氡子体测量仪校准规范 编制说明

《氡子体测量仪》校准规范
编写说明
编写组
于2018-9-15
一、任务来源
根据国家质量监督检验检疫总局2016年国家计量技术法规制/修订计划通知“国质检量函[2016]163号”，制定氡子体测量仪校准规范。

由中国计量科学研究院、南华大学、国防科技工业电离辐射一级计量站和河南省计量科学研究院承担编制工作。

二、规范制定的必要性
氡子体测量仪是一种重要的辐射防护仪器，在矿山、地下室和居室内都可能存在氡及子体的情况下，编制氡子体计量校准规范对于同一这种仪器的量值，降低肺癌风险，维护工作健康具有十分重要的意义。

三、编制的依据
氡子体校准规范的编制主要依据国际标准ISO11665-1《环境中的放射性测量——空气：氡-222——第1部分：氡及其子体的来源与测量方法》（Measurement of radioactivity in the environment- Air:radon-222--Part1:Origins of radon and its short-lived products and associated measurement methods),ISO11665-2《环境中的放射性测量——空气：氡-222——第2部分：氡子体平均潜能α浓度的累积测量方法》(Measurement of radioactivity in the environment- Air:radon-222--Part2:Integrated measurement method for determining average potential alpha energy concentration of its short-lived decay products)和ISO11665-3《环境中的放射性测量——空气：氡-222——第3部分：氡子体平均潜能α浓度的抓样测量方法》(Measurement of radioactivity in the environment- Air:radon-222--Part3:Spot measurement method of the potential alpha energy concentration of its short-lived decay products)。

除此之外，还参照引用了GB/T 13163.1-2009/IEC 61577-1:2006 《辐射防护仪器氡及氡子体测量仪第1 部分：一般原则》，GB/T 13163.3-2014/IEC 61577-3:2011 《辐射防护仪器氡及氡子体测量仪第 3 部分：氡子体测量仪的特殊要求》，GB/T 13163.4-2014/IEC 61577-4:2009 《辐射防护仪器氡及氡子体测量仪第4 部分：含氡同位素及其子体参考大气的产生设备（氡环境试验系统）》等文件。

规范的制定以测量领域的需求为导向，以校准222Rn和220Rn的参考响应为重点和核心，以支持GB/T 16146《室内氡及子体控制要求》和GBZ 116《地下氡及子体控制标准》在我国的执行。

三、制定过程
2016年，华大学、国防科技工业电离辐射一级计量站和河南省计量科学研究院等单位接到任务后，成立了规范编制起草小组，同时拟定了工作方案，如下：2016.07-2016.12 调研相关文献资料。

2017.01-2017.06 在中国计量科学研究院氡室上试验探讨校准规范的技术关键点与实现途径。

2017.07-2018.06 实验测量，确定被校准计量特性的推荐技术指标，并完成相关不确定度评定。

2018.07-2018.09 完成校准规范征求意见稿、不确定度评定示例的编制工作。

2018.10-2019.6 以校准规范的主要方法为基础，组织实施了国际比对，验证校准方法的可行性，探讨不确定度优化评定方法。

四、规范的主要技术依据
《氡子体测量仪》校准规范的编制的主要参考资料和依据如下：
JJF 1001-2011《通用计量术语及定义》
JJF 1035-2006《电离辐射计量术语及定义》
GB/T 13163.1-2009/IEC 61577-1:2006 《辐射防护仪器氡及氡子体测量仪第1 部分：一般原则》
GB/T 13163.3-2014/IEC 61577-3:2011 《辐射防护仪器氡及氡子体测量仪第3 部分：氡子体测量仪的特殊要求》
GB/T 13163.4-2014/IEC 61577-4:2009 《辐射防护仪器氡及氡子体测量仪第4 部分：含氡同位素及其子体参考大气的产生设备（氡环境试验系统）》ISO11665-1《环境中的放射性测量——空气：氡-222——第1部分：氡及其子体的来源与测量方法》（Measurement of radioactivity in the environment-
Air:radon-222--Part1:Origins of radon and its short-lived products and associated measurement methods)
ISO11665-2《环境中的放射性测量——空气：氡-222——第2部分：氡子体平均潜能α浓度的累积测量方法》(Measurement of radioactivity in the environment- Air:radon-222--Part2:Integrated measurement method for determining average potential alpha energy concentration of its short-lived decay products) ISO11665-3《环境中的放射性测量——空气：氡-222——第3部分：氡子体平均潜能α浓度的抓样测量方法》(Measurement of radioactivity in the environment- Air:radon-222--Part3:Spot measurement method of the potential alpha energy concentration of its short-lived decay products)
五、规范的主要内容及主要技术关键
1.关于适用范围
氡子体的测量涉及到222Rn的子体和220Rn的子体，校准规范编制中，综合考虑了这两类子体测量仪器的校准需求。

两类子体的校准方法相似，但据报道子体测量之间存在串扰问题。

参考国际国内标准，建立了校准交叉干扰的方法。

由此，规范适用于氡(222Rn或220Rn)子体测量仪在平衡当量氡浓度测量量程为（0~104）Bq/m3的校准。

更高量程的氡子体测量目前在国内没有遇到，而且校准难度会显著增加，因此在该规程中没有纳入。

2、应用文件
如四所述，包括ISO标准及与IEC标准对应的国家标准。

3 术语和计量单位
3.1 术语
术语的定义及定义来源如下：
3.1.1 气溶胶aerosol
悬浮在气体介质中的固体或液体微粒。

（GB/T 13163.4, P4）
3.1.2 活度中值空气动力学直径activity median aerodynamic diameter
与所研究的气溶胶微粒具有相同热力学特性的单位密度(kg·m-3)球的直径随活度分布的中位值。

（GB/T 13163.4, P4）
3.1.3 活度浓度activity concentration
放射性核素的活度除以其所分布的总体积所得的商。

（GB/T 13163.4, P2）
3.1.4 抓样采样grab sampling
与所研究的量(如氡子体活度浓度)的涨落相比，样品(如含氡子体的空气)收集时间较短的采样方法。

（GB/T 13163.1, P6）
3.1.5 连续测量continuous measurement
通过连续或间歇性(一般间隔1min~120min)采样、同时或延迟分析，反映氡子体浓度动态变化的测量方法。

(ISO 116651-1:2012(E),P3)
3.1.6 累积测量integrated measurement
通过连续采样一定体积的空气样品，累积氡子体产生相应的核径迹、电脉冲等信号，完成累积后再分析的测量方法。

(ISO 116651-1:2012(E),P4)
3.1.7 α潜能浓度potential alpha energy concentration
单位体积空气中存在的任何短寿命氡子体混合物全部衰变至210Pb或208Pb 所释放的α能量。

（GB/T 13163.4, P3）
3.1.8 体积流量volume flow rate
单位时间内流过管道的气体体积。

（GB/T 13163.4, P2）
3.1.9 平衡当量浓度equilibrium equivalent concentration
氡与其短寿命子体处于放射性平衡状态、并具有与非平衡状态混合物相同的α潜能浓度时氡的活度浓度。

（GB/T 13163.4, P3）
3.1.10 平衡因子equilibrium factor
氡的平衡当量浓度与氡气的实际浓度之比。

（GB/T 13163.4, P4）
3.1.11 氡环境试验系统system for test atmosphere with radon
产生和使用参考氡气所需设备的系统，简称氡室。

通过对氡，气溶胶，温度和湿度等参数的调控，形成均匀稳定的氡子体测量仪校准环境。

（GB/T 13163.4, P5）
3.1.12参考氡子体测量装置concentration reference apparatus of radon decay products
用于确定氡室内氡子体α潜能浓度或平衡当量浓度的参考值的测量装置。

（GB/T 13163.4, P6）
3.1.13 参考响应reference response
测量装置在参考条件下对参考氡子体浓度的响应。

（GB/T 13163.3, P2）
3.1.14 交叉干扰cross-interference
仪器对来自干扰放射性核素辐射的响应与感兴趣的放射性核素辐射的响应之比。

（GB/T 13163.3, P2）
3.1.15标准平面源reference plane sources
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。

3.2 计量单位
3.2.1 [放射性]活度：贝可[勒尔]；符号：Bq。

3.2.2 活度中值空气动力学直径的单位为纳米，符号：nm。

3.2.3 活度浓度与平衡当量浓度的单位为贝可[勒尔]每立方米，符号：Bq m-3。

3.2.4 体积流量的单位是每分钟立方米，符号：m3 min-1。

3.2.5 α潜能浓度的单位为微焦耳每立方米，符号：μJ m-3。

4 概述
氡子体测量仪是一种通过抓样采样、连续采样或累积采样等方式获取空气中的氡子体，并结合计数、能谱或蚀刻径迹等测量信息与采样体积，得出空气中氡子体浓度的仪器。

氡子体测量仪主要由采样单元、探测器和数据处理单元等组成。

氡子体采集后，在探测器内沉积能量，产生可观测的计数、能谱或蚀刻径迹数，可据此分析得到氡子体α潜能，进而结合采样体积得到潜能浓度或平衡当量浓度。

氡子体测量仪，是天然放射性氡子体辐射防护测量仪器，在矿井、地下建筑和居室内空气质量控制，以及辐射环境监测等领域广泛应用。

5 计量特性
5.1 能量范围
测量β及α粒子的能量范围：(0~8) MeV。

5.2 能量分辨力
采用α谱法测量氡子体浓度的仪器，所用半导体探测器对于α粒子的能量分辨力：≤50 keV(对于Pu-239或Am-241电镀源)。

5.3 本底计数率
在消除氡子体影响的情况下，采用能谱法的仪器全谱本底计数率：≤1.0 s-1。

5.4 采样流量
采样流量：(1~30)×10-3 m-3 min-1；采样流量最大允许误差：±10%。

5.5 探测效率
探测器对于α或β粒子的探测效率范围：20%~100%。

5.6 重复性
测量重复性：≤2%(对于Pu-239或Am-241电镀源)。

5.7 α潜能浓度
对于222Rn，α潜能浓度范围：（0~56）μJ/m3。

对于220Rn，α潜能浓度范围：（0~760）μJ/m3。

5.8 平衡当量浓度
对于222Rn或220Rn，平衡当量浓度范围：（0~104）Bq/m3
说明：以上计量特性指标仅供参考，不用于合格性判定。

6 校准条件
6.1 环境条件
6.1.1温度：(10~35) ℃
6.1.2相对湿度：不大于85%
6.1.3大气压力：90 kPa~106 kPa
6.1.4 气溶胶浓度：(5E+09~2E+10) m-3
6.1.5 周围剂量当量率：＜0.25 μSv/h
6.1.6 无影响正常工作的机械振动和电磁干扰
6.2 测量标准
6.2.1 氡环境试验系统
氡子体浓度可调控范围不小于（0.1~10）kBq⋅m-3，8 h稳定性好于5%。

6.2.2 参考氡子体测量装置
氡子体平衡当量氡浓度的测量范围不小于（0.1~10）kBq⋅m-3，相对扩展不确定度优于10% (k=2)。

6.2.3 标准源
应配备α、β平面源或液闪源，用于检查仪器工作状态是否正常和测量重复性。

典型的α核素是241Am(或239Pu、244Cm)，典型的β核素有是36Cl(或137Cs、99Tc、90Sr/90Y)。

平面源的活性区尺寸宜与氡子体采样沉积的面积相同。

液闪源适用于采用液闪原理测量氡子体浓度的仪器。

标准源的技术规格如表1所示。

表1 标准源的技术规格
核素规格量值扩展不确定度
(k=2)
α平面源核素：
241Am(或239Pu、244Cm) 外径：Φ18 mm~Φ35 mm，
活性区：Φ16 mm ~Φ25 mm，
厚度：(0.5~1.0) mm 2π表面粒子发
射率：
(1.0E+02~
1.0E+03) s-1
U rel≤3.0%
(k=2)
β平面源核素：36Cl(或137Cs、99Tc、
90Sr/90Y)
液闪源核素：226Ra (或36Cl、137Cs、99Tc、
90Sr/90Y) 20mL瓶，闪烁液体积为(15±0.2)
mL，每升甲苯中PPO的含量为(5
±1) g
活度：(1.0E+02~
1.0E+03) Bq
U rel≤3.5%
(k=2)
6.2.4 流量标准器
配备经过溯源的标准流量计，用于校准氡子体测量仪采样部分的流量。

流量测量范围：(0.5~30)×10-3 m -3 min -1；最大允许误差：±5%。

6.2.5 环境参数测量仪
温度：最小分度值≤ 0.1℃
湿度：最小分度值≤ 0.1%
气压：最小分度值≤0.1 kPa
7 校准项目和校准方法
7.1 环境本底
设置仪器的测量周期或能量区间等参数，更换无氡子体或其它放射性核素沾污的滤膜样品（或其他采样器），检查仪器工作状态、参数配置，在正常环境本底(氡浓度一般低于50Bq/m 3)下测量。

通过环境本底测量，考察仪器工作状态是否正常、参数配置是否恰当、对环境级氡子体浓度的响应是否合理，为后续校准做好准备工作。

环境本底测量进行不少于5次(每次的测量周期根据仪器运行模式一般设置为1小时或2小时)，按式（1）计算平均环境本底b
C ：
n
C C n i i b ∑==1 （1）
式中： b C ——本底计数，s -1，Bq/m 3或μJ/m 3。

n —— 测量次数。

对于采用累积测量法的核径迹探测器，一般不进行环境本底测量，而是通过预留10~20个空白样（径迹片不暴露于空气中）作为对照组，将其平均径迹数直接作为累积剂量计算的本底。

7.2 重复性
根据仪器工作原理，如具备重复性测量条件的，应校准仪器重复性。

选择一种标准源(α、β平面源或液闪源)测量仪器重复性。

将标准源放入送校仪器的测样位置，重复测量10次，单次测量计数应大于40000。

按式（2）计算相对实
验标准差，计算结果作为测量重复性。

100%1
)(112i ⨯--⋅=∑=n N N N V n i （2） 式中： V — 重复性，%；
i N — 液闪计数器的读数，s -1；
N — 液闪计数器读数的算术平均值，s -1；
n — 重复测量次数。

7.3 参考响应
氡子体测量仪的参考响应在不少于2个浓度量级下校准。

对于每一量级，氡子体浓度达到稳定后让被校仪器重复测量10次，每次测量时间一般设置为60 min 或120 min 。

取10次测量的平均值计算参考响应，通过公式（3）~（4）计算每一浓度量级下被校氡子体测量仪的参考响应。

Q j b
j j I I R -= （3）
∑==n
j j R n R 1
1 （4） 式中：
j R 某一浓度量级下，被校氡子体测量仪在第j (1,2,3...10)个测量点的参考响应。

j R 为无量纲的比值或量纲为min -1⋅Bq -1⋅m 3，min -1⋅μJ -1⋅m 3。

j I 被校氡子体测量仪在第j 个测量点的示值，min -1，μJ ⋅m -3或Bq ⋅m -3。

b I 被校氡子体测量仪在第j 个点的本底示值(如果适用)，min -1，μJ ⋅m -3或Bq ⋅m -3。

j Q 第j 个测量点氡子体浓度参考值，μJ ⋅m -3或Bq ⋅m -3。

R 某一浓度量级下，被校氡子体测量仪的参考响应。

对于222Rn 子体，两个浓度量级分别设置为平衡当量浓度180Bq/m 3和3600Bq/m 3（对应潜能浓度分别为1μJm -3和20μJm -3）。

每个浓度量级的设置偏
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第 11 页 共 11 页 差一般应不超过±20% 。

对于220Rn 子体，两个浓度量级分别设置为平衡当量浓度180Bq/m 3和1000Bq/m 3（对应潜能浓度分别为13μJm -3和76μJm -3）。

每个浓度量级的设置偏差一般应不超过±30% 。

7.4 交叉干扰
对于同时具有
222Rn 子体和220Rn 子体测量功能的送校仪器，需校准交叉干扰。

在氡室内仅有222Rn 子体的条件下，校准222Rn 子体对于220Rn 子体测量的干扰220222→D ，计算公式如（5）。

∑=→=m i i i I I m D 1222
2202202221 （5） 公式中，
m 表示氡子体校准的浓度量级数量，≥2。

220i I 表示在某一量级的浓度下，222Rn 子体在220Rn 子体测量通道
引起的干扰结果，min -1，μJ ⋅m -3或Bq ⋅m -3。

222i I 表示在某一量级的浓度下，222Rn 子体在222Rn 子体通道产生
的平均测量结果，min -1，μJ ⋅m -3或Bq ⋅m -3。

在氡室内仅有220Rn 子体的条件下，校准220Rn 子体对于222Rn 子体测量的干扰222220→D ，计算公式如（6）。

∑=→''=m i i i I I m D 1220
2222222201 （6） 公式中，
222i I ' 表示在某一量级的浓度下，220Rn 子体在222Rn 子体测量通道引起的干扰结果，min -1，μJ ⋅m -3或Bq ⋅m -3。

220i I ' 表示在某一量级的浓度下，220Rn 子体在220Rn 子体通道产生
的平均测量结果，min -1，μJ ⋅m -3或Bq ⋅m -3。