用人体毛发硫测定核事故中工作人员所受外照射快中子剂量是一种快速直接测量法。由于人体毛发中含有硫元素, 而且相对恒定(每克毛发相对含量平均为44.8mg。)因此, 在外照射事故中, 通过测定³²S(n, p)³²P反应产生的纯β放射性, 可以确定人体所受的快中子照射剂量。

1 快中子吸收剂量的计算

能量在2.5MeV(³²S的反应阈能)以上的快中子吸收剂量D_f由下式计算:

(1)

式中, F:由毛发中的³²S元素所测定的快中子注量(n/cm²); Do:能量为2.5MeV以上的快中子注量—吸收剂量转换因子(3.83×10^-11 Gy/n/cm²)^〔1〕。

硫阈以上的快中子注量F由下式计算:

(2)

式中, Ao:在时间t=o时刻每克毛发样品的β活度(Bq); W:³²S的克原子量(32g); σ:³²S的快中子有效活化截面(3×10^-25 cm²/原子); S:每克毛发样品的硫含量(0.045克)^〔2〕; N:阿佛伽德罗常数(6.02×10²³原子); λ:³²P的衰变常数(3.38×10^-5/分)。

在t=o时刻每克毛发样品的β活度Ao由下式给出:

(3)

式中, n:t时刻样品的计数率(计数/分); e^λt:衰变校正参数; η:β射线测量装置的探测效率; m:毛发样品的质量(克)。

将上述各项参数代入(1)式, 则快中子吸收剂量D_f为:

(4)

由此可知, 测定了仪器的探测效率, 毛发样品的质量m, t时刻样品的计数率n, 即可以方便地估算出核事故中人体毛发部位所受的快中子照射剂量。

2 β射线测量装置探测效率的刻度

该装置由1台FH—408自动定标器和FJ—367通用闪烁探头组成, 闪烁体为ST—402(∅60mm×0.5mm)薄塑料闪烁体。为减少本底, 将探头屏蔽于内层厚为1mm的铝衬, 中间厚为25mm的铅、外层厚为10mm钢的铅室中。

为了保证测定β射线的准确性, 用由中国计量科学研究院提供的³²P标准溶液, 采用化学分析方法制备成薄³²P标准样品来刻度β测量装置的探测效率。其刻度方法概述如下。

2.1 ³²P标准样品的制备 2.1.1

用移液管准确量取8ml磷载体, 置于100ml烧杯中, 然后定量滴入³²P标准溶液。

2.1.2

向溶液中滴加50ml镁混合剂, 然后滴加35滴浓氢氧化铵, 搅拌均匀, 最后追加20ml浓氢氧化铵, 静置4小时, 并不时搅拌。

2.1.3

³²P标准溶液中的³²P以磷酸铵镁的形式被载带下来, 最后用50mm的漏斗将沉淀抽滤到定性滤纸上, 平衡1小时, 称重, 并计算化学产额。

2.2 β测量装置探测效率的刻度

探测效率由下式计算:

(5)

式中, n:t时刻样品的计数率(计数/分), e^λt:衰变校正参数, Ao:加入的³²P标准溶液的活度(Bq), Y:放射性回收率。

经实验测定, 该β测量装置测定³²Pβ射线的探测效率为33.7%。

3 实验方法 3.1 毛发样品的清洗

收集到的毛发样品会受到一定程度的污染, 因此, 必须进行清洗。为此, 根据IAEA/WHO推荐的方法, 采用蒸馏水十无水乙醇洗涤法清洗毛发样品。然后将样品剪成1~2mm长备用。

3.2 毛发样品的照射和测量 3.2.1 毛发样品的照射

将毛发样品以0.5克为间隔称重, 然后将毛发样品用铝箔包好, 在原子能科学研究院重水反应堆照射。用99.99%的高纯硫粉监测2.5MeV硫阈以上能量的快中子积分注量。由高纯硫给出的快中子积分注量为4.442×10¹⁴中子/cm²。

3.2.2 毛发样品的测量

测量时, 分别将6份样品分装于样品盘中, 样品量分别为0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0克, 将样品平铺均匀后, 上面复盖一层半透明玻璃纸压实, 即可直接置于β测量装置下测³²P的β活度。样品盘直径为46mm。最终测量结果归一到每克毛发样品的活度。

4 测量结果与讨论 4.1 测量结果

为了使测量结果具有可比性和可靠性, 在用直接测量法测定快中子照射剂量时, 同时运用放射化学分离法分析了四份毛发样品, 其结果一并示于附表中。

由附表中的结果可以看出, 直接测量法与放化分离法的测量结果符合较好, 偏差仅为5.8%。

直接测量法其样品盘中发样的重量与计数率的关系实验表明, 样品在超过1.5克之后, 自吸收效应的影响明显增大。因此, 应用直接测法时发样重量为1克左右为宜。

4.2 β测量装置的快中子剂量探测限

在一定的测量时间内, 测量装置的灵敏度由它的本底计数率Nb和探测效率η决定。一般取本底计数率标准误差的三倍定为装置的最小放射性活度探测限A_min。置信水平为99.7%

(6)

据此, 确定出用人体毛发来测定快中子的最小可探测剂量下限为2.0×10^-1 Gy。

4.3 讨论

通过两种方法的实验比较, 可以看出, 直接测量法能够给出令人满意的结果。该方法具有简便、快速、省时的优点。但是测量结果比放化分离法高5.8%, 其原因是由于毛发中含有一定量的Na元素, 钠元素经热中子照射后, 生成²³Na(n, γ)²⁴N反应放出1.39Mev的β射线, 其能量与³²P的β粒子能量接近, 使测量结果偏高。