核电站放射性监测技术-2

γ能谱分析系统
• 所用的γ能谱系列应该是集数据获取和计算 于一体，主要包括：探测器，多道分析器， 谱放大器，数据存储和处理设备，屏蔽室 和其它电子学设备。 • 我们学校实验室的γ能谱分析仪是NaI(Tl)γ 能谱仪，能量分辨率为：4%。
• 能量分辨率是衡量两个能量相近的γ射线产 生的能峰是否可以被γ能谱仪系统分开（识 别）的主要指标。 对于NaI(Tl)γ能谱分析仪， 能量分辨率的定义为：137Cs核素662keV能 量峰的半高度处的全宽度除以全能峰的能 量，用百分数表示。
总α放射性测量
• 天然放射性核素所发射的α粒子能量在28MeV间，其射程很短，在一般的地质和生 物样品中，较高能量的α粒子射程为几mm （4-6mg/cm2），环境样品的总α放射性可 分直接测定、浓缩后测定和化学分离后用α 能谱仪测量。常用的α辐射测量装置有正比 计数器、闪烁计数器、半导体探测器等。 正比计数器和半导体探测器具有本底低、 效率高、维护简便、价格较低等优点，应 用较广泛。
γ能谱分析
• 在辐射防护工作中，为了评价环境质量，不仅要知道核事 故产生的人工放射性核素在各种环境介质中的含量，而且 也需要知道天然放射性核素在各种环境介质中的含量。事 实上，对于广大居民来说，他们所接受的辐射剂量的总额 中绝大部分来源于天然放射性的照射，地壳中的天然放射 性核素主要是238U，235U，232Th三个放射系及放射性核素 40K ，因此在环境放射性调查和环境辐射水平估算中，都 需要进行天然放射性核素在环境有关介质中浓度的测定。 由于核试验及核能设施的影响，一些土壤、河泥中含有微 量的137Cs。用NaI(Tl)或高纯锗探测器γ能谱法测定固体样 品中铀、钍、镭、钾及铯等核素含量的实验方法具有样品 处理简单、快速等优点。
水的取样
1. 居民生活区生活用水，从自来水管里取样 2. 雨水收集：雨水收集器的面积在0.1m2到1m2之 间为好，收集器具的表面应该光滑。把样品收 集器放置在建筑物顶上可以将空气中的灰尘对 雨水样品的污染减少到最小程度。雨水收集点 要避开植物的遮挡，收集器的尺寸大小根据该 地区的雨量及下雨的频率而定。对于每月有5－ 25cm的降雨地区，收集器的面积建议为0.1－ 0.3 m2。如果容器重复使用，则必须注意避免交 叉污染，否则将影响所采样品的分析结果。在 放射性沉积期间，如果某地区有显著降雪，可 以采集雪水，其面积为1m2。
3. 采集江、河、湖水样时，应该避开不流动 区域，避开悬浮物和水底的沉渣。采样点 应该设在排出设施的下游。 • 采集水样时，采样管和容器先要用待取水 样冲洗数次。要在采集到的样品中加入1011mol⁄L的盐酸或硝酸，使水的pH值在1-2 之间，可以防止放射性核素在容器上吸附。 • 常用的水样储存容器材料有聚乙烯、聚丙 烯、聚四氟乙烯、硼硅玻璃等。
能量刻度
• γ能谱分析的一个基本要求是准确识别γ能谱中的 全能峰。核素识别主要依靠将测得的γ谱中主要能 峰对应的γ射线能量与已知核素主要γ射线能量相 比较。对γ能谱系统进行准确的能量刻度，从而可 以准确地确定样品谱中每个全能峰对应的γ射线能 量。 • 没有做能量刻度的谱仪系统，测量时的全能峰对 应的只是仪器的道址（一般谱仪测量截面有01024、0-2048、0-4096道），γ射线能量与仪器 的道址近似线性对应关系。
液闪计数器结构
仪器线路框图
• 液闪测量部分主要包括两个光电倍增管、 样品室、前置放大器在内的探测器及符合 电路、相加电路、放大器、符合门、模数 转换器、谱分析器等部分组成。而液闪谱 仪与计算机的联用，使仪器的稳定性、可 靠性、自动化程度和数据处理能力各方面 有了很大的发展，实现了测量全过程的自 动化、程序化。
闪烁液的介绍
• 闪烁液是指除待测样品之外而加到样品计数瓶中 的成分。闪烁液是闪烁过程的基础，它由溶剂、 闪烁体、添加剂等组成。闪烁体的主要功能是变 辐射能为闪烁光；而添加剂具有能使待测样品和 闪烁液之间达到亲密无间的最好接触以及消除化 学发光等功能。 • 溶剂的功能是溶解闪烁体，容纳样品，接受辐射 能并有效地传递能量。在闪烁液中溶剂占99%左 右，大部分射线能量首先被溶剂分子吸收，并在 溶剂分子之间传递，然后交给闪烁体分子。
颜色淬灭
• 在闪烁液内，红色物质和黄色物质对荧光 吸收严重，而蓝色物质吸收很小，闪烁液 中的颜色来自溶解于其中的样品物质，荧 光被这些溶解物质吸收，这种现象在液闪 测量中被称为颜色淬灭。
淬灭校正方法
• 标准淬灭样品：这是一个样品系列，一般为10个样品。一 个样品系列内的10个样品均含有等量的同种核素（被测核 素）的标准放射性，闪烁液和淬灭剂一起达到一固定体积 （如15ml），在一套标准淬灭样品系列中，第一个样品不 加淬灭剂，以后各样品依次加入更多量的化学（或颜色） 淬灭剂（化学淬灭剂多用四氯化碳（CCl4）或硝酸甲烷）。 淬灭剂量开始间隔要小，以后间隔逐渐拉大，这样就完成 了一套标准淬灭样品的制备，10个样品中，放射性含量相 等，但淬灭值由小到大不等，各对应不同的样品谱指数 （淬灭指示参数），拟合得到系统计数效率（对应核素） 对应淬灭指示参数曲线。
液闪测量的基本原理
• 通过以下三方面完成： 1.样品在闪烁液中引起闪烁，把核辐射能转 换成光子； 2.探测光子的光电倍增管和前置放大器，把 光讯号转换成电讯号； 3.把电讯号进行放大、分析、记录。 • 测量时，待测样品与闪烁液混匀在一起， 几乎没有自吸收，且具有4π立体角的几何 条件，所以具有较高的探测效率。
• 在环境样品总β测量中，一般选用KCl作为标准来 刻度仪器的探测效率。其中40K的平均β能量为 0.40MeV，与放置2年的混合裂变产物的平均β能 量（0.48MeV）接近。选用优级纯KCl，在玛瑙研 钵中研细，100目筛子过筛，烘箱中于110℃下干 燥4-6 h ，冷却后在样品盘中铺成不同厚度的系列 刻度源样品，测定样品的探测效率ηβ（包括自吸 收），并绘成ηβ厚度曲线备用。实际测量计算时， 只要根据样品盘中待测样品的实际质量厚度，在 实验刻度曲线上查出相应的ηβ ，即可算出样品的 总β放射性。推荐的KCl中的活度浓度数据为：40K 丰度0.0118%，活度浓度14.5 Bq·g-1 KCl。
3. 在较大地域范围内，比较同类样品、同类 方法获得的总放射性测量数据，以判断本 底是否升高或样品是否被污染的可能； 4.测量样品中的α/β活度比，作为环境放射性 监测工作事件识别的补充数据。 • 总放射性测量在事故应急监测中应用较多， 尤其是用于食品和水样的早期污染判断中。 就常规监测而言，总α和总β放射性测量目 前仍作为多数核设施常规监测项目的内容。
本底测量
• 用一清洁的空白样品盘测量计数系数的α本 底计数率n0。测量时间应足够长，以保证测 定结果具有足够的精度。
总β放射性测量
• 不同核素所发射的β粒子的最大能量相差很 大。因此，很难采用饱和层样来测量样品 的总β放射性。一般将总β放射性测量的样 品的厚度控制在数十mg·cm-境中天然总β放射性测定而言，40K的 贡献是主要的，当需考虑人工放射性贡献 时应确定40K的贡献。
4.2 总α、总β的测量目的和技术
• 总放射性测量的目的： 1. 在同类样品日常监测中，对大量分析样品进行 分类或筛选，初步判断有无放射性污染，如果 有，则判断是否接近或超过控制线，以筛选出 需要进一步仔细测量的样品； 2. 在核事故应急等情况下，已知样品中核素的大 致组成时，利用总放射性测定结果，参照核素 组成资料，推算样品中各单个核素活度的水平， 便于获取较大范围内的数据；
淬灭
• 淬灭及其校正是液闪测量的重要问题之一。 液闪过程发生在闪烁液内，其间有许多能 量的供受关系：具有一定动能的β粒子去激 发溶剂分子，β粒子是供能者，溶剂分子是 受能者；接着溶剂分子把激发能传递给闪 烁体分子，使之激发，此时溶剂分子又成 为供能者，而闪烁体分子即是受能者。凡 是影响这些能量供受关系的因素，最终都 会导致光子的减少，这种现象就是最早的 淬灭概念。淬灭的类型主要有以下几种：
原理
• 将采集的水样酸化，蒸发浓缩，转化为硫 酸盐，于350℃灼烧。残渣转移至样品盘中 制成样品源，在低本底α、β测量系统的α道 作α计数测量。 • α粒子在样品中的自吸收一般是不可忽略的， 自吸收系数f可用下式计算，式中n0，ni分别 表示源物质无自吸收和有自吸收时的计数 率。据估计样品质量厚度<30 µg·cm-2时， 自吸收效率约为±1%。 n
化学淬灭和浓度淬灭
• 在荧光产生过程中，有许多化学物质分散溶剂的 激发能，或同闪烁体分子竞争激发能，有的与闪 烁体分子形成复体，减少了闪烁体的浓度，这些 作用最终都减少了荧光的产生效率，称为化学淬 灭。 • 浓度淬灭：闪烁体在闪烁液内有一个最佳浓度， 当浓度低于最佳浓度时，计数效率随闪烁体浓度 的增加而增加，但当浓度超过最佳浓度时，计数 效率反会因闪烁体浓度的增加而下降，这就是闪 烁体的浓度淬灭。
液闪样品制备
• 一般的液闪样品瓶有两种尺寸：20ml和7ml，可根据待测 的样品量和样品的强弱来选择不同尺寸的样品瓶；制造样 品瓶的材料广泛采用低钾玻璃和聚乙烯塑料。 • 理想的液闪探测条件是，能保持由样品放射性辐射到溶剂 分子、闪烁体分子的最佳能量传递过程以及量子发射产额， 为此，样品须和闪烁液呈分子状态接触，作均相测量，测 量体系应该是透明的。制样技术的基本要求，应当是成本 低、操作时间短、系统误差小、重复性好，探测效率高， 对低能β发射体有较高的探测灵敏度；样品兼容性大，安 全可靠。遗憾的是，种类繁杂、性质各异的样品，仅有少 数是不经预处理就能直接溶于闪烁液的。
液体闪烁谱仪
• 液体闪烁测量（liquid scintillation counting） 是当前应用最广泛的射线探测技术之一。 在生物学、医学、农业科学、环境科学水 文地质、和考古学等领域都发挥着重要作 用。液闪测量技术是一种测量低能β辐射的 行之有效的方法，也可以用来探测α射线、 中子、γ射线等辐射。液闪计数法已被指定 用于水中氚化水([3H]H2O)放射性浓度的测 量，此方法适用于所有种类水（包括海 水）。