Explanation of Technical Terms Related to the Extraordinary Session of Working Group B for CTBTO
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摘要: 参与全面禁止核试验条约组织（CTBTO）筹备委员会核查工作组（B组）会议，以及相关的技术交流活动、核查系统建设等工作，涉及到较为复杂的技术系统和专业技术。为便于从事相关管理和技术工作的专家参考，本文系统地编译了相关技术名词，以供参考。
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关键词:
- CTBTO筹备委员会 /
- 地震核查 /
- 核试验 /
- 国际监测系统
Abstract: Participating in the extraordinary session of working group B for the preparatory commission for the comprehensive nuclear-test-ban treaty organization (CTBTO) as well as related activities of technique exchange and construction of verification system involves rather complex technology system and professional technology. In order to provide reference to experts engaging in related management and technical works, we translate relevant technical terms systematically in this paper. -
引言
氡是地下流体的重要观测项目，曾多次在地震前表现出异常。孙小龙等（2016）基于《中国震例》（1966—2012年）的地下流体异常特征统计分析发现，水（气）氡类异常达400项，占整个地下流体异常总数的35%。晏锐等（2011，2018）和周晓成等（2017）也对汶川地震之前水氡的临界慢化及氡的脱气强度进行了深入研究。
根据观测对象和观测方式的不同，氡观测包括人工氡观测及数字化氡观测，氡观测中仪器校准是保证观测仪器稳定、观测数据可靠的前提。中国地震局（2011）编著了《地震及前兆数字观测技术规范》（试行），对于SD-3 A型数字测氡仪，需利用固体氡气源每年校准1次，获得K值（校准系数），保证仪器正常运行。
近年来，随着技术的发展，原SD-3A型数字测氡仪已基本停产，现在广泛应用的是DDL-1型数字测氡仪（电离法）及BG2015R型数字测氡仪（闪烁法），还未建立有效的技术方案开展校准。
RN-FD循环氡源仅在出厂时给出标称的放射性活度，如不定期校准，其标称值是否正确无法保证。于1994年开展的国际校准试验中，5台Alpha GUARD仪器分别在NIST、NPL和PTB之间作为计量传递标准仪器，近年来，Alpha GUARD测氡仪的准确性获得国际同行认可（Dean等，1996；潘自强，2009；刘翠红等，2010）。任宏微等（2016，2017）和姚玉霞（2017）研究了利用Alpha GUARD测氡仪作为标准仪器，利用一定氡浓度的水样对FD-125型人工测氡仪的闪烁室进行校准，效果较好。起卫罗等（2019）利用Alpha GUARD测氡仪，采用一定氡浓度的水样作为载体对DDL-1型数字测氡仪进行校准。
本文在已有研究的基础上，利用Alpha GUARD测氡仪及校准后的RN-FD循环氡源，分别对DDL-1型数字测氡仪及BG2015R型数字测氡仪开展校准技术研究，给出校准开展条件、校准步骤、校准结果与计算方法等技术方案，并在全国12个观测站点应用，取得较好的结果。
1. 校准技术方案
利用Alpha GUARD测氡仪作为计量标准器，对RN-FD循环氡源放射性活度进行校准，使RN-FD循环氡源浓度得到校验后校准新型测氡仪，并与Alpha GUARD测氡仪校准结果进行对比。利用Alpha GUARD测氡仪校准时，将一定浓度的水样依次通过Alpha GUARD测氡仪和新型数字测氡仪（DDL-1或BG2015R型数字测氡仪）形成闭合回路，达到放射平衡后，计算得到数字测氡仪K值。利用RN-FD循环氡源校准时，将RN-FD循环氡源和数字测氡仪（DDL-1或BG2015R型数字测氡仪）串联形成闭合回路，达到放射平衡后，计算得到数字测氡仪K值。
根据新型测氡仪观测原理及校准方式的不同，共有以下4种校准技术方案。
1.1 Alpha GUARD测氡仪校准DDL-1型数字测氡仪技术方案
（1）试验准备
在室温及气压起伏较平稳的时段开展仪器校准。校准前确认Alpha GUARD测氡仪和DDL-1型数字测氡仪均处于正常状态。记录DDL-1型数字测氡仪电离室的体积
$ {V}_{\mathrm{e}} $ （L）、Alpha GUARD测氡仪的本底C0（Bq·m−3）和DDL-1型数字测氡仪的本底V0 （mv）。（2）气路连接
按图1所示连接气路，将Alpha GUARD测氡仪、DDL-1型数字测氡仪、鼓泡瓶、干燥管及Alpha PUMP相连，使水中鼓泡产生的气体依次通过DDL-1型数字测氡仪及Alpha GUARD测氡仪。
图 1 Alpha GUARD测氡仪校准DDL-1型数字测氡仪气路连接示意图Figure 1. Connection diagram of Alpha GUARD radon detector and DDL-1 digital radon detector（3）鼓泡与读数
在1 L/min的流量下启动Alpha PUMP，10 min后关闭Alpha PUMP，然后分别关闭DDL-1型电离室和Alpha GUARD 测氡仪进出口两端。DDL-1型数字测氡仪电离室静置2 h（起卫罗等，2019），同时等待Alpha GUARD测氡仪读数Cr，减去本底C0后，利用其自带算法进行气压、温度修正并转换得到C校（Bq/L）。DDL-1型测氡仪静置2 h后，输入C校并记录数据，计算均值
$\stackrel-{V} $ （mv）并记录。（4）校准结果判断
按式（1）计算校准系数K（Bq/mv），降本底后继续校准，连续3次校准系数之间相对偏差＜5%，认为校准结果合格。
$$ \begin{split} & \qquad\\& {\boldsymbol{K}} = \frac{{V}_{\mathrm{e}}{C}_{\mathrm{校}}}{\stackrel-{V}-{V}_{0}} \end{split}$$ (1) 1.2 Alpha GUARD测氡仪校准BG2015R型数字测氡仪技术方案
（1）试验准备
在室温及气压起伏较平稳的时段开展仪器校准。校准前确认Alpha GUARD测氡仪和BG2015R型数字测氡仪均处于正常状态。记录Alpha GUARD测氡仪的本底C0（Bq·m−3）和BG2015R型数字测氡仪的本底N0（cpm）。
（2）气路连接
按图2所示连接气路，将Alpha GUARD测氡仪、BG2015R型数字测氡仪、鼓泡瓶、干燥管及Alpha PUMP串联，使水中鼓泡产生的气体依次通过BG2015R型数字测氡仪及Alpha GUARD测氡仪。
图 2 Alpha GUARD测氡仪校准BG2015R型数字测氡仪气路连接示意图Figure 2. Connection diagram of Alpha GUARD radon detector and BG2015R digital radon detector（3）鼓泡与读数
在1 L/min的流量下启动Alpha PUMP，10 min后关闭Alpha PUMP，用止血钳分别夹住BG2015R型数字测氡仪和Alpha GUARD 测氡仪进出口两端，按仪器技术要求将BG2015R型数字测氡仪电静置3 h，同时等待Alpha GUARD 测氡仪读数，读取数据Cr（Bq·m−3），Cr减去本底C0 后，利用其自带算法进行气压、温度修正得到C校（Bq·m−3）。BG2015R型数字测氡仪静置3 h后，输入C校（Bq·m−3），记录数据并计算均值
$\stackrel-{N} $ （cpm）后记录。（4）校准结果判断
按式（2）计算校准系数K（cpm/（Bq·m−3）），降本底后继续校准，连续3次校准系数之间相对偏差＜5%，认为校准结果合格。
$$ {\boldsymbol{K}} = \frac{\stackrel-{N}-{N}_{0}}{{C}_{\mathrm{校}}} $$ (2) 1.3 RN-FD循环氡源校准DDL-1型数字测氡仪技术方案
（1）试验准备
在室温及气压起伏较平稳的时段开展仪器校准。校准前确认RN-FD循环氡源和DDL-1型数字测氡仪均处于正常状态。记录DDL-1型数字测氡仪电离室体积Ve（L），记录RN-FD循环氡源浓度C（Bq/L）和DDL-1型数字测氡仪本底V0（mv）。
（2）气路连接
按图3所示连接气路，将RN-FD循环氡气源、内循环抽气泵及DDL-1型数字测氡仪的电离室连接，形成循环封闭系统。
图 3 RN-FD循环氡源校准DDL-1型数字测氡仪气路连接示意图Figure 3. Connection diagram of RN-FD and DDL-1 digital radon detector（3）循环与读数
打开RN-FD循环氡源的内循环抽气泵，循环20 min后关闭。DDL-1型数字测氡仪电离室静置2 h后输入C（Bq/L），记录数据并计算均值
$\stackrel-{V} $ （mv）后记录。（4）校准结果判断
按式（3）计算校准系数K（Bq/mv），降本底后继续校准，连续3次校准系数之间相对偏差＜5%，认为校准结果合格。
$$ {\boldsymbol{K}} = \frac{{V}_{\mathrm{e}}C}{\stackrel-{V}-{V}_{0}} $$ (3) 1.4 RN-FD循环氡源校准BG2015R型数字测氡仪技术方案
（1）试验准备
在室温及气压起伏较平稳的时段开展仪器校准。校准前确认RN-FD循环氡源和BG2015R型数字测氡仪均处于正常状态。记录RN-FD循环氡源浓度C（Bq/L）和BG2015R型数字测氡仪的本底N0（cpm）。
（2）气路连接
按图4所示连接气路，将RN-FD循环氡气源、内循环抽气泵及BG2015R型数字测氡仪连接，形成循环封闭系统。
图 4 RN-FD循环氡源校准BG2015R型数字测氡仪气路连接示意图Figure 4. Connection diagram of RN-FD and BG2015R digital radon detector（3）循环与读数
打开RN-FD循环氡源的内循环抽气泵，循环20 min后关闭。按仪器技术要求将BG2015R型数字测氡仪静置3 h后输入C（Bq·m−3），记录数据并计算均值
$\stackrel-{N}$ （cpm）后记录。（4）校准结果判断
按式（4）计算校准系数K（cpm/（Bq·m−3）），降本底后继续校准，连续3次校准系数之间相对偏差＜5%，认为校准结果合格。
$$ {\boldsymbol{K}} = \frac{\stackrel-{N}-{N}_{0}}{C} $$ (4) 2. 校准试验
2.1 试验条件
利用Alpha GUARD测氡仪作为标准仪器，需保证标准仪器的准确性，应定期到计量机构校准。本试验使用的Alpha GUARD测氡仪经中国计量院校准，重复性为4.5%，相对固有误差为1.1%，体积活度响应平均值为1.018（包含因子k=2，扩展不确定度6.4%）。
利用RN-FD循环氡源对数字测氡仪校准前，需用标准仪器进行校准。本试验使用的RN-FD循环氡源在开展校准前均使用Alpha GUARD测氡仪校准。
在室温、气压起伏较平稳的环境开展校准。
2.2 试验材料
Alpha GUARD测氡仪校准DDL-1型数字测氡仪试验材料包括：Alpha GUARD测氡仪、DDL-1型数字测氡仪、Alpha PUMP、Alpha GUARD水附件（含鼓泡瓶、安全瓶等，使用500 mL鼓泡瓶，气路总体积为1 530 mL）、真空表、橡胶管、止血钳、定时器、水样、扩散瓶、抽气泵等。
RN-FD循环氡源校准DDL-1型数字测氡仪试验材料包括：RN-FD循环氡源、DDL-1型数字测氡仪、真空表、橡胶管、止血钳、定时器、水样、扩散瓶、抽气泵等。
Alpha GUARD测氡仪校准BG2015R型数字测氡仪试验材料包括：Alpha GUARD测氡仪、BG2015R型数字测氡仪、Alpha PUMP、Alpha GUARD水附件（含鼓泡瓶、安全瓶等，使用500 mL鼓泡瓶，气路总体积为1 530 mL）、真空表、橡胶管、止血钳、定时器、水样、扩散瓶、抽气泵等。
RN-FD循环氡源校准BG2015R型数字测氡仪试验材料包括：RN-FD循环氡源、BG2015R型数字测氡仪、真空表、橡胶管、止血钳、定时器、水样、扩散瓶、抽气泵等。
2.3 DDL-1型数字测氡仪校准试验结果
在晶微电子科技公司实验室分别利用Alpha GUARD测氡仪和RN-FD循环氡源对DDL-1型数字测氡仪开展校准。正式校准前，对RN-FD循环氡源进行校准，循环氡源浓度为149.0 Bq/L。
DDL-1型数字测氡仪校准试验5次校准结果如表1所示。由表1可知，利用Alpha GUARD测氡仪开展的3次校准试验得到的校准系数分别为0.041 9、0.045 3、0.044 3 Bq/mv，相对偏差最大为4.45%，最小为1.07%，均小于5%。由于条件限制，利用RN-FD循环氡源开展了2次校准试验，得到的校准系数分别为0.040 5、0.043 0 Bq/mv，相对偏差分别为3.04%、2.90%，均小于5%。结果表明，对于DDL-1型数字测氡仪，分别利用Alpha GUARD测氡仪和RN-FD循环氡源进行校准，结果均符合规范要求。
表 1 新型数字测氡仪校准试验结果（DDL-1型数字测氡仪）Table 1. Experimental results of calibration of a new digital radon detector（DDL-1 digital radon detector）项目 日期/年-月-日 2021-09-08 2021-09-09 2021-09-09 2021-09-08 2021-09-11 校准方式 Alpha GUARD测氡仪 RN-FD循环氡源 校准次序 第1次 第2次 第3次 第1次 第2次 温度/℃ 29 29 29 28 29 气压/hPa 998 996 998 996 998 底数V0/mv 0.35 7.96 2.49 2.47 8.48 源浓度/（Bq·L−1） 8.02 5.90 4.63 149.00 149.00 电离室体积/L 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 校准数据 1 137.37 97.90 75.18 2 554.83 2 430.08 2 144.98 102.22 75.17 2 599.87 2 441.03 3 146.18 97.69 77.12 2 574.49 2 443.13 4 137.64 98.29 74.48 2 566.28 2 428.57 5 144.64 99.76 76.56 2 584.56 2 424.12 均值/mv 142.16 99.17 75.70 2 576.00 2 433.39 校准系数K/（Bq·mv−1） 0.041 9 0.045 3 0.044 3 0.040 5 0.043 0 相对偏差/% 4.45 3.38 1.07 3.04 2.90 2.4 BG2015R型数字测氡仪校准试验结果
在甘肃平凉地震台分别利用Alpha GUARD测氡仪和RN-FD循环氡源对BG2015型数字测氡仪开展校准。正式校准前，对RN-FD循环氡源进行校准，循环氡源浓度为175.0 Bq/L。
BG2015R型数字测氡仪校准试验6次校准结果如表2所示，由表2可知，利用Alpha GUARD测氡仪开展的3次校准试验得到的校准系数分别为0.097 0、0.091 6、0.0934 cpm/（Bq·m−3），相对偏差最大为3.16%，最小为0.65%，均小于5%。利用RN-FD循环氡源开展的3次校准试验得到的校准系数分别为0.091 3、0.087 6、0.089 2 cpm/（Bq·m−3），相对偏差最大为2.07%，最小为0.27%，均小于5%。结果表明，对于BG2015R型数字测氡仪，分别利用Alpha GUARD测氡仪和RN-FD循环氡源进行校准，结果均符合规范要求。
表 2 新型数字测氡仪校准试验结果（BG2015R型数字测氡仪）Table 2. Experimental results of calibration of a new digital radon detector（BG2015R digital radon detector）项目 日期/年-月-日 2021-10-10 2021-10-11 2021-10-15 2021-10-10 2021-11-08 2021-11-01 校准方式 Alpha GUARD测氡仪 RN-FD循环氡源 校准次序 第1次 第2次 第3次 第1次 第2次 第3次 温度/℃ 18.2 18.7 19 18.3 19 18.6 气压/hPa 874 872 872 874 872 874 本底N0/cpm 13 3 5 17 7 11 源浓度/（Bq·m−3） 7 600 9 850 7 567 175 000 175 000 175 000 校准数据 1 746.9 916.4 718.8 15 949.4 15 500.4 15 656.4 2 742.0 905.1 731.3 15 952.7 15 338.8 15 620.4 3 757.0 877.4 707.9 16 092.2 15 436.6 15 575.9 4 737.7 904.9 689.3 15 968.5 15 223.9 15 670.7 5 766.1 923.2 711.1 16 049.6 15 203.5 15 546.1 均值/cpm 749.94 905.40 711.70 16 002.48 15 340.64 15 613.90 校准系数K/（ cpm·（Bq·m−3）−1） 0.097 0 0.091 6 0.093 4 0.091 3 0.087 6 0.089 2 相对偏差/% 3.16 2.54 0.65 2.07 1.95 0.27 3. 校准技术方案应用
2021年底，应用新型数字测氡仪校准方案，在12个观测站分别开展新型数字测氡仪校准。
3.1 DDL-1型数字测氡仪校准
2021年12月，分别利用RN-FD循环氡源和Alpha GUARD测氡仪对昌黎何家庄、成县、曲江水化站、下关水化站、保山市局、弥勒市局观测站的DDL-1型数字测氡仪进行校准，结果如表3所示。由表3可知，利用RN-FD循环氡源校准的2个观测站点中，各站点3次校准结果相对偏差均小于5%，最大偏差为3.7%；利用Alpha GUARD测氡仪校准的4个观测站点中，各站点3次校准结果相对偏差均小于5%，最大偏差为4.6%，均符合要求。
表 3 新型数字测氡仪实际校准结果（DDL-1型数字测氡仪）Table 3. Results of calibration of a new digital radon detector（DDL-1 digital radon detector）观测站点 观测仪器型号 校准设备 校准系数/（Bq·mv−1） 相对偏差/% 昌黎何家庄 DDL-1 RN-FD循环氡源 K1=0.033 3 0.8 K2=0.033 6 0.1 K3=0.033 8 0.7 成县 DDL-1 RN-FD循环氡源 K1=0.444 3 3.3 K2=0.457 3 0.4 K3=0.476 3 3.7 曲江水化站 DDL-1 Alpha GUARD测氡仪 K1=0.396 7 3.3 K2=0.376 3 2.0 K3=0.379 1 1.3 下关水化站 DDL-1 Alpha GUARD测氡仪 K1=0.060 4 2.0 K2=0.060 6 2.4 K3=0.056 5 4.6 保山市局 DDL-1 Alpha GUARD测氡仪 K1=0.046 7 0.6 K2=0.046 2 0.5 K3=0.046 4 0 弥勒市局 DDL-1 Alpha GUARD测氡仪 K1=0.090 4 2.2 K2=0.088 3 0.2 K3=0.086 7 2.0 3.2 BG2015R型数字测氡仪校准
2021年12月，分别利用RN-FD循环氡源和Alpha GUARD测氡仪对弥渡水化站、昭觉、姑咱、盐源、攀枝花川05井、西昌川32井观测站的BG2015R型数字测氡仪进行校准，结果如表4所示。由表4可知，利用RN-FD循环氡源校准的5个观测站点中，各站点3次校准结果相对偏差均小于5%，最大偏差为1.9%；利用Alpha GUARD测氡仪校准的1个观测站点3次校准结果相对偏差均小于5%，最大偏差为2.9%，均符合要求。
表 4 新型数字测氡仪实际校准结果（BG2015R型数字测氡仪）Table 4. Results of calibration of a new digital radon detector（BG2015R digital radon detector）观测站点 观测仪器型号 校准设备 校准系数/（cpm·（Bq·m−3）−1） 相对偏差/% 弥渡水化站 BG2015R Alpha GUARD测氡仪 K1=0.127 5 2.9 K2=0.122 2 1.4 K3=0.122 2 1.4 昭觉 BG2015R RN-FD循环氡源 K1=0.094 0 1.1 K2=0.095 0 0 K3=0.096 0 1.1 姑咱 BG2015R RN-FD循环氡源 K1=0.089 2 1.9 K2=0.090 8 0 K3=0.092 6 1.9 盐源 BG2015R RN-FD循环氡源 K1=0.101 0 1.0 K2=0.100 0 0 K3=0.100 0 0 攀枝花川05井 BG2015R RN-FD循环氡源 K1=0.025 5 0.4 K2=0.025 3 0.4 K3=0.025 5 0.4 西昌川32井 BG2015R RN-FD循环氡源 K1=0.095 0 1.4 K2=0.092 0 1.8 K3=0.094 0 0.3 4. 结语
针对新型DDL-1型数字测氡仪及BG2015R型数字测氡仪，在已有研究的基础上，分别开展利用Alpha GUARD测氡仪及RN-FD循环氡源作为校准设备的试验研究，并制定校准技术方案，在12个观测站点进行应用，得到以下结论：
（1）可利用Alpha GUARD测氡仪及RN-FD循环氡源对新型数字测氡仪进行校准。按照新型数字测氡仪校准方案，在12个观测站点开展校准实践，校准系数K均符合技术要求。Alpha GUARD测氡仪及RN-FD循环氡源需定期到计量部门校准。
（2）与人工测氡观测及校准中需静置1 h（任宏微等，2017）不同，数字测氡仪在鼓入氡气后，由于观测原理不同，DDL-1型数字测氡仪需静置2 h达到平衡（起卫罗等，2019），BG2015R型数字测氡仪需静置3 h达到平衡。校准时，DDL-1型数字测氡仪静置时间、BG2015R型数字测氡仪静置时间、Alpha GUARD测氡仪读数时间、RN-FD循环氡源读数时间均不同，这是仪器自身性能决定的，最长时间差小于3 h，根据氡随时间衰变的关系函数，衰变3 h后，氡衰变函数取值为0.978，对校准结果的影响较小。
（3）氡受温度、压力起伏影响较大，Alpha GUARD测氡仪内可实时显示温度、压力并利用自带算法进行修正。RN-FD循环氡源未内置温度、压力传感器，无法实时修正，可考虑使用数字测氡仪温度、压力传感器作为参照。当观测仪器在海拔差别较大的2个站点之间移动后，需开展校准。
（4）校准时，一定浓度的水样循环氡源浓度一般大于5 Bq/L，RN-FD循环氡源浓度为120～260 Bq/L，由于观测站点数量有限，未考虑不同浓度下校准线性问题。结果表明，在现有条件下，校准结果可满足要求。如果选用水样作为介质校准，应尽量选取当地接近观测值的水样。
（5）在设计的校准方案中，气路体积、循环时长及标准仪器的不确定度均会影响校准结果的不确定度。本研究中，利用Alpha GUARD测氡仪校准时，气路总容积为1 530 mL，且每次测值均可给出该测值的不确定度。利用RN-FD循环氡源校准时，由于循环氡源浓度较高，气路容积影响较小，气路越短校准结果越准确。今后的研究中将继续优化现有校准技术方案，给出各环节的最优设计，并对影响校准结果的不确定度进行分析。
致谢 感谢各观测站点工作人员的积极配合与辛勤工作，感谢审稿专家提出的意见和建议！
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