JJF 1851-2020 α谱仪校准规范



中华人民共和国国家计量技术规范

JJF1851—2020

a谱仪校准规范

CalibrationSpecificationforAlphaSpectrometers

2020-07-02发布

2021-01-02实施

国家市场监督管理总局发布

JJF1851—2020

OC谱仪校准规范

參o參o參o參o參o參o參o參o壽o壽o參o參o參

JJF1851-2020 :

CalibrationSpecification

forAlphaSpectrometers

归口单位：全国电离辐射计量技术委员会

主要起草单位：中国计量科学研究院

国防科技工业电离辐射一级计量站

上海市计量测试技术研究院

参加起草单位：江苏省计量科学研究院

湖北大秦维康检验测试认证有限公司

本规范委托全国电离辐射计量技术委员会负责解释本规范主要起草人：

张明（中国计量科学研究院）

姚顺和（国防科技工业电离辐射一级计量站）

唐方东（上海市计量测试技术研究院）

参加起草人：

王鹏（江苏省计量科学研究院）

梁捃成（中国计量科学研究院）

刘皓然（中国计量科学研究院）

秦鸣东（湖北大秦维康检验测试认证有限公司）

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JJF1851—2020

目录

引言 （n）

i范围 （1）

2引用文件 （1）

3术语和计量单位 （1）

3.1术语 （1）

3.2计量单位 （1）

4概述 （2）

5计量特性 （2）

5.1本底计数率 （2）

5.2能量非线性 （2）

5.3能量分辨力 （2）

5.4探测效率 （2）

6校准条件 （2）

6.1环境条件 （2）

6.2测量标准及其他设备 （2）

7校准项目和校准方法 （3）

7.1本底计数率 （3）

7.2能量非线性 （3）

7.3能量分辨力 （3）

7.4探测效率 （3）

8校准结果表达 （4）

9复校时间间隔 （4）

附录A校准记录推荐格式 （5）

附录B校准证书内页信息及推荐格式 （6）

附件Ca谱仪探测效率测量的不确定度评定示例 （7）

引言

JJF1071一2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001一2011《通用计量术语及定义》、JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范制定工作的基础。

本规范编制的主要依据为国际标准ISO13161—2011《水质能谱法测量水中钋210核素活度浓度》(Waterquality—Measurementofpolonium210activityconcentrationinwaterbyalphaspectrometry),ISO13167—2015《水质一鉢、镅、锯和偉放射性核素一a能谱测量方法》(Waterquality—Plutonium?americium，curiumandneptunium—Testmethodusingalphaspectrometry)和GB/T16141一1995《放射性核素的a能谱分析方法》

本规范为首次发布。

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a谱仪校准规范

1范围

本规范适用于半导体探测器型a谱仪的校准，能量范围为（3〜9）MeV。对于气体探测器型a谱仪，可参照本规范规定的方法进行校准。

2引用文件

本规范引用下列文件：

JJF1001一2011通用计量术语及定义

JJF1035—2006电离辐射计量术语及定义

GB/T4960.1 2010核科学技术术语第1部分：核物理与核化学

GB/T4960.6 2008核科学技术术语第6部分：核仪器仪表

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。

3术语和计量单位

3.1术语

JJF1001—2011,JJF1035—2006、GB/T4960.1—2010和GB/T4960.6—2008界定的及以下术语和定义适用于本规范。

3.1.1a谱仪alphaspectrometer

获取ce粒子能谱，用于放射性活度测量和核素分析的仪器。

3.1.2仪器本底instrumentalbackground

仪器正常工作状态下，测量无放射性污染的空样品盘时的示值。

3.1.3表面发身寸率surfaceemissionrate

单位时间内，从平面源表面（27T球面度）发射的特定种类、能量超过特定值的粒子数。

3.1.4标准平面源referenceplanesource

性质和活度在某一确定的时间内都是已知的，并能用作参考的固态平面放射源。

3.1.5探测效率detectionefficiency

在一定探测条件下，探测器测得的计数率与被测源发射率的比值。

3.1.6會旨量分辨力energyresolution

a谱仪分辨能量相近a射线能量峰的本领。

3.2计量单位

3.2.1 ［源］表面发射率：（平面源球面度内）每秒的粒子数，符号：s-'o

3.2.2本底计数率的单位为每小时计数，符号：1T1。

3.2.3能量分辨力的常用单位为千电子伏，符号：keV。

4概述

a谱仪主要由探测器、电源、前置放大器、线性放大器、多道脉冲分析器以及数据采集和处理系统组成。根据a射线与探测器相互作用产生能量沉积输出的电压脉冲信号幅度与人射a粒子能量成正比，通过谱分析软件可得到a粒子能谱。

a谱仪主要包括气体探测器型和半导体探测器型，广泛应用于辐射环境监测等领域a衰变核素的识别和定量分析。

5计量特性

5.1本底计数率

全谱本底计数率通常不超过1.0h^1。

5.2能量非线性

能量非线性通常不超过1%。

5.3能量分辨力

在源距探测器表面距离等于探测器直径的条件下，半导体探测器型a谱仪对241Am核素的a射线(Ea=5.487MeV)的能量分辨力通常不超过25keV。

5.4探测效率

在源距探测器表面小于10mm条件下，半导体探测器型a谱仪的探测效率通常不低于25%。

注：以上计量特性指标不适用于合格性判定，仅供参考。

6校准条件

6.1环境条件

6.1.1温度：(10〜35)°C。

6.1.2相对湿度：不大于85%。

6.1.3无影响正常工作的机械振动和电磁干扰。

6.2测量标准及其他设备

6.2.1测量标准

a标准平面源的技术指标见表1。

表1a标准平面源的技术指标

核素

规格

表面发射率

表面发射率的

扩展不确定度

241Am

活性区：

多16mm~^50mm

(3.0X101〜1.0X103)s—1

Urel<3.0%

(是=2)

6.2.2其他设备

活性区#16mm〜$50mm的239Pu、2U)Po、244Cm或天然U平面源的一种或多种。

2

7校准项目和校准方法

7.1本底计数率

被校a谱仪开机预热，清洁样品盘，将空样品盘放人测量室，待真空度水平达到测量要求后设定工作电压，测量仪器本底。测量时间应不少于24h，计算全谱计数，按式（1）计算本底计数率Wb:

式中：

本底计数率；

Nb

本底计数；

t

本底测量时间。

7.2能量非线性

选取241Am标准源，以及239Pu、21QPo、244Cm和天然U平面源的一种或多种。依次放人探测器样品盘内，真空度达到仪器要求条件后设定工作电压，获取标准源能谱。选取至少3个a特征能峰，读取全能峰中心峰位道址CH,。将CH,和对应选取的a射线

能量标准值EU故线性拟合，确定a谱仪能量-道址关系。按式（2）计算能量非线性U:

Ea,

X100%

max

(2)

式中：

U——能量非线性;

Eai 选取的特征a射线能量标准值；

Efi——道址CH,在拟合的直线上对应的能量值。

7.3能量分辨力

将241Am标准源放人探测器样品盘内，真空度达到仪器要求条件后设定工作电压，获取标准源能谱。待峰面积计数大于10000后，读取全能峰半高宽△£：，即为cH普仪对该特征峰的能量分辨力。

7.4探测效率

将a标准源置于样品盘，按7.2步骤获取标准源能谱。待峰面积计数大于10000后，按公式（3）计算被检仪器的探测效率。

(3)

X100%

式中：

e——探测效率;

n——测量标准源的计数率，s-1；

nh——峰面积内的本底计数率，s-h

q2n——标准源的表面发射率，

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8校准结果表达

按本规范进行校准，出具校准证书，校准证书内页格式见附录B;校准结果应给出探测效率测量结果的不确定度（评定示例见附录C）。

9复校时间间隔

建议复校时间间隔为24个月。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸多因素所决定的，因此，送校单位可根据实际使用情况自主确定复校周期间隔。

附录A

校准记录推荐格式

a谱仪校准记录

送校单位

仪器名称

型号/规格

出厂编号

生产厂家

校准日期

证书编号

校准依据的技术文件

校准环境条件

温度： °C 相对湿度： %

计量标准证书编号

有效期

校准项目

校准结果

本底计数率

测量时间/h

本底计数

本底计数率/h"1

能量非线性

能量/keV

非线性U

道址

冃旨重分辨力

测量时间/s

峰面积总计数

能量分辨力/keV

探测效率

标准平面源表面粒子发射率： s'1

标准平面源距离探测器相对位置：

测量时间/s

峰面积总计数

探测效率e

校准员： 核验员:

附录B

校准证书内页信息及推荐格式

1本底计数率

72b=

2能量非线性U

17=

在标准平面源距离a谱仪探测器相对位置在XX条件下，能量分辨力和探测效率e的校准结果如下：

3能量分辨力

△E=

4探测效率e及其不确定度

€=

以下空白

5

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JJF1851—2020

附录c

a谱仪探测效率测量的不确定度评定示例

C.1测量条件与测量方法

C.1.1环境条件：

实验室温度：(15〜25)°C;

相对湿度：(35〜65)%；

周围无影响正常工作的机械振动和电磁干扰。C.1.2测量标准：

241Am平面标准源；

表面发射率:(3.OX1O1〜1.OX1O3)s—1;

表面发射率的不确定度：Urel<3.0%(^=2)oC.1.3测量参数：241Am核素探测效率。

C.1.4测量方法：按照本规范7.4。

C.2测量模型

式中：

£——探测效率；

n——«能谱峰面积的计数率，

72b——《能谱峰面积对应区间内的本底计数率，S-1；

q2K 241Am标准源的表面发射率，s_1。

对于a谱仪，3MeV以上的全谱本底计数率一般不超过1.0 ，而241Am平面标

准源的表面发射率范围在(3.OX1O1〜1.0X103)s-1，77bA<10-5,因此本底计数率^可忽略，测量模型可简化为：

X100%

C.3输人量的标准不确定度

C.3.1输人量w的标准不确定度m(w)的评定

输人量W的不确定度主要来源于a能谱峰面积计数率的统计涨落。其标准不确定度表示为：

其中N为a能谱峰面积总计数，t为测量时间。

选择一台a谱仪，用表面发射率为76.5s"1的241Am标准源在1800s内，测量得到的a能谱峰面积计数总计数为41202,根据计数率的标准不确定度计算公式，得：

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JJF1851—2020

u(n)=/412°^s_1=0.113s_118002

c.3.2输人量72，的标准不确定度AqJ的评定

输人量g2，的标准不确定度主要是标准平面源表面发射率的不确定度，该不确定度由上一级计量标准实验室给出。本示例中所用的241Am平面标准源，表面发射率的相对扩展不确定度为Urel=2.0%(^=2)。因此，表面发射率标准不确定度uCq2J=1.0%

X76.5s_1=0.765s_1。

C.4合成标准不确定度的计算

C.4.1灵敏系数

a£ 1

n的灵敏系数=—a£

的灵敏系数=—=

C.4.2合成标准不确定度

1

76.5

2

2tc

s=1.30X10-2s

22.