一种无源效率刻度法与有源相对比较法相结合的γ谱分析方法的研究

尚 迪 杜瑶芳 马思政陆 地

（烟台出入境检验检疫局 山东烟台 264000）

1 前言

我国现行标准中，关于高纯锗γ谱仪分析的国家标准主要有4部：GB/T 11713—2015《高纯锗γ能谱分析通用方法》、GB/T 11743—2013《土壤中放射性核素的γ能谱分析方法》、GB/T 16140—1995《水中放射性核素的 γ能谱分析方法》、GB/T 16145-1995《生物样品中放射性核素的γ能谱分析方法》。这4部标准中，主要是采用相对比较、效率曲线2种方法来确定γ能谱分析的关键参数——探测效率。这2种方法均属于有源效率刻度，需要利用与待测样品几何形状及大小完全相同、基质类似、质量密度相近，以及源容器材料和样品容器材料相同的效率刻度源。这两者方法对一些种类单纯的样品非常适用，对于种类繁杂的样品，因其基质多样、经济成本高、样品性状不规则等因素，难以制成对应的效率刻度源，因此无法使用这2种方法来进行测量。在实际工作中，对于复杂种类样品，常常使用实验室无源效率刻度（Laboratory Sourceless Calibration Soft ware，LabSOCS）方法来确定探测效率。与有源效率刻度相比，LabSOCS有很多优势[1]：不涉及标准源的使用，无需放射源许可证，无需采购、保存放射源以及废放射源处理、编制源丢失应急预案等辐射安全管理举措，同时也更为安全，不会污染实验室和工作人员；另一方面，大大节约经费，也快速省时，可在短时间内得到结果[2]。

然而，无源效率刻度也存在一些限制，需要拥有厂家提供的探测器表征文件，需要精确的实验条件、样品材质及样品尺寸等参数信息。最重要的是，无源效率刻度模拟的效率与实际效率间存在一定偏差。张京等[3]在研究γ能谱分析中无源效率刻度技术在饮用水放射性监测中的应用发现，对简单基质的水样品而言，LabSOCS无源效率与有源效率相比较，在661.7 kev的137Cs特征峰处相对偏差最大，可达8.6%。John P.Stew art等[4]在美国放射分析年会的一篇研究报告中给出了常见核电站48种样品的无源与有源比对结果，在391.69 kev处，两者效率差别最大，LabSOCS与有源的效率比为0.891。曾奕等[5]为了检验无源效率刻度技术的准确性，用了9个可溯源的典型放射性样品进行测试，发现点源在低能区（<150 keV）偏差为9.2%，中高能区在5.8%以内；对于单一核素体源，偏差在5%以内，而复合核素体源偏差在12%以内。

对于普通测量分析，偏差在20%以内，是可以接受的，无源效率刻度方法完全适用[6]。然而，对于能力验证、实验室间比对等标准品测量分析，效率的准确性很关键，对分析结果影响很重大，20%的偏差很有可能导致不满意结果[7]。因此，当没有对应的效率刻度源又对测量准确度有较高要求时，就迫切地需要找到一种新的方法来满足要求。本研究创造性地将无源效率刻度与有源效率刻度方法相结合，利用无源效率刻度软件，以及样品的密度、组成等参数，计算出不同基质间的校正因子，再结合有源效率刻度计算出相对准确的样品效率。

2 实验部分

2.1 仪器与样品

电热干燥箱（DKN812C型）；粉碎机（WK-200K型）；电子天平（精密度为0.01 g）；标准样品盒（直径70 mm，高 75 mm）；井型高纯锗 γ 谱仪（GSW350，带无源刻度软件）；固体标准源（生产厂家：中国原子能科学研究院，证书编号：130531，密度：1.46 g/cm3），盲样1（CTC建材标准源，生产者：国家建筑材料测试中心，证书编号：GSB 08-1953—2005，密度：1.25 g/cm2），盲样2（2016年CTC建材能力验证样品（CTC PT-2016-03 样品编号 066），密度：1.25g/cm2）。

2.2 分析方法

将CTC建材标准源和 2016年CTC建材能力验证样品作为盲样，两者密度一致，可认为其效率亦相同，但与土壤标准源无源效率不同。采用γ谱仪分别对土壤标准源和盲样进行测量，分别计算某一特征峰的土壤标准源有源效率、无源效率和盲样的无源效率，依照公式：盲样的有源效率=土壤标准源有源效率×盲样的无源刻度效率/土壤标准源无源效率，求得盲样特征峰的效率，继而求得盲样中核素的活度，将结果与证书或能力验证中位值做比较。

3 结果与讨论

3.1 效率修正

将CTC建材标准源与CTC样品视为盲样，因其密度一致，基质一致，故认为两者的效率一致。表1为固体标准源与盲样的3种方法效率值。

表1 固体标准源与盲样的3种方法效率值

3.2 数值比较

利用表1中的效率求得盲样1中的核素比活度见表2。盲样2中的核素比活度见表3。3种方法求得数值，与证书值或中位值的相对偏差见表4，示意图见图1。

表2 盲样1中3种核素比活度（Bq/kg）

表3 盲样2中3种核素比活度（Bq/kg）

表4 3种方法求得数值与证书值或中位值的相对偏差

图1 3种方法求得数值与证书值或中位值的相对偏差

3.3 结果

在对2个不同盲样3种核素、采用3种不同的方法测量得到的6组数据中可以看出，5组数据中无源效率刻度法与有源相对比较法相结合的方法得到数据最接近证书值或中位值，1组数据中其为次优。

4 小结

传统领域如土壤、水、气溶胶、生物灰等常见基质的γ核素定量分析中，使用基质相同、密度相近标准源即可满足检测需求，在进出口商品放射性检测等领域，面对种类繁多的样品，使用无源效率刻度法与有源相对比较法相结合的方法，可有效解决两种方法的弊端，提高γ谱核素定量分析的准确性。

[1]李勇，耿肖臣.样品厚度对实验室无源效率刻度技术测定137Cs和210Pb 的影响[J]. 原子能科学技术，2010，44（1）：80-83.

[2]付杰，徐翠华.无源效率刻度技术研究进展及应用概况[J].核电子学与探测技术，2007，27（4）：799-804.

[3]张京，张庆，拓飞，等.γ能谱分析中无源效率刻度技术在饮用水放射性监测中的应用[J].中国医学装备，2015，12（5）：58-61.

[4]John P.Stew art.LabSOCSTM vs.Source based Gammaray Detector Efficiency Comparisons for Nuclear Power Plant Geometries[C].48th Annual Radiobioassay&Radiochemical Measurements Conference.USA，2002.

[5]曾奕，徐彬，陈立.实验室无源效率刻度技术的准确性检验[J].四川环境，2011，30（3）：5-9.

[6]孙建，姜文华，王百荣.国产无源效率刻度软件在HPGe γ谱仪上应用及评价[J].核电子学与探测技术，2015，35（8）：797-800.

[7]李勇，耿肖臣，于寒青，等.标准物质对HPGeγ谱仪测定环境放射性核素210Pb 和137Cs的影响[J].核农学报，2010，24（6）：1249-1254.