稀土化合物中总α、总β 放射性的测定

2021-04-19陈文，汤英，徐娜，李平

世界有色金属 2021年1期

陈文，汤英，徐娜，李平

（江西省钨与稀土产品质量监督检验中心，江西赣州 341000）

稀土在我国的工业生产中占据着相当重要的地位，被广泛地应用于彩色电视、电子工艺、钢铁、冶金、石化、医疗卫生等诸多领域。自21世纪以来，我国的稀土出口量一直保持着较快的增长趋势，销往美国和日本等工业发达的国家和地区。但是稀土中所含有的天然放射性物质[1]，极大地阻碍了工业生产中对于稀土的利用，长期接触含有放射性物质含量较多的稀土，能够使工作人员引起癌症、白血病、身体组织畸变等疾病的概率增加。伴随着人们对于安全健康要求的不断提高，稀土中所含放射性元素的含量已经成为了稀土出口的重要指标。但是目前为止稀土产品中，α和β放射性元素还没有一个统一的测定方法，为了我国稀土出口行业的长期发展，本文对稀土化合物中总α和β放射性元素的测定方法进行探究。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

本文所需的实验仪器和设备如表1 所示。

表1 实验仪器及型号

本实验所需的低本底α、β 测量仪的主要参数中包括α 效率比和β 效率比。为了保证样品的数值可溯性，选择与稀土化合物物理性质相近的放射源作为标准源，其中包括241Am 标准物质，其α 的标准源活度值为13.80Bq/g，还有KCl 标准物质，其β 的标准源活度值为16.10Bq/g。除此以外，该实验中还需要无水乙醇作为实验试剂。

1.2 实验步骤

（1）α 标准源的测量。称取0.1600g241Am 标准源置于测量盘内，滴加数滴无水乙醇，均匀铺平，将测量盘晾干。在低本底α、β 测量仪上连续测量2 次，每次6000S，测得241Am 标准源中总α 计数率Rsα，取平均值。

（2）β 标准源的测量。称取0.1600gKCl 标准源置于测量盘内，滴加数滴无水乙醇，均匀铺平，将测量盘晾干。在低本底α、β 测量仪上连续测量2 次，每次6000S，测得氯化钾标准源中总β 计数率Rsβ，取平均值。

（3）本底的测量。将空白测量盘置于低本底α、β 测量仪上连续测量10 次，每次6000S，测得仪器总α 和总β 的本底计数率R0α、R0β，取平均值。

（4）样品源的测量。称取0.1600g 试样置于测量盘内，滴加数滴无水乙醇，均匀铺平，将测量盘晾干。在低本底α、β 测量仪上连续测量2 次，每次6000S，测得样品中总α 和总β 计数率Rxα、Rxβ，取平均值。

（5）结果的计算。按公式（1）、（2）计算样品中总α 和总β 的放射性活度。

式中，Cα样品中总α 放射性活度浓度，Cβ表示样品中总β 放射性活度浓度，单位为Bq/L；RX表示样品源的总α和β 总计数率，单位为s-1；R0表示本底的总α 和β 总计数率，单位为s-1；RS表示标准源的总α 和β 总计数率，单位为s-1；αS和βS分别表示标准源的总α 和总β 的放射性活度浓度，单位Bq/g，且天然钾K-40 的β 放射性活度浓度是27.4Bq/g，所以它在氯化钾中的放射性活度浓度恒定为14.4Bq/g；m 表示试样量，单位g。V 表示试液的总体积，单位mL；该公式的校正系数为1.02，即1020ml 酸化水样相当于1000ml 原始水样；VS为样品取样体积，单位是L。

2 结果与讨论

（1）标准源的选择。通常使用的总α、总β 放射性标准源有241Am 标准粉末源、KCl 标准粉末源、90Sr+90Y 电镀源、239Pu 电镀源四种，对被测样品源中总α、总β 放射性的测量，通常采用与样品源物理和化学性质以及状态相接近的标准源作标准测量，稀土化合物大部分是以单一或混合稀土氧化物粉末和盐类存在的稀土产品，故本方法选择241Am、KCl 作标准源测量。

（2）有效饱和厚度（最小铺盘量）的确定。在直径45 mm 测量盘内，分别称取80mg、100mg、120mg、140mg、160mg、180mg、200mg、220mg、240mg 的α 或β 标准源于测量盘内，按样品源的制备相同步骤，制成不同厚度的系列标准源，均匀平铺在测量盘底部。晾干后，置于低本底α、β 测量仪上测量每个标准源的总计数率。以总计数率为纵坐标，铺盘量为横坐标，绘制自吸收曲线。当铺盘量达到一定的值时，总净计数率不再随铺盘量的增加而增加，延长自吸收曲线的斜线段与水平段，交叉点对应的铺盘量即为标准的有效饱和厚度，也就是方法的最小铺盘量。

图1 镅-241 有效饱和厚度

图2 β（钾-40）有效饱和厚度

由图1 可知：镅-241 的净计数率在铺盘厚度0.05mg·mm-2～0.1mg·mm-2范围内线性增长，当铺盘厚度达到0.1mg·mm-2时，铺盘厚度增加，而镅-241 的净计数率保持不变，此处的铺盘厚度即为镅-241 在直径为φ45mm 的测量盘内的饱和厚度，其对应的铺盘量160mg即厚源法的最小取样量，即为0.1Amg。

由图2 可知：β（钾-40）射线计数率随着氯化钾标准粉末厚度的增加呈线性增加，但β 探测效率无显著变化。因此，对一定直径大小的测量盘来说，样品源的有效饱和厚度可按0.1Amg 计算。

（3）仪器本底的测定。在精密度较低的测定实验中，仪器的本底具备着相当重要的作用。当实验中的有效饱和厚度确定之后，就必须制定该效率下的仪器本底值。仪器预热后测量本底计数的结果平均值，α 本底计数平均值N1=1.8，=5.64；β本底计数平均值N2=51.2，=2.56。根据值表，，因此可以得到判断，仪器的稳定性较好。（4）样品测量时间。上述实验结果表明，选择最恰当的测量时间也是能够保证测量结果准确性的重要指标之一。若测量时间小于标准值区间，则实验的最终结果无法反映样品中总α 和β 放射性元素的活度值。但若是测量时间大于标准值区间，则由于周边空气中水蒸气增多导致样品吸水浓度下降或仪器稳定性等方面的影响，测量结果会不可避免地存在较大误差。基于以上实验数据，得到测量时间的最小值为：

其中，T 表示实验过程中样品的最小测量时间；NX表示样品源计数率；N0表示本底计数率；E 表示预定的相对标准误差。

由此可以计算出1～10 号样品的最小测量时间分别为5min，7min，10min，16min，25min，34min，45min，59min，76min。实际工作时，1～2 号样品的测量时间选为10min，3～5号样品的实际测量时间为30min，6～7号样品的实际测量时间为50min，8～9号样品的实际测量时间为80min。

（5）精密度分析。使用上述9 个样本进行测量，为保证实验结果的准确性将一份样本测量三次，得到精密度的测量结果如下表所示。