根据关键核素、关键途径、关键居民组的三关键原则中的关键核素，辐射环境监测中关注的放射性γ核素包含¹³¹I、¹³³I、¹³⁷Cs、¹³⁴Cs、⁵⁸Co、⁶⁰Co、¹²⁴Sb、⁵⁴Mn、¹⁰³Ru、¹⁰⁶Ru、¹⁴⁴Ce、¹¹⁰Ag^m等，γ能谱仪在分析γ核素方面具有很好的优势，相对其他分析方法能够快速的定性、定量分析同一种样品的多种γ核素，特别适用于应急情况下的监测。关于放射性核素的测量、分析方法，国际上早已有相关文件发布^[1-3]，本文将介绍核辐射事件发生后的应急情况下放射性核素的γ能谱快速分析方法。γ能谱测量技术在国内已经相当成熟^[4-6]，利用实验室高纯锗γ谱仪准确分析出样品中放射性γ核素的种类及其含量，可为判断事故发展趋势，评价辐射后果，判定受影响区域范围，为核辐射应急决策提供技术支持。

1 材料和方法 1.1 测量仪器

应急情况下的样品中的放射性核素分析宜采用高纯锗(HPGe)γ能谱仪测量系统，其对能量为1 332.5 keV的⁶⁰Co发射出的γ射线的能量分辨力应优于2.5 keV，探测器的能量响应应覆盖在40~2 000 keV之间。HPGe探测器要在低温状态下工作，可采用液氮制冷或电制冷等手段，保障工作温度稳定。探测器应置于厚度至少10 cm铅当量的铅或钢铁作屏蔽物质的外辐射屏蔽室中，屏蔽室内壁距探测器灵敏体积表面的距离至少13 cm。当铅制屏蔽室内壁与探测器的距离小于25 cm时，在屏蔽室的内表面应有原子序数逐渐递减的多层内屏蔽。内壁从外向里依次衬有厚度不小于1.6 mm的镉或锡、不小于0.4 mm的铜以及厚度为2~3 mm的有机玻璃。此外，屏蔽室应设置放、取样品的门或窗，以便放取样品。

1.2 采样原则

工作人员在采集样品的时候，一定要注意个人防护，以避免受到放射性污染。应急情况时监测采样地点应考虑气象条件，在预测污染最高浓度处、主导下风向以及人口密集区进行适当加密布点。

样品采集前应先对地面和周围环境样品进行γ辐射剂量率的测量并记录，必要时可进行表面污染检测，以确定周围环境受到放射性污染的情况，重点采集分析放射性污染可能较高区域的样品。采集的样品应做双份标识和标号，详细记录采样人员、采样日期和时间、采样量、采样地点(经纬度坐标)等信息，并应注意所采样品在该区域应具有较好的代表性。当空气、降水等环境样品分析出有放射性核素污染后，应根据季节及当地膳食结构、优先采集放射性吸附能力强的露天生长食品。怀疑引起内污染的食品和怀疑有污染的所有食品都应进行抽样分析。为避免样品交叉污染，采用单种食品的采集方法。

样品采集所用的方法和工具不能对待测样品造成污染和使得待测核素损失。如果样品采集容器需要重复使用，则必须注意避免交叉污染。

1.3 样品采集和预处理

应急情况下放射性核素监测的样品种类一般包括空气、降水、土壤、牧草、食品、肉类、海产品、水等。其中空气和降水是核辐射事件发生后放射性核素大气扩散沉降的主要途径，是核辐射事件发生早期应监测的重点。当在空气和降水中检测出核事件所释放的放射性核素后，其他介质的样品，如土壤、牧草、食品、肉类、海产品、水等都是关注的重点，因某种特殊需要，还有可能会采集部分特殊类型样品。其各自的采集和预处理方法包括：

(1) 空气：采用大流量空气采样器采集空气样品，空气滤膜法，将采集到的空气滤膜，使用压样机制成样品，固定加盖密封后直接测量。

(2) 降水：在核辐射应急期间，预期或已有降雨或降雪时，应及时收集雨水或雪水样品。降水采集装置宜安放在周围半径30 m没有树木和建筑物遮挡的平坦、开阔的地面，收集装置距地面高1 m。在降暴雨情况下，应及时收集初期降雨。收集的雪样，应移至室内，使其自然融化。降水样品每升样品中加入10 mL浓度为11 mol/L的盐酸或硝酸进行酸化后直接装满样品盒测量。

(3) 土壤：采集最有可能被放射性核素污染到的表层土壤，采集深度为0~5 cm；采集的地点优先选择平坦、开阔的地面；采样量约为2~3 kg；一般在10 m×10 m范围内，采用五点法采集样品。采集后去除砂石、杂草等异物后，直接装满样品盒测量，同时预留100 g左右的土壤样品用于测量干湿比。

(4) 牧草：采集牧草样品时，要从露出土壤根茎部以上剪下，以避免土壤污染。采集后去除砂石、泥土和根，将其剪碎成长1~2 cm的小段后，装满样品盒测量。

(5) 食品：奶类样品应在奶站、农户或对动物直接采样，并记录动物饲料信息，奶类样品可直接装样测量。蔬菜和水果采集在放射性沉降阶段，应采集露天种植的蔬菜和水果。采样时，注意避免土壤的污染。蔬菜类样品去除不可食的根、茎、叶及腐烂部分，将样品加工成小于1 cm³的几何尺寸后装满样品盒测量。水果类样品，应加工成小于1 cm³的几何尺寸后装满样品盒测量。结合当地食用习惯，选择对蔬菜和水果样品清洗或不清洗，去皮或不去皮等，均应在结果报告中注明。

(6) 肉类：肉类样品最好在当地饲养场的屠宰场采集，并记录动物的饲料信息。取可食部分，将其切成小于1 cm³的几何尺寸后装满样品盒测量。

(7) 海产品：海产品样品直接从近海养殖场采集或从渔业公司购买确知捕捞海域的海产品，对养殖场的海产品要记录饲料信息。取可食部分，将其切成小于1 cm³的几何尺寸后装满样品盒测量。

(8) 水：包括生活饮用水和地表水及海水，其中生活饮用水的采集参见GB/T 5750.2^[7]。地表水及海水采样参照GB/T 5750.2^[7]水源水的采集执行。水样品采集后，每升样品中加入10 mL浓度为11 mol/L的盐酸或硝酸进行酸化后直接装满样品盒测量。

(9) 其他特殊类样品：对于残骸、瓦砾、废渣、建材、食品干燥剂等样品，采集后粉碎、研磨，通过50目筛孔过筛，装样测量。对于环境沉降灰、擦拭样品、消费品、衣物和特殊的物品(如宝石、玉石、木艺、工艺品、手表等)等，如无特别要求，无需进行破坏性预处理，可进行简单防污染密封整理后直接放入测量腔体进行测量。

1.4 γ能谱仪刻度

γ能谱仪的刻度包括能量刻度和效率刻度两部分。能量刻度是样品定性分析的基础，将能量刻度标准源置于探测器适当位置，采用谱分析软件获得全能峰峰位，确定峰位和能量之间的关系，应急情况下能量刻度标准源可借助已知核素种类的效率刻度标准源，或用铅室天然本底核素进行快速能量校核。效率刻度是样品定量分析的基础，其传统的方法是有源效率刻度，具体方法可参照GB/T 11713^[8]执行，应在日常情况下提前完成并存储，应急情况下快速校核后直接调用。另外，应急情况下可采用无源效率刻度软件或基于蒙特卡罗模拟技术的方法进行效率的快速模拟。无源效率刻度软件在应用前，需对几种常见介质(如水、土壤等)的样品进行有源效率刻度值和无源效率刻度值的比较，当已知能量段效率值的最大相对偏差不超过15%时即可应用。

1.5 样品测量

核辐射事件发生后的应急情况下根据需要可进行定性识别和定量测量。对于定性识别，可进一步简化样品预处理流程。在能量刻度完成后，只要能准确识别出待测核素即可快速报告核素种类。应急情况下具体的测量时间可根据γ能谱仪的探测效率、本底、样品中放射性核素的活度和应急工作需要进行适当调整。测量中为了防止探测器受到污染，用聚乙烯袋将待测样品包裹起来。将待测的样品置于探测器上进行测量，待测样品在探测器的位置应与效率刻度标准源的一致。根据全能峰的能量进行核素鉴别。测量结束时，应校验能量刻度，保证核素鉴别可靠。核素鉴别后，调用已存储好的探测效率值确定样品中γ放射性核素的水平；对于不规则尺寸的样品形状，可结合无源效率刻度软件进行效率模拟。样品中放射性核素的定量计算及结果的不确定度评定可参见GB/T 11713^[8]。在测量开始和结束时，应测量仪器的本底谱，防止因探测器污染造成测量结果的不准确。

1.6 质量控制

用于测量分析的γ能谱仪等相关设备，需经过国家法定计量部门检定或校准，且在有效期内进行使用。应急情况下，仪器在测量样品前，应用标准源进行校核。

为保障检查样品的分析精度，应适时重复测量样品，计算两个结果之间的重复错误率(DER), 其计算如公式(1)所示。应急情况下，在完成一批样品检测后，可抽样重复测量，并计算DER，判定该批样品检测结果是否可靠。

$D E R=\frac{\left|A C_{\text {original }}-A C_{\text {dup }}\right|}{\sqrt{u_{c}^{2}\left(A C_{\text {original }}\right)+u_{c}^{2}\left(A C_{\text {dup }}\right)}} $

式中：AC_original-初测样品中某核素的活度浓度，单位为贝可每千克(Bq/kg), 或贝可每升(Bq/L)，或毫贝可每立方米(mBq/m³)；

AC_dup-复测样品中某核素的活度浓度，单位为贝可每千克(Bq/kg), 或贝可每升(Bq/L)，或毫贝可每立方米(mBq/m³)；

u_c(AC_original)-初测样品中某核素的合成标准不确定度，单位为贝可每千克(Bq/kg), 或贝可每升(Bq/L)，或毫贝可每立方米(mBq/m³)；

u_c(AC_dup) -复测样品中某核素的合成标准不确定度，单位为贝可每千克(Bq/kg), 或贝可每升(Bq/L)，或毫贝可每立方米(mBq/m³)。

DER的值应小于或等于3。如果样品的复测值不在这个限值内，则该批样品需要重测，或适当的时候给予解释说明。对测量结果低于探测下限的样品，复测检验结果也应一致。

1.7 结果报告

报告样品分析结果应清晰简明，同时给出适当说明。除定性识别不用给出报告结果的单位外，其他定量报告应使用国际单位制(SI)单位和符号，一些标准单位推荐如下：空气：mBq/m³，水和牛奶等液体：Bq/L，土壤和牧草：Bq/kg(干重或鲜重)，食品：Bq/kg(干重或鲜重)。定量分析时，应给出核素的测量结果及其扩展不确定度，并注明扩展不确定度置信度。扩展不确定度一般保留1位有效数字，当扩展不确定度首位小于“3”，可保留2位有效数字；测量结果的有效数字应根据测量结果的最后一位和不确定度的末位对齐的原则确定。在低水平活度测量时，当低于探测下限时应给出探测下限，并适当注明测量条件，如谱仪系统主要性能、测量时间、使用特征峰、测量几何条件等。

2 结果

采用本文介绍的γ能谱快速分析方法，应用于应急情况下土壤、水、牛奶、蔬菜、谷类、肉类及海产品等介质样品，在2 L马林杯样品盒的测量时间与¹³¹I和¹³⁷Cs的最小可探测活度浓度详见表 1。

2011年，日本福岛核电站事故发生后，IAEA等六个国际组织发表了IAEA安全标准系列No.GSG-2^[10]“用于核或放射突发事件准备与响应的准则”。针对造成大面积放射性污染的核或放射突发事件，国际原子能机构给出了预置操作干预水平的概念(Default Operational Intervention Level，简称OIL)。预置操作干预水平(OIL)是针对电离辐射危害预先设定的数值。当放射污染超过此数值时，就需采取相应的干预行动。其中预置操作干预水平OIL6中，共对357种放射性核素给出了OIL6值，当单一放射性核素造成的食品、饮水污染超过了OIL6值，或当多种放射性核素造成的食品、饮水污染满足公式(2)时，应采取相应的控制措施，包括以下三方面：(1)停止食用非重要食品、奶或饮水，并根据实际消费率进行评估。立即撤换主要的食品、奶和饮水，或如果不可能撤换主要的食品、奶和饮水，则应把人员重新安置。(2)如果不能立即撤换重要食品、奶和饮水，在存在裂变产物碘污染情况下，要考虑甲状腺碘阻断。(3)如果确信要进行医学筛查，则要对那些食用了来自限值地区食品、奶和雨水的人员，估算剂量。

$\sum\limits_{i} \frac{C_{f, i}}{\mathrm{OIL} 6_\text{i}}>1 $

(2)

式中：C_{f, i}为放射性核素i在食品、奶和饮用水中的浓度(Bq/kg)；OIL6_i为放射性核素i的操作干预水平。

核辐射事件发生后评价人类食品、奶和饮用水部分放射性浓度的预置操作干预水平OIL6中，¹³¹I和¹³⁷Cs的值分别为3 × 10³Bq/kg和2 × 10³Bq/kg。通过表 1中的数据可以看出，针对土壤、水、牛奶、蔬菜、谷类、肉类及海产品等样品，即使是在最短测量时间(测量10 min)的情况下，其最小可探测活度浓度也基本在10² Bq/kg量级，完全能够满足应急情况下放射性核素快速分析的要求。

3 讨论

本文给出了核辐射事件发生后的应急情况下放射性核素的γ能谱快速分析方法。核辐射应急情况下，空气和降水是核辐射事件发生后放射性核素大气扩散沉降的主要途径，是核辐射事件发生早期监测的重点。在空气和降水中检测出核事件所释放的放射性核素后，其他介质的样品，如土壤、牧草、食品、肉类、海产品、水等都是关注的重点，因某种特殊需要，还有可能会采集部分特殊类型样品。本文给出了在应急情况下上述环境介质的采集和预处理方法。并根据应急情况下的不同需求，给出γ能谱仪定性分析和定量分析的方法建议、样品测量的注意事项、测量结果重复错误率的计算、结果报告的必要形式等。利用此分析方法，在应急情况下土壤、水、牛奶、蔬菜、谷类、肉类及海产品等样品，在2 L马林杯样品盒的测量时间与¹³¹I和¹³⁷Cs的最小可探测活度浓度结果可以看出，即使是在测量10 min的情况下，其最小可探测活度浓度也基本在10² Bq/kg量级，完全能够满足核辐射事件发生后评价人类食品、奶和饮用水部分放射性浓度的预置操作干预水平OIL6中的要求。说明此核辐射应急情况下放射性核素的γ能谱快速分析方法是可行的。