国家标准《建筑材料放射性核素限量》^[1]中对于不同类别建筑材料中的放射性核素含量做了限定, γ能谱测量的质量对于判定样品是否符合标准至关重要。为了验证我实验室γ能谱测量设备性能状态、样品检测质量、γ能谱分析的技术水平, 并作为我实验室检测质量控制工作的一部分, 我们参加了由中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所组织的2007年全国建材样品中放射性含量分析比对, 我实验室所测结果通过了比对, 与比对参考值的最大相对偏差为-7.55%。

1 材料和方法 1.1 测量分析系统

本γ能谱分析实验室通过了计量认证, 使用的设备为ORTEC高纯锗(HPGe)γ能谱分析系统, P型探测器, 对7.62 cm×7.62 cm(3"×3")NaI(T1)晶体的相对探测效率为50%, GammaVision32能谱数据分析软件。系统能量刻度范围为8~2 656keV, 对于⁶⁰Co 1 332keV能量峰的FWHM为1.73keV, 50~2 656keV能量范围的积分本底为3.65cps。

1.2 标准源

能量刻度所用混合标准源由核素²⁴¹Am、¹⁰⁹Cd、⁵⁷Co、¹³⁹Ce、⁵¹Cr、¹¹³Sn、⁸⁵Sr、¹³⁷Cs、⁵⁴Mn、⁸⁸Y、⁶⁵Zn、⁶⁰Co组成的。效率刻度标准源包含²³⁸U、²²⁶Ra、²³²Th、⁴⁰K源各一个, 由中国计量科学研究院提供。

1.3 样品

比对样品由组织方提供, 是从北京建材市场选择两个不同品牌的建材样品(纯天然样品, 没有另外加入放射性核素), 经粉碎、研磨、200目过筛后加工成可直接称重、密闭、测量的样品提供给参比单位。A样、B样均净重400.0g, 通过邮寄方式送至本实验室。

将样品分别装入已称重的空样品盒中, 密闭并称重, 扣除空样品盒重量后得样品A净重340.5g, 样品B净重386.0g。放置待测, 注意确保放置期间样品的密闭。

1.4 放射性核素分析方法

样品密闭4周时间后进行测量。测量顺序为:先测量空样品盒本底、标准源, 然后测量比对样品, 最后再次测量空样品盒本底。A样品测量时间为86 435.2s, B样品测量时间为86 403.2s。样品测量净计数扣除前后两次测量所得的空样品盒本底平均值作为样品放射性核素含量计算的引用值。

1.5 探测效率计算

用标准源γ能谱中核素的特征峰净计数扣除空样品盒本底谱中对应的净计数, 除标准源证书提供的核素活度值和样品测量时间得系统对该特征峰的探测效率。活度计算:样品γ能谱中核素特征峰净计数扣除相应的空样品盒本底谱中的净计数, 除以样品测量时间和该特征峰探测效率, 即为样品中该核素的活度。核素的活度除以样品净重就得到样品中该核素的活度浓度。核素探测下限计算方法参照《生物样品中放射性核素的γ能谱分析方法》附录J^[2]。

根据比对程序的要求, 总不确定度计算方法为样品测量的统计计数误差^[3]、标准源、自吸收、几何位置等不确定度分量的平方求和然后开根号。本实验室所用样品盒与标准源外壳来自同一供应商, 因此待测样品与标准源的几何形状、外壳材料相同, 封装的样品与标准源密度相近, 测量条件一致。故我们在进行总不确定度计算时忽略了自吸收和几何位置引起的不确定度分量, 对测量统计计数误差、标准源引入的不确定度分量进行了合成。

上报的比对数据中, ²²⁶Ra的活度浓度由其子体²¹⁴Pb、²¹⁴Bi的活度浓度分别除以其衰变分支比再取二者平均值。²³²Th的活度浓度按照同样方法由其子体²⁰⁸Tl、²²⁸Ac的活度浓度得出。²²⁶Ra、²³²Th活度浓度的不确定度由其子体不确定度按照不确定度传播率^[4]计算得出, 计算时灵敏因子取1。

2 结果
3 讨论

(1) 本实验室的测量设备工作正常, 数据处理所使用的方法正确, 上报的各项分析数据均符合比对通过条件。核素比活度测量值与比对参考值的相对偏差均在合格标准以内, 最大值为-7.55%, 最小值为-2.18%。

(2) 建材样品放射性含量分析中, 样品的密闭封装是一个关键过程。首先应选择完好、无破损的样品盒, 其次是封装的密闭度要达到要求。在保证样品密闭的情况下, 封闭足够长的时间^[5]使样品中的天然核素衰变链达到平衡, 确保分析结果准确、可靠。

(3) 要确保样品测量结果的准确度, 必须使用由国家法定计量部门校准的、在有效期内的、完好的刻度源进行探测效率刻度。在日常工作中还应对测量系统进行定期的维护, 长时间不使用时要定期开机对仪器的峰漂移、分辨率进行检测, 以便及时发现故障, 确保系统工作状态正常、稳定。我实验室在进行定期维护时使用与效率刻度源配套的建材样品参考源进行系统工作状态测试。

(4) 应尽量减少甚至避免刻度源、空样品盒及被测样品与探测器之间的相对几何位置不一致造成的测量误差, 使测量位置具有严格的可重复性。本实验室专门使用聚乙烯材料制作一样品支架, 对样品测量时放置在探测器上的位置予以限定, 一方面确保被测物与探测器的相对几何位置的可重复性, 消减上述因素所带来的误差, 另一方面使样品不与探测器直接接触, 防止探测器被污染。