一、服務(wù)背景
      近年來，核能發(fā)展迅速。2019年，全國核電發(fā)電量3483.5億千瓦時，占全國發(fā)電量的比重為4.6%，比上年提高0.6個百分點。中國運行核電機(jī)組47臺，居世界第三；在建核電機(jī)組11臺，居世界第一，核電供應(yīng)能力持續(xù)增強(qiáng)。核能發(fā)展帶來了新的動力，同時也伴生著安全風(fēng)險和挑戰(zhàn)。核安全對于核能的健康發(fā)展具有關(guān)鍵影響。提升核與輻射事故應(yīng)急能力，是實施科學(xué)有效安全監(jiān)管的重要組成部分。

      應(yīng)急防護(hù)用光子輻射周圍劑量當(dāng)量率儀，又稱便攜式高量程光子輻射周圍劑量當(dāng)量（率）儀，是指用于特定核事故應(yīng)急場合測定由外照射光子輻射產(chǎn)生的周圍劑量當(dāng)量H*(10)(率)的便攜式輻射防護(hù)測量儀器，是核電站等核設(shè)施必備的監(jiān)測儀器，用于核島內(nèi)部循環(huán)水及排出流等劑量監(jiān)測，以及事故應(yīng)急狀態(tài)下輻射劑量監(jiān)測，其量值的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

      在輻射防護(hù)儀器中，應(yīng)急防護(hù)用光子輻射周圍劑量當(dāng)量率儀是一個較為特殊的品種，其量程高于通用型便攜式輻射劑量當(dāng)量率儀，ICRP建議應(yīng)急防護(hù)用儀器劑量當(dāng)量率范圍覆蓋1mSv/h~10Sv/h，其測量范圍至少包括4個數(shù)量級。只有這樣才能滿足核電站應(yīng)急防護(hù)所需的高量程覆蓋，同時滿足日常

      監(jiān)測和應(yīng)急報警功能。因此，應(yīng)急防護(hù)用光子輻射周圍劑量當(dāng)量率儀量值的準(zhǔn)確性需要得到保證，其計量校準(zhǔn)技術(shù)方法研究至關(guān)重要。

      由于相關(guān)計量校準(zhǔn)技術(shù)并不完全適用于該款儀器，在日常儀器計量計量服務(wù)和業(yè)內(nèi)交流過程中，收到了客戶及業(yè)內(nèi)同行對于應(yīng)急防護(hù)用光子輻射周圍劑量當(dāng)量率儀校準(zhǔn)的迫切需求。同時，應(yīng)急防護(hù)用光子輻射周圍劑量當(dāng)量率儀校準(zhǔn)技術(shù)的瓶頸在于能夠覆蓋1mSv/h~10Sv/h劑量率范圍的單一射線質(zhì)的參考輻射場較為稀少。由于Sv/h級劑量當(dāng)量率要求137Cs參考輻射源活度達(dá)到1013Bq級別，受限于高活度137Cs輻射源極其昂貴的價格，以及輻射安全監(jiān)管的制約，目前國內(nèi)少有達(dá)到Sv/h量級的137Cs參考輻射場。

      基于上述背景，國家核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)計量測試中心（以下簡稱中心）開展了應(yīng)急防護(hù)用光子輻射周圍劑量當(dāng)量率儀計量校準(zhǔn)技術(shù)的研究。

二、服務(wù)內(nèi)容
      為解決寬量程參考輻射場的問題，中心結(jié)合現(xiàn)有的60Co參考輻射場（劑量當(dāng)量率范圍：1mSv/h~10Sv/h）和137Cs參考輻射場（6uSv/h~10mSv/h），利用60Co參考輻射場覆蓋高劑量率范圍，137Cs參考輻射場覆蓋低劑量率范圍。并實驗測定應(yīng)急防護(hù)用光子輻射周圍劑量當(dāng)量率儀對于60Co和137Cs參考輻射的讀數(shù)隨劑量率變化曲線，研究其能量響應(yīng)特性，并利用劑量率重合區(qū)計算能量響應(yīng)修正因子。研究方案的概念圖如圖1所示。

圖1 應(yīng)急防護(hù)用輻射劑量當(dāng)量率儀校準(zhǔn)技術(shù)的研究方案概念圖

      研究過程中，首先采用PTW公司的UNIDOS-Webline系列主機(jī)，0.6mL,30mL,1000mL等3種規(guī)格的石墨空腔電離室，對60Co和137Cs參考輻射場各參考劑量點的周圍劑量當(dāng)量率進(jìn)行測量。

      然后調(diào)研確定了常用的3款應(yīng)急防護(hù)用輻射劑量率儀：FH40G（-X），6150AD和RADIAGREM2000，配置相應(yīng)的探測器，在60Co和137Cs參考輻射場各參考劑量點分別測量周圍劑量當(dāng)量率，計算由60Co參考輻射響應(yīng)曲線修正至137Cs參考輻射響應(yīng)曲線的轉(zhuǎn)換因子。

      利用被測儀器在60Co參考輻射場低劑量率段和137Cs參考輻射場高劑量率段的周圍劑量當(dāng)量率重合區(qū)域，采取線性擬合公式，將被測儀器在60Co參考輻射場的測量值擬合曲線修正至儀器在137Cs參考輻射場的測量值擬合曲線，采用線性擬合公式y(tǒng)=kx,對137Cs和60Co散點圖進(jìn)行擬合，得到y(tǒng)137Cs=k137CsX137Cs，y60Co=k60CoX60Co，修正因子13760CsCoA=kk。計算得到60Co轉(zhuǎn)換到137Cs的修正因子A。測得高量程段60Co校準(zhǔn)因子：讀取在60Co參考劑量點下被測儀器校準(zhǔn)因子，其中R60Co為參考值，M60Co為測得值。修正換算出被測儀器在137Cs高量程段中的校準(zhǔn)因子，將高量程段60Co校準(zhǔn)因子除以修正因子A值，得到修正后被測儀器在137Cs高量程段中的校準(zhǔn)因子如式（1）所示：

      研究還對修正因子A進(jìn)行了不確定性分析，得到研究中的3款修正因子的相對擴(kuò)展不確定度均在5.5%以內(nèi)。

三、服務(wù)成果
      2019年，某核儀器開發(fā)公司自主研制采用雙GM探測器的應(yīng)急防護(hù)用高量程光子輻射周圍劑量當(dāng)量率儀。研發(fā)過程中探測器關(guān)鍵性能參數(shù)測試遇到難題，尋求中心幫助。對此，中心在提供實驗裝置基礎(chǔ)上，派出對口專家對接企業(yè)研發(fā)人員，指導(dǎo)、協(xié)助設(shè)計測試方案，并就和探測器響應(yīng)死時間的難題和探測器切換混亂的問題，從原理和設(shè)計方案給出修改建議，并幫助該儀器公司完成修改后測試和調(diào)整，助力國產(chǎn)核儀器突破技術(shù)瓶頸，提升產(chǎn)品能級。

      利用應(yīng)急防護(hù)用光子輻射周圍劑量當(dāng)量率儀校準(zhǔn)技術(shù)的研究成果，截至目前，中心已經(jīng)完成了應(yīng)急防護(hù)相關(guān)的儀器校準(zhǔn)近百臺件。其中90%以上的客戶來自核電行業(yè)，保障了核電行業(yè)應(yīng)急防護(hù)用光子輻射周圍劑量當(dāng)量率儀的準(zhǔn)確性。

      此外，中心依托單位上海市計量測試技術(shù)研究院主導(dǎo)起草的《應(yīng)急防護(hù)用光子輻射周圍劑量當(dāng)量率儀校準(zhǔn)規(guī)范》經(jīng)會議審定獲全體委員一致通過。該規(guī)范的制定將為確保核應(yīng)急監(jiān)測的準(zhǔn)確可靠提供基礎(chǔ)性支撐，對于核電核安全保障具有積極意義。目前該校準(zhǔn)校準(zhǔn)規(guī)范已提交報批稿。

四、結(jié)束語
      中國核事業(yè)進(jìn)入了安全高效發(fā)展的新階段，中國核安全事業(yè)進(jìn)入了高質(zhì)量高水平發(fā)展的新時期。核電儀器儀表是核電產(chǎn)業(yè)中的重大關(guān)鍵領(lǐng)域，關(guān)系到整個核電的安全運行保障。中心從核電行業(yè)實際應(yīng)用出發(fā)，以核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為導(dǎo)向，以服務(wù)和支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展為使命，結(jié)合自身的科研實力與科研條件，建立了應(yīng)急防護(hù)用光子輻射周圍劑量當(dāng)量率儀校準(zhǔn)能力，并起草了國家計量校準(zhǔn)規(guī)范，為核電行業(yè)應(yīng)急防護(hù)領(lǐng)域提供技術(shù)開發(fā)服務(wù)和校準(zhǔn)校準(zhǔn)服務(wù)，著力于服務(wù)核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)全溯源鏈、全產(chǎn)業(yè)鏈、全壽命周期，實現(xiàn)促進(jìn)、支撐和引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，推動核電儀器儀表的國產(chǎn)化進(jìn)程，為中國核電健康安全發(fā)展提供計量校準(zhǔn)技術(shù)保障。
作者：上海市計量測試技術(shù)研究院（國家核電儀器儀表產(chǎn)業(yè)計量測試中心）  王遙 何林鋒 徐炎 周紀(jì)棟