JJG 521-2024 环境监测用X、γ辐射空气比释动能率仪检定规程

中华人民共和国国家计量检定规程
JJG521—2024
环境监测用X、γ辐射空气
比释动能率仪检定规程
VerificationRegulationofXandGammaRadiation
AirKermaRatemetersforEnvironmentalMonitoring
2024-09-18发布2025-03-18实施
国家市场监督管理总局 发布
环境监测用X、γ辐射空气
比释动能率仪检定规程
VerificationRegulationofXandGammaRadiation
AirKermaRatemetersforEnvironmentalMonitoring
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JJG521—2024
代替JJG521—2006
归口单位:全国电离辐射计量技术委员会
起草单位:上海市计量测试技术研究院
中国计量科学研究院
深圳市计量质量检测研究院
中国测试技术研究院
本规程委托全国电离辐射计量技术委员会负责解释
JJG521—2024
本规程起草人:
陈建新(上海市计量测试技术研究院)
袁 杰(上海市计量测试技术研究院)
李德红(中国计量科学研究院)
王思利(深圳市计量质量检测研究院)
范 杰(中国测试技术研究院)
JJG521—2024
目 录
引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)
1 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…………………………………………………………………………… (2)
4 概述…………………………………………………………………………………… (2)
5 计量性能要求………………………………………………………………………… (2)
6 通用技术要求………………………………………………………………………… (2)
6.1 外观………………………………………………………………………………… (2)
6.2 标识………………………………………………………………………………… (2)
6.3 读数显示…………………………………………………………………………… (2)
7 计量器具控制………………………………………………………………………… (3)
7.1 检定条件…………………………………………………………………………… (3)
7.2 检定项目…………………………………………………………………………… (4)
7.3 检定方法…………………………………………………………………………… (4)
7.4 检定结果的处理…………………………………………………………………… (6)
7.5 检定周期…………………………………………………………………………… (6)
附录A 检定记录推荐格式…………………………………………………………… (7)
附录B 检定证书内页信息及推荐格式……………………………………………… (8)
附录C 检定结果通知书内页信息及推荐格式……………………………………… (9)
附录D X参考辐射的特性和产生条件……………………………………………… (10)
附录E 低辐射条件下空气比释动能率仪的校准…………………………………… (11)
Ⅰ
JJG521—2024
引 言
JJF1071—2010 《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001—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
的基础性系列规范。
本规程是对JJG521—2006 《环境监测用X、γ辐射空气比释动能(吸收剂量)率
仪检定规程》的修订,以IEC61017:2016 《辐射防护仪器 环境监测用移动式、便携
式或固定式光子辐射测量设备》(Radiationprotectioninstrumentation—Transportable,
mobileorinstalledequipmenttomeasurephotonradiationforenvironmentmonitoring),
GB/T4835.1—2012 《辐射防护仪器β、X和γ辐射周围和/或定向剂量当量(率)仪和
/或监测仪 第1部分:便携式工作场所和环境测量仪与监测仪》、GB/T12162.1 《用
于校准剂量仪和剂量率仪及确定其能量响应的X和γ参考辐射 第1部分:辐射特性
及产生方法》、GB/T12162.2 《用于校准剂量仪和剂量率仪及确定其能量响应的X和γ
参考辐射 第2部分:辐射防护用的能量范围为8keV~1.3Me》、GB/T12162.3《用
于校准剂量仪和剂量率仪及确定其能量响应的X 和γ参考辐射 第3部分:场所剂量
仪和个人剂量计的校准及其能量响应和角响应的测定》为主要技术参考。
与JJG521—2006相比,本规程的主要技术变化如下:
1)参照IEC61017:2016和GB/T4835.1—2012,规程名称由“环境监测用X、γ
辐射空气比释动能(吸收剂量)率仪检定规程”修改为“环境监测用X、γ辐射空气比
释动能率仪检定规程”;
2)检定项目中取消“过载特性”“入射角响应”;
3)对“相对固有误差、重复性、能量响应”项目的计量性能要求与检定方法参照
IEC61017:2016和GB/T4835.1—2012技术要求和试验方法作相应修改;
4)附录中增加“入射角响应测量方法”。
本规程历次版本发布情况为:
———JJG521—2006;
———JJG521—1988。
Ⅱ
JJG521—2024
环境监测用X、γ辐射空气
比释动能率仪检定规程
1 范围
本规程适用于测量环境X、γ辐射空气比释动能率的便携式、移动式和固定式仪器
的首次检定、后续检定和使用中检查。空气比释动能量率K ·
a 由外照射X、γ辐射产生,
X、γ辐射能量范围为80keV~1.5 MeV;空气比释动能率范围不小于30nGy/h~
30μGy/h。
本规程不适用于测定环境X、γ辐射空气比释动能(累积量)仪器的检定,也不适
用于胶片剂量计、热释光剂量计(TLD)、光释光(OSL)剂量计、玻璃发光(RPL)
剂量计或石英丝静电计等被动检测装置的检定,亦不适用于对β和中子辐射的测量
系统。
2 引用文件
本规程引用下列文件:
JJF1001 通用计量术语及定义
JJF1035 电离辐射计量术语及定义
GB/T4835.1—2012 辐射防护仪器β、X和γ辐射周围和/或定向剂量当量(率)
仪和/或监测仪 第1部分:便携式工作场所和环境测量仪与监测仪
GB/T4960.1 核科学技术术语 第1部分:核物理与核化学
GB/T4960.6 核科学技术术语 核仪器仪表
GB/T12162.1 用于校准剂量仪和剂量率仪及确定其能量响应的X和γ参考辐射
第1部分:辐射特性及产生方法
GB/T12162.2 用于校准剂量仪和剂量率仪以及确定其能量响应的X和γ参考辐
射 第2部分:辐射防护用的能量范围为8keV~1.3Me
IEC61017:2016 辐射防护仪器 环境监测用移动式、便携式或固定式光子辐射
测量设备(Radiationprotectioninstrumentation—Transportable,mobileorinstalled
equipmenttomeasurephotonradiationforenvironmentmonitoring)
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规程;凡是不注日期的引用文
件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规程。
3 术语和计量单位
3.1 术语
JJF1001、JJF1035、GB/T4960.1、GB/T4960.6界定的及以下术语和定义适用
于本规程。
3.1.1 约定值conventionalquantityvalue
1
JJG521—2024
为特定目的而按一定规范赋予某一量的(量)值。
3.1.2 仪器参考点 referencepointofanassembly
仪器参考点是仪器外部的指示仪器探头中心点的物理标记,用于确定和计算仪器的
有效参考点。
3.1.3 试验点 pointoftest
空气比释动能率约定值已知的一点,并且待检辐射仪的参考点放在该点上用于检定
和试验目的。
3.2 计量单位
3.2.1 空气比释动能Ka的计量单位是戈瑞,符号:Gy,1Gy=1J·kg-1。
3.2.2 本规程中所用到的其他量均采用国际单位制(SI)单位。另外对辐射能量也可
采用电子伏特,符号:eV,1eV=1.602×10-19J。
4 概述
环境监测用X、γ辐射空气比释动能率仪指用于测定由环境或外照射X、γ辐射源
产生的空气比释动能率K ·
a 的辐射测量仪器。这类仪器至少包括一个探测器部件和一个
电信号处理部件,两部件可以组合拼接或通过柔性电缆、无线信号相互连接,也可以做
成一体化仪器。探测部件中含有辐射探测器,如电离室、计数管、闪烁探测器、半导体
探测器等,其在光子的作用下产生某种形式的电信号,由电信号处理部件处理计算并指
示最终结果。
5 计量性能要求
环境监测用X、γ辐射空气比释动能率仪的计量性能须满足表1的要求。
表1 环境监测用X、γ辐射空气比释动能率仪的计量性能要求
计量性能技术要求测量条件
相对固有误差-15%~+22% 有效测量范围内,至少覆盖3个数量
重复性20% K · a<1.0μGy/h
能量响应±30% 80keV~1.5MeV
6 通用技术要求
6.1 外观
仪器外观应完好无损,不应有锈蚀、裂纹和破损等缺陷以及影响正常工作的机械损
伤,控制面板或系统界面上所设置的功能键都能完成该键指令下的功能。
6.2 标识
仪器的型号、编号、制造商等标记应清晰可辨,仪器的参考点和参考取向及有效测
量范围等信息须明确标示(或在所附说明书等文件资料予以说明)。
6.3 读数显示
2
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仪器显示单位须为Gy/h加词头或科学表述法所构成的十进制分数单位,显示探测
范围至少覆盖3个十进位量级,且探测下限须不高于30nGy/h。
7 计量器具控制
7.1 检定条件
7.1.1 计量标准
环境监测用X、γ辐射空气比释动能率仪的计量标准由防护水平/环境水平电离室
型剂量仪和X、γ参考辐射场组成。对于检定范围下限附近的极低剂量率的检定点,若
电离室型的剂量仪的测量范围无法覆盖,可以使用其他类型的更灵敏的探测器对测量范
围加以扩展,前提是须验证探测器具有足够好的测量线性度和重复性/稳定性。
空气比释动能率约定值K ·
a 的扩展不确定度应不大于10%(k=2)。
7.1.2 参考辐射
a)能量范围:X辐射为(80~250)kV 窄谱过滤X 参考辐射,可从表2中选取。
对某些有效测量范围较窄且量值较低的仪器(如能谱仪类型的环境辐射仪器),亦可采
用低空气比释动能率系列X 参考辐射;γ参考辐射为137Cs (661.7keV)和/或60Co
(1173keV、1332.5keV)等。
辐射场条件应满足GB12162.1—2000规定的要求。参考辐射的特性和产生条件见
附录D中的表D.1和D.2。
表2 X、γ参考辐射
过
滤
X
辐
射
参考辐射管电压/kV 平均能量/keV
N80 80 65
N100 100 83
N150 150 118
N200 200 164
N250 250 208
L70 70 60
L100 100 87
L170 170 148
L240 240 211
γ
辐
射
241Am (59.5keV)
137Cs (662keV)
60Co (1.17MeV、1.33MeV)
b)空气比释动能率范围:137Csγ参考辐射产生的空气,下限不大于30nGy/h,范
围至少覆盖4个数量级。
3
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如使用多个137Cs辐射源以覆盖被检仪器的全部测量范围,从每个源所能获得的所
有测量点的K ·
a 可用范围(可通过改变辐射源与仪器探头距离的方法获得)必须至少与
由另一个源所能得到的可用范围相衔接,以使仪器对所有源的检定可等同于使用同一个
特定辐射源检定。
c)测量点处辐射束的均匀区域应能完全覆盖计量标准仪器及被检仪器的探测器部
件,该区域内的不均匀性应不超过5%。
d)散射辐射对各测量点空气比释动能率的贡献应小于总值的5%。
7.1.3 配套设备
a)定位装置
用于安置标准测量仪器或受检仪器,能在辐射场中移动并准确定位于某一测量点。
源至探测器距离的测量误差应不大于1mm。
b)温度计
测量范围(0~50)℃,最小分度值不大于0.2℃。
c)气压计
测量范围(86~106)kPa,最小分度值不大于0.1kPa。
7.1.4 环境条件
a)环境温度:(15~25)℃,检定过程中变化不超过±2℃;
b)相对湿度:不大于80%;
c)大气压力:(86~106)kPa;
d)实验室本底辐射值应尽量低,不超过0.25μGy/h;
e)周围无明显影响正常工作的机械振动和电磁干扰。
7.2 检定项目
环境监测用X、γ辐射空气比释动能率仪的首次检定、后续检定和使用中检查项目
见表3。
表3 检定项目一览表
检定项目首次检定后续检定使用中检查
通用技术要求+ - -
相对固有误差+ + +
重复性+ + +
能量响应+ + -
注:“+”为必检项目,“-”为可不检项目。
7.3 检定方法
7.3.1 通用技术要求
目测检查待检X、γ辐射空气比释动能率仪是否满足6.1、6.2的要求;开机通电
检查辐射空气比释动能率仪是否满足6.3的要求。
4
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7.3.2 相对固有误差
环境监测用X、γ辐射空气比释动能率仪相对固有误差和重复性项目的检定使用
137Csγ参考辐射场。如因客观条件的限制在检定中同时使用137Cs和60Coγ辐射场,需
对使用60Coγ辐射测得的相对误差数据按其能量响应特性进行修正。
检定测量点按下述原则选取:
空气比释动能率仪器须在有效测量范围的3个十进量级内至少每个量级选取一检定
测量点,对数字式和对数显示式仪器相邻两点间相差应不大于10倍,首次检定还应包
括接近K ·
a0和1000K ·
a0的检定测量点。
如被检仪器及所附说明书等文件资料中未明确给出其有效测量范围,按其测量范围
上限的1/1000确定其测量范围下限(必要时需通过适当的辐照检查来确定其测量上限
KaMax,其有效测量范围下限须不低于0.1μGy/h)。
将被检仪器按其参考取向置于辐射场中空气比释动能率约定值K ·
C 已知的测量点
上,测得被检仪器对测量点的读数值K · i,每一测量点上重复测量3次。按公式(1)计
算各个测量点上仪器测得值的相对偏差Ii:
Ii=K · i-K ·
iC
K ·
iC
×100% (1)
式中:
K ·
i ———第i 个测量点上扣除本底后的读数平均值,i=1~w 。
K ·
iC ———第i 个测量点上扣除本底后的空气比释动能率约定值。
被检仪器的相对固有误差按以下原则作判定和表述,其中Urel为约定值KaC的相对
测量不确定度(k=2)。
w 个测量点中任一个的相对误差I 值均不超出[-15%-Urel,22%+Urel]的范
围,且任二个I 值之差不超过37%,则判定仪器的相对固有误差项目合格。相对固有
误差检定结果按实际测量值中绝对值最大的一个表述;若超出[-15%,22%],就用
超出的那个所对应极限值表述。
若w 个测量点中任一个的相对误差I 值均不超出[-15%-Urel,22%+Urel]的
范围,但有二个I 值之差超过37%,则判定仪器的相对固有误差项目不合格。相对固
有误差检定结果按实际测量值中超出-15%或+22%最大的一个表述。
若w 个测量点中有一个以上相对误差I 值超出[-15%-Urel,22%+Urel]的范
围,则判定仪器的相对固有误差项目不合格。相对固有误差检定结果按实际测量值中超
出[-15%,22%]最大的一个表述。
7.3.3 重复性
参照仪器的有效测量范围,在可忽略环境本底或外界辐射对仪器测量重复性产生干
扰影响的前提下,在其最灵敏十进位量级内选取尽可能低的合适的测量点(须低于
1.0μGy/h)作重复性的检定。
5
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重复测量10次以上,按公式(2)计算重复性:
V = 1
K ·
j
1
(n -1)Σn
j=1(K · j-Kj)2 (2)
式中:
n———重复测量次数。
重复性测量结果不超过20%为合格,检定结果用实际测量值表述,同时注明该测
量点空气比释动能率约定值。
7.3.4 能量响应
7.3.4.1 能量响应项目的检定所选取的X、γ参考辐射须满足本规程7.1.2的要求,
X参考辐射的能量见表2。须选取5种不同的能量来完成本项目检定,且其中必须包
含137Cs和最低能量的2种X参考辐射,对于不同的辐射能量应使用相同的空气比释动
能率,如不能实现应利用相对固有误差的测量数据对不同空气比释动能率的差别进行修
正(可使用线性内插法)。
7.3.4.2 在每个能量点上,按照7.3.2的放置和测量方法,测出被检仪器的空气比释
动能率(扣除本底后)测得值K · E,由测量点(扣除本底后)约定值K ·
E,C按公式(3)计
算被检仪器对各辐射能量的响应:
RE=K · E/K ·
E,C (3)
该能量的相对响应: R'E=RE/RCs (4)
在80keV~1.5MeV 范围内,R'E值在[0.7,1.3]。其中80keV 点的R'E值可按
N80和N100参考辐射的R'E值内插获得。
由被检仪器的相对固有误差检定结果可获得其在137Cs能量下对各空气比释动能率
K ·
a 的响应RK,Cs,其对137Cs辐射的校准因子Cf,Cs=(RK,Cs)-1。
由被检仪器的能量响应检定结果可得到其对各特定能量E 的响应RE,校准因子
Cf,E=(RE)-1。
7.4 检定结果的处理
按本规程检定合格的环境监测用X、γ辐射空气比释动能率仪出具检定证书(推荐
内页格式见附录B),检定结果中有一项不符合本规程的技术要求即为检定不合格,检
定不合格的环境监测用X、γ辐射空气比释动能率仪出具检定结果通知书(推荐内页格
式见附录C),并注明不合格的项目。
7.5 检定周期
环境监测用X、γ辐射空气比释动能率仪的检定周期一般不超过1年。
6
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附录A
检定记录推荐格式
一、相对固有误差、重复性(测量模式: 、 )
条件(距离) K · S/(μGy/h) K · i/(μGy/h) K · i/(μGy/h) I/% Cf( )
相对固有误差
重复性/%:
二、能量响应(测量模式: )
X/(kV/mA) K · S/(μGy/h) K · i/(μGy/h) K · i/(μGy/h) RE Cf( )
R:
7
JJG521—2024
附录B
检定证书内页信息及推荐格式
相对固有误差/% 重复性/% 能量响应/%
空气比释动能率K ·
S
μGy/h
剂量响应校准因子
Cf(D )
辐射能量
kV/keV
能量响应校准因子
Cf(E)
注:
1 仪器的测量功能为;
2 重复性测量时的空气比释动能(率) 。
8
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附录C
检定结果通知书内页信息及推荐格式
相对固有误差/% 重复性/% 能量响应/%
空气比释动能率K ·
S
μGy/h
剂量响应校准因子
Cf(D )
辐射能量
kV/keV
能量响应校准因子
Cf(E)
注:
1 仪器的测量模式为;
2 重复性测量时的空气比释动能(率) 。
其中, 的检定结果不符合检定规程的技术要求(该项目的技术要
求为),故判定为检定不合格。
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附录D
X 参考辐射的特性和产生条件
D.1 过滤X参考辐射的特性以及产生这些辐射所使用的高压和过滤条件列于表D.1。
表中的管电压是在负载条件下测得的,附加过滤和固定过滤组成总过滤。固定过滤为
4mmAl。半值层是在距焦斑1m 处测量的。检定实验室应通过测谱法或半值层法证实
所使用的过滤X辐射质与表D.1的一致性。
表D.1 过滤X 参考辐射
窄谱系列过滤X辐射
平均能量
keV
分辨力
%
管电压
kV
附加过滤/mm 半值层/(mmCu)
Pb Sn Cu Al 1st 2nd
48 36 60 0 0 0.6 0 0.24 0.26
65 32 80 0 0 2.0 0 0.58 0.62
83 28 100 0 0 5.0 0 1.11 1.17
100 27 120 0 1.0 5.0 0 1.71 1.77
118 37 150 0 2.5 0 0 2.36 2.47
164 30 200 1.0 3.0 2.0 0 3.99 4.05
208 28 250 3.0 2.0 0 0 5.19 5.23
250 27 300 5.0 3.0 0 0 6.12 5.15
低空气比释动能率系列过滤X参考辐射见表D.2。
表D.2 低空气比释动能率系列过滤X 参考辐射
平均能量
keV
分辨力
%
管电压
kV
附加过滤/mm
Pb Sn Cu Al
第一半值层/mm
60 22 70 0 0 2.5 0 0.49Cu
87 22 100 0 2.0 0.5 0 1.24Cu
109 21 125 0 4.0 1.0 0 2.04Cu
149 18 170 1.5 3.0 1.0 0 3.47Cu
185 18 210 3.5 2.0 0.5 0 4.54Cu
211 18 240 5.5 2.0 0.5 0 5.26Cu
10
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附录E
低辐射条件下空气比释动能率仪的校准
对环境辐射空气比释动能率水平仪器的使用和校准,需要了解仪器探测器对不同本
底成分响应的详细知识,对每台仪器都需测定并区分其对宇宙辐射的响应及其内部
本底。
受 校准源辐照的仪器的指示值Di可表示为:
Di=RC·K · C+Rt·K · t+RS·K · S+Ri
式中:
Di———以电荷量(电流)、电压、计数(率)的合适单位显示的仪器读数,
或以Gy·h-1显示的仪表读数;
K ·
C 和K · t———分别为宇宙本底辐射和地面环境本底辐射在校准实验室内所产生的
空气比释动能率;
K ·
S———由校准源所产生的空气比释动能率约定值;
RC、Rt和RS———分别为仪器对宇宙本底辐射、地面环境本底辐射和来自校准源的γ
辐射的响应因子;
Ri———由内部放射性污染或由仪器的电噪音所引起的对读数的贡献。
对许多探测器来说,RC、Rt和RS通常是各不相等,且因子RS的值取决于光子的
能量,所以使用点源或射线束在实验室中校准而得到的RS值与Rt值并不相等,因而不
能直接用于现场测量。为了确定RC、Rt、RS和Ri,有必要排除其他3个影响量来单独
测定每一个响应。可以采用下述方法:
a)通过测定RS随光子能量的变化并按环境辐射能谱对适当的RS值进行加权处理,
即可计算出适用于现场测量仪器的Rt响应值。
b)任何仪器由内部本底引起的响应Ri可通过诸如测量其被置于地下深处时的读数
来加以估计。在地下100m 深处即可有效消除宇宙辐射的影响,再将探头放置在10cm
厚的铅屏蔽内,则它对来自当地岩层的辐射响应也可被有效消除。
对于电离室,通常可认为Ri是由电离室内固有的α放射性所引起的。将电离室置
于一个低本底的屏蔽器具里,并用一个时间常数很短的记录仪监测其静电计的输出,就
可估计其Ri。α辐射的脉冲信号可通过记录仪输出端产生的大幅尖峰信号加以鉴别。同
时还应定期检查仪器的漏电流和绝缘体的内部应力。由绝缘体的内部应力所引起的单向
电流可通过分别测量正负极化电压时的电流来确定。
任何仪器的内部本底在其使用寿命之内都不会有显著变化,因为所有存在的放射性
核素的半衰期都很长,但进行临时的检查还是可取的,因仪器本身可能受到外部辐射源
的沾污。
c)宇宙辐射的响应RC 可通过试验测定,或也可通过对宇宙射线在探测器内的相
11
JJG521—2024
互作用的理论计算来确定。宇宙射线响应的实验测定可在一艘由低辐射材料制造的小船
上进行,该小船须位于距陆地100m~1.0km 的淡水湖、水库或海面上。
d)仪器的X或γ射线校准因子RS可以由下述方法得出:
1)在用校准源辐照之前首先读取仪器的本底读数K ·
1b。
2)然后用源辐照仪器并记录读数K ·
1S。
3)RS= K · 1S-K ·
1b
来自源的比释动能率约定值K ·
S
。
这一方法将可消除由宇宙辐射、校准实验室本底剂量和来自Ri的贡献所引起的响
应。但应注意,这一结论只有在来自源的散射辐射可忽略不计时才适用。当存在明显的
散射辐射时,上述的两次测量应改为:第一次在有源存在时测量;第二次测量时在探测
器和源之间放置一5cm 厚的铅屏蔽体,其形状刚好足以屏蔽来自校准源的对探测器的
直接照射。扣除了铅屏蔽时读数的值即代表所需测定的对源的初级辐射的响应。
此外,在低辐射本底的环境里,例如,100m 或更深的地下,整个校准须使用至少
3个不同的空气比释动能率,其中最低的空气比释动能率应接近但足够高于环境的内部
本底。
4)通过将仪器的空气比释动能率指示外推至零,可确定由内部放射性污染或由仪
器的电噪音所引起的对读数的贡献Ri。
5)由仪器的读数K ·
1S相对于校准源所产生的空气比释动能率值K ·
S 的线性响应的斜
率来确定响应因子RS。
在辐射事故后的场合K ·
t 值可能较大,当K ·
t 值可能较大导致RS的准确值难以获得,
RS值应以下述步骤来测量:
i)使用另一剂量率仪器或监测仪来测量该仪器周围环境的剂量率;
ii)通过计算该仪器的能量响应和入射角分布的响应所带来的差异来估算该仪器的
预期指示值;
iii)得出该仪器的指示值相对于其预期指示值的比值,即RS;
iv)RS值应不超过±10%(RS0+U),其中RS0即通过上述测量步骤所获得的该仪器
的响应,U 是因使用另一剂量率仪器或监测仪所引入的不确定度。
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JJG521—2024