TWI497528B - 輻射監測器遊校系統及方法 - Google Patents

Description

輻射監測器遊校系統及方法

本發明係一種輻射監測器遊校系統及方法，特別是一種具有遊校方式的環境劑量監測器與區域監測器的校正系統及方法。

習知，輻射監測儀器需送往合格實驗室作校正，而固定式的室外型核設施環境監測器與室內型的核設施管制區域監測器，因有連續監測之需求，當需要校正時，設施經營者需準備至少1部備用儀器來替換需送校正之儀器，無形中增加了設施經營者之成本，另外監測儀器在作業場所與校正實驗室間來回運送，不但耗時且增加發生意外之風險。因此上述方法在實際運作時造成核設施機構的不方便與困擾。

本發明之目的在於提供一種直接使用攜帶型¹³⁷ Cs標準輻射場進行現場遊校的方法，以達到節省實驗室的校正時間及機構將待校正監測器來回實驗室的時間的功效。本發明另一目的在於現場遊校劑量率的結果，其準確度符合美國國家標準研究所ANSI-N323A(1997)對輻射防護儀器的校正與測試規範的要求。本發明另一目的在於設施經營者無需備份區域監測器或環境監測器，以替代送回實驗室校正的待校正監測器，並達到儀器執行例行輻射防護監測 任務不中斷。本發明尚有另一目的在於適用於校正各種環境監測器如高壓游離腔(HPIC)、多蓋革管(Multi-GM tube)等，及各種區域監測器如游離腔(ion-chamber)、閃爍體(scintillation)、蓋革管(GM tube)。本發明尚有另一目的在於克服各核設施安裝的固定式室外型環境監測器，以及室內型區域監測器，因為例行執行連續且即時之環境或作業場所之輻射劑量監測任務，通常不易或不允許搬離現場轉運送至實驗室進行定期校正，本發明並以提供現場遊校作業，以達到維持儀器品質與劑量量測準確性的功效。本發明尚有另一目的在於因應環境劑量監測器佈置地區廣泛，提供現場遊校方式，可於現地得到校正結果的目的，本發明並達到節省儀器來回實驗運送時間與風險，及免除備份環境監測器費用的功效。本發明除了合乎規範的劑量率校正準確度要求(<20%)外，同時使用天然核種Ra-226與人工核Cs-137的校正因子修正，可以達到提高環境周圍等效劑量H^＊ (10)量測準確度的功效。本發明尚有另一目的在於環境劑量監測器的量測結果，是作為核設施事故、核爆落塵污染預警及緊急應變措施居民避難撤離決策時的依據之一，而區域監測器則是作為輻射環境狀況異常時的警告裝備，是維護工作人員及作業場所安全的劑量依據之一。因此環境劑量監測器、區域監測器等劑量監測儀器需定期校正，可以達到維持劑量數據的正確性與可靠性的功效。

本發明一實施例，係一種輻射監測器遊校系統，包括有一待校正監測器(Monitor)，用以監測環境或區域的輻射 劑量；一攜帶式照射器(Irradiator)，其內部容置一偵檢器，其內部具有射源；一鐳射定位儀，定位時鄰近於該攜帶式照射器，以確認該待校正監測器的該偵檢器中心位置；一照射器昇降機，該照射器昇降機上端固接該攜帶式照射器的一鉛罐，用以設定該攜帶式照射器對該待校正監測器的距離和高度，使該射源提供該待校正監測器偵測對應該距離和高度下該射源所具有的輻射劑量；一鐳射測距儀，用以量測該攜帶式照射器的射源與該待校正監測器的距離；以及一現場背景輕便型偵檢器(Surveymeter)，用於游校時，量測該背景的輻射量。

本發明另一實施例，係一種輻射校方法，步驟包括：提供一攜帶式照射器、一工作級標準件、一照射器昇降機、一鐳射測距儀、一待校正監測器以及一現場背景輕便型偵檢器；設定該攜帶式照射器的性能評估，包括：有效照野(effect field)、射束均勻性(beam uniform)、回散射(back scattering)；設定該工作級標準件的性能評估，包括：準確性(accuracy)、穩定性(stability)、反應時間(response time)、能量依持性(energy depend)、角度依持性(angle depend)；建立遊校使用的該攜帶式照射器工作級標準輻射場(working-level radition standard)，計算距離與周圍等效劑量(ambinet dose)H^＊ (10)相對關係表；遊校系統之不確定度分析，包括光子標準輻射劑量、射束均勻度、量測距離與量測時間，擴充不確定度(expand uncertain)(k=2)為6%；以及驗證二級標準與工作級標準輻射場。

本發明使用追溯至空氣克馬率(air kerma-rate)原級標準(primary standard)的圓球型游離腔(ion-chamber)建立二級標準(seconary standard)輻射場，再使用此二級標準輻射場校正性能評估佳的閃爍體偵檢器(scintillate survey-meter)，得到周圍等效劑量率(ambinet dose-rate)的工作級標準(working standard)件，配合攜帶型照射器與相關射源的照射器升降機與鐳射側距儀等，可直接對核能電廠及核醫部門等核設施營運機構的固定型或大型或連續監測型待校正輻射監測器進行現場遊校(in-situ calibration)作業；且校正劑量率的結果其準確度符合美國國家研究所標準(American National Standards Institute，ANSI)N323A規範要求。

本發明一實施例，如圖1，係一種輻射監測器遊校系統及方法，由該系統係提供一組現場遊校相關裝置，如圖3、圖4、圖5、圖6，包括：一攜帶式照射器23及一鐳射定位儀24，一工作級標準件61，其，一照射器昇降機31，一鐳射測距儀51，一種待校正監測器41包括一環境劑量監測器以及一區域監測器、一現場背景輕便型偵檢器。如表1所示：

該攜帶式照射器23，於本實施例中，如圖1、圖3，其內部具有射源，該射源係為銫137(¹³⁷ Cs)，為避免該射源於不操作時外洩，因此該攜帶式照射器23係容置於該鉛罐21中，該鉛罐21前端係一孔洞，該攜帶式照射器23的射源經由該孔洞輻射，不使用該攜帶式照射器23時，並以抽取式的一鉛栓22封閉該孔洞。該照射器射束水平均勻度測試，如圖9，其中橫軸代表水平距離，縱軸代表對中心點的相關距離。攜帶式照射器射束垂直均勻度測試，如圖10，其中橫軸代表垂直距離，縱軸代表對中心點的相關距離。射束集中於中心點附近。

該待校正監測器41，於本實施例中，如圖1、內部容置一偵檢器用以監測環境或區域輻射劑量；包括一環境劑量監測器，設置於開放環境中，用以監測環境輻射劑量，或者是一區域監測器，設置於室內區域中，用以監測區域輻射劑量。該環境劑量監測器係為一高壓游離腔監測器、或多蓋革管監測器。該區域監測器係為一游離腔監測器、一閃爍體監測器或一蓋革管監測器。

該照射器昇降機31，於本實施例中，如圖1、圖4。該照射器昇降機31上端固接內部容置該攜帶式照射器23的一鉛罐21，用以設定該攜帶式照射器23對該待校正監測器41的距離和高度，使該射源提供該待校正監測器41偵測對應該距離和高度下該射源所具有的輻射劑量。

該鐳射測距儀51，於本實施例中，如圖1。用以量測該攜帶式照射器23的射源與該待校正監測器41的距離；

該現場背景輕便型偵檢器，於本實施例中，用於游校時，量側該背景的輻射量，待校正監測器41所量測的輻射值，扣除現場輕便型偵檢器的背景輻射值後，得到真正的環境或區域劑量率的一輻射量測值。

本實施例還包括一環境監控儀器，該環境監控儀器係一溫度計，一溼度計。

該工作級標準件61，於本實施例中，如圖1、圖6。其係具有依二級標準輻射場校正的閃爍體偵檢器，以偵測該攜帶式照射器23之射源於該距離與高度條件下的輻射劑量。其中二級標準輻射場，其係一種依空氣克馬率原級標準所校正的二級標準輻射場，該依空氣克馬率原級標準係一種圓球型游離腔。因此，受校後之該工作級標準件61可以視為一種三級標準輻射場，該工作級標準件61再對該攜帶式照射器23產生性能評估，如表2：

該工作級標準件61，於本實施例中，如圖7，係該工作級標準件61能量依持性圖，橫軸表輻射能量(radiation energy)，縱軸表靈敏度(relative sensitivity)，係屬環境放射 性及核事故的能量範圍。

該工作級標準件61，於本實施例中，如圖8，係該工作級標準件61與周圍等效劑量相對關係表，橫軸表距離，以公分(cm)為單位，縱軸表劑量率，單位係(uSv/h)，周圍等效劑量相對關係，在距離越遠時，劑量率愈低。

該攜帶式照射器23，於本實施例中，校正實驗室輻射場之周圍等效劑量H^＊ (10)，如表3：

該攜帶式照射器23，於本實施例中，現場遊校輻射場之周圍等效劑量H^＊ (10)，如表4：

該工作級標準件61，追溯二級標準的周圍等效劑量率校正因子，如表5：

本發明另一實施例，如圖2，係一種輻射監測器遊校方法，步驟包括有：步驟11：提供一攜帶式照射器23、一鐳射定位儀24、一工作級標準件61、一照射器昇降機31、一鐳射測距儀51、一待校正監測器41以及一現場背 景輕便型偵檢器，如圖1、3、4、5、6及表1；步驟12：設定該攜帶式照射器23的性能評估，如表2，包括：有效照野、射束均勻性、回散射；步驟13：設定該工作級標準件61的性能評估，包括：準確性、穩定性、反應時間、能量依持性、角度依持性；步驟14：建立遊校使用的該攜帶式照射器23工作級標準輻射場，如表4，計算距離與周圍等效劑量H^＊ (10)相對關係表；步驟15：遊校系統之不確定度(uncertain)分析，如表6，包括光子標準輻射劑量、射束均勻度、量測距離與量測時間，擴充不確定度(k=2)為6%；以及步驟16：驗證二級標準與工作級標準輻射場如表5；其中該待校正監測器41包括一環境劑量監測器，設置於開放環境中，用以監測環境輻射劑量；以及一區域監測器，設置於室內區域中，用以監測區域輻射劑量。

本實施例中，其中該攜帶式照射器23的性能評估的有效照野，係使用直徑2cm的一蓋革管在距該攜帶式照射器23的一射束中心15cm的左、右及上、下位置量測該有效 照野範圍，與該射束中心的最大差異約4%。該攜帶式照射器23的性能評估的射束均勻性，係使用高靈敏度之氟化鋰(LiF)熱發光劑量計(Harshow/100H)，利用空壓克力薄片上，於距該攜帶式照射器23射源4 m位置，在該攜帶式照射器23射束中心點及直徑5cm圓周的上、下、左及右的五個位置作量測，得平均差異小於2.8%，顯示距離4m位置的射束均勻性佳。其中該攜帶式照射器23的性能評估的回散射，係置於現場高度1m及厚度0.1m混凝土牆壁位置，測得遊校區域監測器的最大回散射影響約10%。

本實施例中，其中該工作級標準件61係一閃爍體偵檢器，其性能評估，包括準確性、穩定性、反應時間、能量依持性以及角度依持性，測試結果符合美國國家標準研究所ANSI-N42.17A規範要求；劑量率準確性1μSv/h~100mSv/h範圍差異<5%；連續20次量測值之穩定性(標差偏差)為3%；反應時間<1秒；能量依持性<20%；角度依持性<15%。

本實施例中，如表7，其中該驗證二級標準與工作級標準輻射場，包括比較核設施該環境劑量監測器(HPIC)於實驗室與游校場所，現場遊校的劑量率結果，實驗室的校正因子在0.9~1.0，遊校的校正因子在0.9~1.1。

本實施例中，如表8，其中該驗證二級標準與工作級標準輻射場，包括比較室內區域的區域監測器中，於實驗室與遊校的劑量率結果，實驗室的最大差異<16%；遊校的最大差異<13%。

本實施例中，該待校正監測器41中的環境劑量監測器，其係一高壓游離腔監測器、或多蓋革管監測器。該待校正監測器41中的區域監測器的監測器，其係一游離腔監測器、一蓋革管監測器或一閃爍體監測器。

惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

21‧‧‧鉛罐

22‧‧‧鉛栓

23‧‧‧攜帶式照射器

24‧‧‧鐳射定位儀

25‧‧‧偵檢器

31‧‧‧照射器昇降機

41‧‧‧待校正監測器

51‧‧‧鐳射測距儀

61‧‧‧工作級標準件

圖1 輻射監測器遊校系統中的裝置

圖2 輻射監測器遊校方法

圖3 攜帶式照射器(¹³⁷ Cs)及鐳射定位儀外觀

圖4 照射器昇降機

圖5 鐳射測距儀

圖6 工作級標準件

圖7 工作級標準件能量依持性

圖8 工作級標準件的距離與周圍等效劑量相對關係表

圖9 攜帶式照射器射束水平均勻度測試

圖10 攜帶式照射器射束垂直均勻度測試

21‧‧‧鉛罐

22‧‧‧鉛栓

23‧‧‧攜帶式照射器

24‧‧‧鐳射定位儀

25‧‧‧偵檢器

31‧‧‧照射器昇降機

41‧‧‧待校正監測器

51‧‧‧雷射測距儀

61‧‧‧工作級標準件

Claims (18)

1. 一種輻射監測器遊校系統，包括：一待校正監測器，其內部容置一偵檢器，用以監測一環境或一區域的輻射劑量；一攜帶式照射器，其內部具有一射源；一工作級標準件，其係具有依二級標準輻射場校正的閃爍體偵檢器，以偵測該攜帶式照射器之該射源於該距離與高度條件下的輻射劑量；一鐳射定位儀，定位時鄰近於該攜帶式照射器，以確認該待校正監測器的該偵檢器中心位置；一照射器昇降機，該照射器昇降機上端固接一鉛罐，該攜帶式照射器係容置於該鉛罐中，該鉛罐前端係具有一孔洞，該攜帶式照射器的該射源經由該孔洞輻射，不使用該攜帶式照射器時，並以抽取式的一鉛栓封閉該孔洞，該攜帶式照射器係容置於該鉛罐中，該照射器昇降機係用以設定該攜帶式照射器對該待校正監測器的距離和高度，使該射源提供該待校正監測器偵測對應該距離和高度下該射源所具有的輻射劑量；一鐳射測距儀，用以量測該攜帶式照射器的該射源與該待校正監測器的距離；以及一現場背景輕便型偵檢器，用於游校時，量測該背景的輻射量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之輻射監測器遊校系統，待校正監測器所量測的輻射值，扣除現場背景輕便型偵檢器的背景輻射值後，得到真正的該環境或該區域劑量率 的一輻射量測值。
3. 如申請專利範圍第2項所述之輻射監測器遊校系統，該輻射量測值結果，其準確度符合美國國家標準ANSI-N323A規範要求。
4. 如申請專利範圍第1項所述之輻射監測器遊校系統，該攜帶式照射器，其內部具有該射源係銫(137¹³⁷ Cs)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之輻射監測器遊校系統，包括一環境監控儀器，該環境監控儀器係為一溫度計或一溼度計。
6. 如申請專利範圍第1項所述之輻射監測器遊校系統，該待校正監測器係為一環境劑量監測器，設置於開放環境中，用以監測環境輻射劑量，或者是一區域監測器，設置於室內區域中，用以監測區域輻射劑量。
7. 如申請專利範圍第6項所述之輻射監測器遊校系統，該環境劑量監測器係為一高壓游離腔監測器、或多蓋革管監測器。
8. 如申請專利範圍第6項所述之輻射監測器遊校系統，該區域監測器係為一游離腔監測器、一閃爍體監測器或一蓋革管監測器。
9. 如申請專利範圍第1項所述之輻射監測器遊校系統，其中二級標準輻射場，其係一種依空氣克馬率原級標準所校正的二級標準輻射場，該依空氣克馬率原級標準係一種圓球型游離腔。
10. 一種輻射監測器遊校方法，步驟包括：提供一攜帶式照射器及一鐳射定位儀、一工作級標準 件、一照射器昇降機、一鐳射測距儀、一待校正監測器以及一現場背景輕便型偵檢器；設定該攜帶式照射器的性能評估，包括：有效照野、射束均勻性、回散射；設定該工作級標準件的性能評估，包括：準確性、穩定性、反應時間、能量依持性、角度依持性，其中該工作級標準件係具有依二級標準輻射場校正的一閃爍體偵檢器，其性能評估，包括準確性、穩定性、反應時間、能量依持性以及角度依持性，測試結果符合美國國家標準研究所ANSI-N42.17A規範要求；劑量率準確性1μSv/h~100mSv/h範圍差異<5%；連續20次量測值之穩定性(標差偏差)為3%；反應時間<1秒；能量依持性<20%；角度依持性<15%；建立遊校使用的該攜帶式照射器工作級標準輻射場，計算距離與周圍等效劑量H*(10)相對關係表；遊校系統之不確定度分析，包括光子標準輻射劑量、射束均勻度、量測距離與量測時間，擴充不確定度(k=2)為6%；以及驗證二級標準與工作級標準輻射場。
11. 如申請專利範圍第10項所述之輻射監測器遊校方法，其中該待校正監測器包括一環境劑量監測器，設置於開放環境中，用以監測環境輻射劑量；以及一區域監測器，設置於室內區域中，用以監測區域輻射劑量。
12. 如申請專利範圍第11項所述之輻射監測器遊校方法，其中該攜帶式照射器的性能評估的有效照野，係使用直 徑2cm的一蓋革管在距該攜帶式照射器的一射束中心15cm的左、右及上、下位置量測該有效照野範圍，與該射束中心的最大差異約4%。
13. 如申請專利範圍第11項所述之輻射監測器遊校方法，其中該攜帶式照射器的性能評估的射束均勻性，係使用高靈敏度之氟化鋰(LiF)熱發光劑量計(Harshow/100H)，利用空壓克力薄片上，於距該攜帶式照射器射源4m位置，在該攜帶式照射器射束中心點及直徑5cm圓周的上、下、左及右的五個位置作量測，得平均差異小於2.8%。
14. 如申請專利範圍第11項所述之輻射監測器遊校方法，其中該攜帶式照射器的性能評估的回散射，係置於現場高度1m及厚度0.1m混凝土牆壁位置，測得遊校區域監測器的最大回散射影響係10%。
15. 如申請專利範圍第11項所述之輻射監測器遊校方法，其中該驗證二級標準與工作級標準輻射場，包括比較核設施該環境劑量監測器(HPIC)於實驗室與游校場所，現場遊校的劑量率結果，實驗室的校正因子在0.9~1.0，遊校的校正因子在0.9~1.1。
16. 如申請專利範圍第11項所述之輻射監測器遊校方法，其中該驗證二級標準與工作級標準輻射場，包括比較室內區域的區域監測器中，於實驗室與遊校的劑量率結果，實驗室的最大差異<16%；遊校的最大差異<13%。
17. 如申請專利範圍第11項所述之輻射監測器遊校方法，其中該環境劑量監測器，其係一高壓游離腔監測器、或 多蓋革管監測器。
18. 如申請專利範圍第11項所述之輻射監測器遊校方法，其中該區域監測器的監測器，其係一游離腔監測器、一蓋革管監測器或一閃爍體監測器。