硫酸钡共沉淀射气闪烁法分析水中226Ra测量结果不确定度评定

刘金明，东 双，梁兴初，张 诗，何 旭

(1.中核通辽铀业有限责任公司，内蒙古 通辽 028000；2.内蒙古自治区核与辐射监测中心，内蒙古 包头 014000)

中国常规铀资源十分匮乏，为了满足日益增长的核电发展需求，需要加大铀资源的开发[1]。在铀矿开采过程中，地下水中226Ra含量是铀矿冶辐射环境监测中规定的监测项目，也是地浸采铀退役地下水修复的重要指标之一[2-3]。硫酸钡共沉淀射气闪烁法测定水中226Ra含量[4]是常用的监测分析方法。笔者采用硫酸钡共沉淀射气闪烁法对水样中226Ra含量进行测量，为了更加合理、科学地表征测量结果，保证分析结果的准确性，对水中226Ra含量的测定结果不确定度进行分析。测量结果的不确定度是根据所用信息，表征赋予被测量值分散性的非负参数[5]，测量结果的可信程度和实用性很大程度上取决于其不确定度的大小。随着检测技术的进步，人们对测量结果的可靠性要求越来越高，因此，对测量结果进行不确定度评定具有重要意义[6]。关于不确定评定的研究很多[7-10]，本研究主要参照GB/T 27418—2017进行不确定度评定[11]。

1 试验分析

1.1 主要仪器和试剂

FD-125型室内氡钍分析仪，附500 mL闪烁室，中核(北京)核仪器厂；FH463B型智能定标器，中核(北京)核仪器厂；硫酸、乙二胺四乙酸钠、氢氧化钠、氯化钡，国药集团化学试剂有限公司，分析纯；含镭水样。

1.2 分析步骤

1.3 数学模型

水中镭的计算公式为

(1)

2 测量不确定度的来源

根据对水中226Ra测定方法的研究，认为测量不确定度主要来源于样品测量结果的分散性，闪烁室刻度系数，闪烁室重复测量计数率的测量，方法回收率以及样品取样体积。

2.1 测量不确定度的评定

2.1.1 测量结果分散性引入的不确定度u(y)

使用硫酸钡共沉淀射气闪烁法对含226Ra水样进行重复性测量，按1.2分析步骤进行测量，重复测量6次，以6次测量结果的平均值作为最终测量结果，见表1。根据标准偏差公式计算测量结果分散性不确定度及相对标准不确定度[12]。

表1 镭活度浓度测量结果

2.1.2 闪烁室刻度系数引入的不确定度u(k)

使用闪烁室进行测量，引入不确定度u(k)，测量过程中选取的闪烁室校准证书上给出平均刻度系数K为21.89 Bq/(m3·min)，平均刻度系数扩展不确定度为8.0%(k=2)。平均刻度系数不确定度半宽u(k)、平均刻度系数的相对不确定度urel(k)的计算公式分别为

u(k)=Uk/k，

(2)

urel(k)=u(k)/K×100%。

(3)

当Uk为0.875 6 Bq/(m3·min)，根据式(2)可得u(k)=0.437 8 Bq/(m3·min)，根据式(3)可得urel(k)=2.00%。

2.1.3 闪烁室重复测量计数率引入的不确定度u(i)

使用活度浓度为2.0 Bq/L的含226Ra水样标样进行测量，仪器10 min计数率I为658.0，根据检定证书上提供闪烁室重复性不确定度为8%(k=2)，可得闪烁室重复测量计数率Ui为52.64。闪烁室重复测量计数率半宽不确定度u(i)、单次测量计数率相对不确定度urel(i)1的计算公式分别为

u(i)=Ui/k，

(4)

urel(i)1=u(i)/I×100%。

(5)

根据式(4)可得u(i)=26.32，根据式(5)可得urel(i)1=4.00%。

2.1.4 测量方法回收率引入的不确定度u(r)

使用硫酸钡共沉淀射气闪烁法对标准样(226Ra活度浓度为2.044 2 Bq/L)进行测量，方法给出的回收率为93%～98%，结果均匀分布，取k=31/2，回收率半宽为2.5%，不确定度Ur为0.051 1 Bq/L。测量方法回收率不确定度u(r)、测量方法回收率相对不确定度urel(r)的计算公式分别为

u(r)=Ur/k，

(6)

urel(r)=u(r)/C×100%。

(7)

根据式(6)可得u(r)=0.029 5 Bq/L，根据式(7)可得urel(r)=1.44%。

2.1.5 量筒量取水样引入的不确定度u(v)

使用量筒量取1 000 mL水样。使用的1 000 mL量筒检定合格，允许误差为±4.0 mL，结果符合三角分布，取k=61/2，半宽Uv取4 mL。量筒量取水样引入的不确定度u(v)、量取水样体积引入的相对不确定度urel(v)的计算公式分别为

u(v)=Uv/k，

(8)

urel(v)=u(v)/V×100%。

(9)

根据式(8)可得u(v)=1.633 3 mL。根据式(9)可得urel(v)=0.16%。

2.2 合成不确定度的评定

综上，对各分量不确定度来源进行分析，转化为相对标准不确定度，结果见表2。

合成相对不确定度urel(Ra)的计算公式为

(10)

将表2各分量相对不确定度代入式(10)，得到urel(Ra)=0.085 2。

表2 各分量相对标准不确定度

3 扩展不确定度与结果表示

扩展不确定度计算公式为

U(Ra)=k×C×urel(Ra)。

(11)

当水中C(226Ra)测量结果为2.044 2 Bq/L、置信概率为95%时，取包含因子k=2，根据式(11)，计算出扩展不确定U(Ra)=0.348 3 Bq/L(k=2)。因此测试结果表示为CRa=(2.044 2±0.348 3) Bq/L。

4 结论

依据水中226Ra活度浓度计算公式模型，对硫酸钡共沉淀射气闪烁法测量水中226Ra含量的不确定度进行分量分析。结果表明，闪烁室测量计数率引入的不确定度对水中226Ra测量不确定度影响贡献较大，其次是闪烁室刻度系数。在测量水中226Ra活度浓度时，需合理选定闪烁室，最大程度地降低测量结果的不确定度。