土壤天然放射性核素γ能谱分析的比对与评价

林颖越，陈 颖

(福建福清核电有限公司，福建 福清 350318)

某辐射环境实验室参加了国家某研究中心组织的2018年度辐射环境实验室间放射性测量比对工作，参与的土壤中γ比对项238U和232Th结果为不满意。

1 不满意原因分析

评价依据《利用实验室间比对进行能力验证的统计方法》(GB/T 28043-2011)和《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》(CNAS-GL02)的要求，采用En值法评价土壤中γ核素的比对结果，238U、226Ra、232Th和40K以专家实验室测量结果作为指定值，±后数值为扩展不确定度，k=2。

由表1评价结果可看出，238U、232Th结果为不满意，但同时其他4种核素的En值也比较接近1，整体比对结果偏差较大。以下将从样品来源、测量仪器、测量方法等方面对本项目比对结果不满意原因进行分析：

表1 土壤中γ核素比对结果Tab.1 Comparison results of γ in soil

1.1 样品来源

本次“土壤中γ”比对项目所使用的土壤基质为天然采集的土壤样品，比对样品通过向土壤中加入一定量137Cs、60Co标准溶液混合均匀的方法进行制备。该样品通过了异常值与均匀性检验，说明该样品中放射性核素分布均匀、稳定。样品寄送至本单位时外观良好，包装无破损，排除样品受到外部污染的可能。

1.2 测量仪器

测量仪器为美国奥泰克公司生产的P型高纯锗γ谱仪(型号GEM60P4-83)，相对于NaI(Tl)的相对探测效率均大于40%，能量分辨率≤2.3 keV，性能指标均满足《GB/T 11743-2013 土壤中放射性核素的γ能谱分析方法》要求。该仪器经计量质量检测研究院校准合格，初步排除因仪器问题导致的比对数据不满意。

1.3 测量方法

测量方法使用《GB/T 11743-2013 土壤中放射性核素的γ能谱分析方法》中的效率曲线法。效率刻度源存在部分偏差。该标准要求，对于一般土壤样品测量用铀、镭、钍、钾的体标准源进行效率刻度。本实验室使用的土壤效率刻度源添加的标准物质包括241Am、109Cd、57Co、139Ce、113Sn、85Sr、137Cs、54Mn、88Y、65Zn、60Co。由中国计量科学研究院制作并校准的土壤监测效率校准源，其源的几何形状、大小、基质与待测样品基本相同。因铀、镭、钍、钾核素能量包含在此体标准源所含核素能量区间内，而且此校准源活度的总不确定度为2.11%<5%，理论上满足该标准要求。

1.4 图谱解析

238U的高纯锗γ谱测量直接选用来自238U第一代短寿命子体232Th本身的特征γ辐射，如63.3 keV或92.6 keV的特征γ辐射。P型探测器在63.3 keV处的效率较低，所以净计数率就比较低，而且该处的康普顿平台比较高。在这种情况下，核素活度小于探测限，无法由该峰来确定238U，故238U的活度由92.6 keV的峰活度来确定，但在92.6 keV处有多个干扰峰，导致自动解谱误差很大。N型探测器在63.3 keV处的效率比较高，所以净计数率也比较高，活度大于探测限。对于92.6 keV的峰而言，其情况和P型探测器类似。与此同时，不管是P型还是N型探测器，63.3 keV和92.6 keV的两个峰型都偏窄，一般就几道，再叠加康普顿平台的影响，238U解谱的误差比高能γ峰要大，这也是造成238U测量不准确的主要原因。此外，由于本实验室所采购的放射源中未添加238U，而是采用241Am的59.54 keV和109Cd的88.03 keV来进行低能段刻度曲线的拟合，因此误差较大，232Th亦然。238U、232Th结果为不满意，其他4种核素的En值也比较接近1，整体比对结果偏差较大，而效率刻度曲线拟合符合拟合误差小于5%的技术要求，因此推测可能是效率源给出的探测效率不准确而导致比对结果不满意。

2 实验验证

针对以上分析，实验室借用一枚含238U、235U、226Ra、232Th、40K、241Am、137Cs、60Co的土壤效率刻度源(代码“1”)(该源与比对样品及本实验室用源2的几何形状、大小基本一致)与比对时使用的效率刻度源(代码“2”)，分别对N型高纯锗谱仪和P型高纯锗谱仪都进行效率刻度和重新解谱分析，分析结果汇总至表2。

表2 实验土壤中γ核素测量结果及评价Tab.2 Measurement results and evaluation of γ in experimental soil

从P型谱仪的数据来看，土壤刻度源1相对于土壤刻度源2在天然核素238U、226Ra、232Th的数据En值大大降低。从N型谱仪的数据来看，土壤刻度源1的各项数据相对于土壤刻度源2来说均为满意。从土壤刻度源2的数据结果可以发现，N型探测器在天然核素数据上较P型探测器更接近比对指定值，这是因为N型探测器在低能段的探测效率更高，得到的低能γ核素的数据更为准确，土壤刻度源1的数据亦然。综合来看，土壤刻度源1在天然核素的刻度效果方面明显优于土壤刻度源2，而N型探测器在天然核素的结果准确性方面明显优于P型探测器。

3 结论及建议

此次土壤比对实验中造成238U、232Th浓度测量结果不满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进行刻度，而且使用了对于低能段探测效率较低的P型高纯锗探测器。对于目的是测量天然放射性核素的土壤，宜使用添加目标核素的模拟土壤体源进行效率刻度，并推荐使用低能段效率较高的N型高纯锗探测器进行测量。辐射环境实验室间比对时，应尽量避免因效率刻度采用的标准物质不一致而导致测量结果不一致，可以考虑统一采购标准物质或进行标准物质的传递。由于环境土壤放射性测量具有放射性活度低、干扰因素多、准确测量困难等多方面特点，因此，必须正确理解检测方法，把握好每一测量环节，尽量减少误差，以保证放射性检测结果的准确。