我国是世界上最大的稀土生产国和出口大国, 加入WTO, 资源全球化, 进出口贸易必须与国际接轨。为此, 要及时关注国外稀土界的动态, 加强我们的基础研究, 建立、完善并不断扩充我国自己的数据库, 拥有我国独立自主的知识产权。在稀土放射性分析时, 首先遇到标准参考物质的选择, 我们在全国卫生系统γ能谱分析比对分析的基础上, 指导总放的测定。反之, 又用总放的测定去寻找γ能谱分析的不足之处; 其次, 是方法之间的比对, 例如, 总放与γ谱之间的比对, γ谱与X-荧光光谱分析之间的比对(¹³⁸La、¹⁷⁶Lu等), γ谱与ICP-MS(电感耦合等离子体质谱)之间的比对(²³⁵U/²³⁸U等); 第三, 是实验室之间的比对。通过比对, 往往可以发现一些问题, 互通有无, 群策群力, 在厂方的大力协助下, 使某些疑难问题得到圆满的解决。

1 测量仪器和方法 1.1 仪器

详见文献[1, 2]。

1.2 实验方法 1.2.1 γ能谱分析

详见文献[1]。

1.2.2 α总放、β总放测量

详见文献[2]。

2 结果与讨论

实验数据列在表 1至表 6中。

(1) 从表 1中看出, 在放射性平衡体系中, 例如土壤和比对样品(U、Ra、Th含量已知), γ能谱分析结果得到的U、Ra、Th含量代入表中公式, 计算的结果, 与FJ-2603低本底α、β测量仪, 选用标准钍矿粉(核工业部五所提供)作标准源, 0.3g铺样, 实测结果最为接近。

(2) 表 2为某稀土厂环境土壤中总放与γ谱比对的结果。

(3) 表 3为离子矿生产的纯La₂O₃(仅含²²⁷Ac)和>98% Nd₂O₃(含少量²²⁶Ra、²²⁸Ra、²²⁷Ac)中α总放和γ谱比对结果。由表 3看出两者比对结果也是一致的。

(4) 表 4为某铀矿水冶厂环境土壤中铀、镭、钍γ能谱分析与放化分析结果比较^[3]。由表 4看出, 对于68号、73号样品, 两者基本一致, 104号样品铀含量、钍含量也基本一致, 其中铀含量是其它两个样品的8倍左右, 这时镭含量却不一致了, γ谱测得镭含量为287Bg/kg, 明显比放化结果高, 当时认为放化结果有问题而没列上。现在回想起来, 这是个教训, 应该仔细复查。直到1986年我们测量稀土氧化物发现227 Ac时, 才恍然大悟, 原来²²⁷Ac的子体²²¹Biγ能峰为350.7keV, 与²²⁶Ra的子体²¹⁴P_bγ能峰为352.0keV相近, 不易分辨, 但²²⁶Ra的另一子体²¹⁴Biγ能峰为609.3keV, 因此两者可以通过介谱而区分开来^[4]。类似的例子很多, 例如生物样品、稀土富集物以及锆英石中²³²Th的γ谱分析, 由于样品中²³²Th的放射性平衡被打破, γ谱测到三个钍子体峰的比活度(钍系第二个子体²²⁸Ac911.1 keV, 第七个子体²¹²Pb238.6keV和第十个子体²⁰⁸Te583.1 keV)不相等, 就不能用其中一个子体的活度浓度来代表²³²Th。在这种情况下, 需要其他方法来测定²³²Th的活度浓度。对于重要的样品, 或者未知的样品, 方法的比对, 以及实验室之间的比对, 显得尤为重要。

(5) 测试样品在几个实验室之间传递分析, 结果见表 5。由表 5看出各实验室之间有个系统的偏差, 可能因为刻度源不同而造成。₅₇¹³⁸La半衰期1.2 ×10¹¹ a, 丰度0.089%, β-0.21MeV (~30%)、ε(~70%), 有两个γ能峰:0.788 MeV(3.3×10^-1), 1.436MeV(6.7 ×10^-1)^▲, (▲系ε的γ)^[5]。在样品测量中, 往往A₁₄₃₆ > A₇₈₈, 那么究竟以哪一个能峰的数据为准?还是按两者的平均值来计算为好?目前暂以后者处理。这个问题留在以后深入探讨。

(6) 离子型稀土富集物γ谱分析与FJ-2603低本底α、β测量仪测定的结果比较, 见表 6。

我们知道, 离子吸附型稀土矿生产的稀土富集物伴有三个天然衰变系(钍系、铀系和锕系), 还有稀土本身的放射性同位素¹³⁸La、¹⁴⁷Sm和¹⁷⁶Lu, γ谱能峰多达上百条, 是个复杂的体系, 包藏着许多地球化学的信息。但是, 由于处于放射性非平衡的体系, 目前γ谱定量分析使用的仅是其中一小部分, 如钍系的²²⁸Ra(借助²²⁸Ac的911.1keV)、铀系的²²⁶Ra(²¹⁴Bi的609.3 keV)和锕系的²²⁷Ac[借助放射性平衡后其子体²¹¹Bi的350.7 keV。经介重峰(与²²⁶Ra的子体²¹⁴Pb352.0 keV)^[7]求得], ¹³⁸La的788keV和1436keV, 176La的201.8keV和306.8keV, ¹⁴⁷Sm是纯α放射性核素, γ谱就无能为力了。按²²⁸Ra、²²⁶Ra和²²⁷Ac在三个衰变链中的衰变情况, 计算α总放和β总放, 其公式为:

(1)

(2)

计算结果列在表 6中。由表 6看出, γ谱计算的α总放, β总放与FJ-2603低本底α、β测量仪测量值相比, γ谱的α总放仅占56% ~10%, 平均38%;γ谱的β总放占140% ~31%, 平均98%, 很接近。为什么在平衡的样品中两者较为接近, 而在离子型稀土富集物中却相差那么多呢?这说明在离子型稀土富集物中还有些α放射性核素或者没有γ辐射, 或者γ辐射我们还没有识别。因此, 还需进一步做工作, 从放化分析角度, 或者使用ICP-MS(电感耦合等离子体质谱仪), 或者两者结合起来加以分析。目前正在进行中。

3 结论

γ能谱分析是非破坏性的分析, 可同时测定几乎所有的γ放射性核素, 是放射性分析的重要手段。但是, 对于放射性非平衡体系的分析时, 还需要辅以其他方法, 才能获得更加完整的结果。对于一些复杂、未知样品, 时常开展实验室之间的比对分析, 不断提高分析检测水平, 充分发挥国家开放实验室的平台效应, 是很有必要的。

(参加比对分析的有:吴水龙、陆世鑫、李传琛、戈立新、姜让荣、郭一飞、苏琼、陈英民、许家昂、黄卫琴等诸位教授和老师, 对于他们热情的帮助和卓有成效的工作表示衷心的感谢。)