准确测量环境样品的放射性活度, 除了实验室内部要认真进行质量控制技术研究, 建立严格有效的质量保证体系之外, 对标准源样品和实验室之间的的比对测量分析, 是做好放射性测量质量保证工作的重要措施之一。

中国辐射防护研究院组织了这次土壤介质放射性样品测量比对活动, 各个实验室通过对掺标土壤的测量分析, 对本实验室γ核素测试能力进行检验, 通过经验总结以提高分析水平, 为常规和应急监测下提供可靠、准确的数据。

1 样品制备和检验

比对组织方对模拟土壤基质进行了烘干(110℃, 8h)、研磨(200目), 并加入含有⁶⁰Co, ⁵⁷Co, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs的标准溶液, 通过混样机搅拌混合均匀, 同时进行了均匀性检验, 保证样品混合均匀。

2 实验室测量分析方法 2.1 测量仪器

采用低本底HPGeγ谱仪, 探测器类型为同轴P型, 相对效率45%, 能量分辨率(⁶⁰Co)1.83, 峰康比(⁶⁰Co)74:1, 全谱(20keV~2MeV)本底为1.52cps, 峰漂(连续100h)低于0.24道, 分析方法采用效率曲线法。

2.2 标准物质

本实验室的测量方法为效率曲线法, 效率刻度的标源由原国防科工委一级站提供的底泥标准样品(样品编号:040517-4), 参考时间为2004-05-14, 见表 2。待测样品和标准样品均装在尺寸为70mm × 50mm的聚乙烯圆柱形盒内, 样品净重210g。

2.3 能量刻度

比对的放射性核素包括:¹³⁷Cs、¹³⁴Cs、⁶⁰Co和57Co。能量刻度如式1:

(1)

2.4 效率刻度

本实验室选用的是效率曲线法^[1], 即采用一系列放射性强度和半衰期确知的标准源或一两种多γ核素标准源对探测器进行效率刻度, 获得探测器的效率随能量的关系曲线, 如全能峰效率(EI)曲线。通过计算样品的γ能谱全能峰净面积, 可得到特定能量γ射线的强度, 进而得到样品中核素的放射性活度。

效率曲线法应用范围较广, 可选用多个单能源、有多种能量的γ源或混合源, 本实验室选用国防科工委一级站提供的标准混合源(²⁴¹Am, ¹³³Ba, ⁵⁷Co, ¹³⁷Cs, ⁵⁴Mn, ⁶⁵Zn, ⁶⁰Co)分别对谱仪进行了效率曲线的刻度。效率曲线拟合采用Dual方式, 效率计算公式见式2, 效率曲线见图 1。

(2)

2.5 计算方法

采用效率曲线法, 被测核素特征γ能量和分支比见表 4, 样品比活度(Bq/kg)计算公式^[2]见式3:

(3)

式中:S为样品全能峰净面积(计数); T为样品测量时间(s); S₀为本底谱全能峰净面积(计数); T₀为本底测量时间(s); E为全能峰效率; Q为取样量(kg); P为全能峰分支比; F为采样修正(1.0);F₁为存放修正(1.0);F₂为测量修正(1.0)。

3 评价方法^[3]

根据此次比对组织者所提供的比对评估方法, 参照IAEA和EML等组织的国际比对项目, 对于数据的评估既要对准确度进行评估, 也进行了测量准确度和精度的评估。以理论值作为标准值。采用的评价方法及计算公式如下。

3.1 相对偏差

相对偏差直观的反映了参比实验室的测量值与标准值之间的差异。对于测量数据:

其中:R-bias为相对偏差。

对于相对偏差的评判标准为:∣R-bias∣≤20%接受(A); 20% < ∣R-bias∣≤30%接受但警告(W); 30% < ∣ R-bias∣不接受(N)。由于本次比对使用的是掺标土壤样品, 认为核素活度浓度的理论值即为标准值。将相对偏差的评判结果作为最后的评估结果。

3.2 Z-score

Z-score和U-score是常用的统计指标。Z- score称为稳健Z比分数, 是用于评价单个样本在整个样本总体中的离散程度。

根据适用性原则, 本次比对中标准偏差的目标值σ=0.10×Value标准值。

对于Z值, 如果|Z|≤2, 结果接受(A); 如果2 < |Z| < 3, 结果接受但警告(W); 如果|Z|≥3, 结果不接受(N)。

3.3 U-score

U-score既考虑了比对实验室的测量值, 也考虑了比对实验室的不确定度。

其中:Unc_标准值是标准值的不确定度, Unc_Analyst为参比单位分析的不确定度。在本次比对中, U-score的限值为2.58(置信水平为0.99), 如果U < 2.58, 测定结果通过检验(A), 否则为不接受(N)。

3.4 准确度

计算两个量值:

如果A1≤A2, 测定结果是可接受的(A), 否则为不接受(N)。

3.5 精确度

如果P≤20%, 则结果是满意的(A), 否则为不接受(N)。在本次比对中, 准确度, 精确度的评判作为对参比实验室评估的补充, 评估结果供实验室参考。

4 结果及讨论

通过相对偏差、U检验、Z检验、准确度和精确度验证, 本实验室此次参加的模拟土壤比对的四种核素(⁶⁰Co, ⁵⁷Co, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs)数据结果均可以接受。

⁶⁰Co, ⁵⁷Co的测量值与标准值的符合较好, 仅为-1.39%~ 1.27%, 而¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs的测量值的相对偏差较大, 达到-12.54%~15.79%, 和中能段核素的效率值偏差有较大关系, 需进一步分析修正。

这次比对活动对本实验室的γ核素测量方法、仪器设备和标准物质的使用进行了很好的验证^[4]。