一種無源效率刻度法與有源相對比較法相結(jié)合的γ譜分析方法的研究

尚 迪 杜瑤芳 馬思政陸 地

（煙臺出入境檢驗檢疫局 山東煙臺 264000）

1 前言

我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于高純鍺γ譜儀分析的國家標(biāo)準(zhǔn)主要有4部：GB/T 11713—2015《高純鍺γ能譜分析通用方法》、GB/T 11743—2013《土壤中放射性核素的γ能譜分析方法》、GB/T 16140—1995《水中放射性核素的 γ能譜分析方法》、GB/T 16145-1995《生物樣品中放射性核素的γ能譜分析方法》。這4部標(biāo)準(zhǔn)中，主要是采用相對比較、效率曲線2種方法來確定γ能譜分析的關(guān)鍵參數(shù)——探測效率。這2種方法均屬于有源效率刻度，需要利用與待測樣品幾何形狀及大小完全相同、基質(zhì)類似、質(zhì)量密度相近，以及源容器材料和樣品容器材料相同的效率刻度源。這兩者方法對一些種類單純的樣品非常適用，對于種類繁雜的樣品，因其基質(zhì)多樣、經(jīng)濟成本高、樣品性狀不規(guī)則等因素，難以制成對應(yīng)的效率刻度源，因此無法使用這2種方法來進(jìn)行測量。在實際工作中，對于復(fù)雜種類樣品，常常使用實驗室無源效率刻度（Laboratory Sourceless Calibration Soft ware，LabSOCS）方法來確定探測效率。與有源效率刻度相比，LabSOCS有很多優(yōu)勢[1]：不涉及標(biāo)準(zhǔn)源的使用，無需放射源許可證，無需采購、保存放射源以及廢放射源處理、編制源丟失應(yīng)急預(yù)案等輻射安全管理舉措，同時也更為安全，不會污染實驗室和工作人員；另一方面，大大節(jié)約經(jīng)費，也快速省時，可在短時間內(nèi)得到結(jié)果[2]。

然而，無源效率刻度也存在一些限制，需要擁有廠家提供的探測器表征文件，需要精確的實驗條件、樣品材質(zhì)及樣品尺寸等參數(shù)信息。最重要的是，無源效率刻度模擬的效率與實際效率間存在一定偏差。張京等[3]在研究γ能譜分析中無源效率刻度技術(shù)在飲用水放射性監(jiān)測中的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，對簡單基質(zhì)的水樣品而言，LabSOCS無源效率與有源效率相比較，在661.7 kev的137Cs特征峰處相對偏差最大，可達(dá)8.6%。John P.Stew art等[4]在美國放射分析年會的一篇研究報告中給出了常見核電站48種樣品的無源與有源比對結(jié)果，在391.69 kev處，兩者效率差別最大，LabSOCS與有源的效率比為0.891。曾奕等[5]為了檢驗無源效率刻度技術(shù)的準(zhǔn)確性，用了9個可溯源的典型放射性樣品進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)點源在低能區(qū)（<150 keV）偏差為9.2%，中高能區(qū)在5.8%以內(nèi)；對于單一核素體源，偏差在5%以內(nèi)，而復(fù)合核素體源偏差在12%以內(nèi)。

對于普通測量分析，偏差在20%以內(nèi)，是可以接受的，無源效率刻度方法完全適用[6]。然而，對于能力驗證、實驗室間比對等標(biāo)準(zhǔn)品測量分析，效率的準(zhǔn)確性很關(guān)鍵，對分析結(jié)果影響很重大，20%的偏差很有可能導(dǎo)致不滿意結(jié)果[7]。因此，當(dāng)沒有對應(yīng)的效率刻度源又對測量準(zhǔn)確度有較高要求時，就迫切地需要找到一種新的方法來滿足要求。本研究創(chuàng)造性地將無源效率刻度與有源效率刻度方法相結(jié)合，利用無源效率刻度軟件，以及樣品的密度、組成等參數(shù)，計算出不同基質(zhì)間的校正因子，再結(jié)合有源效率刻度計算出相對準(zhǔn)確的樣品效率。

2 實驗部分

2.1 儀器與樣品

電熱干燥箱（DKN812C型）；粉碎機（WK-200K型）；電子天平（精密度為0.01 g）；標(biāo)準(zhǔn)樣品盒（直徑70 mm，高 75 mm）；井型高純鍺 γ 譜儀（GSW350，帶無源刻度軟件）；固體標(biāo)準(zhǔn)源（生產(chǎn)廠家：中國原子能科學(xué)研究院，證書編號：130531，密度：1.46 g/cm3），盲樣1（CTC建材標(biāo)準(zhǔn)源，生產(chǎn)者：國家建筑材料測試中心，證書編號：GSB 08-1953—2005，密度：1.25 g/cm2），盲樣2（2016年CTC建材能力驗證樣品（CTC PT-2016-03 樣品編號 066），密度：1.25g/cm2）。

2.2 分析方法

將CTC建材標(biāo)準(zhǔn)源和 2016年CTC建材能力驗證樣品作為盲樣，兩者密度一致，可認(rèn)為其效率亦相同，但與土壤標(biāo)準(zhǔn)源無源效率不同。采用γ譜儀分別對土壤標(biāo)準(zhǔn)源和盲樣進(jìn)行測量，分別計算某一特征峰的土壤標(biāo)準(zhǔn)源有源效率、無源效率和盲樣的無源效率，依照公式：盲樣的有源效率=土壤標(biāo)準(zhǔn)源有源效率×盲樣的無源刻度效率/土壤標(biāo)準(zhǔn)源無源效率，求得盲樣特征峰的效率，繼而求得盲樣中核素的活度，將結(jié)果與證書或能力驗證中位值做比較。

3 結(jié)果與討論

3.1 效率修正

將CTC建材標(biāo)準(zhǔn)源與CTC樣品視為盲樣，因其密度一致，基質(zhì)一致，故認(rèn)為兩者的效率一致。表1為固體標(biāo)準(zhǔn)源與盲樣的3種方法效率值。

表1 固體標(biāo)準(zhǔn)源與盲樣的3種方法效率值

3.2 數(shù)值比較

利用表1中的效率求得盲樣1中的核素比活度見表2。盲樣2中的核素比活度見表3。3種方法求得數(shù)值，與證書值或中位值的相對偏差見表4，示意圖見圖1。

表2 盲樣1中3種核素比活度（Bq/kg）

表3 盲樣2中3種核素比活度（Bq/kg）

表4 3種方法求得數(shù)值與證書值或中位值的相對偏差

圖1 3種方法求得數(shù)值與證書值或中位值的相對偏差

3.3 結(jié)果

在對2個不同盲樣3種核素、采用3種不同的方法測量得到的6組數(shù)據(jù)中可以看出，5組數(shù)據(jù)中無源效率刻度法與有源相對比較法相結(jié)合的方法得到數(shù)據(jù)最接近證書值或中位值，1組數(shù)據(jù)中其為次優(yōu)。

4 小結(jié)

傳統(tǒng)領(lǐng)域如土壤、水、氣溶膠、生物灰等常見基質(zhì)的γ核素定量分析中，使用基質(zhì)相同、密度相近標(biāo)準(zhǔn)源即可滿足檢測需求，在進(jìn)出口商品放射性檢測等領(lǐng)域，面對種類繁多的樣品，使用無源效率刻度法與有源相對比較法相結(jié)合的方法，可有效解決兩種方法的弊端，提高γ譜核素定量分析的準(zhǔn)確性。

[1]李勇，耿肖臣.樣品厚度對實驗室無源效率刻度技術(shù)測定137Cs和210Pb 的影響[J]. 原子能科學(xué)技術(shù)，2010，44（1）：80-83.

[2]付杰，徐翠華.無源效率刻度技術(shù)研究進(jìn)展及應(yīng)用概況[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2007，27（4）：799-804.

[3]張京，張慶，拓飛，等.γ能譜分析中無源效率刻度技術(shù)在飲用水放射性監(jiān)測中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2015，12（5）：58-61.

[4]John P.Stew art.LabSOCSTM vs.Source based Gammaray Detector Efficiency Comparisons for Nuclear Power Plant Geometries[C].48th Annual Radiobioassay&Radiochemical Measurements Conference.USA，2002.

[5]曾奕，徐彬，陳立.實驗室無源效率刻度技術(shù)的準(zhǔn)確性檢驗[J].四川環(huán)境，2011，30（3）：5-9.

[6]孫建，姜文華，王百榮.國產(chǎn)無源效率刻度軟件在HPGe γ譜儀上應(yīng)用及評價[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2015，35（8）：797-800.

[7]李勇，耿肖臣，于寒青，等.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對HPGeγ譜儀測定環(huán)境放射性核素210Pb 和137Cs的影響[J].核農(nóng)學(xué)報，2010，24（6）：1249-1254.