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技術(shù)文章

建筑材料放射性和室內(nèi)氡濃度檢測技術(shù)

閱讀：2604發(fā)布時(shí)間：2011-8-18

　　γ譜儀與建筑材料放射性比活度檢測技術(shù)
　　
　　對于執(zhí)行GB6566和GB50325的檢測實(shí)驗(yàn)室來說，一般不必購買價(jià)格昂貴的高純鍺γ譜儀，只須配備合格的*γ譜儀就能完成檢測任務(wù)。
　　
　　*Nal（TI）γ譜儀由探測器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（包括數(shù)據(jù)采集軟件）及γ譜分析軟件組成。其中探測器由*晶體、光電倍增管、前置放大器及鋁殼組成；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由高低壓電源。放大器、多道分析器組成；而多道分析器由模數(shù)變換器（ADC）、多道數(shù)據(jù)采集卡和多道仿真軟件組成。
　　
　　（1）選用合格的低本底多道*γ能譜儀
　　
　　現(xiàn)在國內(nèi)涉及到*γ譜儀使用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有2個(gè)，即GBll743－89《土壤中放射性核素的γ能譜分析方法》和GB/T16143—1995《建筑物表面氡析出率的活性炭測量方法》，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定*晶體尺寸不小于7．5cmX7．5cm，屏蔽室的等效鉛當(dāng)量不小于10cm。因?yàn)?gamma;譜儀要測量的鐳-226、釷-232、鉀一40核素在地球上任何一個(gè)地方都存在，實(shí)驗(yàn)室的地面、天花板、四面墻壁都會(huì)產(chǎn)生這些核素的γ光子。這些γ光子能穿透鉛室進(jìn)入*探測器，如鉛室厚度不夠，γ譜儀本底會(huì)很高；*晶體尺寸小，γ譜儀探測效率低，γ譜儀測樣品時(shí)的計(jì)數(shù)接近γ譜儀測本底時(shí)的計(jì)數(shù)，γ譜儀測得的樣品凈計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)誤差大，根據(jù)樣品凈計(jì)數(shù)計(jì)算出的樣品比活度分散性很大，測量結(jié)果達(dá)不到GB6566和GB50325的要求。
　　
　?、偬綔y器：一般用中Φ7．6cmX7．6cm*晶體，分辨率應(yīng)小于9％（分辨率是指137Cs的661．66keV峰的半高寬（FWHM）除以661．66keV峰的峰位）。一般進(jìn)口探測器的分辨率小于7．5％，實(shí)際測量7％左右；國產(chǎn)探測器的分辨率7％～10％。為此建議用戶購買進(jìn)口探測器。
　　
　?、阢U室：屏蔽層鉛厚度應(yīng)不小干10cm。內(nèi)腔大的因散射小，屏蔽效果較好，內(nèi)腔直徑Φ220mm的鉛室比較適宜。本底計(jì)數(shù)率應(yīng)不大干5cps（每秒計(jì)數(shù)），測本底計(jì)數(shù)率用3”X3”（7.6cmX7.6cm）*探測器，關(guān)閉鉛室。本底計(jì)數(shù)率等于1到1024道全譜計(jì)數(shù)之和（每道計(jì)數(shù)相加）除以測量活時(shí)間。質(zhì)量好的鉛室本底計(jì)數(shù)率小于3．3cps（每秒計(jì)數(shù)）。
　　
　?、鄱嗟婪治銎鳎憾嗟赖罃?shù)應(yīng)為512道或1024道。多道仿真軟件應(yīng)有測量預(yù)置（設(shè)置實(shí)時(shí)間、活時(shí)間）、設(shè)置感興趣區(qū)ROI、能量刻度、尋峰、核素識(shí)別等功能。
　　
　?、?gamma;譜儀穩(wěn)定性：24h峰位漂移小于1％。好的譜儀24h峰位漂移小平0．7％，長期穩(wěn)定性一個(gè)月峰位漂移小于1％。γ譜儀要測建材樣品放射性比活度必須先做刻度，測本底譜，分別測鐳-226、釷-232．鉀-40三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)源，做一次刻度一般需1-3d時(shí)間，做完刻度后再測樣品。分析樣品譜時(shí)是將鐳-226、釷-232、鉀-40三個(gè)感興趣區(qū)的每一個(gè)區(qū)間總計(jì)數(shù)分別分解成該區(qū)間的鐳-226的計(jì)數(shù)、釷-232的計(jì)數(shù)、鉀-40的計(jì)數(shù)，這就要求γ譜儀必須有很好的穩(wěn)定性，保證儀器測樣品時(shí)的感興趣區(qū)與測標(biāo)準(zhǔn)源時(shí)的感興趣區(qū)相同。
　　
　　⑤計(jì)算樣品放射性比活度的γ譜分析軟件：現(xiàn)在只有兩種*γ譜分析方法，即逐道zui小二乘法擬合和逆矩陣法，逐道zui小二乘法擬合因計(jì)算用的道數(shù)多，統(tǒng)計(jì)誤差小，計(jì)算結(jié)果比逆矩陣法準(zhǔn)確；逆矩陣法用三個(gè)感興趣區(qū)計(jì)算結(jié)果。中國原子能科學(xué)研究院王里玉教授和清華大學(xué)宋征博士的*γ譜分析軟件用逐道zui小二乘法擬合，國內(nèi)其它的*γ譜分析軟件全部用逆矩陣法；王里玉教授的軟件。不同軟件要求樣品的測量時(shí)間各不相同，王里玉教授的軟件測樣品需2．5h以上，宋征博士的軟件測樣品需3h以上，其它逆矩陣法軟件測樣品需4h以上，才能保證大部分樣品的比活度測量結(jié)果的不確定度不大于20％。生產(chǎn)*γ譜儀的主要廠家有美國PRINCETONGAMMA-TECH公司、CANBERRA公司、ORTEC公司、北京核儀器廠等，PRINCETONGAMMA-TECH公司的MCA2100R*γ譜儀采用美國QCC二次壓縮變換技術(shù)，大大提高了*γ譜儀的性能（實(shí)際分辨率優(yōu)于其他廠家），γ譜圖中從低能到高能的γ射線峰清晰漂亮（重疊部分很少），能量刻度比其它*γ譜儀都準(zhǔn)確。
　　
　?。?）選用有計(jì)量證書的標(biāo)準(zhǔn)源
　　
　　因碘化鋼探測器有溫度效應(yīng)，1－2個(gè)月就需要用戶重新刻度*γ譜儀，執(zhí)行GB6566檢測建材放射性的實(shí)驗(yàn)室購買*γ譜儀時(shí)一定要配置有計(jì)量證書的鐳-226、釷-232、鉀-40三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)源和混合標(biāo)準(zhǔn)源（標(biāo)準(zhǔn)樣品）。
　　
　　（3）實(shí)驗(yàn)室環(huán)境
　　
　　因光電信增管有一定溫度系數(shù)，*γ譜儀實(shí)驗(yàn)室應(yīng)裝空調(diào)。*γ譜儀工作時(shí)室溫變化范圍≤士2℃，相對濕度≤75％。
　　
　?。?）用標(biāo)準(zhǔn)源刻度γ譜儀
　　
　　刻度γ譜儀的周期由譜儀穩(wěn)定性決定，一般l-2個(gè)月一次，譜儀穩(wěn)定性好，可更長時(shí)間做一次?？擅恐軠y一次標(biāo)準(zhǔn)樣品（測量時(shí)間4h以上），若測量值與標(biāo)準(zhǔn)值偏差大于18％，需重新刻度。建議測本底12h以上，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)源測6h以上。測量時(shí)間長，統(tǒng)計(jì)誤差小，標(biāo)準(zhǔn)譜的峰形好，刻度結(jié)果好。
　　
　?。?）裝樣
　　
　　樣品稱量應(yīng)是干樣質(zhì)量，若是濕樣，應(yīng)在105℃烤箱內(nèi)烘烤3-4h后稱量裝樣。譜儀測量是相對測量，裝樣品的盒和標(biāo)準(zhǔn)源的源盒必須是同一種盒子，樣品的高度和標(biāo)準(zhǔn)源的高度相同（樣品體積與標(biāo)準(zhǔn)源體積相同），測樣品與測標(biāo)準(zhǔn)源的幾何位置相同，就可保證對同一種能量，測樣品時(shí)的效率與測標(biāo)準(zhǔn)源時(shí)的效率相同。
　　
　?。?）放射性平衡
　　
　　新國標(biāo)規(guī)定樣品密封、平衡后再測量樣品，其意思非常不明確。實(shí)際上γ譜儀測鐳測到的是鐳的子體氡及氡子體的γ射線。理論上計(jì)算樣品密封后放置20d，鐳與氡就達(dá)到平衡。老國標(biāo)的規(guī)定非常明確，樣品密封后放置20d再測量。平常檢測樣品，客戶希望盡快拿到報(bào)告，要快出報(bào)告，需要積累一些數(shù)據(jù)。實(shí)際測量可分兩大類：比對測量和超標(biāo)樣品密封后放置20d后測量。一般樣品密封后放置4d后測量，只要對鐳的比活度乘一個(gè)修正因子F，不同材料F值不同，一般小于1．10。
　　
　　例如水泥密封后，放置4d后測量一次，測得鐳的比活度為A4，該樣品繼續(xù)放置到20d后再測量一次，測得鐳的比活度為A20，A20為準(zhǔn)確值，求得水泥修正因子F=A20／A4。對不同水泥測幾次，求F的平均值，以后再測水泥樣品就可在一周內(nèi)出報(bào)告。求F值時(shí)樣品測量時(shí)間長一些，6h以上。對瓷磚、花崗巖等不同種類的建材及土壤樣品可同樣處理，不同種類的建材F值不同。
　　
　　2室內(nèi)氡檢測方法
　　
　?。?）氡濃度不確定度的測定
　　
　　氛濃度不確定度的實(shí)測主要取決于連續(xù)測量時(shí)間（采樣時(shí)間）。用RAD7測量某地下室，設(shè)置選2-DAY，儀器每小時(shí)給一個(gè)氡濃度值，連續(xù)測量48h，測量結(jié)果如下：平均氡濃度200Bq／m3，zui大氡濃度396Bq／m3，zui小氡濃度46．IBq／m3。這就是說若用RAD7不同時(shí)間只測一小時(shí)，則測量結(jié)果可能相差8．6倍。室內(nèi)氡氣的濃度很不穩(wěn)定，我國2000年前只有衛(wèi)生、核工業(yè)和環(huán)保部門的研究所測量過氡濃度，都是小范圍的測量，沒有大面積的普查。*只有美國做過大面積的室內(nèi)氡濃度測量，到1999年，美國已有3800萬個(gè)家庭測量過室內(nèi)氡濃度。美國測氡儀器和實(shí)測方法都有國家標(biāo)準(zhǔn)，而且標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容明確詳細(xì)，整個(gè)行業(yè)都遵守標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)氡濃度測量很規(guī)范。
　　
　　因?yàn)槭覂?nèi)氡濃度波動(dòng)大，每小時(shí)都會(huì)有變化，輻射防護(hù)委員會(huì)（ICRP）和原子能機(jī)構(gòu)
　　
　?。↖AEA）制定的標(biāo)準(zhǔn)以及國標(biāo)GB／T18883－2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定室內(nèi)氡濃度的行動(dòng)水平限值均是指年平均值。顯然用固體徑跡探測器連續(xù)測一年的氛濃度值zui能代表室內(nèi)氡濃度的實(shí)際情況，但這種測量太費(fèi)時(shí)；若測量幾分鐘，幾小時(shí)，這種測量結(jié)果分散性（不確定度）太大，根本不能代表實(shí)際情況。我們應(yīng)該用折中方法，*只有美國研究氡的科學(xué)家zui多，測量數(shù)據(jù)zui全面，在我們沒有達(dá)到美國水平之前，不妨采用美國規(guī)范可行的檢測方法。美國氡測量標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)氡和氡子體測量標(biāo)準(zhǔn)》（EPA402-R-93-003，June1993）中將氡濃度檢測分兩步進(jìn)行，*行篩選測量，若篩選測量結(jié)果高于一定水平，建議進(jìn)行第二次測量即跟蹤測量。篩選測量的測量時(shí)間2-90d，取決于測量裝置，如連續(xù)測氡儀48h以上，固體徑跡探測器90d。GB50325中的氡濃度檢測實(shí)際上就是篩選測量。
　　
　　（2）主要測氡方法簡介
　　
　　GB／T14582－93《環(huán)境空氣中氡的標(biāo)準(zhǔn)測量方法》中有四種測氡方法，簡介如下：
　　
　　①徑跡蝕刻法：此法可測氡濃度的年平均值，是美國氡測量標(biāo)準(zhǔn)中推薦的方法之一。上固體徑跡探測器應(yīng)用率逐年提高，具有靈敏度高、測量結(jié)果重現(xiàn)性好、操作簡便、測量期間不需要電源等優(yōu)點(diǎn)。但徑跡探測器采樣時(shí)間需90d以上，建筑工程不可能接受90d的檢驗(yàn)周期。
　　
　　②活性炭盒法：此法可測氡濃度的短期平均值，也是美國氡測量標(biāo)準(zhǔn)中推薦的方法之一。美國*推薦的測氡實(shí)驗(yàn)室一般具有2種以上的測氡方法，這些實(shí)驗(yàn)室絕大部分（90％以上）都有活性炭盒法，通過郵寄測量家庭室內(nèi)氡濃度?；钚蕴亢蟹ň哂袦y量結(jié)果準(zhǔn)確、操作簡便、采樣期間不需要電源、體積小、便于布放和郵寄等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是濕度影響活性炭對氡的吸附，必須做濕度修正。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，活性炭盒法工程檢測，執(zhí)行GB50325的檢測實(shí)驗(yàn)室應(yīng)活性炭盒法。
　　
　?、垭p濾膜法：此法測量瞬間采樣的氡濃度，美國不用雙濾膜法測量室內(nèi)氡濃度。裝置笨重，采樣頭的頻繁換取可能會(huì)引起漏氣，影響測量結(jié)果。若按GB／T14582－93附錄A的要求，連續(xù)2d多次測量手算平均值，工作量太大。
　　
　?、軞馇蚍ǎ捍朔y量瞬間采樣的氡濃度，美國不用氣球法測量室內(nèi)氡濃度。氣球法技術(shù)難度太大，不實(shí)用。
　　
　?、葸B續(xù)測氡儀：限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，GB／T14582－93只在附錄中有連續(xù)測氧儀，并規(guī)定檢測時(shí)間至少24h。目前很多檢測實(shí)驗(yàn)室都購買連續(xù)測氡儀，主流是1027和RAD7，RAD7準(zhǔn)確度高。閃爍室型的連續(xù)測氡儀很容易本底增高，測量值偏大，特別是測量高濃度的房間后，接著測普通房間，結(jié)果偏大；需用氮?dú)鉀_洗閃爍室或放較長時(shí)間才能再使用。
　　
　?。?）規(guī)范準(zhǔn)確方便快速的室內(nèi)氡檢測方法——活性炭盒法
　　
　　1027的說明書中明確說明測量室內(nèi)氡濃度需連續(xù)測量48h以上；RAD7的說明書中也說明美國*（EPA）的標(biāo)準(zhǔn)要求取兩天測量的平均值，而RAD7的設(shè)置中有l(wèi)-DAY和2-DAY。這說明在美國氡檢測非常規(guī)范，無論是儀器生產(chǎn)廠家或檢測機(jī)構(gòu)，都遵守EPA標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)氡和氡子體測量標(biāo)準(zhǔn)》。執(zhí)行GB50325的檢測實(shí)驗(yàn)室需購買多臺(tái)1027或RAD7才能滿足工作需要。大的檢測單位因測量建筑材料放射性已購買低本底多道γ能譜儀，用活性炭盒法測氡經(jīng)濟(jì)上*，一個(gè)活性炭采樣盒相當(dāng)于一臺(tái)連續(xù)測氡儀，采樣時(shí)間48h測量結(jié)果規(guī)范準(zhǔn)確。小的檢測單位可租用活性炭采樣盒或買1027，因?yàn)橐慌_(tái)RAD7價(jià)格相當(dāng)于8臺(tái)1027。用戶購買連續(xù)測氡儀一定要英文說明書，國內(nèi)相當(dāng)多的經(jīng)銷商沒有放射性專業(yè)知識(shí)，中文說明書有很多錯(cuò)誤，有的甚至有意將1027說明書首頁“測量時(shí)間48h以上”刪掉。
　　
　　RAD7說明書質(zhì)量控制一節(jié)中說明將RAD7與活性炭盒測量結(jié)果比較，若偏差大，再與另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室活性炭盒測量結(jié)果比較，若偏差仍大，建議將RAD7送回廠家重新刻度。這說明活性炭盒法與RAD7具有同一水平的準(zhǔn)確性。
　　
　　活性炭盒法測室內(nèi)氡濃度一般采樣時(shí)間48h，采樣結(jié)束后的活性炭盒放置3h就可用γ譜儀測量。碘化鋼γ譜儀可以20min測一個(gè)活性炭盒，正常上班時(shí)間可測20個(gè)活性炭盒，4d就可出一個(gè)較大工程的檢測報(bào)告。與其它方法相比，工程驗(yàn)收檢測只有活性炭盒法既可達(dá)到規(guī)范的采樣時(shí)間，又可準(zhǔn)確快速的報(bào)告檢測結(jié)果。
　　
　　要保證活性炭盒法的準(zhǔn)確性，必須刻度準(zhǔn)確，至少做3個(gè)濕度下的刻度以修正濕度的影響，用活性炭（鐳）氡標(biāo)準(zhǔn)源核準(zhǔn)γ譜儀的漂移，并有質(zhì)量保證措施，這需要專業(yè)實(shí)驗(yàn)室提供服務(wù)。

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