稀土化合物中總α、總β 放射性的測定

陳 文，湯 英，徐 娜，李 平

（江西省鎢與稀土產品質量監督檢驗中心，江西 贛州 341000）

稀土在我國的工業生產中占據著相當重要的地位，被廣泛地應用于彩色電視、電子工藝、鋼鐵、冶金、石化、醫療衛生等諸多領域。自21世紀以來，我國的稀土出口量一直保持著較快的增長趨勢，銷往美國和日本等工業發達的國家和地區。但是稀土中所含有的天然放射性物質[1]，極大地阻礙了工業生產中對于稀土的利用，長期接觸含有放射性物質含量較多的稀土，能夠使工作人員引起癌癥、白血病、身體組織畸變等疾病的概率增加。伴隨著人們對于安全健康要求的不斷提高，稀土中所含放射性元素的含量已經成為了稀土出口的重要指標。但是目前為止稀土產品中，α和β放射性元素還沒有一個統一的測定方法，為了我國稀土出口行業的長期發展，本文對稀土化合物中總α和β放射性元素的測定方法進行探究。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

本文所需的實驗儀器和設備如表1 所示。

表1 實驗儀器及型號

本實驗所需的低本底α、β 測量儀的主要參數中包括α 效率比和β 效率比。為了保證樣品的數值可溯性，選擇與稀土化合物物理性質相近的放射源作為標準源，其中包括241Am 標準物質，其α 的標準源活度值為13.80Bq/g，還有KCl 標準物質，其β 的標準源活度值為16.10Bq/g。除此以外，該實驗中還需要無水乙醇作為實驗試劑。

1.2 實驗步驟

（1）α 標準源的測量。稱取0.1600g241Am 標準源置于測量盤內，滴加數滴無水乙醇，均勻鋪平，將測量盤晾干。在低本底α、β 測量儀上連續測量2 次，每次6000S，測得241Am 標準源中總α 計數率Rsα，取平均值。

（2）β 標準源的測量。稱取0.1600gKCl 標準源置于測量盤內，滴加數滴無水乙醇，均勻鋪平，將測量盤晾干。在低本底α、β 測量儀上連續測量2 次，每次6000S，測得氯化鉀標準源中總β 計數率Rsβ，取平均值。

（3）本底的測量。將空白測量盤置于低本底α、β 測量儀上連續測量10 次，每次6000S，測得儀器總α 和總β 的本底計數率R0α、R0β，取平均值。

（4）樣品源的測量。稱取0.1600g 試樣置于測量盤內，滴加數滴無水乙醇，均勻鋪平，將測量盤晾干。在低本底α、β 測量儀上連續測量2 次，每次6000S，測得樣品中總α 和總β 計數率Rxα、Rxβ，取平均值。

（5）結果的計算。按公式（1）、（2）計算樣品中總α 和總β 的放射性活度。

式中，Cα樣品中總α 放射性活度濃度，Cβ表示樣品中總β 放射性活度濃度，單位為Bq/L；RX表示樣品源的總α和β 總計數率，單位為s-1；R0表示本底的總α 和β 總計數率，單位為s-1；RS表示標準源的總α 和β 總計數率，單位為s-1；αS和βS分別表示標準源的總α 和總β 的放射性活度濃度，單位Bq/g，且天然鉀K-40 的β 放射性活度濃度是27.4Bq/g，所以它在氯化鉀中的放射性活度濃度恒定為14.4Bq/g；m 表示試樣量，單位g。V 表示試液的總體積，單位mL；該公式的校正系數為1.02，即1020ml 酸化水樣相當于1000ml 原始水樣；VS為樣品取樣體積，單位是L。

2 結果與討論

（1）標準源的選擇。通常使用的總α、總β 放射性標準源有241Am 標準粉末源、KCl 標準粉末源、90Sr+90Y 電鍍源、239Pu 電鍍源四種，對被測樣品源中總α、總β 放射性的測量，通常采用與樣品源物理和化學性質以及狀態相接近的標準源作標準測量，稀土化合物大部分是以單一或混合稀土氧化物粉末和鹽類存在的稀土產品，故本方法選擇241Am、KCl 作標準源測量。

（2）有效飽和厚度（最小鋪盤量）的確定。在直徑45 mm 測量盤內，分別稱取80mg、100mg、120mg、140mg、160mg、180mg、200mg、220mg、240mg 的α 或β 標準源于測量盤內，按樣品源的制備相同步驟，制成不同厚度的系列標準源，均勻平鋪在測量盤底部。晾干后，置于低本底α、β 測量儀上測量每個標準源的總計數率。以總計數率為縱坐標，鋪盤量為橫坐標，繪制自吸收曲線。當鋪盤量達到一定的值時，總凈計數率不再隨鋪盤量的增加而增加，延長自吸收曲線的斜線段與水平段，交叉點對應的鋪盤量即為標準的有效飽和厚度，也就是方法的最小鋪盤量。

圖1 镅-241 有效飽和厚度

圖2 β（鉀-40）有效飽和厚度

由圖1 可知：镅-241 的凈計數率在鋪盤厚度0.05mg·mm-2～0.1mg·mm-2范圍內線性增長，當鋪盤厚度達到0.1mg·mm-2時，鋪盤厚度增加，而镅-241 的凈計數率保持不變，此處的鋪盤厚度即為镅-241 在直徑為φ45mm 的測量盤內的飽和厚度，其對應的鋪盤量160mg即厚源法的最小取樣量，即為0.1Amg。

由圖2 可知：β（鉀-40）射線計數率隨著氯化鉀標準粉末厚度的增加呈線性增加，但β 探測效率無顯著變化。因此，對一定直徑大小的測量盤來說，樣品源的有效飽和厚度可按0.1Amg 計算。

（3）儀器本底的測定。在精密度較低的測定實驗中，儀器的本底具備著相當重要的作用。當實驗中的有效飽和厚度確定之后，就必須制定該效率下的儀器本底值。儀器預熱后測量本底計數的結果平均值，α 本底計數平均值N1=1.8，=5.64；β本底計數平均值N2=51.2，=2.56。根據值表，，因此可以得到判斷，儀器的穩定性較好。（4）樣品測量時間。上述實驗結果表明，選擇最恰當的測量時間也是能夠保證測量結果準確性的重要指標之一。若測量時間小于標準值區間，則實驗的最終結果無法反映樣品中總α 和β 放射性元素的活度值。但若是測量時間大于標準值區間，則由于周邊空氣中水蒸氣增多導致樣品吸水濃度下降或儀器穩定性等方面的影響，測量結果會不可避免地存在較大誤差。基于以上實驗數據，得到測量時間的最小值為：

其中，T 表示實驗過程中樣品的最小測量時間；NX表示樣品源計數率；N0表示本底計數率；E 表示預定的相對標準誤差。

由此可以計算出1～10 號樣品的最小測量時間分別為5min，7min，10min，16min，25min，34min，45min，59min，76min。實際工作時，1～2 號樣品的測量時間選為10min，3～5號樣品的實際測量時間為30min，6～7號樣品的實際測量時間為50min，8～9號樣品的實際測量時間為80min。

（5）精密度分析。使用上述9 個樣本進行測量，為保證實驗結果的準確性將一份樣本測量三次，得到精密度的測量結果如下表所示。

表2 樣本精密度測量結果

標準偏差是一種統計分布程度的測量方法，標準偏差的數值越小，該組數據的偏離值就越小。通過相對偏差可以計算相對標準偏差，用以反映檢測結果的精密程度。如上表所示，本實驗中9 組樣本中三次測量的平均值、標準偏差和相對標準偏差誤差值均小于0.01，因此可知，本實驗分析結果的精密度較高。

3 結論

通過上述實驗可以得到稀土化合物中總α、總β 放射性的測定方法，解決了通過稀土化合物中放射性元素多少，從而判斷稀土化合物價值的問題滿足了市場需求。