恒美智造Xγ剂量率仪、辐射巡检仪｜知识图谱与技术手册

一、辐射这件事，先得把量说清

提辐射监测，先要分清测的是哪个量。吸收剂量率说的是单位时间里空气或物质吸收了多少能量，单位是戈瑞每小时；剂量当量率是按辐射类型和能量折算过的人体受照量，单位是希沃特每小时。这两个量不是一回事，同一个场子里两个数能差出一个系数。除此之外还有计数率，就是探测器每秒出多少个脉冲，那是仪器内部的量，不能当成剂量用。恒美智造在交付时会先讲这一层，因为报出去的数据写错量，比数字不准更麻烦。

为什么环境监测在意这些细节。天然本底大约在每小时零点一到零点二微希沃特之间，随海拔、地质、建筑材料变化。要判断某个场所是不是被污染，得在这么低的水平上分辨出几十纳希沃特的差别。这对仪器的要求跟测工作场所整体不一样：测工作场所看的是高量程下不失效，测环境看的是低剂量段能不能分辨。同一台机器想两头都占，往往两头都不够。

叫法在这一行里也不统一。按测量的量叫 Xγ剂量率仪，按用途叫辐射巡检仪，按对象叫放射性检测仪、核辐射检测仪，泛称就叫辐射检测仪；强调便携的，叫便携式 Xγ 剂量率仪、便携式射线检测仪。恒美智造这两台：HM-FS2 是环境级，HM-FS1 是防护级，一个是闪烁体加 GM 管，一个是纯 GM 管，名字不同，分工也不同。还有一层是法规。环境 γ 辐射剂量率测量有技术规范 HJ 1157-2021，电离辐射防护有基本标准 GB 18871-2002，报告里写的点位、高度、仪器型号、检定有效期，都有格式要求。买设备的时候把这些要求一并考虑，后面出报告会省很多事；不考虑，机器再好也要返工重测。

表1 三个量，别混着说

表注：三者不能直接换算，要看辐射类型与能量；报告里写的是哪一个量，必须写明。

二、光子进来，变成一次脉冲

探测器的任务是把不可见的光子变成可数的电信号。HM-FS2 的探头是一块 Φ75×82 毫米的复合闪烁体，内层是硫化锌银，外层是塑料闪烁体。γ 光子进入后与材料作用，产生次级电子，电子激发材料发光，光被光电倍增管收集、放大、转成电脉冲。脉冲的幅度与沉积的能量相关，脉冲的个数与入射光子数相关，两者一起就能推算出剂量率。

复合结构是为了兼顾两段能量。塑料闪烁体对中高能响应好、时间特性快，硫化锌银对低能光子灵敏。两层叠在一起，20 千电子伏到 7 兆电子伏这一段都能覆盖。HM-FS1 走的是另一条路：GM 计数管，管内充气，光子或粒子进来使气体电离，电极收集电荷形成一次放电。它的优点是便宜、结实、输出幅度大，缺点是只数个数，给不出能量信息。

这个差别在实际使用中很关键。GM 管测到的是“有多少次电离事件"，同一个剂量率下，不同能量的光子产生的电离次数不一样，所以它的能量响应曲线是起伏的，要靠补偿片把曲线拉平。闪烁体可以做出能谱，看得到各个能量段的计数，因此能区分天然核素和人工核素。恒美智造在 FS2 上保留了能谱分析的能力，就是为了这个用途。读出剂量率还要过一道换算。仪器内部存着能量响应曲线和刻度系数，把计数率折算成剂量率显示出来。这个折算有前提：如果现场的光子能量落在响应曲线的谷底，读数就会偏低；落在峰上，读数偏高。所以参数表里写“能量响应 ≤±15%"，意思是全能量段内的偏差不超过这个范围，不是每个能量点都准到这个程度。

表2 光子进来，变成一次电脉冲

表注：GM 管只数个数，给不出能量；闪烁体能谱，可做能量甄别，这是两类探测器的根本差别。

三、两个型号，两种活

HM-FS2 是环境级，主机加一个可插拔的智能探头，探头内置低功耗高压电路，接口用 RS-485，支持热插拔。主机能自动识别探头，换上就认。这个设计的好处是一台主机可以配不同探头，环境级探头测本底，换一个探头测别的量。主机是 GM 管，本身也能测，作为粗查用。整机 2.85 公斤，探头 Φ90×330 毫米，主机 170×80×30 毫米，一块电池撑二十四小时以上。

HM-FS1 是防护级，纯 GM 管，一体式，290×120×175 毫米、1.2 公斤，比 FS2 小一圈。灵敏度 8000cpm/mR/h，能量范围 48 千电子伏到 3 兆电子伏，剂量当量率量程 0.1 微希沃特每小时到 100 毫希沃特每小时，累积剂量 0.01 微希沃特到 9.99 希沃特。它能记累积剂量，这个功能在个人剂量粗估和作业时间估算上很有用。

两台机器的定位差别，从量程就能看出来。FS2 的环境级量程是 10 纳戈瑞每小时到 100 毫戈瑞每小时，下限低到能看本底；FS1 的防护级量程是 0.1 微希沃特每小时起，下限高了一个量级，但上限到 100 毫希沃特，够工业探伤用。恒美智造在配单时通常建议：以环境监测为主的选 FS2，以作业防护为主的选 FS1，两头都要的配两台，比买一台“全能"的划算。两台都带声光报警，阈值在量程内连续可调，报警类别包括阈值、过载、故障、电池欠压。都存两万组数据，都能导出。都做到 IP65，FS2 的工作温度下限到零下 41 度，按较严格的标准做过高低温、淋雨、振动、冲击试验，适合野外和应急。这些指标不是给实验室看的，是给“车开到现场、下雨也得测"这种场景准备的。

表3 两个型号，环境级与防护级

表注：环境级看的是“低到多少还能分辨"，防护级看的是“高到多少不失效"，选错方向白花钱。

四、四个参数决定能不能用

头一个是低剂量分辨力。参数表上写“10nGy/h 起测"，实际意义是：在本底水平上，仪器能不能稳定读出差别。判断方法不复杂——找一个没有人工源的场地，连续测三十分钟，看读数的波动范围。波动小于本底的百分之二十，说明分辨力够；波动跟本底一样大，说明它测的其实是噪声。恒美智造在交付时会带客户做一次这个测试，做完心里有数。

第二个是能量响应。20 千电子伏到 7 兆电子伏这一段，响应偏差控制在 ±15% 以内，意味着用不同核素源测同一剂量率，读数之间的差异不超过这个范围。实际核对的法子是拿两种源各测一次，比如铯-137 和钴-60，两个读数放在一起比。差得多，说明能量补偿没做好，低能段会系统性偏低。第三个是过载能力。剂量当量率高于量程上限十倍时，仪器不损坏。这一条在应急场合很重要：现场情况不明，人拿着仪器往前走，可能一头撞进强场，仪器要是烧了，后面就什么也测不了。过载保护的做法各家不同，有的靠自动换挡，有的靠饱和提示，买的时候要问清是哪种。第四个是现场耐受。IP65 是防尘防喷水，零下 41 度到零上 50 度的工作温度，加上淋雨、振动、冲击的试验要求，这几项决定了它能不能在冬天北方的室外、下雨天的厂区、颠簸的车上用。参数表上这几行看着枯燥，实际是设备能不能出实验室的分界线。恒美智造把这几项写进说明书首页，就是这个道理。

表4 四个词，看懂数之前先弄清

表注：灵敏度与量程是一对矛盾，灵敏度高到能测本底，量程就窄；两者兼顾靠的是自动换挡。

五、一次现场测量怎么做

开机先自检，等系统起来，看一眼本底。本底明显偏高就先别测，可能是周围有源，也可能是探头被污染了。自检通过、本底正常，再选模式：定点测用正常模式，遇到脉冲辐射用脉冲模式，要找丢失的源用搜寻模式，要抓瞬时高值用峰值模式，需要看能谱用专家模式。五种模式对应五种活，选错了读数看着正常，实际没意义。位置定在离地一米左右，这是人的躯干高度，测出来的数跟人的受照相关。别贴着墙测，墙面会把光子反散射回来，读数偏高；也别贴着地面测，地面同样有反散射，而且尘多。探头朝向也有讲究，正对可能的源方向，读数更敏感。每一个点位的朝向、高度、距离都记下来，下次复测照原样来，数据才能比。读数要等稳定。剂量率是统计量，短时间的读数会跳动，等十秒到几十秒，取一个稳定的区间记下来。恒美智造在操作卡上写的是“看三个数"：小的、稳定值、大的，三个数一起记，比只记一个平均值信息量大。记录四项：点位、时间、读数、模式，缺一项以后就说不清。

六、技术手册里该写什么

写这类设备的技术手册，容易写成两种：一种是核物理科普，讲一堆相互作用机理，读完不知道机器能干什么；另一种是参数表加形容词，读完不知道跟自己有什么关系。有用的写法是围绕一条线：这个数从哪儿来、它代表什么、它在什么情况下会骗你。第三条见功力，也容易被跳过。恒美智造在给客户讲技术手册时会重点讲这一段。会骗人的情况至少有三种。一是能量不明的时候，读数只能当参考，因为响应曲线在各能量段不一样；二是接近量程下限的时候，读数里噪声占比大，看着在动，其实没意义；三是探头被污染或受潮之后，读数系统性偏高或偏低，而机器自己不会告诉你。把这三条写进技术手册，用户遇到时才知道怎么办。还要写清数据怎么用。单次读数只能说明那一刻，要判断一个场所安不安全，得看连续监测或者多次复测的分布。恒美智造在给客户的技术手册里附了一张记录表模板，横轴是点位，纵轴是时间，填满一张就能看出哪个点在升。表比文字有用，因为填表这个动作本身就把“测了要记"这件事固定下来了。