一些部门对珠海市的天然辐射水平进行的调查表明, 珠海地区的天然辐射本底较高。青岛市与珠海市地质结构相似, 市区全部坐落于该类花岗岩之上。利用地质系统现有仪器, 探索适合青岛地区的经济实用的天然放射性填图方法, 可以为本地区进一步开展天然放射性研究提供可靠的技术方法保障。

1 布点方法

首先对调查区进行野外勘探, 选取3条剖面(尽可能包括所有的岩性、岩相、主要构造带)进行测定, 根据剖面测试结果, 探讨网格点的布设。原则上实行网格布点, 根据剖面测试及城市格局等实际情况, 确定网格大小。

在构造带, 按垂直于构造带的方向测量; 岩性变化复杂区按100m×100m网格布点。

2 FD-3022γ谱仪性能与现场测量 2.1 FD-3022γ谱仪主要性能

FD-3022γ谱仪铀道测量选取²¹⁴Bi的1 765keV峰, 钍道测量选取²⁰⁸Tl的2 615keV峰, 钾道测量选取⁴⁰K的1 460keV峰。

仪器的主要性能指标如下:探测器:NaI(Tl)晶体, 直径75 mm×75mm; 探测灵敏度:≤0.1ppm; 测量时间:15s, 30s, 60s, 120s, 300s;正常工作条件:温度-10℃~+40℃; 相对湿度≤ 95%。

2.2 仪器标定

仪器使用前送国防科工委一级放射性计量站和石家庄核工业部一级放射性检定模型站标定。

由于仪器本身材料含有微量放射性, 其探头又带有用于自稳的放射性参考源, 以及宇宙射线的影响, 仪器各道均有本底存在。因此仪器用于分析土壤放射性核素含量时需要测量仪器本底。测量本底的方法有水面法和计算法, 本次研究工作采用水面法测量仪器本底, 结果见表 1, 表中r₀, t₀, k₀, 总道, 分别表示铀道, 钍道, 钾道和总道的本底。

标定后, 在混合饱和模型上进行检定, 其误差为:铀道:1.9%;钍道:2.0%;钾道:-4.6%。

2.3 仪器长期稳定性控制

在整个工作期间, 利用一个固定比对点对仪器进行每天早晚两次比对测量, 通过测量比对曲线判断仪器的长期稳定性。仪器长期稳定性判断方法:①是否有系统偏离; ②是否超过允许误差:²³⁸U误差≤ ±1.5ppm; ²³²Th误差≤ ±2.0 ppm; 钾误差≤ ±0.5%;总道误差≤ ±10%。

2.4 现场测量

²³⁸U、²³²Th、⁴⁰K核素含量及总γ的测定按地矿行业标准DZ/T0205—1999《地面γ能谱测量技术规程》进行高精度测量, 允许误差为:²³⁸U含量≤ ±1.5×10^-6; ²³²Th含量≤ ±2.0×10^-6; ⁴⁰K含量≤ ±0.5%;总道含量≤ ±10%^[1]。

测量时, .将仪器探头置于地面, 每次读数的测量时间选定120s, 每点读数三次。测点位置尽可能选择周边5m内无建筑物的平坦地点, 测点坐标采用GPS手持卫星定位仪确定。

3 实验室谱仪分析 3.1 现场取样和实验室制样

现场土壤取样和现场地表核素的测量同步同点进行, 在10m×10m范围内划出10cm×10cm的方块, 深度为0~20cm, 按梅花式采5个样品混合成一个样品。

将现场采集来的土壤样品在105℃ ±2℃恒温烘箱中烘烤24h, 使其充分干燥; 将烘干后样品碎样过80目土壤筛; 用电子天平(量程500g, 灵敏度0.1g)称量低本底HPGeγ谱仪要求的标准塑料样品盒(220cm³, 直径75高50mm)净重; 将过筛后土样装入样品盒, 捣实, 称量样品与样品盒总重量, 算出盒中样品净重并记录, 密封, 帖标签; 将密封好的样品盒放置20d等待样品中²²⁶Ra衰变平衡。

3.2 测量仪器方法

本次工作采用低本底HPGeγ谱仪测量系统来测量土壤中的²³⁸U、²³²Th、²²⁶Ra、⁴⁰K核素的放射性活度浓度。

谱仪的主要性能指标如下:能量分辨率(Eγ=1.33MeV): 1.87keV; 相对效率(Eγ=1.33MeV):48.3%;积分本底(50~2 000keV):85.2cpm。

根据样品放射性强弱选择测量时间, 一般在6~10h之间, 保证对²²⁶Ra的测量误差小于3%^[2]。

²³⁸U的测量方法:根据²³⁵U和²³⁸U的同位素丰度比, 借助²³⁵U的测定结果推算²³⁸U的活度^[3];

²²⁶Ra的测量方法:在放射性平衡的前提下, 通过测量²²⁶Ra衰变系不同子体的特征γ辐射来测定母体²²⁶Ra的活度。测量的关键前提是放射性平衡。这种样品密封平衡的时间通常在20d以上;

²³²Th的测量:直接测量衰变子体²²⁸Th的911keV的γ辐射;

⁴⁰K的测量:测量1 460keV的γ辐射。对于天然核素混合样品, 需要作干扰峰校正。

4 结果与讨论

表 2是使用FD-3022γ谱仪测量的87个测点的特征参数值, w(U), w(Th), w(K), w(Ra)分别表示²³⁸U, ²³²Th, ⁴⁰K, ²²⁶Ra的含量。

实验室采用低本底HPGeγ谱仪测量系统分析了相同点位的87个样品, 测量结果见表 3。在计算平均值时, 对小于谱仪探测下限值的铀的含量按下限值计算。

FD-3022γ谱仪测量平均值与试验室分析平均值的误差:²³⁸U含量的误差为-0.31×10^-6; ²³²Th含量的误差为0.88 ×10^-6; ⁴⁰K含量误差为0.58%。