全国标准级测氡仪的统一校准及低浓度测量比对

为了提升国内氡计量能力,组织了全国11家已建标实验室的标准级测氡仪开展统一校准。在校准的基础上,开展了低浓度测量比对,分析参比实验室在低浓度水平处进行量值传递的可行性。统一校准在700~3000 Bq/m^(3)氡浓度量级进行,氡浓度参考值可溯源至氡活度基准装置,不确定度为1.6%(k=2)。各标准级测氡仪的体积活度响应范围为0.93~1.02,不确定度范围为2.2%~3.6%(k=2)。低浓度比对在100~400 Bq/m^(3)氡浓度量级进行,大部分标准级测氡仪的|E_(n)|值小于1,通过优化量传的策略,标准级测氡仪在100 Bq/m^(3)以上开展量值传递是可行的;但在100 Bq/m^(3)或以下浓度量级开展量值传递,各参比实验室仍需提升测量能力及氡浓度调控能力。

磷屏成像的计量性能测试及其在大面积平面源均匀性评价中的应用

针对磷屏成像技术在放射性活度计量领域的应用需求,开展了磷屏成像响应的重复性、一致性、时间线性与活度线性研究。结果表明:成像灰度值重复性为8.6%(k=2),190mm×200mm的磷屏成像区域对于点状源的响应一致;磷屏成像的灰度值与照射的时间成正比,相同照射时间所产生的灰度值与源的发射率也成正比。以这些计量性能结果为基础,严格按照ISO 8769∶2010的均匀性评价规则对150mm×100mm的大面积源进行了均匀性测量,建立了定量和直观表达平面源均匀性的方法,从而为改善平面源的制备工艺,建立符合国际标准的大面积源计量器具提供了参考评估方法。

液闪TDCR方法测量(55)^Fe核素活度

为准确测量(55)^Fe核素活度,本研究采用液闪三双符合比(Triple-to-double Coincidence Ratio,TDCR)方法,首先根据(55)^Fe的核衰变与原子壳层数据,应用随机原子重排模型计算得到(55)^Fe在闪烁液中的电子沉积谱,其次基于自由参数模型计算单能电子在液闪中的计数效率,然后对所有沉积电子的效率进行求和得到(55)^Fe的总效率曲线,最后通过实验测量TDCR值,并结合总效率曲线导出实验计数效率,从而实现(55)^Fe活度的绝对测量。实验观测到光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)量子效率非对称效应,各样品的修正因子在1.001~1.005之间。(55)^Fe比活度测量结果为94.15 kBq·g^(-1),相对标准不确定度为0.45%。结果表明:液闪TDCR方法测量(55)^Fe可得到较低的相对标准不确定度。液体闪烁计数器对(55)^Fe具有较高的探测效率,两管符合逻辑相加效率达到63%以上。考虑PMT量子效率非对称修正后,得到了更一致的结果。

三双符合比-切伦科夫方法中β核素壁效应的影响

为分析三双符合比-切伦科夫(TDCR(Triple-to-double Coincidence Ratio)-切伦科夫)方法中壁效应对效率计算的影响。首先,对β粒子在溶液到瓶壁过程的输运进行分段分析,得到不同能量的粒子在不同材料中的沉积能谱与所产生的切伦科夫光子数的关系式,并对其进行了计算上的简化,进一步完善TDCR-切伦科夫效率的计算模型;之后利用Geant4计算了β在介质和瓶壁中的沉积谱,得到考虑了壁效应的切伦科夫光子数与β能量的关系曲线以用于对核素的效率计算;最后开展了多种纯β核素的实验测量以验证考虑壁效应后的计算模型的准确性。结果显示:考虑壁效应后的TDCR-切伦科夫方法与液闪方法的结果在不确定度范围内一致,且对高能β核素,其结果与液闪之间的相对偏差由原方法的0.47%降低至0.02%(^(90)Y),0.64%降低至−0.16%(^(32)P),表明考虑壁效应后的TDCR-切伦科夫方法对高能β核素的测量结果更准确。

两种符合计数方法测定^(131)I核素活度

采用4πβ(LS)-γ与4πβ(PC)-γ2种数字符合计数法对放射性核素^(131)I进行了活度测量,并对这2种方法得到的测量结果进行了不确定度评定。β道分别采用了以氩甲烷为工作气体的流气式正比计数器(PC)和制样简单的液体闪烁计数器(LSC)探测β射线。同时,运用可实现短寿命核素活度测量的数字符合计数法对β、γ脉冲序列文件进行离线处理,经过死时间修正和符合分辨时间修正后,给出用于效率外推的符合计数。结果表明,2种测量方法得到的^(131)I核素的比活度在不确定度范围内一致,相对标准偏差为0.27%。

2πα、2πβ粒子发射率的绝对测量

基于大面积流气正比计数器建立了2πα、2πβ粒子发射率测量系统。对该系统进行了性能测试,结果表明其对α平面源的坪长为600～800V,最优平均坪斜为0.2%/100V;对β平面源的坪长为350～400V,最优平均坪斜为0.23%/100V;用点状239Pu α源测得100mm×150mm中心区域的计数均匀性为0.45%。通过对粒子发射率测量结果进行本底、死时间、甄别阈修正,实现了α、β平面源的2π粒子发射率绝对测量,其中对α源发射率测量结果的扩展不确定度优于0.9%（k=2）,对β源发射率测量结果的扩展不确定度优于1.1%（k=2）。与2πα、2πβ粒子发射率基准比对测量了233U、241Am等9枚进口的α、β标准平面源,测量结果均在不确定度范围内一致。

^(55)Fe溶液活度测量国际比对

首次用CIEMAT/NIST方法参加了BIPM(国际计量局)组织的55Fe放射性溶液活度测量国际关键比对,用该方法获得的测量结果与比对结果平均值在0.5%内一致,验证了我国放射性活度国家基准量值的国际等效性。

氡子体体积活度的液体闪烁计数方法研究

基于液体闪烁计数原理和滤膜采样技术，建立了一种氡（^222Rn）子体体积活度和“潜能浓度的测量方法。应用该方法对氡室中处于放射性平衡状态的氡子体体积活度进行了取样测量，氡子体α潜能浓度测量结果的扩展不确定度小于1．5％（k=2）；用α能谱法对氡子体液体闪烁计数测量方法进行了旁证，两种方法的测量结果在不确定度范围内一致。

Fe掺杂SnO_2稀磁半导体超精细场的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论线性缀加平面波方法的WIEN2k程序,计算Fe掺杂SnO2稀磁半导体的电子结构和磁性,计算中性电荷态Fe0和电荷受主态Fe1-或Fe2-。结果表明,Fe掺杂SnO2的基态都是铁磁态,O空位更容易出现在Fe原子周围。中性电荷态Fe0磁矩较小,Fe1-或Fe2-态磁矩变大,并且计算的磁超精细场和磁矩与穆斯堡尔谱测量结果相符合。电子结构分析表明,掺杂Fe-3d轨道与氧八面体O-2p轨道相互作用,造成3d轨道能级分裂。不同电荷态下,能级分裂的程度不同,从而影响电子填充3d轨道的模式。3d轨道中未成对电子数增加,处于高自旋态的Fe原子是产生巨磁矩的原因。

放射性气体^(220)Rn的准确测量研究

220Rn的准确测量是天然辐射照射剂量评价体系中的重要研究内容之一。基于常用的几种测氡仪,我们开发了它们的220Rn测量功能,并比较了它们的220Rn测量结果。结果表明,AB5抓取式测量方法其原理简单,测量结果稳定,可以作为220Rn测量的参考方法,但其探测下限较高;RAD7的220Rn测量结果受干燥剂状态的影响,需要适时刻度;AlphaGuard流气式测量虽然具有探测下限低的优点,但结果易受采样流速和前端采样管路状况的影响,只能作一般性参考。

水中多γ放射性核素活度测量比对

对多家实验室测量属性相同的盲样进行计量比对,考察测量结果的一致性和准确性,实现对各参比实验室的测量仪器、操作程序、参比人员和日常质控水平等测量准确性保障全要素的检验。2017~2018年,组织实施了中国广核集团水中多γ放射性核素的比活度测量比对,中国广核集团的6大核电基地,15家流出物或环境监测实验室参加了比对,共报送了23份比对数据,具有较强代表性。对报送的比对数据分别按照相对偏差比较法、En评价方法、Z比分数法进行了分析。根据参比实验室的实际质控需要与测量质量提升目标,结合En评价法与Z比分数法建立了合格性判定的综合评价准则。基于该准则,参比实验室测量57Co、137Cs和241Am核素的比活度结果合格率为95. 7%;测量109Cd和60Co核素的比活度结果合格率为91. 3%。

液闪TDCR活度测量装置的研制

建立了基于效率计算的液闪三双符合比活度测量装置，通过设定甄别阈、扩展死时间、符合技术手段消除了光电倍增管的热噪声和余后脉冲的影响。该装置测量氚水、14C和99Tc的双管符合探测效率达到54％、96．2％和97．2％。用NIST氚水标准物质对新建立的实验装置进行验证，En数检验结果满意。

示踪核素比活度在其不确定度范围内的变化对CIEMAT/NIST方法测量结果的影响

在中国计量科学研究院电离辐射研究所的双管符合液闪分析仪上,开展放射性医用核素99 Tcm比活度的实验测量,并深入研究CIEMAT/NIST方法中由于示踪核素3 H比活度自身不确定度对实验结果带来的影响。实验结果表明,液闪系统的通用曲线(自由参数随淬灭指示参数tSIE变化的曲线)对示踪核素比活度较敏感,进而会影响到被测核素99 Tcm的探测效率和比活度测量值。对于采用扩展不确定度为3%的3 H示踪核素,当其比活度在其不确定度范围内发生变化时,最终测量得到的99 Tcm比活度有近1%的变化。

新型低本底α/β测量系统设计

设计了一套新型低本底α/β测量系统。该系统采用ZnS( Ag)薄板复合蝮料闪烁体作为主探测器,平板形塑料闪烁体作为反符合探测器,实现样品中总α和总β的同时测最。利用ARM架构的MCU作为系统运行核心,FPGA硬件电路作为数据采集单元,基于脉冲宽度甄别方法实现测最系统的α/β脉冲甄别。对该系统进行了主要性能测试,测试结果表明:测量α粒子时,本底为0.003 min^-1·cm^-2,对239Pu α标准平面源的探测效率为92. 5%,α对β道的串道比为0.87%;测量β粒子时,本底为0.072 min^-1· cm……-2,对吟90Sr-90Yβ标准平面源的探测效率为62.0%,β对α道的串道比为0.03%。

电离辐射计量在核电站的应用

针对核电领域使用的反应堆控制、辐射防护、环境监测类电离辐射计量仪表应用情况进行了叙述，尤其对气态排出物标准源的研制、全身计数器测量系统校准方法的实现和弱贯穿辐射的防护监测，提出了核电领域6．13MeV高能γ射线剂量监测、高量程γ射线剂量仪表校准、反应堆内外中子通量监测及人员通道中子剂量分布测量的量值溯源需求。

4πγ井型NaI晶体测量装置开展医用核素^99Tcm活度测量的国际比对

^99Tcm为目前在核医学领域应用最为广泛的短寿命放射性核素，其活度值的准确性至关重要，为此国际计量局组织了^99Tcm核素活度国际关键比对。2012年3月，中国计量科学研究院电离辐射所采用4πγ井型NaI晶体国际参考系统传递仪器（SIRTI）完成了医用核素^99Tcm的比对实验。稳定性测试结果表明SIRTI仪器工作状态满足比对要求，比对核素^99Tcm的活度当量测量结果在12．580kBq左右。

4πγ电离室活度标准装置测量系统的建立及性能测试

基于汤姆逊平衡法原理建立了4πγ电离室活度标准装置的测量系统，该系统由高压电源、电压测量及补偿电路、测控软件组成。利用汤姆逊平衡法原理测量微弱电流，可以有效减小系统的漏流，减小本底电流对测量结果的影响，经测试该系统的本底电流小于3×10-14A。通过对测量系统的重复性、稳定性、线性和角响应等性能测试，结果表明，该测量系统能够满足4πγ电离室活度标准装置的要求。

氚化水放射性活度的绝对测量

液体闪烁计数器具有无自吸收、制源简单、操作简便等特点,测量氚化水具有一定优势。利用液闪CIEMAT/NIST方法和三双符合比(TDCR)方法校准氚化水的比活度,旨在为氚化水标准物质的研制提供定值手段。以54 Mn作为示踪核素应用CIEMAT/NIST方法标准化氚化水比活度,合成标准不确定度为0.80%。液闪TDCR方法应用装配有3个光电倍增管的计数器,根据测量的符合信息直接计算得到探测效率,绝对测量氚化水比活度,合成标准不确定度为0.66%。应用这两种方法测量了同一组氚化水淬灭系列源,测量结果 En数检验满意。

大功率α、β量热计的研制

研制了一台用于α、β核素测量的大功率量热计,量热计样品池尺寸空间为直径75mm、高120mm。性能测试表明,该量热计功率测量范围为1～300W,当样品热功率不小于10W时,测量精度优于1.0%。

2πα、2πβ粒子发射率现场校准装置的建立

基于大面积无窗流气正比计数器和多道能谱测量单元,建立了2πα、2πβ粒子发射率现场校准装置。性能测试结果表明:该装置对α平面源的坪区为700~1 500 V,坪长为800 V,坪斜为0.25%/100 V;对β平面源的坪区为1 650~2 050 V,坪长为400 V,坪斜为0.44%/100 V。使用该装置测量2πα、2πβ粒子发射率基准装置定值的标准平面源,经各项修正后,结果与基准测量结果在不确定度范围内一致。在现场校准了一批α、β标准平面源,校准结果与上一校准周期的结果在不确定度范围内一致,验证了该装置作为现场测量标准装置实现粒子发射率量值现场传递的可行性。