²²²Rn是²³⁸U系中核素²²⁶Ra的衰变子体, 本实验室内氡浓度在不通风的情况下, 可以达到200Bq/m³以上, ²²²Rn的短寿命子体²¹⁴Pb和²¹⁴Bi发射一系列的γ射线, 会对全身和肺部计数器的测量和谱分析产生一定的影响。国内中国辐射防护研究院曾经报道过环境中氡对全身计数器测量的影响^[1], 文献中指出, 实验室内氡浓度的变化会影响全身计数器测量结果的精确性; 经调研得知世界上90%的全身计数器都装有通风过滤系统, 少数装有除氡装置。而肺部计数器采用平板型HPGe探测器, 主要目的是测量滞留在肺部的超铀核素²⁴¹Am、²³⁹Pu等, ²⁴¹Am发射的γ射线能量仅为59.54keV, 测量该γ射线, 同样会受到屏蔽室内氡浓度的影响, 但关于影响程度的报道较少。笔者采用对全身和肺部计数器的屏蔽室直接通实验室外新鲜空气降低氡浓度的方法, 测定了铅屏蔽室中氡对全身和肺部计数器测量¹³⁷Cs和²⁴¹Am的影响程度。

1 实验器材和方法 1.1 实验器材

实验器材包括全身和肺部计数器1套^{[2, 3]}、含²⁴¹Am、¹³⁷Cs和⁶⁰Co的混合点源1个、大流量通风机1台、RAD7测氡仪1台、液氮若干升、直径10cm的塑料管若干米。全身计数器采用10.2 cm×10.2 cm×40.6 cm(4英吋×4英吋× 16英吋)NaI(Tl)探测器, 肺部计数器采用4个平板型HPGe探测器, HPGe晶体尺寸为直径70 mm高20 mm。铅屏蔽室内部几何尺寸为2 100 mm(长)×1 000 mm(宽)×2 000 mm(高), 内衬从里往外依次为2 mm厚的有机玻璃, 1 mm厚的铜和1 mm厚的镉。屏蔽层中铅厚度为100 mm。

1.2 实验方法

对肺部计数器的四个HPGe探测器加注液氮, 冷却探测器6h以上。开启全身和肺部计数器, 预热2h, 利用²⁴¹Am、¹³⁷Cs和⁶⁰Co的混合点源对系统进行能量刻度。

在不通风的情况下, 利用RAD7测氡仪对屏蔽室内的氡浓度进行测量, 同时测量全身和肺部计数器的空屏蔽室本底谱, 每个谱测量4 000s。

将大流量通风机置于实验室外, 进气口距地面约2.5 m, 出气口的气流量为80 m³/h, 用内径为10 cm的塑料软管连接大流量通风机出气口和屏蔽室的进气口。开启大流量通风机后, 利用RAD7测氡仪对屏蔽室内的氡浓度进行测量, 同时测量全身和肺部计数器的空屏蔽室本底谱, 每个谱测量4 000s至8 000s。

2 结果

在未通风和通风两种状态下, 屏蔽室内氡气浓度值如下图 1所示。

在未通风和通风两种状态下, 全身和肺部计数器本底谱的对比如下图 2、3所示。

全身和肺部计数器本底谱中的²¹⁴Bi的609.3keV的全能峰净计数率(cps)、全能峰区域内总计数(int)、¹³⁷Cs661.66keV以及²⁴¹Am59.54keV全能峰区域内的总计数(int)跟屏蔽室内氡浓度的变化如图 4、5所示。

全身和肺部计数器测量系统对某核素的最小可测活度MDA, 可由下式进行计算:

(1)

式中:N_b -该核素特征能区内的本底计数; ε-探测效率^{[2, 3]}; P_γ-γ射线的发射几率; t-测量本底的时间。

由上式可知, 为了得到较小的MDA, 提高测量系统的灵敏度, 有效方法在于降低本底计数N_b、提高探测效率ε和加长测量时间t。根据测量数据, 计算屏蔽室内不同氡浓度下全身和肺部计数器测量4 000 s时对¹³⁷Cs、²⁴¹Am的最小可测活度MDA, 结果如下表 1所示。

3 讨论

(1) 由图 1中可看出, 在不通风时, 屏蔽室内的氡浓度可达200Bq/m³以上。通风时, 氡浓度在3h以内可达10Bq/m³以下。直接通室外新鲜空气, 能够有效降低屏蔽室内的氡浓度。

(2) 由图 2、3可见, 在未通风时, 本底谱中²¹⁴Bi的609.3 keV处出现全能峰; 相比之下, 在通风状态下测量的本底谱中, 609.3keV处没有全能峰出现。因此, 通风降氡能够有利于测量谱扣除本底谱中全能峰计数的贡献。

(3) 由图 4、5可见, ²¹⁴Bi、¹³⁷Cs、²⁴¹Am全能峰区域的计数与氡浓度变化趋势相一致, 氡浓度低的时候, 相关区域的计数都有所降低, 其中²¹⁴Bi的计数降低较显著。

(4) 由表 1可以看出, 通风降氡后全身和肺部计数器分别对¹³⁷Cs和²⁴¹Am的探测性能可以提高14%~23%。

通过实验测定表明, 屏蔽室内的氡浓度变化会影响全身和肺部计数器测量系统的探测性能, 在实际工作中测量人员应当要引起重视, 同时, 本工作对实验室γ谱测量分析有一定的借鉴作用。