應用手持式γ核素識別儀檢測石材放射性的方法*

何林鋒王 強徐一鶴唐方東/ . 上海市計量測試技術(shù)研究院；. 復旦大學

應用手持式γ核素識別儀檢測石材放射性的方法*

何林鋒1王 強2徐一鶴1唐方東1/ 1. 上海市計量測試技術(shù)研究院；2. 復旦大學

手持式γ核素識別儀經(jīng)能量與效率刻度后，可在簡易的鉛屏蔽室中對未粉碎的石材樣品作γ能譜測量，快速檢測樣品中226Ra、232Th、40K的含量。試驗結(jié)果顯示，與低本底高純鍺γ能譜儀測量結(jié)果相比較，最大偏差分別為25.1%（226Ra）、21.4%（232Th）、16.5%（40K），符合環(huán)境樣品放射性測量不確定度的預期。

手持式γ核素識別儀；γ能譜；比活度；石材

0 引言

石材是最常用的建筑裝飾材料，由于鐳、釷、鉀等天然放射性同位素的存在，石材放射性含量及其所致個人劑量的監(jiān)測與評估成為輻射防護的重要內(nèi)容之一。放射性核素含量檢測最經(jīng)典的方法就是γ能譜測量，傳統(tǒng)的測量方法是將樣品粉碎后封樣至母體與子體核素達到放射性平衡，用低本底γ譜儀測量鈾系、釷系和錒鈾系三個天然放射性系子體核素的γ能譜，由全能峰效率確定其放射性活度。昂貴的測量設(shè)備、繁瑣的樣品處理、很長的測量周期導致石材樣品放射性檢測成本高、效率低。

手持式γ核素識別儀是采用γ能譜測量分析，在達到一定的放射性活度下可實現(xiàn)γ核素的識別，隨著CdZnTe（鎘鋅碲）、LaBr（溴化鑭）和HPGe（高純鍺）等探測器在手持式γ核素識別儀中的應用，使得γ核素識別儀的輻射探測特性有較大的改善，利用γ核素識別儀來開展放射性核素的定量分析也成為了可能，國外已有相關(guān)的文獻報道。依據(jù)手持式γ核素識別儀γ能譜測量的工作原理，研發(fā)石材樣品放射性快速檢測的方法，具有探索與應用價值。

1 測量原理與方法

天然石材中的放射性核素主要有鈾系、釷系的衰變產(chǎn)物以及鉀-40等。由于鈾系、釷系母體半衰期比放射系中其他核素半衰期長得多，樣品未經(jīng)破碎則天然放射系的長期平衡狀態(tài)未打破，可認為衰變鏈中母體和子體的放射性比活度相同。所以可直接由γ能譜上子體核素的全能峰計數(shù)率和相應的探測效率得到母體核素的放射性活度。

手持式γ核素識別儀作能量刻度，采用包括241Am、131I、137Cs、60Co等核素的系列γ標準源；探測效率的刻度可以用純釷、鈾鐳平衡礦粉和分析純的KCl粉末制備平面狀參考源，但制作工藝較復雜，且參考源的密度明顯小于天然石材；另一種方法是選擇鐳、釷、鉀含量明顯高的板狀石材，采樣并粉碎至120目，封樣至放射性平衡后，用低本底高純鍺γ譜儀測定其226Ra、232Th、40K核素的比活度，該226Ra、232Th、40K比活度已知的石板即可作為參考源對手持式γ核素識別儀作效率刻度。效率刻度須用確定面積與厚度的參考源，通常為30 cm×30 cm ×3 cm（長×寬×高），并結(jié)合蒙卡模擬計算，在設(shè)定條件下推算手持式γ核素識別儀對不同厚度樣品的探測效率。

效率刻度與樣品檢測在簡易搭建的鉛屏蔽室內(nèi)進行，屏蔽厚度應使測量室內(nèi)本底水平降低至測量室外環(huán)境的約10%。

測量時被測樣品形狀宜與效率刻度用的平面參考源相仿，堆積厚度10 cm至20 cm。手持式γ核素識別儀正對樣品的中心位置進行γ能譜測量，利用平衡子體214Pb或214Bi的γ射線來測定226Ra的放射性活度，平衡子體228Ac和212Pb的γ射線測定232Th的放射性活度，直接測量能量為1 460.8 keV的γ射線確定40K的放射性活度。

2 結(jié)果與分析

采用德國ICX公司的identiFINDER型手持式γ核素識別儀為測量儀器，在用5 cm厚的鉛磚搭建的簡易屏蔽室（內(nèi)部空間尺寸：30 cm×30 cm×60 cm）內(nèi)進行測量試驗。被測樣品為花崗巖板材，規(guī)格為30 cm×30 cm，單片厚度約2.5 cm，疊加堆積厚度約20 cm，測量時間8 000 s，5個樣品226Ra、232Th、40K比活度測量結(jié)果如表1所示。

表1 手持式γ核素識別儀花崗巖樣品測量結(jié)果單位：Bq·kg-1

在用手持式γ核素識別儀作放射性含量檢測完成后，對被測樣品取樣，用美國CANBERRA公司的GR5021型低本底高純鍺γ譜儀進行226Ra、232Th、40K比活度測量，結(jié)果如表2所示。

表2 低本底高純鍺γ譜儀花崗巖樣品測量結(jié)果單位：Bq·kg-1

手持式γ核素識別儀和低本底高純鍺γ譜儀測量結(jié)果的比較見表3，兩種方法的226Ra、232Th、40K核素比活度測量結(jié)果最大偏差分別為25.1%（226Ra）、21.4%（232Th）、16.5%（40K），大部分（80%）的測量結(jié)果在±20%以內(nèi)相符。其中1、2、5號樣品用手持式γ核素識別儀測量值均小于低本底高純鍺γ譜儀，3、4號樣品用手持式γ核素識別儀測量值均大于低本底高純鍺γ譜儀，其原因可能與石材的組份和密度的差異有關(guān)。密度高則自吸收大，實際探測效率就相對低，導致測量結(jié)果偏小，反之則導致測量結(jié)果偏大。另外母體與子體放射性平衡度也是影響測量結(jié)果的因素，平衡度越高，則214Pb、214Bi、228Ac和212Pb的含量就越多，實際探測效率就相對較高，測量結(jié)果越接近放射性核素含量的實際值。

表3 兩種方法測量結(jié)果的比較/%

3 結(jié)語

弱放射性測量受到統(tǒng)計漲落影響很大，石材樣品成分、密度的差異導致實際探測效率大于或小于刻度值，尤其對于未粉碎的樣品，自吸收的影響更為明顯，因此石材樣品放射性含量檢測存在著較大的測量不確定度。試驗結(jié)果顯示，假定以低本底高純鍺γ譜儀測量結(jié)果為參考值，則手持式γ核素識別儀的測量結(jié)果符合不確定度范圍內(nèi)的預期，表明用手持式γ核素識別儀進行石材放射性含量快速檢測的方法具有可行性與應用價值。

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A method on measurement radioactive nuclide in stone by using handheld gamma radio-isotope identi fi ers

He Linfeng1, Wang Qiang2, Xu Yihe1, Tang Fangdong1
（1. Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology; 2. Fudan University）

Using energy and efficiency calibrated handheld ? radioisotope identifiers to measure specific activity of 226Ra、232Th、40K rapidly in stone sample inside a simple lead chamber. The testing results show that the maximum deviations are 25.1%（226Ra）、21.4%（232Th）、16.5%（40K） respectively, compared with a low background high-purity germanium gamma spectrometry,. This method of measuring environmental sample by handheld ? radio-isotope identifiers meet the requirement of uncertainty expectation in radioactive measurement.

handheld gamma radio-isotope identifiers; gamma spectrum; specific activity; stone

國家質(zhì)檢總局科技計劃項目（2013QK130）。