基于HP（Ge）γ 能谱仪的某医疗机构建筑材料放射性核素检测结果

马桥，刘德明（通信作者），刘明哲，贺良国，刘冉，邱乐平

1 四川省疾病预防控制中心职业与辐射卫生所 （四川成都 610041）；2 四川省放射卫生技术服务质量控制中心 （四川成都 610041）；3 成都理工大学地学核技术四川省重点实验室 （四川成都 610059）

近几十年来，医疗机构对建筑材料放射性职业危害的认识愈发深刻，医疗职业人群对建筑环境的放射性职业安全越来越重视，特别是对天然石材类等建筑材料，由于其被大量用于室内装饰，直接导致了室内放射性水平的显著增高，成了影响现代医疗职业人群身体健康的重要因素之一[1]。鉴于此，本研究采集了某医疗机构扩建中所用的19种常见建筑材料样品，利用GEM 型超低本底铅室高纯锗γ 能谱仪测量系统对其进行放射性核素检测及比活度测量，并对建筑材料产生的内、外照射指数进行计算，从而引导医疗机构正确合理地选择建筑材料，旨在为评估由于建筑材料的天然辐射对医疗职业人群造成的健康危害提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

1.1.1 标准样品

将3个已知的具有不同比活度的标准放射源作为本次测量的基准，编号依次为A、B、C，标准源均已经过中国测试技术研究院检定合格。

1.1.2 待测样品

随机采集水泥等19种常见建筑材料，样品经去污后研磨至粒径≤0.16 mm，然后将烤箱加热至80 ℃恒温烘烤24 h 以去除水分，并对样品粉末进行称量，使每个样品的净质量均为2 kg，随后将其装在天然放射性本底水平很低的样品袋内并存放于标准样盒中进行编号封存30 d，以使226Ra 与222Rn 达到放射性基本平衡，最后进行测量。

每个标准样品的测量时间为10 000 s 左右，待测样品的测量时间为13 000 s 左右，当某样品放射性计数较低时，可适当延长测量时间[2-3]。

1.2 HP（Ge）γ 能谱仪及测量

实验仪器使用美国ORTEC 公司生产的新型HPULBS 超低本底铅室GEM 型高纯锗γ 能谱仪测量系统，其采用了基于Monte Carlo 方法的无源效率刻度，整个测量系统具有低本底、高分辨力的特点。在选择能量谱段时，将226Ra 衰变子体中214Bi 的0.609 MeV 特征峰作为计算226Ra 的测量依据；将226Th 衰变子体中208Tl 的0.583 MeV 特征峰作为计算226Th 的测量依据；对于40K，则选择唯一的1.46 MeV 的特征峰进行测量[4]。在进行测量时，先记录测量标准源的特征γ 射线能量值和相应特征峰能量值的道址，然后对谱线进行能量刻度，随后对谱线峰值能量和位置进行感性兴趣区标量，最后根据特征峰面积（净峰面积）之比计算出待测样品的比活度（为了降低天然环境本底，将仪器的探测器部分和待测样品均放置在厚度为2 cm 的低本底铅室内，以减少探测器周围的本底辐射），具体见公式：

式中，S样为待测样品的净峰面积，S标为标准源的净峰面积；C样为待测样品的比活度，C标为标准样品的比活度。

1.3 照射指数及其限值计算

1.3.1 实心建筑材料的照射指数及其限值

在我国，以实心黏土砖为建筑主体材料的建筑物约占全国建筑总体数量的95%，参照GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》，建筑材料的内照射指数仅用于评估由放射性核素226Ra 产生的放射性危害，因此，内照射指数应为：

式中，IRa为内照射指数，CRa为建筑材料中放射性核素226Ra 的比活度（Bq/kg）；200为只考虑226Ra 核素产生的内照射影响时，建筑材料中226Ra 的比活度基本限值。

根据我国建筑物的外照射剂量本底值，将0.6 mSv/a作为建筑材料放射性外照射的附加剂量控制值[2]，因此，外照射指数应为：

式中，Ir为外照射指数，CRa、CTh、CK分别为建筑材料中226Ra、232Th 和40K 放射性核素的比活度；370、260、4 200分别为仅考虑外照射时，建筑材料中226Ra、232Th 和40K 3种核素在单独考虑时比活度的基本限值。

1.3.2 空心建筑材料照射指数及其限值

当建筑材料的空心率＞25%时，其放射性水平一般比同种情况下实心建筑材料低18%左右[5-7]。若考虑到附加辐射剂量，其比活度限值可以适当放宽，但考虑到今后建筑材料处理对环境生态的影响，所以只能做一定程度放宽。因此，空心建筑材料的内、外照射指数应分别为[2]：

2 结果及分析

2.1 标准源的误差对比及质量评述

实验时，选取3个标准源分别编号为A、B、C。其比活度分别为：226Ra 115、142、172 Bq/kg；232Th 201、112、124 Bq/kg；40K 323、661、583 Bq/kg（数值均为中国测试技术研究院提供）。计算误差，当A 为标准源时，B、C 为样品，同理当B、C 各为标准源时，则其他两种标准源作为样品进行相互测量计算，旨在在最小误差条件下选取最优的标准样品作为测量基准源，达到质量误差控制要求。3个标准样品的误差测量结果见表1。

表1 3种标准源的互算误差结果（Bq/kg）

由表1可知，以C 标准源计算的相对误差和绝对误差均较小，因此，当计算待测样品的比活度时，将标准C 样品作为基准标准源。

2.2 样品测量及分析

当测量待测样品时，为了获得准确的实验结果，对花岗岩等放射性水平可能较高的样品进行了平行样测量，并对所有测量结果进行了自检和校验[8-9]。待测样品的测量结果见表2。

表2 19种常见建筑材料的比活度测量结果及相关文献参考值（Bq/kg）

由表2可知，所检的19种建筑材料的放射性水平差异较大，即使是同一类产品，由于产地、岩石岩性、原料成分、原料级配比、添加物等不同，均会造成较大的差异，如本研究中涉及的水泥产品有两种，水泥B 的226Ra 放射性水平比水泥A 较高，而232Th 和40K 的放射性水平略低；河沙产品中，河沙C 的226Ra 放射性水平较高，河沙A 的232Th 和40K放射性水平较高。

经对19种建筑材料的比活度进行测量后，按照相关公式进行计算，得到了相应建筑材料的内、外照射指数，其中对涉及装饰材料的部分建筑材料按照标准要求进行了分类，具体见表3。

表3 内、外照射指数及部分装饰材料的分类

由表3可知，本研究所检的19种常见建筑材料的内、外照射指数大部分都比中国建筑材料混合平均值高，导致差异较大的原因主要是产地、岩性和原料成分不同。经调查，由于本次采样的绝大多数建筑材料的生产原材料均来自火山岩、沉积岩等岩性比较富集的地区，原生矿物中含有的天然放射性核素含量较高，加之在加工过程中为了增加产品的光泽度和外观颜色，添加了一定比例的含Ra 氧化物，从而导致测量值偏高，但均符合相关标准要求。

3 小结

本研究通过对某医疗机构所检的19种常见建筑材料样品中226Ra、232Th 和40K 3种核素的比活度进行测量，根据比活度和国家建筑材料放射性核素规定剂量限值换算出这几种核素的内、外照射指数，并将所得结果和国家发布的建筑材料放射性核素限量中规定的标准限量进行对比，发现这19种常见建筑材料的内、外照射指数均符合建筑材料放射性核素限量规定中A、B 类建筑材料的要求，说明该医疗机构所用的常见建筑材料放射性水平满足国家标准要求，预计对医疗职业人群造成的放射性危害较小。但本研究发现，花岗岩、大理石等天然石材类建筑材料的放射性水平比人工建筑材料稍高，空心砖的放射性水平比实心砖较低；同时，鉴于医疗职业人群较长的工作时间以及较高强度的工作负荷，建议医疗机构在建设项目中优先使用空心砖等作为主体建筑材料，少量使用天然石材类装饰材料，旨在为医疗职业人群的身体健康提供充分的保障。