铯-137是一个核裂变产物。环境中的铯-137主要来自核武器试验和核反应堆排放的废物。几乎在全球范围的生物体和环境介质中, 都能明显地检测到铯-137的存在。其化学特性类似于钾, 它随钾一起在生态系统中循环。其物理半衰期长达30.17a, 因此在环境中能够滞留很长时间。生物摄入铯-137后, 可在多种组织和脏器中蓄积。铯-137能同时发射β和γ射线且能量较大, 其外照射和内照射的潜在危害性都是不可忽视的^[1]。因其上述特性, 在对核电站周围生物体内的放射性核素含量分析监测中铯-137的测量是极其重要的。分析方法主要是国标中规定的放射化学法^[2]和γ能谱法^[3]。但这两种方法之间的一致性没见报道。笔者利用对核电站周围大量生物样品的监测, 用这两种测量方法对陆生生物和水生生物进行了对比测量, 通过统计假设检验, 未发现两种方法差异有显著性。

2 测量方法和仪器 2.1 放射化学分析方法

把生物样在400℃以下制成灰样, 在酸性介质中, 用无机离子交换剂-磷钼酸铵选择性的定量吸附铯, 以使铯浓集并去除干扰。然后用氢氧化钠溶液溶解吸附铯后的磷钼酸铵, 并转化为柠檬酸和乙酸体系, 进行碘铋酸铯沉淀。干燥至恒重, 测量并计算铯-137的放射性浓度^[2]。所有测量步骤均严格按文献[2]的方法进行。最后在低本底β射线测量仪上测量。使用的仪器是北京核仪器厂生产的BH1216型低本底α、β测量仪。

2.2 γ能谱分析分析方法

将生物灰样品装满直径75mm高35mm的样品盒中, 置于谱仪系统的高纯锗探测器的适当位置, 获取样品γ谱并确定能峰位置和净峰面积, 根据γ谱仪能量刻度系数、全能峰效率刻度、γ射线的发射几率、样品质量等确定放射性核素种类和活度浓度^[3]。所用生物灰标准源是由国防科工委制做, 放在与样品几何条件一致的样品盒中。该标准源中包含铯-137核素, 属相对测量方法, 不需要进行符合校正。待测样品的装样量尽量与标准源的装样量保持一致, 因此没做自吸收校正。所用仪器为美国ORTEC公司生产, 相对效率60%, 1.33MeV射线分辨率1.90keV。以上仪器均在中国计量院的检定有效期内。

3 测量结果

对陆生生物取7种17个样品, 水生生物9种20个样品进行分析。为了具有代表性, 部分种类生物在不同地点或同地点不同时间采样。测量结果见表 1和表 2。所测结果均修正为鲜样值结果。

对以上数据中γ能谱测量值与放化测量值进行成对数据检验, 成对数据差X=D_谱i-D_放i, 则假设H₀:μ_x=0, H1:μ_x≠0。在水平α下, 经t检验|t|=0.589 < t_0.025=2.12, H₀成立。说明在95%置信水平下, 对陆生生物中铯-137的测量, 未发现γ能谱分析方法与放射化学分析方法差异有显著性。

对表 2数据中γ能谱测量值与放化测量值进行成对数据检验, 成对数据差X_i=D_谱i-D_放i, 则假设H₀:μ_x=0, H₁:μ_x≠0。在水平α=0.05下, 经t检验|t|=1.73 < t_0.025=2.09, H₀成立。说明在95%置信水平下, 对水生生物中铯-137的测量, 未发现γ能谱分析方法与放射化学分析方法差异有显著性。

对表 1和表 2中数据以γ能谱测量值为自变量并以放化测量值结果为因变量按最小二乘法进行线性拟合, 得相关系数为0.9241, 表明两种方法测量同一种生物样品的结果是高度相关的。拟合结果y=1.0568x-0.0087, 斜率接近于1, 表明两种方法的测量结果比较接近。

4 讨论

放射化学分析方法的优点是使用的样品量较少, 平均每样品仅使用10g的灰样, 因此生物样鲜样的采样量较少。缺点是制成灰样后, 还要进行较复杂的前处理工作。γ能谱分析方法优点是生物鲜样制成灰样后, 不再进行其他处理, 装进样品盒后即可测量, 而且一次可对多种核素进行测量。缺点是灰样量需求较大, 约40~60g灰样, 导致鲜样灰化工作十分繁重。从以上角度考虑, 如果仅分析生物样中的铯-137, 运用放射化学分析方法较方便。但如对多种放射性核素分析, 这时采用γ能谱分析方法, 则较为方便。

现在对核电周围的生物样品的放射性分析, 多是这两种方法并行。分析表明这两种方法差异没有显著性, 测量结果高度相关。可以只采用γ能谱分析方法, 同时考虑可以抽取部分样品按质量控制样品, 以放射化学方法作比对分析, 这样既可减少工作量, 亦可提高测量数据的可靠性。