α譜儀校準(zhǔn)規(guī)范

JJF1851—202011范圍本規(guī)范適用于半導(dǎo)體探測(cè)器型α譜儀的校準(zhǔn),能量范圍為(3~9)MeV。對(duì)于氣體探測(cè)器型α譜儀,可參照本規(guī)范規(guī)定的方法進(jìn)行校準(zhǔn)。2引用文件本規(guī)范引用下列文件:JJF1001—2011通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義JJF1035—2006電離輻射計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義GB/T4960.1—2010核科學(xué)技術(shù)術(shù)語(yǔ)第1部分:核物理與核化學(xué)GB/T4960.6—2008核科學(xué)技術(shù)術(shù)語(yǔ)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(shù)語(yǔ)和計(jì)量單位3.1術(shù)語(yǔ)JJF1001—2011、JJF1035—2006、GB/T4960.1—2010和GB/T4960.6—2008界定的及以下術(shù)語(yǔ)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(cè)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(cè)量無(wú)放射性污染的空樣品盤時(shí)的示值。3.1.3表面發(fā)射率surfaceemissionrate單位時(shí)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(guò)特定值的粒子數(shù)。3.1.4標(biāo)準(zhǔn)平面源referenceplanesource性質(zhì)和活度在某一確定的時(shí)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(cè)效率detectionefficiency在一定探測(cè)條件下,探測(cè)器測(cè)得的計(jì)數(shù)率與被測(cè)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(lǐng)。3.2計(jì)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(hào):s-1。3.2.2本底計(jì)數(shù)率的單位為每小時(shí)計(jì)數(shù),符號(hào):h-1。3.2.3能量分辨力的常用單位為千電子伏,符號(hào):keV。JJF1851—202024概述α譜儀主要由探測(cè)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(cè)器相互作用產(chǎn)生能量沉積輸出的電壓脈沖信號(hào)幅度與入射α粒子能量成正比,通過(guò)譜分析軟件可得到α粒子能譜。α譜儀主要包括氣體探測(cè)器型和半導(dǎo)體探測(cè)器型,廣泛應(yīng)用于輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域α衰變核素的識(shí)別和定量分析。5計(jì)量特性5.1本底計(jì)數(shù)率全譜本底計(jì)數(shù)率通常不超過(guò)1.0h-1。5.2能量非線性能量非線性通常不超過(guò)1%。5.3能量分辨力在源距探測(cè)器表面距離等于探測(cè)器直徑的條件下,半導(dǎo)體探測(cè)器型α譜儀對(duì)241Am核素的α射線(Eα=5.487MeV)的能量分辨力通常不超過(guò)25keV。5.4探測(cè)效率在源距探測(cè)器表面小于10mm條件下,半導(dǎo)體探測(cè)器型α譜儀的探測(cè)效率通常不低于25%。注:以上計(jì)量特性指標(biāo)不適用于合格性判定,僅供參考。6校準(zhǔn)條件6.1環(huán)境條件6.1.1溫度:(10~35)℃。6.1.2相對(duì)濕度:不大于85%。6.1.3無(wú)影響正常工作的機(jī)械振動(dòng)和電磁干擾。6.2測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備6.2.1測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)α標(biāo)準(zhǔn)平面源的技術(shù)指標(biāo)見表1。表1α標(biāo)準(zhǔn)平面源的技術(shù)指標(biāo)核素規(guī)格表面發(fā)射率表面發(fā)射率的擴(kuò)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(shè)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(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1本底計(jì)數(shù)率被校α譜儀開機(jī)預(yù)熱,清潔樣品盤,將空樣品盤放入測(cè)量室,待真空度水平達(dá)到測(cè)量要求后設(shè)定工作電壓,測(cè)量?jī)x器本底。測(cè)量時(shí)間應(yīng)不少于24h,計(jì)算全譜計(jì)數(shù),按式(1)計(jì)算本底計(jì)數(shù)率nb:nb=(1)式中:nb—本底計(jì)數(shù)率;Nb—本底計(jì)數(shù);t—本底測(cè)量時(shí)間。7.2能量非線性選取241Am標(biāo)準(zhǔn)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(cè)器樣品盤內(nèi),真空度達(dá)到儀器要求條件后設(shè)定工作電壓,獲取標(biāo)準(zhǔn)源能譜。選取至少3個(gè)α特征能峰,讀取全能峰中心峰位道址CHi。將CHi和對(duì)應(yīng)選取的α射線能量標(biāo)準(zhǔn)值Eαi做線性擬合,確定α譜儀能量-道址關(guān)系。按式(2)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)值;Efi—道址CHi在擬合的直線上對(duì)應(yīng)的能量值。7.3能量分辨力將241Am標(biāo)準(zhǔn)源放入探測(cè)器樣品盤內(nèi),真空度達(dá)到儀器要求條件后設(shè)定工作電壓,獲取標(biāo)準(zhǔn)源能譜。待峰面積計(jì)數(shù)大于10000后,讀取全能峰半高寬ΔE,即為α譜儀對(duì)該特征峰的能量分辨力。7.4探測(cè)效率將α標(biāo)準(zhǔn)源置于樣品盤,按7.2步驟獲取標(biāo)準(zhǔn)源能譜。待峰面積計(jì)數(shù)大于10000后,按公式(3)計(jì)算被檢儀器的探測(cè)效率。ε=式中:n-nbq2π×100%(3)ε—探測(cè)效率;n—測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)源的計(jì)數(shù)率,s-1;nb—峰面積內(nèi)的本底計(jì)數(shù)率,s-1;q2π—標(biāo)準(zhǔn)源的表面發(fā)射率,s-1。JJF1851—202048校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)按本規(guī)范進(jìn)行校準(zhǔn),出具校準(zhǔn)證書,校準(zhǔn)證書內(nèi)頁(yè)格式見附錄B;校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)給出探測(cè)效率測(cè)量結(jié)果的不確定度(評(píng)定示例見附錄C)。9復(fù)校時(shí)間間隔建議復(fù)校時(shí)間間隔為24個(gè)月。由于復(fù)校時(shí)間間隔的長(zhǎng)短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸多因素所決定的,因此,送校單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自主確定復(fù)校周期間隔。JJF1851—20205附錄A校準(zhǔn)記錄推薦格式α譜儀校準(zhǔn)記錄送校單位儀器名稱型號(hào)/規(guī)格出廠編號(hào)生產(chǎn)廠家校準(zhǔn)日期證書編號(hào)校準(zhǔn)依據(jù)的技術(shù)文件校準(zhǔn)環(huán)境條件溫度:℃相對(duì)濕度:%計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)證書編號(hào)有效期校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)結(jié)果本底計(jì)數(shù)率測(cè)量時(shí)間/h本底計(jì)數(shù)本底計(jì)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(cè)量時(shí)間/s峰面積總計(jì)數(shù)能量分辨力/keV探測(cè)效率標(biāo)準(zhǔn)平面源表面粒子發(fā)射率:s-1標(biāo)準(zhǔn)平面源距離探測(cè)器相對(duì)位置:測(cè)量時(shí)間/s峰面積總計(jì)數(shù)探測(cè)效率ε校準(zhǔn)員:核驗(yàn)員:6附錄B校準(zhǔn)證書內(nèi)頁(yè)信息及推薦格式1本底計(jì)數(shù)率nb=2能量非線性U在標(biāo)準(zhǔn)平面源距離α在標(biāo)準(zhǔn)平面源距離α譜儀探測(cè)器相對(duì)位置在××條件下,能量分辨力ΔE和探測(cè)效率ε的校準(zhǔn)結(jié)果如下:3能量分辨力ΔE44探測(cè)效率ε及其不確定度ε=以下空白JJF1851—20207附錄Cα譜儀探測(cè)效率測(cè)量的不確定度評(píng)定示例C.1測(cè)量條件與測(cè)量方法C.1.1環(huán)境條件:實(shí)驗(yàn)室溫度:(15~25)℃;相對(duì)濕度:(35~65)%;周圍無(wú)影響正常工作的機(jī)械振動(dòng)和電磁干擾。C.1.2測(cè)量標(biāo)準(zhǔn):241Am平面標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量參數(shù):241Am核素探測(cè)效率。C.1.4測(cè)量方法:按照本規(guī)范7.4。C.2測(cè)量模型ε=式中:n-nbq2π×100%ε—探測(cè)效率;n—α能譜峰面積的計(jì)數(shù)率,s-1;nb—α能譜峰面積對(duì)應(yīng)區(qū)間內(nèi)的本底計(jì)數(shù)率,s-1;q2π—241Am標(biāo)準(zhǔn)源的表面發(fā)射率,s-1。對(duì)于α譜儀,3MeV以上的全譜本底計(jì)數(shù)率一般不超過(guò)1.0h-1,而241Am平面標(biāo)準(zhǔn)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(jì)數(shù)率nb可忽略,測(cè)量模型可簡(jiǎn)化為:ε=×100%C.3輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度C.3.1輸入量n的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(n)的評(píng)定輸入量n的不確定度主要來(lái)源于α能譜峰面積計(jì)數(shù)率的統(tǒng)計(jì)漲落。其標(biāo)準(zhǔn)不確定度表示為:u(n)==其中N為α能譜峰面積總計(jì)數(shù),t為測(cè)量時(shí)間。選擇一臺(tái)α譜儀,用表面發(fā)射率為76.5s-1的241Am標(biāo)準(zhǔn)源在1800s內(nèi),測(cè)量得到的α能譜峰面積計(jì)數(shù)總計(jì)數(shù)為41202,根據(jù)計(jì)數(shù)率的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式,得:JJF1851—20208u(n)=s-1=0.113s-1C.3.2輸入量q2π的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(q2π)的評(píng)定輸入量q2π的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要是標(biāo)準(zhǔn)平面源表面發(fā)射率的不確定度,該不確定度由上一級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室給出。本示例中所用的241Am平面標(biāo)準(zhǔn)源,表面發(fā)射率的相對(duì)l=2)。因此,表面發(fā)射率標(biāo)準(zhǔn)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