韓建，呂旭（核工業(yè)二一六大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830011）

0 引言

由于社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的追求逐漸提升，尤其是對(duì)所處環(huán)境的安全性要求。對(duì)于建筑裝飾材料而言，石材是比較常用的一種，因此人們對(duì)其放射性較為關(guān)注?，F(xiàn)如今有關(guān)石材的放射性核素含量是不是超標(biāo)已經(jīng)成為社會(huì)各界重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。對(duì)石材的放射性有沒(méi)有超標(biāo)進(jìn)行確定需要經(jīng)過(guò)核素的定性和定量分析，并且對(duì)石材進(jìn)行等級(jí)劃分。比較常用的測(cè)量工具是高純鍺γ能譜儀，在多個(gè)領(lǐng)域中都有良好的應(yīng)用。但是因?yàn)槲覈?guó)現(xiàn)階段各檢測(cè)機(jī)構(gòu)所使用的設(shè)備沒(méi)有統(tǒng)一化標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)人員的能力也存在差異，對(duì)檢測(cè)結(jié)果評(píng)定也會(huì)有所不同。因此，需要對(duì)石材放射性結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定，從而為相關(guān)檢測(cè)提供質(zhì)量保證。

1 高純鍺γ光譜儀對(duì)石材進(jìn)行放射性檢測(cè)的必要性

屬于半導(dǎo)體探測(cè)器的高純鍺γ光譜儀是由高純度鍺制成的P-N型光譜儀，由于鍺的純度高，雜質(zhì)濃度低，因此電阻率高，可以得到更密集的耗盡層，也因?yàn)殒N的原子序數(shù)很高，適合探測(cè)1條輻射線，高純度鍺γ光譜儀是一種利用二次電子電離效應(yīng)測(cè)量輻射的儀器，與鍺原子相互作用的γ光子在更有利的參數(shù)下，高純鍺-1光譜儀可以達(dá)到很好的能量分辨率，而這是實(shí)驗(yàn)室里的設(shè)備，在學(xué)生不斷的實(shí)驗(yàn)研究中，由于環(huán)境放射性的復(fù)雜性，精確拍攝是基礎(chǔ)，在那里我們可以進(jìn)一步研究地球的環(huán)境。地球環(huán)境中的放射性由于來(lái)源和相關(guān)光譜1的多樣性相對(duì)復(fù)雜，而傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的閃爍體1光譜儀用于環(huán)境測(cè)量，因?yàn)榉直媛实南拗茣?huì)導(dǎo)致多種光譜疊加，難以分析，高純度鍺γ從開(kāi)始訓(xùn)練至今，經(jīng)過(guò)三年的學(xué)習(xí)，得到了學(xué)生們的熱烈歡迎，學(xué)生們?cè)谶@次實(shí)驗(yàn)中把被動(dòng)學(xué)習(xí)作為一項(xiàng)積極的探索，不僅可以研究譜儀1的工作原理，親自研究譜γ的調(diào)試最優(yōu)工作參數(shù)，學(xué)會(huì)做能量刻度，并通過(guò)對(duì)測(cè)量結(jié)果的研究，初步學(xué)會(huì)做所謂的光譜分析，建立更加科學(xué)的環(huán)境核輻射問(wèn)題認(rèn)識(shí)，在培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力的過(guò)程中。

近年來(lái)，我國(guó)的房地產(chǎn)行業(yè)發(fā)展迅速，從而推動(dòng)建筑材料市場(chǎng)也得到了良好的發(fā)展。由于人們物質(zhì)生活水平逐漸提高，對(duì)建筑裝飾裝修也有了更高的要求，因此，有越來(lái)越多的無(wú)機(jī)非金屬建筑材料被應(yīng)用在室內(nèi)外裝修上。其中，應(yīng)用比較廣泛的是石材、石膏制品、陶瓷以及其他新型材料等。這些材料的應(yīng)用雖然能夠使家居環(huán)境得到美化，但是也增加了有害物質(zhì)放射性含量，對(duì)人體健康造成較大的危害。具有放射性危害的物質(zhì)通常存在于大理石、花崗巖、瓷磚等建筑材料中。依照J(rèn)C518—93《天然石材產(chǎn)品放射性防護(hù)分類控制標(biāo)準(zhǔn)》，天然石材產(chǎn)品的放射性主要分為：A類、B類、C類以及大于C類[1]。對(duì)于放射性比活度超過(guò)C類值的石材，通常用于橋墩、海堤等工程中。依照國(guó)家的有關(guān)規(guī)定，市場(chǎng)在流通石材時(shí)，需要對(duì)石材的類別進(jìn)行明確標(biāo)注，然而從實(shí)際情況來(lái)看，有部分石材廠家并沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行這一規(guī)定，同時(shí)消費(fèi)者對(duì)此也沒(méi)有全面的認(rèn)識(shí)，所以在建筑裝修中就容易使用到放射性超標(biāo)的石材。因此，對(duì)石材進(jìn)行放射性檢測(cè)非常重要。

現(xiàn)階段，我國(guó)用于評(píng)價(jià)有關(guān)無(wú)機(jī)非金屬材料的放射危害性的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)為GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》，并且明確要求了對(duì)石材放射性檢測(cè)主要使用低本底多道γ能譜儀[2]。其中，能譜儀類型有高純鍺探測(cè)器γ能譜儀和碘化鈉探測(cè)器γ能譜儀。而高純鍺γ能譜儀具有較高的能量分辨率，而且穩(wěn)定性和線性都很好，所以具有較為廣泛的應(yīng)用。

2 試驗(yàn)材料和方法

2.1 材料與儀器

試驗(yàn)用的主要材料為石材樣品，將其研磨成粉末狀。用到的儀器主要是高純鍺γ能譜儀(美國(guó)CANBERRA公司)，型號(hào)為GX5019。

2.2 試驗(yàn)方法

將試驗(yàn)用的石材樣品先經(jīng)過(guò)105 ℃烘干，在24小時(shí)后對(duì)樣品質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量，待達(dá)到恒重（誤差在0.1 g范圍內(nèi)）后，將需要檢測(cè)的樣品進(jìn)行粉碎過(guò)篩，其粒徑達(dá)到0.16 mm以下，進(jìn)行稱重之后，再將其裝入到和刻度γ能譜儀的體標(biāo)準(zhǔn)源相一致的樣品盒中，對(duì)樣品質(zhì)量再次進(jìn)行稱重，接著使用氣密性膠帶進(jìn)行密封，經(jīng)過(guò)21天的放置，使用高純鍺γ能譜儀對(duì)樣品進(jìn)行放射性核素226Ra、232Th、40K的比活度值測(cè)試。

2.3 測(cè)量不確定度的來(lái)源

依照對(duì)測(cè)量不確定評(píng)定和表示的有關(guān)規(guī)定，測(cè)量不確定度主要包含A類評(píng)定和B類評(píng)定兩種。其中，有關(guān)A類的評(píng)定方式較為簡(jiǎn)單，使用也較為常見(jiàn)，其余使用非統(tǒng)計(jì)法的評(píng)定屬于B類不確定度評(píng)定。A類不確定度的來(lái)源主要通過(guò)重復(fù)性測(cè)量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)方差，其中包含測(cè)量人員、環(huán)境、流程等因素。從整體上來(lái)看，這一不確定度分量也包含了多個(gè)用于B類方法評(píng)定的分量。所以，利用重復(fù)性測(cè)量，主要是為了有效簡(jiǎn)化測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定流程，同時(shí)也給出了實(shí)際測(cè)量的評(píng)定方法。對(duì)此次試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量不確定度的主要來(lái)源有：測(cè)量重復(fù)性的不確定、標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品活度不確定、能譜儀系統(tǒng)的不確定、γ能譜儀檢定所使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)及主要器具的不確定因素[3]。

近年來(lái)，我國(guó)不斷加大執(zhí)行強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的力度，建筑裝飾材料中放射性核素含量已經(jīng)成為質(zhì)量安全控制的重要因素，有關(guān)部門也增加了建材放射性核素的監(jiān)測(cè)內(nèi)容。為了能夠使監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)為用戶提供更加可靠準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，就需要有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)樣品。依照研究，選擇建筑裝飾材料中的石材、陶瓷以及粉煤灰砌塊進(jìn)行放射性標(biāo)準(zhǔn)樣品研制具有較好的合理性，能夠在放射性核素含量上展示其代表性。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研制，確定了標(biāo)準(zhǔn)樣品中226Ra、232Th、40K這幾種核素的標(biāo)準(zhǔn)值和不確定度，這一系列的標(biāo)準(zhǔn)樣品已經(jīng)列入到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品中。

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)樣品，需要進(jìn)行均勻性檢驗(yàn)、定值數(shù)據(jù)處理以及穩(wěn)定性檢驗(yàn)，以此來(lái)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)樣品是否能夠滿足我國(guó)建材產(chǎn)品放射性檢測(cè)的需要。通過(guò)高純鍺γ能譜儀測(cè)量樣品中放射性核素226Ra、232Th、40K的比活度，從而確定標(biāo)準(zhǔn)樣品的定值參數(shù)。利用方差分析法檢驗(yàn)其放射性比活度的均勻性，通過(guò)檢驗(yàn)表明，標(biāo)準(zhǔn)樣品的放射性含量具有均勻性。另外，使用低本底高純鍺γ能譜儀進(jìn)行樣品226Ra、232Th、40K這幾種核素比活度的定值工作，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，得到標(biāo)準(zhǔn)值以及標(biāo)準(zhǔn)值的不確定度。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，然后進(jìn)行等精度分析，計(jì)算總平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，以算術(shù)平均值的不確定度的2倍表示測(cè)量的不確定度。定值結(jié)果主要取算術(shù)平均值，由A類不確定度和B類不確定度共同構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)值的總不確定度。而擴(kuò)展不確定度主要是算術(shù)平均值不確定度的2倍，也就是包含因子k=2。再者，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行穩(wěn)定性檢驗(yàn)，外部環(huán)境變化不會(huì)引起放射性核素自身衰變，然而基質(zhì)的質(zhì)量隨著時(shí)間變化，其核素比活度穩(wěn)定性會(huì)受到影響。對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)，主要是在相同條件下使用高純鍺γ能譜儀依照一定的時(shí)間間隔對(duì)同一樣品中的226Ra、232Th、40K核素放射性比活度進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)平均值一致性檢驗(yàn)法檢驗(yàn)。從檢驗(yàn)結(jié)果能夠看出，226Ra、232Th、40K具有可靠的穩(wěn)定性，其量值具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。標(biāo)準(zhǔn)樣品中所含有的226Ra、232Th、40K放射性核素，涵蓋了建材產(chǎn)品所有要檢測(cè)的核素，比活度量級(jí)為101～103Bq/kg，總不確定度在10%以下，能夠符合我國(guó)建材產(chǎn)品放射性含量監(jiān)測(cè)的需要。

3 不確定度評(píng)定

使用定量的方法對(duì)其進(jìn)行評(píng)定難以良好的研究每個(gè)因素的影響，所以，此次試驗(yàn)使用簡(jiǎn)便方法，也就是在重復(fù)性測(cè)量的情況下對(duì)同一批次的多個(gè)試驗(yàn)樣品進(jìn)行測(cè)量，然后對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行計(jì)算，以明確各隨機(jī)因素合成重復(fù)性不確定度分量。依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如果樣品中226Ra、232Th、40K放射性比活度的總和超過(guò)37 Bq/kg，就需要進(jìn)行不確定度評(píng)定測(cè)量，其中擴(kuò)展因子k=1，而且測(cè)量不確定度在20%以內(nèi)[2]。該次試驗(yàn)中主要對(duì)石材樣品進(jìn)行10次獨(dú)立的測(cè)量，每次測(cè)量時(shí)間為2小時(shí)，對(duì)226Ra、232Th、40K的比活度進(jìn)行分別測(cè)量。其中測(cè)量的結(jié)果如表1所示。

表1 石材樣品226Ra、232Th、40K的比活度值

3.1 A類不確定度

3.2 B類不確定度

關(guān)于B類的不確定度主要包含能譜儀檢定中使用的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具的不確定度、儀器系統(tǒng)的不確定度及實(shí)驗(yàn)標(biāo)定使用的標(biāo)準(zhǔn)源的不確定度，該類不確定度由計(jì)量測(cè)試研究院檢定證書提供[4]。依照檢定證書提供的數(shù)據(jù)，γ能譜儀檢定使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度范圍在0.8%～4.0%，其中k=2，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度范圍在0.40%～2.0%，其中ub1取值2.0%，k=1。另外，能譜儀系統(tǒng)不確定度為ub2，取值2.0%，k=1。依照標(biāo)準(zhǔn)放射源測(cè)試證書，標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)源的不確定度為Ra=6.5%，k=2，Th=6.5%，k=2，K=6.5%，k=2，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ub3均為3.25%，k=1。

3.3 合成不確定度

各個(gè)不確定度分量之間是相互獨(dú)立的，不存在相關(guān)性，對(duì)于A類不確定度和B類不確定度所包含的各分量進(jìn)行相應(yīng)的疊加合成，最終形成合成不確定度[5]。

其中，Ra=4.45% Th=4.61% K=4.34%

3.4 擴(kuò)展不確定度

合成不確定度乘以包含因子就得到擴(kuò)展不確定度，其中，包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度U=2uc[6]。

URa=2×4.45%=8.90%

UTh=2×4.61%=9.22%

UK=2×4.34%=8.68%

4 結(jié)果與討論

石材放射性測(cè)量結(jié)果為：

226Ra=81.9(Bq/kg)

232Th=108.1(Bq/kg)

40K=1030.2(Bq/kg)

表2 石材樣品226Ra、232Th、40K各類不確定評(píng)定結(jié)果

根據(jù)對(duì)石材樣品放射性測(cè)量中226Ra、232Th、40K的不確定度評(píng)定，依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6566—2010中的相關(guān)規(guī)定，樣品中測(cè)得的226Ra、232Th、40K比活度總和超過(guò)37Bq/kg時(shí)，而且測(cè)量不確定度（k=2）在20%以內(nèi)，就說(shuō)明測(cè)量的結(jié)果具有可靠性和準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的追求逐漸提升，尤其是對(duì)所處環(huán)境的安全性要求。在建筑裝飾材料中比較常用的就是石材，但由于其中存在鐳、鉀、釷等天然放射性同位素，因此，石材不可避免的具有放射性。如果放射性超標(biāo)，會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生較大的危害，所以，對(duì)石材放射性含量的監(jiān)測(cè)和評(píng)估非常重要。本文主要通過(guò)高純鍺γ能譜儀對(duì)石材樣品進(jìn)行226Ra、232Th、40K比活度值測(cè)試，同時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。該評(píng)定結(jié)果滿足GB 6566—2010標(biāo)準(zhǔn)的要求，說(shuō)明測(cè)量結(jié)果具有可靠性，能夠以日常檢測(cè)報(bào)告的形式提供給相關(guān)客戶。而且這一結(jié)果也能夠?yàn)槭念惍a(chǎn)品放射性核素限量的有效評(píng)定提供良好的綜合效益。