輻射監測儀表的構成 輻射監測儀表一般都是由核輻射探測器和信號處理、記錄系統兩部分組成。
基本介紹
- 外文名：radiation monitoring instrument
監測輻射用的儀器或儀表的統稱。致電離輻射一般不能直接由感官察覺，為了發現是否有輻射的存在或定量確定輻射量，必須用專門的儀器進行測量。輻射監測儀表測量的結果是估算劑量、安全評價和採取防護對策的重要依據。
輻射監測儀表的構成 輻射監測儀表一般都是由核輻射探測器和信號處理、記錄系統兩部分組成。輻射探測器是輻射監測儀表的關鍵器件，儀器的性能指標主要取決於探測器，其主要作用是把進入探測器靈敏區的輻射轉變為信號處理系統能夠記錄和分析的信號。輻射監測儀表中用得最多的有三類探測器，即氣體探測器(包括G-M計數管、正比計數器和氣體電離室等)、半導體探測器和閃爍探測器。這三類探測器都是把輻射轉變成電信號(脈衝或電流)，再由電子學單元處理和記錄。
G-M管型探測器結構簡單，對配套的電子線路和使用環境條件要求不高，易做成成本低、輕便可攜式輻射監測儀器。
電離室型監測儀可用於測量周圍劑量當量或照射量，其性能穩定，壽命長，量程寬，能量回響特性好，但需測極微弱的電流，因此對儀器結構、電子線路和環境條件要求較高。
閃爍探測器一般由閃爍體與光電倍增管組成，閃爍體受到輻射照射產生微弱的螢光，光電倍增管將光信息轉換為電信號並進行放大，供記錄單元測量。常用的閃爍體有測量X或γ輻射的碘化鈉(加鉈激活)，測量γ、X或β輻射的塑膠閃爍體，測量α輻射的硫化鋅(加銀激活)以及專門設計的夾心中子閃爍體等。由於閃爍探測器在通用性、能量解析度和靈敏度等方面有比較突出的優點，在輻射監測儀中得到了廣泛套用。
在輻射監測儀表中常用的半導體探測器為金矽面壘型和平面型Si(Li)及高純鍺探測器。前者不僅在低水平α測量裝置中得到套用，還作為體積小、性能穩定的α計數器在一些特殊輻射監測儀，如α放射性氣溶膠監測儀中得到了套用。後者也由於具有一定的X射線能量解析度，且體積小，功耗低，可做成袖珍型γ、X輻射監測儀。
與上述三類探測器相配合的信號處理和記錄系統要根據探測器的類型和特性而定，但大部分是常用的核電子學單元，如高壓電源，放大器，甄別器，計數器，率表，符合或反符合單元和微處理單元等。
除上述幾種探測器外，在個人監測和環境監測中也使用固態探測元件，如熱釋光(TL)元件光激發光元件(OSL)，由這些元件做成的劑量計，如TLD連同其測讀設備亦屬輻射監測儀表。
輻射監測儀表的分類 按照監測的輻射類型輻射監測儀表可分為α、β、γ、X和中子等監測儀表；按照使用方式可分為固定式和可攜式監測儀表；按照監測對象可分為表面污染監測儀，環境(外照)場所(輻射場)監測儀，個人監測儀，空氣污染監測儀和流出物監測儀等幾類。一般都按監測對象來分類。
表面污染監測儀表 表面污染監測儀用來監測各類表面放射性物質沾污的水平。由於α放射性表面污染的控制限值很低(對皮膚和內衣僅為0.04Bq·cm)，因此要求α表面污染監測儀的本底低且具有足夠的靈敏度。市售的α污染監測儀的探測器大多是ZnS(Ag)閃爍計數器或薄窗多絲正比計數器。β表面污染監測儀往往採用塑膠閃爍計數器或薄窗G-M計數管。探頭的有效面積通常為50cm或100cm，地板污染監測儀探頭的有效面積可為400cm。在控制區出入口往往設定手、腳污染監測儀或門式全身污染監測儀。表面污染監測儀最重要的指標是表面活度回響和儀器效率。表面活度回響是指表面污染水平為1Bq·cm時的計數率，而儀器效率為儀器計數率與校準源表面發射率之比。每台儀器必須用適當的參考標準源校準，確定表面活度回響或儀器效率後才能套用。在套用表面污染監測儀時，必須注意的是表面活度回響或儀器效率與待測污染核素的能譜，儀器工作狀態(甄別能量)以及測量時的幾何條件均有關，而且有一定的適用範圍。因此，在監測時必須保持與校準條件相近。
場所監測儀表 工作場所和周圍環境的輻射水平一般用輻射巡測儀來測量。原則上需要測量的量是周圍劑量當量H *(d)和定向劑量當量H′(d)。只要巡測儀具有各向同性回響，定度為H *(10)，即可在任何輻射場(在探頭有效探測體積範圍內輻射場是均勻的)內測量H *(10)。市售的輻射場巡測儀往往是以照射量(率)或比釋動能(率)定度的，還需進行適當地修正方能得到H *(10)。X、γ輻射場監測儀的種類很多，套用較普遍的是由組織等效或空氣等效材料做室壁的電離室型巡測儀。這種類型的儀器量程寬，能量回響特性好，測量X或γ輻射的能量範圍大。測量低能X射線或γ輻射時電離室壁要做得很薄，厚度只要滿足電子平衡條件即可。測量很強輻射場的巡測儀具有可伸縮的長柄，可以在遠距離測量，減少監測人員所受的劑量。在某些場所，如輻射場水平易變化或易出事故的場所，可設定固定式輻射監測儀。這類儀表長期穩定性好，量程寬且具有抗阻塞能力，可連續監測場所輻射水平的變化。有些儀表具有報警功能，當輻射水平高於預置的域值時會發出報警信息，或把信息返饋到安全連鎖系統。低水平輻射場的監測可採用以塑膠閃爍體作為探測器的巡測儀。這種儀器的靈敏度高，使用方便，易做成輕便可攜式的巡測儀。在環境貫穿輻射的測量中，也可採用高氣壓電離室，屬就地測量儀，不能做成輕便的巡測儀。對於弱貫穿輻射場，要求測定定向劑量當量H′(d)。具有薄入射窗(窗厚約7mg·cm)，側壁和後壁均用組織等效材料做成的薄電離室型儀器可滿足測量定向劑量當量H′(0.07)的要求，但其靈敏度不高，用β參考輻射源校準後，可作為參考傳遞儀器。比較適用的β輻射場監測儀是用薄塑膠閃爍體作為探測器件的閃爍型巡測儀。它有足夠厚的透明組織等效材料做光導部件，以提供與皮下組織類似的反散射條件。入射窗採用厚度約為7mg·cm的鍍鋁聚酯膜。閃爍探頭輸出的平均電流或單位時間的脈衝幅度積分與閃爍體所在位置探頭法線方向的定向劑量當量率成正比，將其用β劑量的計量標準定度以後可用於β輻射場的常規監測。目前中子輻射的監測尚無合用的中子劑量當量儀。現有的以BF3計數管作探測器的中子監測儀只能測量中子注量(率)，還需根據ICRU推薦的轉換係數才能把注量轉換為有效劑量，定向劑量當量等輻射防護評價和監測用量。但是由於中子的輻射權重因子和轉換係數隨中子能量變化很大，因此必須知道輻射場中子能譜的信息，才能實現上述的轉換。採用組織等效材料作為室壁和工作氣體的均勻電離室或正比計數器可以測重中子在組織中的吸收劑量，但是要轉換為輻射防護用量，仍需要輻射場中子能譜的信息，這實際上是很困難的。現場常用的中子輻射監測儀是所謂的“雷姆計數器”，亦稱雷姆儀，它以3He正比計數管或閃爍計數器作為探測器，外加組織等效材料慢化體(球或柱型)使儀器的回響在一定的中子能量範圍與劑量當量成正比。當初該種類型的儀器主要為測量劑量當量指數(該量已被廢棄)而設計的，其回響曲線與測量周圍劑量當量H *(10)的回響曲線不同。但在目前，經適當的刻度後，仍不失作為一種監測一定能量範圍中子輻射的巡測儀表。
個人監測儀表 指為測定個人受到的劑量當量而佩帶在身體上的小型劑量儀或劑量計及其相應的測讀系統。為了直接測定個體受到的外照射劑量，一般採用熱釋光劑量計(TLD)，膠片劑量計或螢光玻璃劑量計等個人劑量計。根據輻射場和操作的實際情況及防護評價的要求，把個人劑量計佩帶在工作人員身上適當的位置，經過一定時間後用測讀儀器(如熱釋光測讀儀，黑度計，分光光度計等)測讀，經適當刻度後可以得到工作人員的個人劑量當量H p(10)或H p(0.07)。袖珍劑量儀是一種可以置於工作人員衣袋中的小型個人劑量儀。這種儀器以半導體探測器、小型G-M計數管或密封電離室為探測器，結構簡單，體積小、重量輕。它不僅能測定累積劑量，而且在劑量超過某一設定值時發出音響或指示燈報警信息。在強輻射場中從事操作或檢修的人員最好佩帶這種袖珍劑量儀。用於內照射個人監測的主要監測儀器是全身計數器，它能直接測定人體內某些放射性核素的含量，從而估算出待積當量劑量。全身計數器設備複雜，造價很高，一般在大型核設施或事故應急中心才備有全身計數器。為了確定局部器官，如肺、甲狀腺內放射性核素的含量，可用肺部計數器，甲狀腺計數器等測量儀器。
氣體和氣溶膠監測儀表 測量工作場所和周圍環境空氣中放射性氣體或氣溶膠濃度的儀表。有些放射性氣體監測儀是先把含放射性的氣體直接引入探測器(如補償電離室，流氣式正比計數器，空心球塑膠閃爍體)，然後再進行測量。為了提高靈敏度，滿足常規監測的要求，還須採取一些降低本底、抗干擾等技術措施。測量空氣中β放射性氣體濃度的氣流β輻射儀就屬這類儀表。用氣球法、電離室法和閃爍室法測量氡氣濃度的監測儀也與上述方法類似。測量空氣中長壽命的放射性氣溶膠濃度的方法很多，如衰變法、α/β比值法、α-β假符合法、α能量甄別法以及能量假符合法等。根據不同原理和用途，設計出不同類別的氣溶膠監測儀。但它們均包含兩大部分：採樣系統和樣品測量系統。根據採樣方式的不同，儀器又分為連續和單次採樣兩類。在氣溶膠濃度易變化又有可能超過導出濃度的場所，應設定固定式連續測量的監測儀，當濃度超過預先設定的值時，監測儀能報警。為了估算內照射個人劑量，特別是氡子體產生的內照射劑量，工作人員需佩帶有個人採樣器的氣溶膠監測儀。
為保證輻射監測的質量，給輻射防護提供可靠的有意義的資料，選用的輻射監測儀表應符合下列要求：①應有足夠的靈敏度；②要有高度的可靠性和穩定性；③要指明套用範圍和條件，特別要給出量程範圍和可測量的輻射能量範圍；④在強輻射場中輻射水平超過量程範圍時，應保持滿刻度指示；⑤具有足夠的牢固性，不易損壞；⑥使用和維修方便，價格便宜；⑦易於去污。
對輻射監測儀表進行校準和檢定是保證監測儀表能夠正常運行和測出可靠數據的重要措施。按照國家計量法規的規定，輻射監測儀表屬強制性檢定儀表，因此必須按照規定，定期由授權的檢定中心或計量站進行檢定和校準。
