建筑材料放射性和室內(nèi)氡濃度檢測技術(shù)

γ譜儀與建筑材料放射性比活度檢測技術(shù)
    對于執(zhí)行GB6566和 GB50325的檢測實驗室來說，一般不必購買價格昂貴的高純鍺γ譜儀，只須配備合格的碘化鈉γ譜儀就能完成檢測任務。
    碘化鈉Nal（TI）γ譜儀由探測器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（包括數(shù)據(jù)采集軟件）及γ譜分析軟件組成。其中探測器由碘化鈉晶體、光電倍增管、前置放大器及鋁殼組成；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由高低壓電源。放大器、多道分析器組成；而多道分析器由模數(shù)變換器（AD C）、多道數(shù)據(jù)采集卡和多道仿真軟件組成。
    （1）選用合格的低本底多道碘化鈉γ能譜儀
    現(xiàn)在國內(nèi)涉及到碘化鈉γ譜儀使用的相關(guān)標準有2個，即GBll743－89《土壤中放射性核素的γ能譜分析方法》和GB/T16143—1995《建筑物表面氡析出率的活性炭測量方法》，標準中規(guī)定碘化鈉晶體尺寸不小于7．5cmX7．5cm，屏蔽室的等效鉛當量不小于10cm。因為γ譜儀要測量的鐳-226、釷-232、鉀一40核素在地球上任何一個地方都存在，實驗室的地面、天花板、四面墻壁都會產(chǎn)生這些核素的γ光子。這些γ光子能穿透鉛室進入碘化鈉探測器，如鉛室厚度不夠，γ譜儀本底會很高；碘化鈉晶體尺寸小，γ譜儀探測效率低，γ譜儀測樣品時的計數(shù)接近γ譜儀測本底時的計數(shù)，γ譜儀測得的樣品凈計數(shù)的統(tǒng)計誤差大，根據(jù)樣品凈計數(shù)計算出的樣品比活度分散性很大，測量結(jié)果達不到GB6566和GB50325的要求。
    ①探測器：一般用中Φ 7．6cm X 7．6cm碘化鈉晶體，分辨率應小于 9％（分辨率是指137Cs的661．66keV峰的半高寬（FWHM）除以661．66keV峰的峰位）。一般進口探測器的分辨率小于7．5％，實際測量7％左右；國產(chǎn)探測器的分辨率7％～10％。為此建議用戶購買進口探測器。
    ②鉛室：屏蔽層鉛厚度應不小干10cm。內(nèi)腔大的因散射小，屏蔽效果較好，內(nèi)腔直徑Φ220mm的鉛室比較適宜。本底計數(shù)率應不大干5cps（每秒計數(shù)），測本底計數(shù)率用3”X3”（7.6cm X 7.6cm）碘化鈉探測器，關(guān)閉鉛室。本底計數(shù)率等于1到1 024道全譜計數(shù)之和（每道計數(shù)相加）除以測量活時間。質(zhì)量好的鉛室本底計數(shù)率小于3．3cps（每秒計數(shù)）。
    ③多道分析器：多道道數(shù)應為512道或1024道。多道仿真軟件應有測量預置（設(shè)置實時間、活時間）、設(shè)置感興趣區(qū)ROI、能量刻度、尋峰、核素識別等功能。
    ④γ譜儀穩(wěn)定性：24h峰位漂移小于1％。好的譜儀 24h峰位漂移小平 0．7％，長期穩(wěn)定性一個月峰位漂移小于1％。γ譜儀要測建材樣品放射性比活度必須先做刻度，測本底譜，分別測鐳-226、釷-232．鉀-40三個標準源，做一次刻度一般需 1-3d時間，做完刻度后再測樣品。分析樣品譜時是將鐳-226、釷-232、鉀-40三個感興趣區(qū)的每一個區(qū)間總計數(shù)分別分解成該區(qū)間的鐳-226的計數(shù)、釷-232的計數(shù)、鉀-40的計數(shù)，這就要求γ譜儀必須有很好的穩(wěn)定性，保證儀器測樣品時的感興趣區(qū)與測標準源時的感興趣區(qū)相同。
    ⑤計算樣品放射性比活度的γ譜分析軟件：現(xiàn)在只有兩種碘化鈉γ譜分析方法，即逐道zui小二乘法擬合和逆矩陣法，逐道zui小二乘法擬合因計算用的道數(shù)多，統(tǒng)計誤差小，計算結(jié)果比逆矩陣法準確；逆矩陣法用三個感興趣區(qū)計算結(jié)果。中國原子能科學研究院王里玉教授和清華大學宋征博士的碘化鈉γ譜分析軟件用逐道zui小二乘法擬合，國內(nèi)其它的碘化鈉γ譜分析軟件全部用逆矩陣法；王里玉教授的軟件。不同軟件要求樣品的測量時間各不相同，王里玉教授的軟件測樣品需2．5h以上，宋征博士的軟件測樣品需3h以上，其它逆矩陣法軟件測樣品需4h以上，才能保證大部分樣品的比活度測量結(jié)果的不確定度不大于 20％。生產(chǎn)碘化鈉γ譜儀的主要廠家有美國PRINCETON  GAMMA-TECH公司、CANBERRA公司、ORTEC公司、北京核儀器廠等， PRINCETONGAMMA-TECH公司的MCA2100R碘化鈉γ譜儀采用美國QCC二次壓縮變換技術(shù)，大大提高了碘化鈉γ譜儀的性能（實際分辨率優(yōu)于其他廠家），γ譜圖中從低能到高能的γ射線峰清晰漂亮（重疊部分很少），能量刻度比其它碘化鈉γ譜儀都準確。
    （2）選用有計量證書的標準源
    因碘化鋼探測器有溫度效應，1－2個月就需要用戶重新刻度碘化鈉γ譜儀，執(zhí)行GB6566檢測建材放射性的實驗室購買碘化鈉γ譜儀時一定要配置有計量證書的鐳-226、釷-232、鉀-40三個標準源和混合標準源（標準樣品）。
    （3）實驗室環(huán)境
    因光電信增管有一定溫度系數(shù)，碘化鈉γ譜儀實驗室應裝空調(diào)。碘化鈉γ譜儀工作時室溫變化范圍≤士2℃，相對濕度≤75％。
    （4）用標準源刻度γ譜儀
    刻度γ譜儀的周期由譜儀穩(wěn)定性決定，一般l-2個月一次，譜儀穩(wěn)定性好，可更長時間做一次?？擅恐軠y一次標準樣品（測量時間4h以上），若測量值與標準值偏差大于18％，需重新刻度。建議測本底12h以上，每個標準源測6h以上。測量時間長，統(tǒng)計誤差小，標準譜的峰形好，刻度結(jié)果好。
    （5）裝樣
    樣品稱量應是干樣質(zhì)量，若是濕樣，應在105℃ 烤箱內(nèi)烘烤 3-4h后稱量裝樣。譜儀測量是相對測量，裝樣品的盒和標準源的源盒必須是同一種盒子，樣品的高度和標準源的高度相同（樣品體積與標準源體積相同），測樣品與測標準源的幾何位置相同，就可保證對同一種能量，測樣品時的效率與測標準源時的效率相同。
    （6）放射性平衡
     新國標規(guī)定樣品密封、平衡后再測量樣品，其意思非常不明確。實際上γ譜儀測鐳測到的是鐳的子體氡及氡子體的γ射線。理論上計算樣品密封后放置 20d，鐳與氡就達到平衡。老國標的規(guī)定非常明確，樣品密封后放置20d再測量。平常檢測樣品，客戶希望盡快拿到報告，要快出報告，需要積累一些數(shù)據(jù)。實際測量可分兩大類：比對測量和超標樣品密封后放置 20d后測量。一般樣品密封后放置4d后測量，只要對鐳的比活度乘一個修正因子F，不同材料F值不同，一般小于 1．10。
     例如水泥密封后，放置4d后測量一次，測得鐳的比活度為A4，該樣品繼續(xù)放置到20d后再測量一次，測得鐳的比活度為A20，A20為準確值，求得水泥修正因子F=A20／A4。對不同水泥測幾次，求F的平均值，以后再測水泥樣品就可在一周內(nèi)出報告。求F值時樣品測量時間長一些， 6h以上。對瓷磚、花崗巖等不同種類的建材及土壤樣品可同樣處理，不同種類的建材F值不同。
2  室內(nèi)氡檢測方法
   （1）氡濃度不確定度的測定
    氛濃度不確定度的實測主要取決于連續(xù)測量時間（采樣時間）。用RAD7測量某地下室，設(shè)置選2-DAY，儀器每小時給一個氡濃度值，連續(xù)測量48h，測量結(jié)果如下：平均氡濃度 200Bq／m3，zui大氡濃度396Bq／m3，zui小氡濃度46．IBq／m3。這就是說若用RAD7不同時間只測一小時，則測量結(jié)果可能相差 8．6倍。室內(nèi)氡氣的濃度很不穩(wěn)定，我國 2000年前只有衛(wèi)生、核工業(yè)和環(huán)保部門的研究所測量過氡濃度，都是小范圍的測量，沒有大面積的普查。*只有美國做過大面積的室內(nèi)氡濃度測量，到1999年，美國已有3800萬個家庭測量過室內(nèi)氡濃度。美國測氡儀器和實測方法都有國家標準，而且標準內(nèi)容明確詳細，整個行業(yè)都遵守標準，室內(nèi)氡濃度測量很規(guī)范。
    因為室內(nèi)氡濃度波動大，每小時都會有變化，輻射防護委員會（ICRP）和原子能機構(gòu)

（IAEA）制定的標準以及國標GB／T18883－2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》中規(guī)定室內(nèi)氡濃度的行動水平限值均是指年平均值。顯然用固體徑跡探測器連續(xù)測一年的氛濃度值zui能代表室內(nèi)氡濃度的實際情況，但這種測量太費時；若測量幾分鐘，幾小時，這種測量結(jié)果分散性（不確定度）太大，根本不能代表實際情況。我們應該用折中方法，*只有美國研究氡的科學家zui多，測量數(shù)據(jù)zui全面，在我們沒有達到美國水平之前，不妨采用美國規(guī)范可行的檢測方法。美國氡測量標準《室內(nèi)氡和氡子體測量標準》（ EPA  402-R-93-003，June1993）中將氡濃度檢測分兩步進行，*行篩選測量，若篩選測量結(jié)果高于一定水平，建議進行第二次測量即跟蹤測量。篩選測量的測量時間2-90d，取決于測量裝置，如連續(xù)測氡儀48h以上，固體徑跡探測器90d。GB50325中的氡濃度檢測實際上就是篩選測量。
    （2）主要測氡方法簡介
    GB／T 14582－93《環(huán)境空氣中氡的標準測量方法》中有四種測氡方法，簡介如下：
    ①徑跡蝕刻法：此法可測氡濃度的年平均值，是美國氡測量標準中推薦的方法之一。上固體徑跡探測器應用率逐年提高，具有靈敏度高、測量結(jié)果重現(xiàn)性好、操作簡便、測量期間不需要電源等優(yōu)點。但徑跡探測器采樣時間需90d以上，建筑工程不可能接受90d的檢驗周期。
    ②活性炭盒法：此法可測氡濃度的短期平均值，也是美國氡測量標準中推薦的方法之一。美國*推薦的測氡實驗室一般具有2種以上的測氡方法，這些實驗室絕大部分（90％以上）都有活性炭盒法，通過郵寄測量家庭室內(nèi)氡濃度?；钚蕴亢蟹ň哂袦y量結(jié)果準確、操作簡便、采樣期間不需要電源、體積小、便于布放和郵寄等優(yōu)點。缺點是濕度影響活性炭對氡的吸附，必須做濕度修正。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，活性炭盒法工程檢測，執(zhí)行GB50325的檢測實驗室應活性炭盒法。
    ③雙濾膜法：此法測量瞬間采樣的氡濃度，美國不用雙濾膜法測量室內(nèi)氡濃度。裝置笨重，采樣頭的頻繁換取可能會引起漏氣，影響測量結(jié)果。若按GB／T 14582－93附錄A的要求，連續(xù)2d多次測量手算平均值，工作量太大。
    ④氣球法：此法測量瞬間采樣的氡濃度，美國不用氣球法測量室內(nèi)氡濃度。氣球法技術(shù)難度太大，不實用。
    ⑤連續(xù)測氡儀：限于當時的技術(shù)條件，GB／T14582－93只在附錄中有連續(xù)測氧儀，并規(guī)定檢測時間至少 24h。目前很多檢測實驗室都購買連續(xù)測氡儀，主流是1027和RAD7，RAD7準確度高。閃爍室型的連續(xù)測氡儀很容易本底增高，測量值偏大，特別是測量高濃度的房間后，接著測普通房間，結(jié)果偏大；需用氮氣沖洗閃爍室或放較長時間才能再使用。
    （3）規(guī)范準確方便快速的室內(nèi)氡檢測方法——活性炭盒法
    1027的說明書中明確說明測量室內(nèi)氡濃度需連續(xù)測量48h以上；RAD7的說明書中也說明美國*（EPA）的標準要求取兩天測量的平均值，而RAD7的設(shè)置中有l-DAY和2-DAY。這說明在美國氡檢測非常規(guī)范，無論是儀器生產(chǎn)廠家或檢測機構(gòu)，都遵守EPA標準《室內(nèi)氡和氡子體測量標準》。執(zhí)行GB 50325的檢測實驗室需購買多臺1027或RAD7才能滿足工作需要。大的檢測單位因測量建筑材料放射性已購買低本底多道γ能譜儀，用活性炭盒法測氡經(jīng)濟上*，一個活性炭采樣盒相當于一臺連續(xù)測氡儀，采樣時間48h測量結(jié)果規(guī)范準確。小的檢測單位可租用活性炭采樣盒或買1027，因為一臺RAD7價格相當于8臺1027。用戶購買連續(xù)測氡儀一定要英文說明書，國內(nèi)相當多的經(jīng)銷商沒有放射性專業(yè)知識，中文說明書有很多錯誤，有的甚至有意將1027說明書首頁“測量時間48h以上” 刪掉。
    RAD7說明書質(zhì)量控制一節(jié)中說明將RAD7與活性炭盒測量結(jié)果比較，若偏差大，再與另一個實驗室活性炭盒測量結(jié)果比較，若偏差仍大，建議將RAD7送回廠家重新刻度。這說明活性炭盒法與RAD7具有同一水平的準確性。
    活性炭盒法測室內(nèi)氡濃度一般采樣時間48h，采樣結(jié)束后的活性炭盒放置 3h就可用 γ譜儀測量。碘化鋼γ譜儀可以 20min測一個活性炭盒，正常上班時間可測20個活性炭盒，4d就可出一個較大工程的檢測報告。與其它方法相比，工程驗收檢測只有活性炭盒法既可達到規(guī)范的采樣時間，又可準確快速的報告檢測結(jié)果。
    要保證活性炭盒法的準確性，必須刻度準確，至少做3個濕度下的刻度以修正濕度的影響，用活性炭（鐳）氡標準源核準γ譜儀的漂移，并有質(zhì)量保證措施，這需要專業(yè)實驗室提供服務。