土壤天然放射性核素γ能譜分析的比對與評價

林穎越，陳 穎

(福建福清核電有限公司，福建 福清 350318)

某輻射環境實驗室參加了國家某研究中心組織的2018年度輻射環境實驗室間放射性測量比對工作，參與的土壤中γ比對項238U和232Th結果為不滿意。

1 不滿意原因分析

評價依據《利用實驗室間比對進行能力驗證的統計方法》(GB/T 28043-2011)和《能力驗證結果的統計處理和能力評價指南》(CNAS-GL02)的要求，采用En值法評價土壤中γ核素的比對結果，238U、226Ra、232Th和40K以專家實驗室測量結果作為指定值，±后數值為擴展不確定度，k=2。

由表1評價結果可看出，238U、232Th結果為不滿意，但同時其他4種核素的En值也比較接近1，整體比對結果偏差較大。以下將從樣品來源、測量儀器、測量方法等方面對本項目比對結果不滿意原因進行分析：

表1 土壤中γ核素比對結果Tab.1 Comparison results of γ in soil

1.1 樣品來源

本次“土壤中γ”比對項目所使用的土壤基質為天然采集的土壤樣品，比對樣品通過向土壤中加入一定量137Cs、60Co標準溶液混合均勻的方法進行制備。該樣品通過了異常值與均勻性檢驗，說明該樣品中放射性核素分布均勻、穩定。樣品寄送至本單位時外觀良好，包裝無破損，排除樣品受到外部污染的可能。

1.2 測量儀器

測量儀器為美國奧泰克公司生產的P型高純鍺γ譜儀(型號GEM60P4-83)，相對于NaI(Tl)的相對探測效率均大于40%，能量分辨率≤2.3 keV，性能指標均滿足《GB/T 11743-2013 土壤中放射性核素的γ能譜分析方法》要求。該儀器經計量質量檢測研究院校準合格，初步排除因儀器問題導致的比對數據不滿意。

1.3 測量方法

測量方法使用《GB/T 11743-2013 土壤中放射性核素的γ能譜分析方法》中的效率曲線法。效率刻度源存在部分偏差。該標準要求，對于一般土壤樣品測量用鈾、鐳、釷、鉀的體標準源進行效率刻度。本實驗室使用的土壤效率刻度源添加的標準物質包括241Am、109Cd、57Co、139Ce、113Sn、85Sr、137Cs、54Mn、88Y、65Zn、60Co。由中國計量科學研究院制作并校準的土壤監測效率校準源，其源的幾何形狀、大小、基質與待測樣品基本相同。因鈾、鐳、釷、鉀核素能量包含在此體標準源所含核素能量區間內，而且此校準源活度的總不確定度為2.11%<5%，理論上滿足該標準要求。

1.4 圖譜解析

238U的高純鍺γ譜測量直接選用來自238U第一代短壽命子體232Th本身的特征γ輻射，如63.3 keV或92.6 keV的特征γ輻射。P型探測器在63.3 keV處的效率較低，所以凈計數率就比較低，而且該處的康普頓平臺比較高。在這種情況下，核素活度小于探測限，無法由該峰來確定238U，故238U的活度由92.6 keV的峰活度來確定，但在92.6 keV處有多個干擾峰，導致自動解譜誤差很大。N型探測器在63.3 keV處的效率比較高，所以凈計數率也比較高，活度大于探測限。對于92.6 keV的峰而言，其情況和P型探測器類似。與此同時，不管是P型還是N型探測器，63.3 keV和92.6 keV的兩個峰型都偏窄，一般就幾道，再疊加康普頓平臺的影響，238U解譜的誤差比高能γ峰要大，這也是造成238U測量不準確的主要原因。此外，由于本實驗室所采購的放射源中未添加238U，而是采用241Am的59.54 keV和109Cd的88.03 keV來進行低能段刻度曲線的擬合，因此誤差較大，232Th亦然。238U、232Th結果為不滿意，其他4種核素的En值也比較接近1，整體比對結果偏差較大，而效率刻度曲線擬合符合擬合誤差小于5%的技術要求，因此推測可能是效率源給出的探測效率不準確而導致比對結果不滿意。

2 實驗驗證

針對以上分析，實驗室借用一枚含238U、235U、226Ra、232Th、40K、241Am、137Cs、60Co的土壤效率刻度源(代碼“1”)(該源與比對樣品及本實驗室用源2的幾何形狀、大小基本一致)與比對時使用的效率刻度源(代碼“2”)，分別對N型高純鍺譜儀和P型高純鍺譜儀都進行效率刻度和重新解譜分析，分析結果匯總至表2。

表2 實驗土壤中γ核素測量結果及評價Tab.2 Measurement results and evaluation of γ in experimental soil

從P型譜儀的數據來看，土壤刻度源1相對于土壤刻度源2在天然核素238U、226Ra、232Th的數據En值大大降低。從N型譜儀的數據來看，土壤刻度源1的各項數據相對于土壤刻度源2來說均為滿意。從土壤刻度源2的數據結果可以發現，N型探測器在天然核素數據上較P型探測器更接近比對指定值，這是因為N型探測器在低能段的探測效率更高，得到的低能γ核素的數據更為準確，土壤刻度源1的數據亦然。綜合來看，土壤刻度源1在天然核素的刻度效果方面明顯優于土壤刻度源2，而N型探測器在天然核素的結果準確性方面明顯優于P型探測器。

3 結論及建議

此次土壤比對實驗中造成238U、232Th濃度測量結果不滿意的主要原因是未使用添加238U、232Th等低能段的天然放射性核素的效率刻度源進行刻度，而且使用了對于低能段探測效率較低的P型高純鍺探測器。對于目的是測量天然放射性核素的土壤，宜使用添加目標核素的模擬土壤體源進行效率刻度，并推薦使用低能段效率較高的N型高純鍺探測器進行測量。輻射環境實驗室間比對時，應盡量避免因效率刻度采用的標準物質不一致而導致測量結果不一致，可以考慮統一采購標準物質或進行標準物質的傳遞。由于環境土壤放射性測量具有放射性活度低、干擾因素多、準確測量困難等多方面特點，因此，必須正確理解檢測方法，把握好每一測量環節，盡量減少誤差，以保證放射性檢測結果的準確。