对于长期从事于放射性工作的人员或在核能工业等部门工作的人员, 需定期地对他们进行放射性核素内污染的监测, 以保障其人身健康与安全。放射性核素包括天然放射性核素(如⁴⁰K、²³²Th、²²⁶Ra等)和人工放射性核素(如⁹⁰Sr、¹³¹I、¹³⁷Cs等), 它们可通过饮食、吸入、皮肤吸收及体表伤口等途径进入体内, 造成放射性核素内污染。目前放射性核素的内污染监测比较常用的方法有两种^[1]:活体测量(In vivo monitoring)和离体测量(Ex vivo monitoring)。活体测量是指利用体外探测器对人体内核素所发射的某种能量的射线进行直接的测量, 又称体外直接测量, 如全身计数器(Whole body counting, WBC)测量便是一种具有典型代表性的方法; 离体测量是通过对待测对象的离体生物样品(如尿、粪便、血液等)的放射性水平进行分析测定, 进而估算出人体内所接受的放射性核素水平, 是一种间接的测定, 又称生物样品测量, 如利用HPGeγ能谱仪(Gammaray spectrometer of high purity germanium detector)测定尿中放射性核素来估算人体内照射剂量。笔者尝试了以NaI全身计数器(活体测量)和HPGeγ能谱仪(离体测量)两种方式对同一待测人群分别进行了监测, 对各自测得的数据结果进行了比较, 并对两种方法的监测效果进行了比较分析。

1 活体测量方法与结果

抽取的受试群体为秦山二期核电站内长期在核电运行处、维修处等工作的人员。该核电站定期地由安防处负责利用NaI探头全身计数器立式系统对厂内员工进行体内放射性核素监测, 笔者委托安防处联系随机的10名工作人员接受全身计数器检测, 并收集其检测的结果数据, 同时采集每个人的尿样, 以备做尿样γ能谱分析。单个人全身计数放射核素水平检测结果, 10名员工体内没有发现人工放射性核素。图 1和图 2分别显示了WBC的本底γ计数能谱和1号员工的全身γ计数能谱图, 通过能谱的对比, 对核电厂环境常见的放射性核素的γ射线能量寻峰, 未见明显的特征峰。

2 离体测量方法^[2]与结果

所使用的γ能谱仪由ORTEC公司生产, 探测器为HPGe半导体探测器。探测器置于壁厚为10cm的铅室内, 利用⁶⁰Co和¹³⁷Cs点标准源对其进行了能量刻度, 符合线性关系。取之前已采集的尿样每人各自150ml分别置于等容量的样品盒中(样品盒由中国计量科学院提供), 标记编号, 密封。再将样品盒置于HPGe探测器上进行测量, 每个样品测量时间为24h, 保存各自γ能谱图。同样将空样品盒按照同等条件在探测器上进行测量, 取得本底γ能谱。测得的本底γ能谱如图 3所示, 本底谱中显示有微量天然放射性核素⁴⁰K和²³²Th。图 4为对1号员工尿样所测得的γ能谱, 与本底谱相比较, 未见明显出现的额外特征峰, ⁴⁰K和²³²Th的γ计数率亦无明显变化, 基本判断该员工尿样中未见人工放射性核素污染。其他9名员工尿样经所测得的能谱判断, 结论同前。

3 讨论

全身计数器和尿样γ能谱测量都可以作为监测内照射核素污染的一种方法和手段。前者属于直接测量, 能直接得出人体内放射性核素水平。后者属于间接测量, 通过测量出排泄物中放射性核素的活度来估算核素摄入量和待积有效剂量; 因本次监测未发现人工放射性污染, 故未做核素摄入量和待积有效剂量的估算。但在监测效果上, 做为活体测量的WBC和作为离体测量的尿样γ能谱各自存在着优势和不足之处。

3.1 便捷性

活体测量监测便捷性优于离体测量, 因为活体测量快速而且方便。本次全身计数器测量时, 每位员工只需在探测器前检测几分钟便可得出监测结果, 因此适合短时内完成大量放射性工作人员放射性核素内污染的筛查。而使用HPGeγ能谱仪在样品处理和测量时间上较长, 本次尿样监测所用时间为24h, 因为尿样中发射的射线相对极少, 需累积较长时间才能得到足够的计数和稳定的能谱。此外, 由于生物样品测量属于间接测量, 反应的只是尿样中的核素水平, 故还需通过尿样来进一步估算整个人体的剂量水平, 增加了计算的复杂度; 而对于WBC, 体内或器官中的核素含量可不经代谢模型推算而直接得出^[3]。

3.2 能量分辨率

由于两种仪器使用的探测器不同, 前者为NaI探头, 后者为HPGe探头, 后者的能量分辨率比前者小, 即能量分辨性能好^[4]。本次所使用的WBC能道数为1 024道, 而HPGeγ谱仪能道数为4 096道。HPGeγ谱仪易于区分能量相接近的特征峰, 提高分辨能力。如图 3所示, 使用HPGeγ谱仪测得的本底谱中可明显看出⁴⁰K的特征峰(1.46MeV)和²³²Th的特征峰(2.61MeV); 而在WBC的能谱中特征峰不明显。WBC由于能量分辨率差, 不易寻峰, 适合对已知核素的快速检测; 而HPGeγ谱仪适合对未知核素的甄别, 适用于复杂放射性工作环境中工作的放射性工作人员体内放射性核素种类的细致与准确地检测。

3.3 灵敏度(或最低探测限MDL)

使用HPGeγ能谱仪灵敏度高, 能探测到能量较低的γ射线。某些放射性核素所发射的特征γ射线, 能量很低, 对于活体测量装置可能无响应, 而使用离体测量则能有效地对其进行探测。

3.4 准确性

受人体代谢因素的影响, 某些核素难以经尿排出, 在使用尿样γ能谱检测时, 可致使漏检; 而WBC由于是对全身进行直接测量, 能有效地克服尿样γ能谱在这方面的弱点。另外, WBC不易区分体内和体外污染, 因为待测人员体表可能存在放射性核素污染, 极易将外部污染误认为体内污染, 影响测量结果的准确度, 故测量之前应对待测人员进行彻底的洗消处理; 而使用尿样γ能谱则不易受这方面的干扰。

综上所述, 全身计数器和尿样γ能谱测量作为监测放射性核素内污染的方法, 各有优点。WBC多用于对大批量人员的已知核素监测, 目前核电站基本采用WBC。HPGeγ谱仪多用于对样品中未知核素的细致与准确检测。有时单凭一种方法不能完全准确地检测出放射性核素内污染的情况, 因此两种方法并不互相排斥, 必要时应该互相补充, 以提高准确性。