何林鋒王 強(qiáng)徐一鶴唐方東/ . 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院；. 復(fù)旦大學(xué)

應(yīng)用手持式γ核素識(shí)別儀檢測(cè)石材放射性的方法*

何林鋒1王 強(qiáng)2徐一鶴1唐方東1/ 1. 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院；2. 復(fù)旦大學(xué)

手持式γ核素識(shí)別儀經(jīng)能量與效率刻度后，可在簡(jiǎn)易的鉛屏蔽室中對(duì)未粉碎的石材樣品作γ能譜測(cè)量，快速檢測(cè)樣品中226Ra、232Th、40K的含量。試驗(yàn)結(jié)果顯示，與低本底高純鍺γ能譜儀測(cè)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(cè)量不確定度的預(yù)期。

手持式γ核素識(shí)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(gè)人劑量的監(jiān)測(cè)與評(píng)估成為輻射防護(hù)的重要內(nèi)容之一。放射性核素含量檢測(cè)最經(jīng)典的方法就是γ能譜測(cè)量，傳統(tǒng)的測(cè)量方法是將樣品粉碎后封樣至母體與子體核素達(dá)到放射性平衡，用低本底γ譜儀測(cè)量鈾系、釷系和錒鈾系三個(gè)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(cè)量設(shè)備、繁瑣的樣品處理、很長(zhǎng)的測(cè)量周期導(dǎo)致石材樣品放射性檢測(cè)成本高、效率低。

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

1 測(cè)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(zhǎng)得多，樣品未經(jīng)破碎則天然放射系的長(zhǎng)期平衡狀態(tài)未打破，可認(rèn)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(jì)數(shù)率和相應(yīng)的探測(cè)效率得到母體核素的放射性活度。

手持式γ核素識(shí)別儀作能量刻度，采用包括241Am、131I、137Cs、60Co等核素的系列γ標(biāo)準(zhǔn)源；探測(cè)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(fù)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(cè)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(duì)手持式γ核素識(shí)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(zhǎng)×寬×高），并結(jié)合蒙卡模擬計(jì)算，在設(shè)定條件下推算手持式γ核素識(shí)別儀對(duì)不同厚度樣品的探測(cè)效率。

效率刻度與樣品檢測(cè)在簡(jiǎn)易搭建的鉛屏蔽室內(nèi)進(jìn)行，屏蔽厚度應(yīng)使測(cè)量室內(nèi)本底水平降低至測(cè)量室外環(huán)境的約10%。

測(cè)量時(shí)被測(cè)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(shí)別儀正對(duì)樣品的中心位置進(jìn)行γ能譜測(cè)量，利用平衡子體214Pb或214Bi的γ射線來測(cè)定226Ra的放射性活度，平衡子體228Ac和212Pb的γ射線測(cè)定232Th的放射性活度，直接測(cè)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(guó)ICX公司的identiFINDER型手持式γ核素識(shí)別儀為測(cè)量?jī)x器，在用5 cm厚的鉛磚搭建的簡(jiǎn)易屏蔽室（內(nèi)部空間尺寸：30 cm×30 cm×60 cm）內(nèi)進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)。被測(cè)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(cè)量時(shí)間8 000 s，5個(gè)樣品226Ra、232Th、40K比活度測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1 手持式γ核素識(shí)別儀花崗巖樣品測(cè)量結(jié)果單位：Bq·kg-1

在用手持式γ核素識(shí)別儀作放射性含量檢測(cè)完成后，對(duì)被測(cè)樣品取樣，用美國(guó)CANBERRA公司的GR5021型低本底高純鍺γ譜儀進(jìn)行226Ra、232Th、40K比活度測(cè)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(cè)量結(jié)果單位：Bq·kg-1

手持式γ核素識(shí)別儀和低本底高純鍺γ譜儀測(cè)量結(jié)果的比較見表3，兩種方法的226Ra、232Th、40K核素比活度測(cè)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(cè)量結(jié)果在±20%以內(nèi)相符。其中1、2、5號(hào)樣品用手持式γ核素識(shí)別儀測(cè)量值均小于低本底高純鍺γ譜儀，3、4號(hào)樣品用手持式γ核素識(shí)別儀測(cè)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(shí)際探測(cè)效率就相對(duì)低，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏小，反之則導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏大。另外母體與子體放射性平衡度也是影響測(cè)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(shí)際探測(cè)效率就相對(duì)較高，測(cè)量結(jié)果越接近放射性核素含量的實(shí)際值。

表3 兩種方法測(cè)量結(jié)果的比較/%

3 結(jié)語

弱放射性測(cè)量受到統(tǒng)計(jì)漲落影響很大，石材樣品成分、密度的差異導(dǎo)致實(shí)際探測(cè)效率大于或小于刻度值，尤其對(duì)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(cè)存在著較大的測(cè)量不確定度。試驗(yàn)結(jié)果顯示，假定以低本底高純鍺γ譜儀測(cè)量結(jié)果為參考值，則手持式γ核素識(shí)別儀的測(cè)量結(jié)果符合不確定度范圍內(nèi)的預(yù)期，表明用手持式γ核素識(shí)別儀進(jìn)行石材放射性含量快速檢測(cè)的方法具有可行性與應(yīng)用價(jià)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(guó)家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013QK130）。