心线一致。若闪烁瓶底直径小于100 mm, 使用时中心线直径相互偏离, 增大误差。现用仪器屏护光电倍增管的外壳直径115 mm。因此, 放置闪烁瓶时, 应把闪烁瓶尽可能放置中心位置。

2.7 ²¹⁰Pb发射的α粒子带来的误差

氡的短寿命子体²¹⁴ Po放出α粒子后, 衰变成²¹⁰Pb, 其衰变期为22.3 a, 经²¹⁰Bi后生成²¹⁰Po, 而²¹⁰Po要经过α衰变生成稳定的²⁰⁶Pb, 这样一个氡原子及其短寿命子体可产生3个α粒子, 而²¹⁰Pb以后可衰变出1个α粒子。所以, 如果闪烁瓶内的含氡空气每分钟可产生6个计数, 则使用1 a后, ²¹⁰Pb可产生的计数为:

由²¹⁰Pb造成的误差是随时间线性增加的。因此, 需要定期清洗闪烁瓶, 更换新的硫化锌粉, 以减少²¹⁰Pb带来的误差。

3 讨论

(1) 在氡及其子体浓度测量时, 对误差不进行修正或测量时不注意误差, 测量误差将可能增加几十倍或上百倍, 这种数据使用价值很低或根本无法使用。即使进行了误差修正或测量中注意了误差消除, 若测量数据不给出误差范围, 对数据也无法作出正确评价。测量剂量不仅要给出测量数据, 也必须给出误差值。一般规则, 基准误差大约可控制在1 %, 修正误差可控制在2%, 假设误差可以相加, 上述所列误差相加后可产生7 %~ 15%的误差, 取其平均值为13%。

(2) “氡测量的质量”^[2]在国际上已高度重视。在我国, 随着矿山、居室及环境中氡的防护的需要, 为了保证监测质量, 陆续制定了有关氡子体测量的一些标准。并在质量保证工作中有了肯定的效果, 但也有资料指出“许多常规测量的数据都是差的…可能有不低于100%的误差…要得到较好的数据, 需要更多的努力和投入”^[2]。影响氡浓度测量准确度的因素是非常多的, 不仅依赖于测量系统自身的性能, 而且取决于使用者的水平和经验。尤其那些尚未认识到的系统效应, 虽然是不可能在不确定度评定中予以考虑, 但可导致测量结果的误差^[3], 因此应有高度重视。