浅谈放射性矿石样品的快速检测问题

杨芳 高艳静

摘 要：用伽玛能谱仪对建材样品中的放射性核素进行检测已成为实验室的常用方法，鉴于放射性矿石样品的活度要比建材样品高约一个数量级以上，故对其的快速检测成为可能。文章从“社会生产”的角度出发，对放射性矿石样品的快速检测进行研究讨论，在误差允许的范围内，达到快速、有效地对样品进行分析测试，从而提高检测效率，降低经济成本。

关键词：伽玛能谱仪；放射性检测；快速检测

1 引言

测量样品中的放射性核素的活度需要借助专业核仪器测量其发出的伽玛来完成。在放射性核素活度的测量中，广泛使用NaI（Tl）闪烁伽玛谱仪和Ge（Li）、HpGe（高纯锗）半导体伽玛谱仪。闪烁伽玛谱仪装置成本低、探测效率高、保管较为方便、不用液氮养护，但能量分辨率较差，因而难于胜任分析核素较多、谱线较复杂的样品。而半导体伽玛谱仪比伽玛闪烁谱仪的分辨率要高、线性好，特别是HpGeC谱仪克服了需要在低温下保存的缺点，因此被认为是迄今为止最佳伽玛谱仪。用HpGe伽玛谱仪对样品做放射性物质含量测定，具有制样简单、可同时分析多种核素、准确度高等许多优点，是一种最可靠的方法，甚至被一些国家标准指定为仲裁方法。

2 检测原理及方法概述

伽马能谱测量主要是指在地面或在飞机上用伽马能谱仪测量土壤和岩石中的天然放射性元素的强度。这里所指的天然放射性元素为铀、钍、钾3元素；而所指的强度为铀、钍、钾3元素在衰变时各所放射出的伽马射线的计数和铀、钍、钾3元素所放射的伽马射线的总计数，以及通过计数而计算出的轴、钍、钾3元素的含量。由于铀、钍的衰变核素和钾的放射出的伽马射线有不同的特征能谱，能用伽马能谱仪分辨出和探测到，因而可以实现土壤和岩石的现场伽马能谱测量。

用伽马能谱测量找金，主要是通过研究铀、钍、钾3元素在土壤和岩石中的分配、分布与金矿成矿地质条件及金矿近矿围岩蚀变的关系，总结出作为间接找金的伽马能谱标志，用来进行同类地质条件地区的找金预测。不能看出，用伽马能谱找金有如下几个十分重要的方面： （1）正确选择测量地域和测量点，以保证测量结果的准确性和具有代表性。（2）研究金矿成矿地质条件及研究金矿近矿围岩蚀变类型。（3）找出伽马能谱测量结果与金矿成矿地质条件及研究金矿近矿围岩蚀类类型的关系，因不同的成矿地质条件、不同的近矿围岩类型和不同的金矿类型，其找金的伽马能谱特征标志亦不同。（4）从已知的金矿区至未知区，从已知金矿区得到的结论只适用于同类地质条件的未知区。（5）在未知区测得伽马能谱特征后，须再一次研究本地区的地质条件，对能谱测量结果“去伪存真”后，才能进行预测。

伽玛与锗探测器相互作用损失能量，产生的电子-空穴对在外加电场的作用下移动和被收集，从而得到一个幅度正比于伽玛能量的电脉冲。电脉冲信号由电子学系统放大、分析和计数，得到一个C能谱即伽玛对能量的分布。根据C能谱中全能峰所对应的能量，可以定性地确定样品中含有的放射性核素。根据被测量核素某特征伽玛全能峰净面积计数率，可以定量地确定样品中该核素的活度。

测量放射性核素的活度，有相对比较法和效率刻度法。相对比较法是通过测量样品与标准源中被测核素某个伽玛全能峰的净面积，与标准源中该核素活度比较，从而得到样品中被测核素的活度。这个方法直接、简单，避免符合相加修正，可以得到较高的精度。效率刻度法是用一套单能系列标准源或一两种多C核素标准源刻度一条全能峰效率曲线，被测核素的效率可以从效率曲线内插得到，于是从测量样品中被测核素某伽玛全能峰的净面积计数率便可以计算出活度。这种方法比较通用，但有时候要作符合相加修正，比较麻烦。从简单实用的角度出发，采用相对比较法测量放射性矿石样品比活度。

3 实验方法探讨

3.1 标准源制备

标准源的制备包括体标准源和空白标准源的制备，其中体标准源是用来分析被测核素的，空白标准源是用来分析本底的。体标准源可由法定计量技术部门提供或经计量部门检定，量值能溯源到国家计量基准的放射源得到，也可以用适当的基质加入适量的标准放射性物质（量值能溯源到国家计量基准）制成。根据经常送检的放射性矿石成分特点，本检测中心制备了HL-02-03铀、镭标准源用于放射性矿石样品中238U的检测。该标准源具体参数如下：净重160g，其中标准物质含量8. 0014g，铀总量17443. 05Lg，镭总量68. 73@10-10g，基质含量151. 9986g，基质采用60目分析纯SiO2和60目分析纯Al2O3按9： 11比例均匀配置而成，均匀性、稳定性良好。空白标准源采用60目分析纯SiO2和60目分析纯Al2O3按9： 11比例均匀配制而成，均匀性、稳定性良好。体标准源和空白标准源制备好后，用石蜡密封，封存3-4周，使铀、镭和它们的短寿命子体达到放射性平衡。

3.2 伽玛能谱仪的能量刻度

能量刻度是用含有已知核素的刻度源来刻度C能谱仪的能量响应。能量刻度范围应从50-3000keV。我们采用发射多种伽玛的152Eu核素做能量刻度，它具有能量稳定，刻度简单的特点，测量一次即可调用刻度程序进行能量刻度。

3.3 样品的制备

放射性矿石样品必须经过适当的处理制成测量的样品。对于矿石样品，首先要烘干、粉碎，然后过筛、装盒。含有放射性气体的矿石样品必须密封。因此，本检测中心对样品烘干至恒重后，粉碎后经60目筛子过筛后，对样品装盒。装样时，使用和体标准源相同的样品盒，装样质量和体积尽量与体标准源相一致，为的是尽量使样品和体标准源的差异性很小，从而提高测量结果的准确。

3.4 测量时间

理论上说，对样品的测量时间越长，对放射性核素某个特征峰的计数统计误差越小，但随着检测时间的增加，成本也随之增加，为了兼顾准确性和成本，对样品A进行了不同时间的测量。随着测量时间的增加，计数统計误差逐渐减小，并最终趋向于一个常数。根据GB 11743-89中对土壤中放射性核素的C能谱分析的要求，在置信度为95%下，土壤样品中铀的计数统计误差小于20%，我们对于放射性矿石样品的测量时间选定在7200 s（2个小时），所得结果误差允许，又经济可行。

4 结束语

放射性矿石样品的快速检测方法是兼顾准确性和经济成本的方法，主要是为放射性物探提供指导性结果，它的主要思想是通过检测放射性矿石中某一种或某几种核素衰变放出的特征伽玛，用仪器记录从而计算出矿石中含有的放射性核素含量。该方法对不同核素的快速检测略有不同，同时测量时间也可根据矿石样品的放射性比活度的大小做适当改变，各实验室可以在此基础上根据自身实际适当调整，从而达到准确性和经济成本的统一。

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