林穎越，陳 穎

(福建福清核電有限公司，福建 福清 350318)

某輻射環(huán)境實驗室參加了國家某研究中心組織的2018年度輻射環(huán)境實驗室間放射性測量比對工作，參與的土壤中γ比對項238U和232Th結(jié)果為不滿意。

1 不滿意原因分析

評價依據(jù)《利用實驗室間比對進行能力驗證的統(tǒng)計方法》(GB/T 28043-2011)和《能力驗證結(jié)果的統(tǒng)計處理和能力評價指南》(CNAS-GL02)的要求，采用En值法評價土壤中γ核素的比對結(jié)果，238U、226Ra、232Th和40K以專家實驗室測量結(jié)果作為指定值，±后數(shù)值為擴展不確定度，k=2。

由表1評價結(jié)果可看出，238U、232Th結(jié)果為不滿意，但同時其他4種核素的En值也比較接近1，整體比對結(jié)果偏差較大。以下將從樣品來源、測量儀器、測量方法等方面對本項目比對結(jié)果不滿意原因進行分析：

表1 土壤中γ核素比對結(jié)果Tab.1 Comparison results of γ in soil

1.1 樣品來源

本次“土壤中γ”比對項目所使用的土壤基質(zhì)為天然采集的土壤樣品，比對樣品通過向土壤中加入一定量137Cs、60Co標(biāo)準(zhǔn)溶液混合均勻的方法進行制備。該樣品通過了異常值與均勻性檢驗，說明該樣品中放射性核素分布均勻、穩(wěn)定。樣品寄送至本單位時外觀良好，包裝無破損，排除樣品受到外部污染的可能。

1.2 測量儀器

測量儀器為美國奧泰克公司生產(chǎn)的P型高純鍺γ譜儀(型號GEM60P4-83)，相對于NaI(Tl)的相對探測效率均大于40%，能量分辨率≤2.3 keV，性能指標(biāo)均滿足《GB/T 11743-2013 土壤中放射性核素的γ能譜分析方法》要求。該儀器經(jīng)計量質(zhì)量檢測研究院校準(zhǔn)合格，初步排除因儀器問題導(dǎo)致的比對數(shù)據(jù)不滿意。

1.3 測量方法

測量方法使用《GB/T 11743-2013 土壤中放射性核素的γ能譜分析方法》中的效率曲線法。效率刻度源存在部分偏差。該標(biāo)準(zhǔn)要求，對于一般土壤樣品測量用鈾、鐳、釷、鉀的體標(biāo)準(zhǔn)源進行效率刻度。本實驗室使用的土壤效率刻度源添加的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)包括241Am、109Cd、57Co、139Ce、113Sn、85Sr、137Cs、54Mn、88Y、65Zn、60Co。由中國計量科學(xué)研究院制作并校準(zhǔn)的土壤監(jiān)測效率校準(zhǔn)源，其源的幾何形狀、大小、基質(zhì)與待測樣品基本相同。因鈾、鐳、釷、鉀核素能量包含在此體標(biāo)準(zhǔn)源所含核素能量區(qū)間內(nèi)，而且此校準(zhǔn)源活度的總不確定度為2.11%<5%，理論上滿足該標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.4 圖譜解析

238U的高純鍺γ譜測量直接選用來自238U第一代短壽命子體232Th本身的特征γ輻射，如63.3 keV或92.6 keV的特征γ輻射。P型探測器在63.3 keV處的效率較低，所以凈計數(shù)率就比較低，而且該處的康普頓平臺比較高。在這種情況下，核素活度小于探測限，無法由該峰來確定238U，故238U的活度由92.6 keV的峰活度來確定，但在92.6 keV處有多個干擾峰，導(dǎo)致自動解譜誤差很大。N型探測器在63.3 keV處的效率比較高，所以凈計數(shù)率也比較高，活度大于探測限。對于92.6 keV的峰而言，其情況和P型探測器類似。與此同時，不管是P型還是N型探測器，63.3 keV和92.6 keV的兩個峰型都偏窄，一般就幾道，再疊加康普頓平臺的影響，238U解譜的誤差比高能γ峰要大，這也是造成238U測量不準(zhǔn)確的主要原因。此外，由于本實驗室所采購的放射源中未添加238U，而是采用241Am的59.54 keV和109Cd的88.03 keV來進行低能段刻度曲線的擬合，因此誤差較大，232Th亦然。238U、232Th結(jié)果為不滿意，其他4種核素的En值也比較接近1，整體比對結(jié)果偏差較大，而效率刻度曲線擬合符合擬合誤差小于5%的技術(shù)要求，因此推測可能是效率源給出的探測效率不準(zhǔn)確而導(dǎo)致比對結(jié)果不滿意。

2 實驗驗證

針對以上分析，實驗室借用一枚含238U、235U、226Ra、232Th、40K、241Am、137Cs、60Co的土壤效率刻度源(代碼“1”)(該源與比對樣品及本實驗室用源2的幾何形狀、大小基本一致)與比對時使用的效率刻度源(代碼“2”)，分別對N型高純鍺譜儀和P型高純鍺譜儀都進行效率刻度和重新解譜分析，分析結(jié)果匯總至表2。

表2 實驗土壤中γ核素測量結(jié)果及評價Tab.2 Measurement results and evaluation of γ in experimental soil

從P型譜儀的數(shù)據(jù)來看，土壤刻度源1相對于土壤刻度源2在天然核素238U、226Ra、232Th的數(shù)據(jù)En值大大降低。從N型譜儀的數(shù)據(jù)來看，土壤刻度源1的各項數(shù)據(jù)相對于土壤刻度源2來說均為滿意。從土壤刻度源2的數(shù)據(jù)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，N型探測器在天然核素數(shù)據(jù)上較P型探測器更接近比對指定值，這是因為N型探測器在低能段的探測效率更高，得到的低能γ核素的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確，土壤刻度源1的數(shù)據(jù)亦然。綜合來看，土壤刻度源1在天然核素的刻度效果方面明顯優(yōu)于土壤刻度源2，而N型探測器在天然核素的結(jié)果準(zhǔn)確性方面明顯優(yōu)于P型探測器。

3 結(jié)論及建議

此次土壤比對實驗中造成238U、232Th濃度測量結(jié)果不滿意的主要原因是未使用添加238U、232Th等低能段的天然放射性核素的效率刻度源進行刻度，而且使用了對于低能段探測效率較低的P型高純鍺探測器。對于目的是測量天然放射性核素的土壤，宜使用添加目標(biāo)核素的模擬土壤體源進行效率刻度，并推薦使用低能段效率較高的N型高純鍺探測器進行測量。輻射環(huán)境實驗室間比對時，應(yīng)盡量避免因效率刻度采用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不一致而導(dǎo)致測量結(jié)果不一致，可以考慮統(tǒng)一采購標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或進行標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的傳遞。由于環(huán)境土壤放射性測量具有放射性活度低、干擾因素多、準(zhǔn)確測量困難等多方面特點，因此，必須正確理解檢測方法，把握好每一測量環(huán)節(jié)，盡量減少誤差，以保證放射性檢測結(jié)果的準(zhǔn)確。