α譜儀校準規(guī)范

JJF1851—202011范圍本規(guī)范適用于半導體探測器型α譜儀的校準,能量范圍為(3~9)MeV。對于氣體探測器型α譜儀,可參照本規(guī)范規(guī)定的方法進行校準。2引用文件本規(guī)范引用下列文件:JJF1001—2011通用計量術語及定義JJF1035—2006電離輻射計量術語及定義GB/T4960.1—2010核科學技術術語第1部分:核物理與核化學GB/T4960.6—2008核科學技術術語第6部分:核儀器儀表凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規(guī)范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3術語和計量單位3.1術語JJF1001—2011、JJF1035—2006、GB/T4960.1—2010和GB/T4960.6—2008界定的及以下術語和定義適用于本規(guī)范。3.1.1α譜儀alphaspectrometer獲取α粒子能譜,用于放射性活度測量和核素分析的儀器。3.1.2儀器本底instrumentalbackground儀器正常工作狀態(tài)下,測量無放射性污染的空樣品盤時的示值。3.1.3表面發(fā)射率surfaceemissionrate單位時間內(nèi),從平面源表面(2π球面度)發(fā)射的特定種類、能量超過特定值的粒子數(shù)。3.1.4標準平面源referenceplanesource性質和活度在某一確定的時間內(nèi)都是已知的,并能用作參考的固態(tài)平面放射源。3.1.5探測效率detectionefficiency在一定探測條件下,探測器測得的計數(shù)率與被測源發(fā)射率的比值。3.1.6能量分辨力energyresolutionα譜儀分辨能量相近α射線能量峰的本領。3.2計量單位3.2.1[源]表面發(fā)射率:(平面源2π球面度內(nèi))每秒的粒子數(shù),符號:s-1。3.2.2本底計數(shù)率的單位為每小時計數(shù),符號:h-1。3.2.3能量分辨力的常用單位為千電子伏,符號:keV。JJF1851—202024概述α譜儀主要由探測器、電源、前置放大器、線性放大器、多道脈沖分析器以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)組成。根據(jù)α射線與探測器相互作用產(chǎn)生能量沉積輸出的電壓脈沖信號幅度與入射α粒子能量成正比,通過譜分析軟件可得到α粒子能譜。α譜儀主要包括氣體探測器型和半導體探測器型,廣泛應用于輻射環(huán)境監(jiān)測等領域α衰變核素的識別和定量分析。5計量特性5.1本底計數(shù)率全譜本底計數(shù)率通常不超過1.0h-1。5.2能量非線性能量非線性通常不超過1%。5.3能量分辨力在源距探測器表面距離等于探測器直徑的條件下,半導體探測器型α譜儀對241Am核素的α射線(Eα=5.487MeV)的能量分辨力通常不超過25keV。5.4探測效率在源距探測器表面小于10mm條件下,半導體探測器型α譜儀的探測效率通常不低于25%。注:以上計量特性指標不適用于合格性判定,僅供參考。6校準條件6.1環(huán)境條件6.1.1溫度:(10~35)℃。6.1.2相對濕度:不大于85%。6.1.3無影響正常工作的機械振動和電磁干擾。6.2測量標準及其他設備6.2.1測量標準α標準平面源的技術指標見表1。表1α標準平面源的技術指標核素規(guī)格表面發(fā)射率表面發(fā)射率的擴展不確定度241Am活性區(qū):?16mm~?50mm(3.0×101~1.0×103)s-1Urel≤3.0%(k=2)6.2.2其他設備活性區(qū)?16mm~?50mm的239Pu、210Po、244Cm或天然U平面源的一種或多種。JJF1851—202037校準項目和校準方法7.1本底計數(shù)率被校α譜儀開機預熱,清潔樣品盤,將空樣品盤放入測量室,待真空度水平達到測量要求后設定工作電壓,測量儀器本底。測量時間應不少于24h,計算全譜計數(shù),按式(1)計算本底計數(shù)率nb:nb=(1)式中:nb—本底計數(shù)率;Nb—本底計數(shù);t—本底測量時間。7.2能量非線性選取241Am標準源,以及239Pu、210Po、244Cm和天然U平面源的一種或多種。依次放入探測器樣品盤內(nèi),真空度達到儀器要求條件后設定工作電壓,獲取標準源能譜。選取至少3個α特征能峰,讀取全能峰中心峰位道址CHi。將CHi和對應選取的α射線能量標準值Eαi做線性擬合,確定α譜儀能量-道址關系。按式(2)計算能量非線性U:U=EfU=Efi-EαimaxEαimax式中:U—能量非線性;Eαi—選取的特征α射線能量標準值;Efi—道址CHi在擬合的直線上對應的能量值。7.3能量分辨力將241Am標準源放入探測器樣品盤內(nèi),真空度達到儀器要求條件后設定工作電壓,獲取標準源能譜。待峰面積計數(shù)大于10000后,讀取全能峰半高寬ΔE,即為α譜儀對該特征峰的能量分辨力。7.4探測效率將α標準源置于樣品盤,按7.2步驟獲取標準源能譜。待峰面積計數(shù)大于10000后,按公式(3)計算被檢儀器的探測效率。ε=式中:n-nbq2π×100%(3)ε—探測效率;n—測量標準源的計數(shù)率,s-1;nb—峰面積內(nèi)的本底計數(shù)率,s-1;q2π—標準源的表面發(fā)射率,s-1。JJF1851—202048校準結果表達按本規(guī)范進行校準,出具校準證書,校準證書內(nèi)頁格式見附錄B;校準結果應給出探測效率測量結果的不確定度(評定示例見附錄C)。9復校時間間隔建議復校時間間隔為24個月。由于復校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質量等諸多因素所決定的,因此,送校單位可根據(jù)實際使用情況自主確定復校周期間隔。JJF1851—20205附錄A校準記錄推薦格式α譜儀校準記錄送校單位儀器名稱型號/規(guī)格出廠編號生產(chǎn)廠家校準日期證書編號校準依據(jù)的技術文件校準環(huán)境條件溫度:℃相對濕度:%計量標準證書編號有效期校準項目校準結果本底計數(shù)率測量時間/h本底計數(shù)本底計數(shù)率/h-1能量非線性能量/keV非線性U道址能量分辨力測量時間/s峰面積總計數(shù)能量分辨力/keV探測效率標準平面源表面粒子發(fā)射率:s-1標準平面源距離探測器相對位置:測量時間/s峰面積總計數(shù)探測效率ε校準員:核驗員:6附錄B校準證書內(nèi)頁信息及推薦格式1本底計數(shù)率nb=2能量非線性U在標準平面源距離α在標準平面源距離α譜儀探測器相對位置在××條件下,能量分辨力ΔE和探測效率ε的校準結果如下:3能量分辨力ΔE44探測效率ε及其不確定度ε=以下空白JJF1851—20207附錄Cα譜儀探測效率測量的不確定度評定示例C.1測量條件與測量方法C.1.1環(huán)境條件:實驗室溫度:(15~25)℃;相對濕度:(35~65)%;周圍無影響正常工作的機械振動和電磁干擾。C.1.2測量標準:241Am平面標準源;表面發(fā)射率:(3.0×101~1.0×103)s-1;表面發(fā)射率的不確定度:Urel≤3.0%(k=2)。C.1.3測量參數(shù):241Am核素探測效率。C.1.4測量方法:按照本規(guī)范7.4。C.2測量模型ε=式中:n-nbq2π×100%ε—探測效率;n—α能譜峰面積的計數(shù)率,s-1;nb—α能譜峰面積對應區(qū)間內(nèi)的本底計數(shù)率,s-1;q2π—241Am標準源的表面發(fā)射率,s-1。對于α譜儀,3MeV以上的全譜本底計數(shù)率一般不超過1.0h-1,而241Am平面標準源的表面發(fā)射率范圍在(3.0×101~1.0×103)s-1,nb/n<10-5,因此本底計數(shù)率nb可忽略,測量模型可簡化為:ε=×100%C.3輸入量的標準不確定度C.3.1輸入量n的標準不確定度u(n)的評定輸入量n的不確定度主要來源于α能譜峰面積計數(shù)率的統(tǒng)計漲落。其標準不確定度表示為:u(n)==其中N為α能譜峰面積總計數(shù),t為測量時間。選擇一臺α譜儀,用表面發(fā)射率為76.5s-1的241Am標準源在1800s內(nèi),測量得到的α能譜峰面積計數(shù)總計數(shù)為41202,根據(jù)計數(shù)率的標準不確定度計算公式,得:JJF1851—20208u(n)=s-1=0.113s-1C.3.2輸入量q2π的標準不確定度u(q2π)的評定輸入量q2π的標準不確定度主要是標準平面源表面發(fā)射率的不確定度,該不確定度由上一級計量標準實驗室給出。本示例中所用的241Am平面標準源,表面發(fā)射率的相對l=2)。因此,表面發(fā)射率標準不確定度u(q2π)=1.0%C.4.1靈敏系數(shù)n的靈敏系數(shù)cns=1.30×10-2sq2π的靈敏系數(shù)cq2π--s=-3.91×10-3sC.4.2合