劉宇航，黃英，杜元媛，古川，陳晗

(綿陽(yáng)市輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)站，四川 綿陽(yáng)，621000)

0 引言

放射性污染事故是重大突發(fā)性環(huán)境污染事故之一，由于放射性污染的特殊性，快速、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)結(jié)果在事故應(yīng)急響應(yīng)過(guò)程中尤為重要[1]。

在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)方法中，含鈾放射性廢水樣品主要通過(guò)低本底α、β計(jì)數(shù)器測(cè)量其活度濃度或者通過(guò)微量鈾分析儀測(cè)量其質(zhì)量濃度[2]。前者前處理過(guò)程繁瑣、制樣時(shí)間長(zhǎng)；后者測(cè)量樣品放射性的種類(lèi)較為局限，探測(cè)限較高，其測(cè)量結(jié)果的單位與監(jiān)管規(guī)范中[3]規(guī)定的活度濃度限值不一致。

γ能譜分析方法具有前處理過(guò)程簡(jiǎn)單、快速，無(wú)破壞性等優(yōu)點(diǎn)[4-5]，能快速識(shí)別γ放射性核素種類(lèi)，在測(cè)量樣品的放射性時(shí)被廣泛應(yīng)用，隨著高純鍺γ能譜儀設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，尤其是在低能段能量分辨率的提高，使得對(duì)一些常見(jiàn)的低能段的核素測(cè)量成為可能。

本文以某單位危險(xiǎn)廢物庫(kù)中的一個(gè)含鈾放射性廢水樣品為實(shí)驗(yàn)材料，探索γ能譜分析方法在該類(lèi)樣品監(jiān)測(cè)分析中的應(yīng)用，以期縮短該類(lèi)樣品的監(jiān)測(cè)分析時(shí)間，提升應(yīng)急監(jiān)測(cè)的效率。

1 材料與方法

2019年3月27日，我單位接到應(yīng)急監(jiān)測(cè)任務(wù)，對(duì)采集于某單位的含鈾放射性廢水樣品進(jìn)行總α分析和γ能譜分析工作。

總α分析按照我國(guó)環(huán)境行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì) 總α放射性的測(cè)定 厚源法》[6]中規(guī)定的方法，使用ORTEC公司生產(chǎn)的MPC9604型總α、β計(jì)數(shù)器測(cè)量其總α活度濃度。

對(duì)于總α分析，從接樣、前處理到出分析數(shù)據(jù)，共耗時(shí)24 h，樣品總α活度濃度為41.0 Bq/L。對(duì)于γ能譜分析，樣品采集回實(shí)驗(yàn)室以后，直接裝入樣品盒待測(cè)。

測(cè)量中使用兩種規(guī)格的樣品盒，待測(cè)樣品的信息及使用測(cè)量?jī)x器設(shè)備情況見(jiàn)表1所列。

表1 待測(cè)樣品信息及測(cè)量?jī)x器設(shè)備

γ能譜分析中使用的兩臺(tái)高純鍺γ能譜儀型號(hào)分別為ORTEC公司GEM35P4型和CANBERRA公司BE5030型。其中，GEM35P4型γ譜儀配備低本底鉛室，本底值為1.85 cps，對(duì)1 332.5 keV能量峰分辨率為1.85 keV；BE5030型γ譜儀配備777型超低本底鉛室，本底值為0.82 cps，對(duì)1 332.5 keV能量峰分辨率為1.7 keV。兩種設(shè)備探頭均配置有原廠(chǎng)表征文件，并通過(guò)效率校準(zhǔn)源相互驗(yàn)證[7]，本次實(shí)驗(yàn)使用無(wú)源效率刻度進(jìn)行核素活度濃度計(jì)算。測(cè)量依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水中放射性核素的γ能譜分析方法》[8]和環(huán)境行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《應(yīng)急監(jiān)測(cè)中環(huán)境樣品 γ 核素測(cè)量技術(shù)規(guī)范》[9]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

含鈾放射性廢水樣品不同測(cè)量活時(shí)間的γ能譜圖見(jiàn)圖1所示。

含鈾放射性廢水樣品γ譜分析，從接樣、前處理到得出分析數(shù)據(jù)，共耗時(shí)1～24 h不等，樣品中238U (234Th)活度濃度列于表2。

由表2可見(jiàn)，在γ能譜分析中，測(cè)量活時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差越小。

通過(guò)對(duì)含鈾放射性廢水樣品γ能譜分析，樣品中主要γ核素為234Th，按首次測(cè)量75 987 s測(cè)量活時(shí)間譜圖計(jì)算，234Th活度濃度為41.63 Bq/L，與樣品總α活度濃度基本一致。通過(guò)比較兩個(gè)分析結(jié)果可知：樣品中主要含有238U和234Th，總α活度濃度主要為238U貢獻(xiàn)。

2.2 測(cè)量?jī)x器設(shè)備與測(cè)量活時(shí)間的關(guān)系

在應(yīng)急監(jiān)測(cè)時(shí)，選用適當(dāng)?shù)摩媚茏V儀，能縮短測(cè)量時(shí)間，并提高測(cè)量結(jié)果的精度。圖2(a)、圖2(b)分別為相同待測(cè)樣品使用不同儀器設(shè)備測(cè)量結(jié)果與測(cè)量活時(shí)間的關(guān)系。

由圖2可見(jiàn)：不同測(cè)量活時(shí)間BE5030測(cè)量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差都遠(yuǎn)小于GEM35P4；當(dāng)兩種設(shè)備測(cè)量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差一致時(shí)，兩種設(shè)備最小時(shí)間效率比約為6∶1；大體積的待測(cè)樣品能提高測(cè)量精度。BE5030對(duì)低能段(40～200 keV)的分辨率遠(yuǎn)優(yōu)于GEM35P4，測(cè)量低能段核素時(shí)應(yīng)選用該類(lèi)儀器。

表2 含鈾放射性廢水樣品γ能譜測(cè)量結(jié)果

2.3 γ能譜法測(cè)量含鈾放射性廢水的可行性

238U為重核放射性核素，主要通過(guò)α輻射衰變，半衰期T1=4.468×109a；234Th是238U衰變鏈的中間子體，半衰期T2=24.1 d。234Th屬于重核放射性核素，主要發(fā)生α衰變，但同時(shí)也發(fā)射能量為63.29 keV的特征γ射線(xiàn)。γ能譜法測(cè)量238U活度濃度的理論基礎(chǔ)是：由于半衰期T1?T2，在不受到物理或化學(xué)的作用時(shí)，樣品中238U與234Th處于長(zhǎng)期平衡狀態(tài)，可以認(rèn)為兩者活度濃度相等[10]。

為驗(yàn)證測(cè)量方法的可行性，對(duì)使用馬林杯樣品盒的樣品，在首次測(cè)量完成后的40天進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。假定以測(cè)量活時(shí)間最長(zhǎng)的測(cè)值為約定真值，GEM35P4和BE5030測(cè)值分別為41.28、42.51 Bq/L。測(cè)量結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)234Th 的1.65個(gè)半衰期后，234Th活度濃度與首次測(cè)量結(jié)果基本一致?？梢哉J(rèn)為238U與234Th處于長(zhǎng)期平衡狀態(tài)，該方法用于238U活度濃度測(cè)量是可行的。

2.4 γ能譜法測(cè)量含鈾放射性廢水的準(zhǔn)確性與快速性

對(duì)于γ能譜分析，以首次測(cè)量75 987 s活時(shí)間的測(cè)量值為約定真值，238U活度濃度為41.63 Bq/L。由于樣品中未發(fā)現(xiàn)其他α放射性核素，即含鈾放射性廢水樣品總放射性活度濃度為41.63 Bq/L，與總α分析結(jié)果基本一致。通過(guò)兩種實(shí)驗(yàn)方法的結(jié)果比對(duì)，表明γ能譜法用于測(cè)量樣品中238U活度濃度是準(zhǔn)確的。

在圖2(b)中，以馬林杯測(cè)量為例，假設(shè)測(cè)量活時(shí)間最長(zhǎng)的結(jié)果為約定真值，GEM35P4測(cè)量活時(shí)間為3 600 s時(shí)，測(cè)量結(jié)果的相對(duì)偏差為+10.7%，BE5030為-3.4%，遠(yuǎn)低于我國(guó)1980年代全國(guó)放射性水平調(diào)查時(shí)確定的相對(duì)偏差≤30%的規(guī)定[4]。γ能譜法在短測(cè)量時(shí)間內(nèi)，測(cè)量結(jié)果可滿(mǎn)足相關(guān)要求，相比總α分析，體現(xiàn)出其快速性的優(yōu)點(diǎn)，在應(yīng)急監(jiān)測(cè)中縮短了測(cè)量時(shí)間。

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 在一定條件下，將γ能譜分析用于測(cè)量放射性廢水的活度濃度是可行的。γ能譜法具有快速、準(zhǔn)確、可重復(fù)等特點(diǎn)，可在該類(lèi)樣品放射性測(cè)量中推廣使用，特別是在應(yīng)急監(jiān)測(cè)中，能快速測(cè)量出放射性核素的種類(lèi)和活度濃度，縮短測(cè)量時(shí)間。

(2) 在進(jìn)行放射性廢水的γ能譜法測(cè)量時(shí)，選擇與待測(cè)樣品相適應(yīng)的設(shè)備能有效縮短測(cè)量時(shí)間，提高測(cè)量精度。