Метрологическое обеспечение дозиметрии фотонного излучения. Учебное пособие

При поверке установки мощность дозы определяется для каждого гамма-источника, входящего в комплект установки, с помощью эталонного дозиметра.

Основными составляющими основной погрешности поверочной установки являются:

погрешность эталонного дозиметра Θ0; случайная составляющая погрешности измерения мощности

дозы на расстоянии 1 м на установке δс; систематическая составляющая погрешности, обусловленная

отклонением от закона обратных квадратов на установке θк. Случайная составляющая δс определяется по результатам

измерения мощности дозы из соотношения

где Рi – i-й результат измерения мощности дозы эталонным дозиметром;

Р – среднее арифметическое значение мощности дозы;

ts – коэффициент Стьюдента для доверительной вероятности

0,95.

Доверительную границу основной погрешности поверяемой установки для доверительной вероятности 0,95 определяют по формуле

i 1,1 02 θ2K δ2 .

Полученные в результате поверки числовые значения мощности дозы для каждого источника и основная погрешность определения мощности дозы заносятся в документ о поверке.

Основная погрешность не должна превышать 3 % для эталонных установок 1-го разряда и 6 % для установок 2-го разряда по поглощенной дозе и 6 и 10 % для установок, поверяемых по эквивалентной дозе.

Таким образом, в результате поверки определяются следующие поверочные параметры: мощность дозы DI от каждого i-го источника, входящего в комплект установки, на расстоянии 1 м и Θi – погрешность определения DI. Данные результаты присваиваются установке и вносятся в свидетельство о поверке.

11

Перечень типовых поверочных установок

3. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЕРКИ ЭТАЛОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ

1-го И 2-го РАЗРЯДОВ ПО МОЩНОСТИ ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЫ

В качестве эталонной меры МД могут применяться источники гамма-излучения, не входящие в комплект поверочной установки. Такие источники могут быть использованы в любых типовых поверочных установках, но со стандартным коллиматором. Поэтому поверка таких источников заключается в определении МД в типовой установке на расстоянии 1 м, а также в установлении погрешности МД.

Применяются следующие средства поверки:

1.Рабочие эталоны – измерительные установки со свободновоздушными ионизационными камерами, набором полостных ионизационных камер, наборы эталонных источников гаммаизлучения.

2.Эталонные СИ 1-го разряда – набор источников гаммаизлучения, поверочные дозиметрические установки типов УПГД-1, УПГД-2, УПЛ-1 или подобные им с типовым коллиматором, дозиметры , коллиматор, обеспечивающий отсчет показаний с погрешностью не более 0,5 % и нестабильностью работы не более 1 % за время измерений.

При поверке следует:

проверить ампулы и пеналы с источником на радиоактивную загрязненность (методом мазка);

12

проверить правильность установки источника в держатель и держателя в коллиматор;

проверить установку детектора компаратора или эталонного дозиметра на подвижном столике установки и совпадение его геометрического центра с осью пучка излучения;

выполнить внешний осмотр источника, опробование механизмов подачи источника в коллиматор и механизмов перемещения и фиксации детектора.

Методы поверки. При поверке источников гамма-излучения измеряют МД, создаваемую источником на расстоянии 1 м, и определяют погрешности измерений.

Значение МД эталонных источников 1-го разряда определяют методом сличения с помощью компаратора с рабочим эталоном, источников 2-го разряда – методом сличения с помощью компаратора с эталонными источниками 1-го разряда или методом прямых измерений эталонным дозиметром 1-го разряда.

Определение МД гамма-излучения. Источники гаммаизлучения 1-го разряда сличают с двумя рабочими эталонами, источники 2-го разряда разрешается поверять по одному источнику.

Сличение осуществляют на трех различных расстояниях. Проводят попеременно многократные наблюдения от эталонного и поверяемого источников.

Значение МД на расстоянии 1 м для поверяемого источника РП рассчитывают по формуле

где Р0 – значение МЭД эталонного источника на расстоянии 1 м (из свидетельства);

NR и NОR – средние арифметические значения показаний компаратора от поверяемого и эталонного источников на расстоянии R;

3 – число расстояний.

При поверке с использованием двух источников МД поверяемого источника определяется как полусумма полученных результатов PП от каждого источника.

13

В другом методе поверки источников гамма-излучения, методе прямых измерений, в качестве эталонного СИ используют эталонный дозиметр. В этом случае проводят измерение МД РRI в типовой установке на трех расстояниях от источника. Затем, используя закон обратных квадратов, приводят полученные значения МД к расстоянию 1 м по формуле

POR = PRI RI2 eμ(R–1).

Здесь μ – линейный коэффициент ослабления гамма-излуче- ния в воздухе.

Искомое значение МД от поверяемого источника на расстоянии 1 м определяют как среднее трех приведенных значений.

Определение погрешности поверки гамма-источников в качестве меры МД

Погрешность определения МД источников 1-го разряда 95 при поверке методом сличения при помощи компаратора с использование двух эталонных источников для доверительной вероятности 0,95 рассчитывают по формуле

S1 и S2 – средние квадратические отклонения отношений показаний компаратора при измерении МД поверяемого источника к показаниям компаратора от эталонного первого и второго источников соответственно;

θ1 и θ2 – погрешности эталонных источников, указанные в паспорте на эталоны;

(N/N0)R – отношение усредненного по j (пяти) измерениям показаний компаратора от поверяемого источника к показаниям от эталонного источника на каждом расстоянии Rj;

(N/N0) – усредненное по i (трем) расстояниям отношение показаний компаратора от поверяемого источника к показаниям от эталонного источника.

Погрешность определения МД эталонных источников 2-го разряда методом сличения с помощью компаратора для доверительной вероятности 0,95 определяют по формуле

14

где 0 – погрешность эталона 1-го разряда, указанная в паспорте; S – среднее квадратическое отклонение измерений с помо-

щью компаратора поверяемого источника.

Погрешность определения МД эталонных источников 1-го разряда методом прямых измерений определяют по формуле

95 2S 2 ( 0 )2 ,

где 0 – погрешность эталона 1-го разряда, указанная в паспорте; S – среднее квадратическое отклонение измерений эталон-

где Рi – МД i-го измерения на расстоянии R от источника и приведенная к 1 м;

Рi/0 – среднее арифметическое значение МД, приведенное к 1 м. Погрешность определения МД эталонных источников 2-го разряда методом прямых измерений для доверительной вероят-

ности 0,95 определяют по формуле

95 2S 2 ( 0 / 3)2 .

Диапазоны доверительных границ эталонных источников для доверительной вероятности 0,95 указаны в приведенной выше поверочной схеме.

4. ПОВЕРКА ДОЗИМЕТРОВ ФОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Поверка дозиметров фотонного излучения осуществляется следующими методами:

прямые измерения поверяемым дозиметром эталонного значения МД, воспроизводимого рабочим эталоном, эталонами соответствующего разряда. Такими эталонами являются или эталонные поверочные установки, или эталонные источники;

непосредственное сличение поверяемого и эталонного дозиметров;

подобие радиационных полей.

15

Поверка дозиметров осуществляется по методике, указанной в технической документации дозиметра. Поверка проводится в нескольких точках каждого диапазона дозиметра. Количество и значения точек поверки регламентировано в документации:

1.Для дозиметров, эталонных и рабочих, с погрешностью до 8 % поверка проводится в трех точках каждого диапазона. Эти точки должны находится в следующих интервалах конечного значения диапазона: 0,3–0,4, 0,5–0,6 и 0,8–0,9.

2.Для дозиметров с погрешностью до 15 % поверка проводится в двух точках: 0,4–0,5 и 0,7–0,8 конечного значения диапазона.

3.Для рабочих дозиметров с погрешностью более 15 % поверка проводится в одной точке: 0,6–0,8 конечного значения диапазона.

4.1. Поверка дозиметров методом прямых измерений

Основным методом поверки дозиметров является метод прямых измерений поверяемым прибором мощности дозы или дозы, воспроизводимой на эталонной поверочной установке. Этот метод применим для коллимированного пучка гамма-излучения. В таблице «Перечень типовых поверочных установок» (см. п. 2.6.) указаны применяемые типовые установки и их характеристики.

Поверка заключается в определении основной погрешности дозиметра и установлении его пригодности к применению. Она включает в себя операции внешнего осмотра и опробования – проверку отсутствия или наличия повреждений, влияющих на показания прибора, и проверку действия органов управления, регулирования и коррекции.

При определении основной погрешности прибора, предназначенного для измерения ЭД или ПД, расчетное значение эталонной меры определяют по мощности дозы, воспроизводимой источником на расстоянии 1 м, и необходимой экспозиции облучения детектора прибора.

Для этого в коллиматор устанавливают источник, обеспечивающий наиболее близкие значения мощности дозы, к поверяемым точкам, указанным в методике поверки дозиметра. Затем дозиметр помещают на поверочную установку на специальный держатель на расстоянии, которое рассчитывается исходя из закона обратных квадратов:

16

где P0 – МД на расстоянии R0 (1 м);

PПJ – расчетная мощность дозы в j-й точке поверки по значению МД, указанной в методике поверки дозиметра, на искомом

расстоянии Ri/J.

Далее приведен пример расчета эталонной меры мощности эквивалентной дозы при поверке дозиметра ДКС-96.

Согласно методике поверки значение одной из поверяемых точек составляет PNJ = 400 мкрзв в час. Источник № 1 воспроизводит мощность дозы на расстоянии 1 м Р0 = 618 мкрзв в час. Расстояние Rij, на котором мощность дозы в установке составит 618 мкрзв/час рассчитывается по соотношению

Рассчитав искомое расстояние, устанавливают детектор дозиметра и проводят необходимые измерения.

Искомое расстояние RiJ определяют для всех точек МД, указанных в методике поверки. В каждой точке проводят многократные измерения мощности дозы PIj и рассчитывают среднее арифметическое PJ как оценку математического ожидания измеренной мощности дозы.

Основная погрешность эталонного дозиметра складывается из следующих составляющих:

относительное значение отклонения среднего значения результатов из n измерений ПД поверяемым дозиметром Рj в каждой j-точке МД от расчетного значения ПД в данной точке Р0J;

случайная погрешность измерения ПД поверяемым дозиметром;

погрешность эталона δЭ.

Для каждой поверяемой точки рассчитывают основную погрешность дозиметра по формуле

где РiJ – i-е измерение ПД поверяемым дозиметром в j-й точке;

17

tS – коэффициент Стьюдента при доверительной вероятности 0,95 и количестве измерений n.

Для рабочих дозиметров с погрешностью 8–15 % погрешность определения Д или МД с вероятностью 0,95 % определяют по формуле

1,1θЭ θПР ,

где θЭ – погрешность (из свидетельства) эталонной меры РЭ, приведенной к j-у расстоянию;

θПР – усредненная по числу (двум) поверяемым на диапазоне точкам относительная погрешность измерения Д или МД поверяемым дозиметром.

θПР Р РЭ 100 % ,

РЭ

где Р – среднее арифметическое из n измерений Д или МД поверяемым дозиметром в j-й точке диапазона.

Для рабочих дозиметров с погрешностью более 15 % погрешность определения Д или МД с вероятностью 0,95 % определяют по формуле

θПР Р РЭ 100 %.

РЭ

4.2. Поверка рабочих дозиметров методом сличения поверяемого и эталонного дозиметров

Поверка рабочих дозиметров фотонного излучения может осуществляться также методом прямых измерений дозы эталонным и поверяемым дозиметрами. Поверку проводят на типовых поверочных установках. При данном виде поверки установка используется как вспомогательное устройство.

Поверку проводят поочередным измерением ПД или МПД поверяемым и эталонным дозиметрами на различных расстояниях от источника. Расстояния выбираются по методике, изложенной в 4.1.

Основная погрешность поверяемого дозиметра δ складывается из следующих составляющих:

18

погрешность эталонного дозиметра δЭ, указанная в паспорте на прибор;

относительное отклонение среднего значения измерения ПД поверяемым дозиметром РП от среднего значения измерения ПД эталонным дозиметром РЭ;

случайная погрешность среднего арифметического измерения ПД поверяемым дозиметром

Поверка рабочих дозиметров рентгеновского излучения осуществляется методом прямых измерений дозы эталонным и поверяемым дозиметрами.

Предварительно по показаниям эталонного дозиметра с помощью регулирования тока в рентгеновской трубке устанавливается эталонная мера, необходимое значение дозы (мощности дозы). Затем проводятся поочередные измерения установленной меры поверяемым и эталонным дозиметрами и сличение результатов измерений. Разность значений дозиметров – это основа основной погрешности поверяемого дозиметра. При расчете основной погрешности поверяемого дозиметра необходимо также учитывать случайную погрешность определения значения дозы (мощности дозы) и эталонным, и поверяемым приборами.

Метод подобия радиационных полей. При определении погрешности дозиметра методом подобия радиационных полей применяются набор источников гамма-излучения с известным соотношением МД и фильтры известной кратности ослабления. При этом методе могут быть использованы лишь приборы, не имеющие существенной энергетической зависимости.

При использовании набора источников гамма-излучения при проверке диапазонов с большими значениями МЭД первичный преобразователь прибора устанавливают на любом близком расстоянии от источника. Подбирают такой источник, показание прибора от которого составило бы N0 = 0,6 – 0,8 конечного значения последнего поверенного диапазона. Затем прибор переключают на следующий диапазон с большим значением МЭД. Заменяют источник на аналогичный, МЭД которого в А раз больше. Показание прибора должно быть

19

Ni = N0 Аист.

Значение коэффициента Аист вычисляют по данным в свидетельстве.

При использовании фильтров и проверке диапазонов с большими значениями МД поступают аналогичным образом: устанавливают детектор прибора на близком расстоянии от источника гамма-излучения; с помощью фильтра известной кратности ослабления Аф подбирают показание прибора, равное 0,6 – 0,8 конечного значения последнего проверенного диапазона; переключают прибор на диапазон с большим значением МЭД; убирают фильтр; снимают показание прибора, которое должно быть

Ni = N0 Aф.

4.3. Методы и средства поверки стационарных и встроенных дозиметров дозы гамма-излучения

Метод поверки стационарных и встроенных гаммадозиметров по МД разработан на основе метода создания в чувствительном объеме первичного преобразователя эффекта от источников бета-излучения, подобного эффекту от источников гамма-излучения. Применяются следующие средства поверки:

поверочные установки типов УПГДС-1,2,3,4,5, УПДП-5, УТШП-З;

источники бета-излучения на твердых подложках с радионуклидами отронций-90 + иттрий-90;

источники гамма-излучения цезий-137.

По конструкции установки представляют собой приспособления для размещения в них источников и первичных преобразователей поверяемых СИ в строго фиксированном нормированном положений относительно друг друга.

Определение метрологических параметров поверочных установок сводится в общем случае к определению «переходного коэффициента» и основной погрешности установки.

Переходной коэффициент устанавливает зависимость показаний прибора от внешнего излучения бета-источника, используемого в установке

20