固定式碘化鈉γ譜儀連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）

1固定式碘化鈉γ譜儀連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范1適用范圍本標準規(guī)定了輻射環(huán)境空氣自動監(jiān)測站碘化鈉γ譜儀的組成和功能、運行維護、能譜數(shù)據(jù)分析、測量要求、數(shù)據(jù)報送、質(zhì)量保證和資料歸檔等技術(shù)要求。本標準適用于輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和核設(shè)施周圍空氣自動監(jiān)測站碘化鈉譜儀的分析測量。2規(guī)范性引用文件以下標準和規(guī)范所含條文，在本標準中被引用即構(gòu)成本標準的條文，與本標準同效。凡是不注明日期的引用文件，其最新版本適用于本標準。GB8999電離輻射監(jiān)測質(zhì)量保證通用要求HJ61輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范HJ1009輻射環(huán)境空氣自動監(jiān)測站運行技術(shù)規(guī)范EJ/T984環(huán)境監(jiān)測用X、γ輻射測量儀——第一部分劑量率儀型JJF1687用于探測與識別放射性核素的手持式輻射監(jiān)測儀校準規(guī)范JJG（軍工）40輕便窗式γ能譜儀IAEA-TECDOC-1363利用伽瑪射線光譜儀數(shù)據(jù)繪制放射性元素分布圖的指南（Guidelinesforradioelementmappingusinggammarayspectrometrydata）ISO18589-7環(huán)境放射性的測量-土壤-第7部分：γ核素的就地測量（Measurementofradioactivityintheenvironment-Soil-Part7:Insitumeasurementofgamma-emittingradionuclides）JAERI-1209ANewMethodofDoseEvaluationbySpectrum-doseConversionOperatorandDeterminationoftheOperator3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本標準。3.1碘化鈉γ譜儀NaI（Tl）gammaspectrometer2設(shè)備利用γ射線與碘化鈉晶體相互作用產(chǎn)生熒光，熒光在光電倍增管的光陰極上轟擊出光電子，光電子的數(shù)量在光電倍增管內(nèi)被放大后到達陽極，陽極收集這些電子后形成電流，再產(chǎn)生一定幅度的脈沖信號，最后通過多道脈沖幅度分析器轉(zhuǎn)換成包含射線能量和強度信息的γ能譜。3.2穩(wěn)定性stability設(shè)備在運行期間工作的穩(wěn)定狀況，即碘化鈉γ譜儀保持其計量特性隨時間恒定的能力；一般用計量特性變化到某個規(guī)定的量所經(jīng)過的時間間隔表示，或用特性在規(guī)定時間間隔內(nèi)發(fā)生的變化表示，包括能量-道址穩(wěn)定性、計數(shù)響應(yīng)穩(wěn)定性等。3.3能量分辨力energyresolution對于某一給定的能量，能分辨的兩個粒子能量之間的最小相對差值的量度。在規(guī)定的γ射線全吸收峰最大值一半處以百分數(shù)或keV表示的整個寬度。3.4剝譜spectralstripping從混合核素γ射線能譜全譜中先找出幾種容易識別的已知核素，根據(jù)其譜形結(jié)構(gòu)再從全譜中進行干擾計數(shù)扣除得到感興趣目標核素γ射線的能峰計數(shù)。4測量系統(tǒng)4.1組成自動站碘化鈉γ譜儀測量系統(tǒng)一般由閃爍體探測器、光電倍增管（或硅光電倍增管（SiPM、多道脈沖幅度分析器、高壓電源及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等構(gòu)成。碘化鈉探測器一般采用直徑和高度相同的正圓柱結(jié)構(gòu)，常用的晶體尺寸為Ф7.6cm×7.6cm，可選配其他晶體或GM管作為高量程γ輻射劑量率探頭。測量系統(tǒng)宜選用低鉀NaI（Tl）晶體和低噪音光電倍增管。4.2功能設(shè)備除給出空氣吸收劑量率和核素識別測量結(jié)果外，特定條件下可計算地面沉積活度和空氣放射性濃度。由于碘化鈉探測器晶體受溫度變化影響較大，因此碘化鈉γ譜儀還需具有穩(wěn)譜的功能，可采用天然核素、人工源、LED、溫漂曲線等自動穩(wěn)譜。碘化鈉γ譜儀測量系統(tǒng)一般內(nèi)置劑量率計算方法，γ核素識別采用尋找γ射線特征峰是否存在或進行人工判斷。4.3技術(shù)要求4.3.1溫度-20℃~35℃,相對濕度≤80%。4.3.2對137Cs的661.7keV光子的能量分辨力小于8%。34.3.3使用512或1024道的多道電子學系統(tǒng)。4.3.4短期穩(wěn)定性：以137Cs點源間隔24小時測量，661.7keV全能峰中心道址漂移不超過1.5%?；蛘咛烊画h(huán)境下測量的40K的能峰1460.8keV中心道址在24小時內(nèi)漂移不超過1%。4.3.5能量測量范圍為40keV~3000keV；設(shè)備在此能量范圍內(nèi)的響應(yīng)與對137Cs參考源輻射的響應(yīng)差別不應(yīng)超過±30%。4.3.6全譜計數(shù)率<100kcps時可正常測量。4.3.7設(shè)備自帶軟件核素庫一般應(yīng)包括附錄A所列核素，標準試驗條件下的核素識別正確率不低于90%（參見JJF1687）。4.3.8測量γ輻射空氣吸收劑量率時，設(shè)備相對固有誤差<15%。4.3.9安裝好的設(shè)備應(yīng)配有專用操作軟件，軟件應(yīng)具有譜采集、自動尋峰、核素識別、參數(shù)設(shè)置等功能；輸出數(shù)據(jù)格式中應(yīng)包含N42、SPC或ASCII等格式，能譜原始數(shù)據(jù)應(yīng)包含測量時間、儀器狀態(tài)、溫度、每道計數(shù)、劑量（率）等信息；可具備報警預(yù)警功能設(shè)置和遠程控制等。5空氣吸收劑量率測量5.1輻射空氣自動監(jiān)測站配置的碘化鈉γ譜儀功能主要為空氣吸收劑量率測量、核素識別和半定量計算。γ輻射空氣吸收劑量率測量值可由儀器內(nèi)置算法進行轉(zhuǎn)換計算，設(shè)備性能符合EJ/T984中5.2節(jié)的要求。5.2當設(shè)備測量的γ輻射空氣吸收劑量率用于輻射水平評估時，需扣除宇宙射線響應(yīng)值，宇宙射線響應(yīng)測量方法參見標準HJ61。5.3γ輻射空氣吸收劑量率測量值的最短更新速率一般應(yīng)小于1分鐘。5.4γ輻射空氣吸收劑量率測量數(shù)據(jù)若采用全譜G（E）函數(shù)法進行轉(zhuǎn)換計算，可參考JAERI-1209。6放射性核素測量6.1跟蹤碘化鈉γ能譜感興趣區(qū)計數(shù)率目的是為了監(jiān)測γ輻射水平的小幅升高，將碘化鈉γ射線能譜全譜分成若干個不同感興趣區(qū)，每個感興趣區(qū)應(yīng)覆蓋一種或多種關(guān)注核素的主要特征γ射線能量峰，按設(shè)定的時間間隔計算各感興趣區(qū)計數(shù)率的平均值和標準偏差。對于γ能譜全譜的低能端第一個能區(qū)可用于低能放射源的穩(wěn)譜或自校，所有能區(qū)覆蓋了要監(jiān)測的空氣中絕大多數(shù)放射性核素的γ射線能譜范圍。46.2當監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時應(yīng)及時報警并進行人工分析。報警閾值可設(shè)定為本底譜各感興趣區(qū)計數(shù)率平均值加上其n倍標準偏差，n一般取3-5。在計算本底譜感興趣區(qū)計數(shù)率平均值時，可剔除自然因素以外因素引起的異常數(shù)據(jù)，若發(fā)生點位變更或周圍環(huán)境狀況顯著變化，應(yīng)重新計算。報警閾值可按全時段設(shè)置，或按不同季節(jié)的降水時段和非降水時段分別設(shè)置。6.3人工分析時，由設(shè)備自帶軟件核驗異常數(shù)據(jù)，判斷樣品譜是否存在明顯異于本底譜的γ射線能峰。無法判斷時，選取測量條件相似的樣品譜和本底譜，采用專業(yè)解譜軟件，將歸一化后的樣品譜計數(shù)逐道減去本底譜計數(shù)，得到凈樣品譜，查看是否存在γ射線能峰計數(shù)。也可按照附錄B所述方法剝離天然核素的影響，提高核素識別靈敏度。6.4若設(shè)備自帶軟件自動識別到異常核素，可按上述步驟6.1-6.3進行分析。6.5當分析出可能存在異常核素時，應(yīng)對輻射場可能存在的γ核素種類進行判斷，重點關(guān)注41Ar、60Co、131I、137Cs、241Am等人工核素。7測量要求7.1設(shè)備安裝高度應(yīng)與同站址高壓電離室安裝高度保持一致，一般探測器晶體幾何中心距離基礎(chǔ)面高度為1米。7.2正常監(jiān)測情況下，樣品譜的測量時間可設(shè)置為15-30分鐘，γ輻射空氣吸收劑量率測量值每5分鐘更新一次；應(yīng)急監(jiān)測情況下，樣品譜的測量時間可設(shè)置為5-15分鐘，γ輻射空氣吸收劑量率測量值至少每30秒更新一次。7.3本底譜各感興趣區(qū)計數(shù)率的平均值和標準偏差可利用全年數(shù)據(jù)剔除異常結(jié)果后進行計算，也可區(qū)分降水時段和非降水時段分別計算，以提高分析精度。7.4樣品譜測量時間與本底譜測量時間應(yīng)保持一致或歸一化處理，并保證二者無相對道漂（或經(jīng)修正后）。7.5按設(shè)備所處工作場所或環(huán)境選取相應(yīng)若干核素做為站點測量核素庫。8數(shù)據(jù)報送8.1碘化鈉γ能譜一般按11個能區(qū)計算小時均值和標準偏差，可根據(jù)積累數(shù)據(jù)做趨勢圖分析。按設(shè)定的1小時時間間隔對各能區(qū)計數(shù)進行統(tǒng)計上報，全年小時數(shù)據(jù)獲取率應(yīng)達到90%以上。8.2設(shè)備運行參數(shù)包括地理位置、刻度信息、氣象條件和儀器高壓等。上報的數(shù)據(jù)格式可參考58.3為防止數(shù)據(jù)丟失，測量的碘化鈉γ能譜數(shù)據(jù)應(yīng)定期報送、備份并存檔。8.4發(fā)生數(shù)據(jù)真實異常時進行預(yù)警并分析原因，同步啟動同站址氣溶膠樣品采集并將樣品送實驗室分析。9質(zhì)量控制9.1校準9.1.1碘化鈉γ譜儀應(yīng)由具備資質(zhì)的第三方權(quán)威計量機構(gòu)進行校準，通常每3年校準一次，主要針對空氣吸收劑量率校準因子、剝離系數(shù)等相關(guān)指標9.1.2碘化鈉γ譜儀可通過量值傳遞的方式開展自行校準，保證量值可追溯至國家計量基準。9.1.3原則上設(shè)備進行性能可能受到影響的重大維修后，碘化鈉譜儀須重新校準。9.1.4設(shè)備首次使用前可用檢驗源檢查穩(wěn)定性、能量分辨力、核素識別正確率和能量響應(yīng)等主要性能技術(shù)指標。9.2期間核查9.2.1能量刻度碘化鈉γ譜儀的能量刻度是儀器可以準確定性分析的前提，主要確定能量與道址的關(guān)系，刻度范圍應(yīng)從40~3000keV之間，選擇從低能到高能均勻分布至少4個點的單能或多能核素刻度源，如241Am、137Cs、60Co、152Eu等，刻度時可保持源至探測器前表面中心的垂直距離為5~25cm或合適高度。調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益，使137Cs的661.7keVγ射線的全吸收峰峰位大約在多道分析器滿量程的三分之一處。擬合關(guān)系式如式（1），能量非線性絕對值不宜超過5%。式中：E—全能峰對應(yīng)的γ射線能量，keV；a0、a1、a2—擬合系數(shù)；Ch—道址。在設(shè)備使用期間，可定期用天然核素如40K(1460.8keV)、214Pb(351.9keV)的γ射線能峰檢查峰位變化情況，當變化超過1.5%時，考慮重新進行能量刻度。9.2.2檢查儀器穩(wěn)定性，每年至少一次對碘化鈉譜儀使用241Am、137Cs、60Co等檢驗源進行識別分析，檢查其主要性能技術(shù)指標是否滿足4.3節(jié)中要求。69.2.3能量分辨力：每年至少一次用137Cs檢驗源測量分辨力（661.7keV全能峰的半高寬除以峰位），確認不低于能量分辨力出廠指標。9.2.4其它性能指標應(yīng)與出廠時指標相當如穩(wěn)定性、固有誤差、重復(fù)性等，可參考GB8999要求進行測試。9.3其它規(guī)定9.3.1運行維護人員應(yīng)按國家相關(guān)規(guī)定，經(jīng)培訓合格，持證上崗。9.3.2碘化鈉γ譜儀連續(xù)自動測量系統(tǒng)運行宜按照本單位質(zhì)量管理體系運行要求編制相關(guān)的作業(yè)指導(dǎo)書和儀器設(shè)備操作規(guī)程，實施全過程質(zhì)量管理。9.3.3碘化鈉γ譜儀正常監(jiān)測時應(yīng)按照HJ1009的要求做好運維記錄和儀器使用記錄。9.3.4測量不確定度的評估可參考ISO18589-7相關(guān)內(nèi)容。7附錄A常用γ放射性核素數(shù)據(jù)表（資料性）表A.1常用γ放射性核素數(shù)據(jù)表能量keV發(fā)射幾率%附錄C中感興趣區(qū)序號半衰期41Ar1293.671.83h85Kr5140.43410.73a131I364.581.138.04d133I529.986.2420.83h133Xe81.036.115.25d192Ir316.5182.85374.02d468.0747.84460Co1173.299.8775.27a1332.599.987134Cs604.797.652.062a795.885.45137Cs661.785.0530.17a241Am59.5435.71432.0a210Pb46.54.05122.3a234Th63.293.81124.1d（L*）92.382.72192.802.601235U143.827.038×108a185.7542226Ra186.23.221600a208Tl43.053min（L）2614.599.79212Pb238.643.6310.64h（L）228Ac338.736.13h（L）911.2276214Pb351.937.1326.8min（L）295.23214Bi609.346.1519.9min（L）1764.5840K1460.7510.6781.277×109a8(資料性)天然核素的剝離后，通過前述過程確定有高于本底放射性核素存在后，由目標核素特征能量凈計數(shù)(率)可進一鈾窗和釷窗(附表B.1)。那么每個能窗的計數(shù)不僅來自該能窗內(nèi)核素造成的計數(shù)還包括其他能Nk=Nkk+Nxu+Nk,rhNμ=Nyx+Nu,u+Nu,rhNrh=Nrhk+Nrhu+NrhThNk,Nu,Nm分別為環(huán)境能譜中鉀窗、鈾窗、釷窗內(nèi)的總計數(shù)，Ni;為j核素在i能窗造成的計數(shù)貢獻，引入剝離比(剝離系數(shù))后上式可變?yōu)椋篘g=αxgNkk+αguNuu+αx.ThNrhThNu=auxNkk+auuNuu+αu,rhNrh.ThNrn=αrhkNkk+αrhuNuu+QThThNphThauk為純鉀源測得能譜中，鈾窗的計數(shù)和鉀窗的計Ng=αkkNgk+aguNuu+Qk,rnNrh,ThNy=αuyNuu+αu,rhNTh,ThNrh=athThNrhTh參照JJG(軍工)40通過在混凝土標準體源模型上測量計算得到剝離比，結(jié)合方程(B.7)、9附表B.1能窗信息表能窗編號γ射線能峰能區(qū)下邊界能區(qū)上邊界Skyshine（天空散射）S96keV213keVLow（低能）L279keV381keV40KK1461keV1370keV1570keV235UU1765keV1660keV1860keV232ThTh2615keV2400keV2800keV上報每日統(tǒng)計值，包括日期、日均值、標準偏差()、當日小時均值最大上報每日統(tǒng)計值，包括日期、日均值、標準偏差()、當日小時均值最大附錄C碘化鈉γ能譜數(shù)據(jù)報送格式（規(guī)范性）碘化鈉γ能譜數(shù)據(jù)報送格式表C.1碘化鈉γ能譜數(shù)據(jù)報表（分塊計數(shù)）點位名稱及編號碘化鈉譜儀型號及編號天氣氣壓（kPa）溫度(℃)相對濕度（%）風向風速儀器高壓（V）刻度證書編號及有效期測量時間：得時間得時間123456789注：小時均值：時間標簽為測量截止時間，數(shù)據(jù)為此刻前1小時測量均值。日均值：由每日內(nèi)3/4以上的小時均值算術(shù)平均值得出。日均值的統(tǒng)計階段為北京時間00：00至24：00。(XiX)2值、最大值的時間標簽、當日小時均值最小值、最小值的時間標簽等。[1]GrastyRL,HovgaardJ,LamarreJR.AFenceLineNobleGasMonitoringSystemforNuclearPowerPlants[J].RadiatProtDosimetry,2001(3):249-256.[2]NaumenkoA,RukhovichS,KabanovV,etal.Autonomo