氚檢測研究進(jìn)展

摘 要：介紹了氚的基本性質(zhì)及氚檢測的目的，討論了氚的在線檢測、實驗室分析和便攜式測量所用到的儀器和方法，總結(jié)了氚檢測過程中所遇到的困難及相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：氚檢測 正比計數(shù)管 液閃

中圖分類號：TL8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0111-01

氚（3H或T）是氫元素中唯一的放射性同位素，天然存在的氚僅占自然界氫總量的10-16，由于其在氫同位素中的比例很小，所以其一般以HTO或HT分子的形式存在。作為氫的最豐中子同位素，處于基態(tài)的氚發(fā)生β—衰變后變?yōu)?He，其半衰期為12年，比活度為9800 Ci/g。氚的β射線最大能量為18 keV，平均能量為5.7 keV，其β粒子在空氣中的平均射程僅為5 mm，普通的β探測器難以探測[1]。

氚的檢測主要用于生產(chǎn)及輻射防護(hù)的目的，在氚的生產(chǎn)現(xiàn)場，氚化水的毒性為氣態(tài)氚的104倍[2][3]，所以液態(tài)或氣態(tài)的HTO是檢測的重要對象。

1 氚的檢測

目前檢測氚主要采用電離室、正比計數(shù)管、液體閃爍體譜儀、質(zhì)譜儀等。前三種都是基于氚的β放射性。質(zhì)譜儀的測量是基于不同核素荷質(zhì)比不同的一種方法，適用于所有核素的測量，但質(zhì)譜儀對檢測樣品形態(tài)和設(shè)備的安裝環(huán)境要求很高，代價太大，不是一種常規(guī)的分析方法。液體閃爍體譜儀多用于含氚水的實驗室分析。用長度補(bǔ)償法的內(nèi)充氣式正比計數(shù)管，對某些形式的氚如HT可有較高的檢測靈敏度。

1.1 在線檢測

在線檢測主要用于氚的操作間、手套箱及氚生產(chǎn)車間的煙囪等向環(huán)境排放的區(qū)域。

正比計數(shù)器具有較高的脈沖幅度，靈敏度高，產(chǎn)生的脈沖幅度幾乎與原電離地點無關(guān)，原則上只要有一對離子就可被分辨，所以其適合于探測低能或低比電離的離子，如β、γ和X射線以及高能離子等，其探測能量的下限可達(dá)0.25 keV，故其可作為氚檢測的探測器。

為用于氚的在線監(jiān)測，將正比計數(shù)器設(shè)計成內(nèi)流氣式。圖1[4]為流氣式正比計數(shù)管結(jié)構(gòu)圖。其正比計數(shù)管的坪長約400 V（3200～3600 V），坪斜約0.73%/100 V，工作電壓為3400 V，其探測效率可達(dá)86%，適用于氚生產(chǎn)的在線檢測。

文獻(xiàn)[5]對其進(jìn)行了改進(jìn)，其采用大體積內(nèi)充氣正比計數(shù)管能譜法測量氚的活度，結(jié)合LLC（Low-Level Decay Conunting）方法，可以降低系統(tǒng)的最小探測限，大體積計數(shù)管可以充更多的樣品，用多道代替定標(biāo)器，能夠直觀地觀測能譜，通過能譜進(jìn)行閾修正，降低了本底。該文獻(xiàn)研究了閾修正、端效應(yīng)修正、壁效應(yīng)修正，通過幾種手段，使得正比計數(shù)管的氚探測效率可達(dá)90%，誤差0.5%。

1.2 實驗室分析法（液閃譜儀法）測氚

液閃是現(xiàn)今測量β射線最為準(zhǔn)確的方法之一，其被廣泛地用應(yīng)于3H、14C、32P、35S等的測量中。對于氚監(jiān)測的環(huán)境樣品，因其中所含待測核素濃度極低且對結(jié)果精度的要求很高，故需要進(jìn)行較繁瑣的前處理程序，如制樣、濃縮、蒸餾等。而在氚生產(chǎn)線上，由于其氚濃度遠(yuǎn)大于儀器的探測下限，故此檢測不需進(jìn)行前處理而可直接進(jìn)行，但樣品的形態(tài)要能夠保證液閃的測量條件。

一般的低本底液閃譜儀都具有良好的低本底設(shè)計，即將整個光電倍增管包圍在屏蔽之中，同時又具有一個幅度甄別器，可有效地防止切倫科夫光引起的脈沖噪聲。由于液閃一般還可用于α粒子的探測，所以一般的液閃譜儀均有雙多道分析器，用于一定能量范圍的β能譜及α能譜的分析。

其用于環(huán)境樣品中氚檢測操作方法的一般步驟是：量取一定蒸餾合格的水樣置于計數(shù)瓶中，而后加入少量閃爍液，加蓋。振蕩樣品瓶使樣品與閃爍液均勻混合。用酒精濕棉球擦拭計數(shù)瓶外壁后，將計數(shù)瓶放入液閃譜儀中進(jìn)行暗適應(yīng)。同時，用相同的方式配制一個標(biāo)準(zhǔn)樣品與一個本底樣品，一同放入液閃譜儀中進(jìn)行避光測量。

1.3 便攜式測氚

在未進(jìn)行常規(guī)氚濃度監(jiān)測但可能存在氚的場所，或由于固定式監(jiān)測設(shè)備取樣點位固定而無法測量到的地點，如地面及工作臺表面等，一般采用便攜式氚測量儀。氚表面污染檢測儀的工作原理與一般的α、β表面污染檢測儀的工作原理基本相同。不同點僅僅由于氚β射線的能量很低，要求探測器窗的厚度要盡量小，探測器后置的電子學(xué)線路的甄別閾要盡量低，這不可避免地導(dǎo)致檢測儀的本底比一般的α、β表面污染檢測儀要高，探測下限偏大。

2 結(jié)語

以上介紹了氚的在線檢測、液體閃爍譜儀檢測及便攜式檢測的一些情況。可以看到，氚檢測考慮的多為能探測氚發(fā)射的β射線的方法。該技術(shù)的難點在于氚的β射線能量很低，加之β射線能量的連續(xù)性，導(dǎo)致探測分辨困難。所以氚檢測基本是對一些常規(guī)探測器進(jìn)行改進(jìn)，使其在低能端有更低的本底噪聲、更高的靈敏度以及盡量方便氚的測量和延長設(shè)備的使用壽命等。

參考文獻(xiàn)

[1]楊懷遠(yuǎn).氚的安全與防護(hù)[M].原子能出版社，1996.

[2]GB 18871-2002，電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)[S].2002.

[3]蔣國強(qiáng)，羅德禮，陸光達(dá)，等，氚和氚的工程技術(shù)[M].國防工業(yè)出版社，中國工程物理研究院科技叢書，2008.

[4]官銳，翁葵平，任興碧，等.產(chǎn)氚回路中氚的在線監(jiān)測研究，核技術(shù)[J]，2010（3）.

[5]曹琳，亢武，向永春等.一種改進(jìn)的3H活度測量方法[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2009，29（2）.