GB T 16698-1996 α粒子发射率的测量 大面积正比计数管法.pdf

1、. ICS 17. 240 F 04 组主共GB/T 16698-1996 率Measurement of emission rate ofparticle 岛1ethodfor large area proportional counter 1996-12-19发布1997斗2-01实施. 国家技才号：监督局发布一 GB/T 16698-1996 前言各类射线探测仪表探测效率的刻度，需要知道标准源的射线发射率，而不是它的衰变率，因此，源的发射率的准确测量具有很大的现实意义和实用价值放射源射线发射率的测量方法，取决于射线的类型、源的几何尺寸，以及发射率的高低等粒子发射率的测量方法包括2一般正比

2、计数管法、大面积正比计数管法、小立体角法、金硅面垒探测器法、闪烁电流计法等大面积正比计数管法是粒子发射率测量方法系列标准中的一个，它是测量发射率在io.-1 2Sr）量级以下，平面源粒子发射率的主要方法，也是国内外通用的最先进最准确的方法本标准的编写，主要是依据国内外当前的实际情况，国内各类平面源生产和应用的需要，以及多年来从事拉子发射率测量的技术经验本标准的附录A和附录B为标准的附录，附录C为提示的附录本标准由全国核能标准化技术委员会提出本标准起草单)Lg中国原子能科学研究院同位素所本标准起草人，姚历农. 一一 范围中华人民共和国国家标准粒子发射率的测量大面积正比计数管法Measuremen

3、t of emission rate ofparticle Method for large area proportional counter GB/T 16698-1996 本标准规定了用大面积2多丝流气式正比计数管绝对测量发射率的原理、装置、方法及数据，处理等本标准适用于面积不大于170mm 120 mm，且粒子发射率在l10.-1 10 s (2 7tSr）范围的平而源。2 定义本标准采用下列定义。2. 1 源的表面发射率surface emission rate 源的表面发射率是指单位时间射出源表面（或窗）的具有大于给定能量的一定种类的粒子数。2.2大面积正比计数管largearea

4、 proportional counter 一种用于测量大面积放射源，工作在正比区的气体电离探测器3 基本原理大面积2多丝无窗流气式正比计数管（以下简称正比管，是一种由多根阳极丝并联，能测量大面积、F平面源粒子发射率的正比计数管，一般采用流气式工作方式，它对粒子的本征探测效率接近100%。测量时将源放入正比管内，粒子对工作气体电离产生正负离子对，经气体放大后，在阳极可输出正比于粒子能量的电脉冲，该脉冲经放大到别后被定标器记录。粒子的脉冲计数率和正比管工作电压的关系可形成一坪曲线，在坪区中某点源的计数率，经本底、死时间、小能量损失等校正后，便可得到待i则源的发射率。4 测量系统系统由正比管、工作

5、气体、电子仪器等组成图1为测量系统框图。国家技术监督局1996-1219批准1997 12-01实施I GB/T 16698-1996 压高标定控死道单放主放前正比营工作气体. 前放一电压灵敏前置放大器，高压一直流高压稳定电源，主放一不过载线性脉冲放大器，单道一单道脉冲分析器，死控一死时间控制电路，定标定标器图l大面积正比管测量系统框图4. 1 正比管4. 1. 1 可狈1源面积正比管可测源最大面积为170mm 120 mmo 4. 1. 2工作气体纯度高于99%的甲饶，或含90%氢和10%甲饶的混合气。4.2 电子仪器 对各电子仪器部件有以下基本要求。4. 2. 1 高压电源高压输出不低于3

6、kV，输出电流不小于100A，高压稳定度不低于0.5% 0 4. 2. 2前置放大器可采用一般电压灵敏前置放大器或电流灵敏前置放大器4.2.3放大器为不过载线性脉冲放大器，放大倍数大于100倍。300倍过载恢复时间为输入脉冲宽度的23倍。4.2.4 到别器可采用到别器或单道分析器，阔值下阂不高于0.5 v，上阂不低于8.0 v，线性好于0.5% 0 4.2.5死时间控制电路死时间（即门控电路输出脉冲宽度可在1s10 s范围内可调，死时间读数的不确定度和稳定度应好于5%o4.2.6定标器计数容量不低于10，时间读数的不确定度好于0.1%0 4. 3工作源为了检验测量系统性能及参数，至少应备有一块

7、平面工作源，该源应满足下列要求g一一核纯度应好于99.5 % 粒子发射率在110s-1 1X104 s-1(2 7tSr）之间，谱的半宽度小于100kev1 一一粒子发射率的总不确定度不大于2%，其量值可朔源到国家计量基准或标准。4. 4 测量系统的性能要求测量系统须达到以下指标z一IE比管坪长大于300v，坪斜好于0.5%/100 v; 一一在坪区工作条件下，本底计数率小子。.5 s-1 一在正比管最大可测面积内的任何一点，粒子的探测效率大于99.8% 系统的死时间不大于5阳，死时间的不确定度和稳定性均应好于5%o一Sh内系统的稳定性好于0.5%。2 GB/T 16698-1996 5 测量

8、方法5. 1 测量环境条件测量环境要求满足下列条件2一一环境温度为1030，在测量过程中温度变化不超过sc,一一相对湿度不大于85%I 一一交流电压的稳定度好于士10%，频率的稳定度好于土2%1一一测量过程中附近不应有影响本底的放射源存在5.2仪器准备5. 2. 1 预热电子仪器预热时间不少于15min, 5.2.2预置电子仪器参数按国1连接各电子仪器部件，并预置合适的放大倍数、到别阔、死时间、以及定标器的测量时间5.3测量程序5. 3. 1 测量正比管坪正比管坪曲线测量程序如下za）将工作源放入正比管内，然后通入工作气体，调节气体流茧，使气体流量稳定在30mL/miit左右$b）通气约5mi

9、n，直到j正比管内空气排尽后，缓慢升高正比管工作电压至起始工作电压，然后逐步升高工作电压，并对应每个工作电压值进行计数测量，c）根据工作源的发射率值选择测量时间，使每次测量计数的不确定度小于1%1d）当工作电压值超过坪区，计数开始迅速增加时，应停止坪曲线测量，e）依据测量数据，在线性坐标纸上作坪曲线，并根据坪曲线确定坪长和坪斜，f）选择坪曲线中部至坪区低端三分之一处的电压作为E比管的工作电压。5. 3. 2 测量本底本底测量程序如下：a）将工作源取出，然后按5.3. 1中的a）条件给正比管通气su将高压缓慢调节到由5.3. 1中f）确定的工作电压，c）选择测量时间，使本底计数率测量值的不确定度

10、好于3%。5.3.3测量源的发射率测量发射率的程序如下za）将待测源放入正比管内，按5.3. 1中a）条件给正比管遗气，b）将高压调到正比管工作电压，c）选择测量时间，使源的计数率测量值的不确定度好于0.2%. 5. 3. 4 数据处理用式（1）计算源的粒子发射率E:E =Cl，.二L一n, I 飞i-n1式中an一一包括本底在内的源计数率，S1 I n，一本底计数率，s-1,一测量系统的死时间，s，其测量方法见附录A;c 小能量损失校正因子，其测定方法见附录B。. ( 1 ) 3 GB/T 16698-1996 6 测量值的总不确定度6. 1 总不确定度U的一般计算公式总不确定度按式（2）计

11、算sU = K ./i:,；十2.(b,/j,)式中ga，一A类不确定度分量，b, B类不确定度分量，j，一B类各不确定度的置信因子gk一一总不确定度置信因子6.2大面积正比管测量粒子发射率的总不确定度6. 2. 1 A类不确定度分量A类不确定度分量按式（3）计算z1 a一一./ni 式中zt一测量时问丙6. 2. 2 B类不确定度分量B类不确定度有以下主要分量a）由死时间r不确定度D.r引入的分量b,: b,”D.r -=- 1 - nr b）由本底计数率不确定度D.nb引入的不确定度分量b,:h. D.nb 一n c）由小能量损失校正因子不确定度D.C引入的不确定分量h,:6.2.3置信因

12、子在本标准中取j,=3,K=3o6.2.4 总不确定度要求b D.C 3一测量平面源发射率的总不确定度应不大于2%。4 . . ( 2 ) . ( 3 ) ( 4 ) . ( 5 ) ( 6 ) 如GB/T 16698-1996 附录A标准的附录）用双源法理1量系统的死时间A1 测量原理系统死时间的测量方法很多，如双源法、衰变法、示波法、双脉I中产生器法、源加振荡器法、双振荡法等其中最简易而常用的方法是双源法，它对大面积正比管测量系统更为适宜，因为在大面积正比管中有更好的几何重复性用双源法测量大面积正比管系统死时间的原理是2将二块平面源s,s，依次按S1,S, +s，、s，三种方式放入正比管中

13、汁数，得到相应的计数率为n1,n12,n2 o已知测量系统的本底计数率为叫，则系统的死时间r可从以下公式计算得到( Al ) r n, 叫n12 - n, = 2(n1 - n,)(n2 叫）A2 测量器材平面源二块Am或Pu），源的直径小于50mm,a粒子发射率在110s 1(2 xSr）左右A3 测量程序按5.2、5.3中程序，将大面积正比管测量系统调节到正常工作状态，选定茧比管的工作电压，然后做以下测量a）选择合适的测量时间，测量该系统的本底，使本底计数率n，值的不确定度小于3%1b）将源S，从正比管中测量，得到源队的计数率叫$c）将源s，也放入正比管中，测量S，、S，二个源在正比管中的

14、计数率n12d）将源s，从正比管中取出，源s，仍留在正比管中原处，测量源s，的计数率n,;在的、c）、d）三项测量中，均应保持相同的测量条件，并使计数率町、n,n，值的不确定度小于0. 1 % I e）将以上测量所得到的町、叫、n，、n，值代入到公式（Al）中计算，便可到大面积正比管测量系统的死时间值。附录B（标准的附录小能量损失校正因子的测定方法B1 目的和内容在用2正比管测量源的发射率时，测量系统需有m别阀以m别掉系统的噪声信号，同时，一部分小能量粒子脉冲信号也将被到别而丢失，为了对这一部分丢失信号进行校正，需对每一测量样品的小能量损失校正因子进行测定。B2 测量方法原理用源m别曲线外推的

15、方法测定小能量损失校正因子。5 c GB/T 16698 1996 B3 测量条件测量条件和测量粒子发射率条件相同。B4 测量程序B4. 1 自由l量不同！别网时的源计数率按以下步骤进行测量sa）将测量系统调节到测量源发射率相同的工作条件，保持正比管工作电压不变。b）将到别器瓢别阔（或单道分析器积分到别阂）调到1.0 v处，测量源的计数，选择测量时间使计数值的不确定度小子。.3%. c）以步进值为1.0 v改变到别阀值，使最高阀值不低于8.0 v，按b）的条件测量各阀值的计数d）将正比管工作电压改变100v左右，重复一次以上测量步骤。B4. 2做到别阂外推曲线外推曲线做法如下a）将以上两组数据

16、在直角坐标纸上做到别阀和计数率关系曲线。b）将两条M别阔曲线外推到零伏处，两曲线在纵坐标上的交点no值，即为源包括小能量在内的总的粒子发射率值B4. 3 小能量损失校正因子的计算按以下关系式计算小能量损失校正因子c,C生” 式中：no一m别阀外推得到的粒子发射率值，n一一未进行到别阔外推测量的粒子发射率值附录C提示的附录）一个大面貌正比管的结构参数及其测量结果C1 正比管类型该正比管为大面积多丝流气式2正比计数管。1 结构C2. 1 阴极阴极材料为黄铜，有效面积为170mmX120mm. c2. 2 阳极 ( Bl ) 阳极为5根不锈钢丝，每根丝的直径为50m，长170mm，丝与丝之间的问距为

17、20mm. 5根阳极丝并联工作c2. 3工作气体纯度好于98%的甲烧C3 特性参数C3. 1 坪长与坪斜6 GB/T 16698-1996 坪t主为400v，坪斜小于0.5%/lOOV.C3. 2本底在没有屏蔽的条件下，本底为l.6CPS，本底为22CPS, C3. 3死时间系统采用死时间控制电路，死时间调节在4.5 p.s. C4 C5 系统电子仪器系统电子仪器由以下部件组成za）高压电源：FH1034A;b）前置放大器：FH1042A;c）主放大器：FH1043A;d）单道分析器，FH.1007A I e）死时间控制器，FH1069A;O定标器，FHlOllA.测量cs. 1 工作条件a）

18、放大器放大倍数16倍，b）瓢别阂1.0 VI c）死时间4.5间d）放射源Pu,C5. 2测量数据坪曲线测量数据见表Cl.高压（V)计数2 ooo 44 234 2 040 52 935 2 080 57 337 2 120 58 742 2 160 58 524 2 200 59 211 2 240 59 689 注g以上计数为10s计数C5. 3坪曲线表Cl坪曲线测量数据高压（V)计数2 280 59 576 2 320 59 551 2 360 60 085 2 400 59 857 2 440 60 169 2 480 59 960 2 520 60 315 一寸高压（V)计数2 56

19、0 60 453 2 600 59 933 2 640 60 368 2 680 60 351 2 720 60 321 2 760 60 656 2 800 60 769 7 , 16698-1996 GB/T 6000 击队UVM精制制古3000 2800 高压CV)大面积正比管坪曲线图Clcs. 4 坪曲线测量结果从以上坪曲线可得该管的坪长为400v，坪斜为0.3%/100 v，测量射线的工作电压应选在2 500 V 2600 240 2200 2000 。241Am参考源粒子发射率测量结果CG 测量条件a) 1Am源z为50mm的铝托平面源，b）工作电压：2500V1。本底：l.6CP

20、S1d）其他条件同坪曲线测量条件测量结果a) 1Am源计数率：3338 CPS1 b）减本底后3337CPS1 c）死时间校正后3387CPS。21Am参考源粒子发射率为3387s 1(2Sr) C6. 3 测量值的总不确定度CG. 3. 1 A类不确定度100 s计数的标准差CG. 3. 2 B类不确定度a）死时间。1% I b）本底0. 1 % I c）小能量丢失0.1%。CG. 3. 3 总不确定度总不确定度按以下公式计算0. 2% CG. 1 CG. 2 ( Cl ) U=KJi.二牛瓦川取K=3,j,=3有U = 3 ./ (0. 2) + (O. 03) + (0. 03) + (

21、O. 03)2 = 0. 63 Am参考源的测量结果为z粒子发射率值为3387 .-1(2Sr）总不确定度为0.63%。8 Cl GB/T 16698-1996 测量结果的ti:对该z1Am参考源测量值和国防科工委一级计量站的测量值进行了比对，结果见表C2o表CZ1Am源粒子发射率测量结果比对单位同位素所计量站测量结果SI (2Sr) 3 387 3 397 相差0. 3% + 测量时间94年9月10日9 中华人民共和国国家标准粒子发射率的测量大面积正比计数管法GB/T 16698一1996晤中国标准出版社出版北京复兴门外三里河北街16号邮政编码，！00045电话，68522112中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷新华书店北京发行所发行各地新华书店经售版权专有不得翻印e 开本880123口1/16印张1字挝18千字1997年9月第一版1997年9月第一次印刷印数1一500,. 书号155066 1 14022 标日31639