沉降物中γ核素測(cè)量技術(shù)規(guī)范-征求意見(jiàn)稿

1T/ZJARPXXX-2024沉降物中γ核素測(cè)量技術(shù)規(guī)范1適用范圍本技術(shù)規(guī)范規(guī)定了空氣中沉降物γ核素分析測(cè)量的技術(shù)要求，包括樣品采集、樣品制備、樣品測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、質(zhì)量保證、儀器刻度和不確定度評(píng)估等主要流程。本技術(shù)規(guī)范適用于核設(shè)施監(jiān)督性監(jiān)測(cè)和輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)的空氣中沉降物γ核素的分析測(cè)量，核與輻射事故（事件）的環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)可參照?qǐng)?zhí)行。2規(guī)范性引用文件以下標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范所含條文，在本標(biāo)準(zhǔn)中被引用即構(gòu)成本標(biāo)準(zhǔn)的條文，與本標(biāo)準(zhǔn)同效。凡是不注明日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB8999電離輻射監(jiān)測(cè)質(zhì)量保證通用要求GB/T11713高純鍺γ能譜分析通用方法GB/T16145環(huán)境及生物樣品中放射性核素的γ能譜分析方法HJ61輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范HJ1127應(yīng)急監(jiān)測(cè)中環(huán)境樣品γ核素測(cè)量技術(shù)規(guī)范HJ1129就地高純鍺譜儀測(cè)量土壤中γ核素技術(shù)規(guī)范HJ1149環(huán)境空氣氣溶膠中γ放射性核素的測(cè)定濾膜壓片/γ能譜法GB/T27418測(cè)量不確定度評(píng)定和表示3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1高純鍺γ能譜儀highpuritygermaniumgammaspectrometer利用γ射線與高純鍺晶體中原子相互作用產(chǎn)生的電子--穴對(duì)被收集來(lái)測(cè)量放射性核素活度的儀器。3.2沉降物atmosphericdeposition從大氣向地表沉降的微粒物質(zhì)。沉降物可分為干沉降物和濕沉降物，干沉降物指分散在空氣中固體微粒在僅受自身重力、氣體浮力及兩者相互影響產(chǎn)生的阻力作用下，自由沉降下來(lái)的微粒物質(zhì)；濕沉降物指固體微粒隨降水（雨、雪、雹等）沉降下來(lái)的微粒物質(zhì)。3.3探測(cè)效率detectionefficiency在一定的測(cè)量條件下，探測(cè)器測(cè)得的粒子數(shù)與在同一時(shí)間間隔內(nèi)由刻度源或樣品發(fā)射出的該種粒子數(shù)之比。4方法原理2T/ZJARPXXX-2024將沉降物收集器放置在地形開(kāi)闊、周圍無(wú)高大建筑物和樹(shù)木的地方，根據(jù)實(shí)際情況加適量去離子水（或蒸餾水放置一定時(shí)間收集樣品。將采集完畢的沉降物樣品轉(zhuǎn)移至專用容器，送實(shí)驗(yàn)室處理，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、烘干、研磨后得到待測(cè)樣品，再用高純鍺γ能譜儀分析測(cè)量。5試劑和材料5.1試劑主要試劑有：去離子水、pH試紙、99.5%無(wú)水乙醇等。5.2耗材其他常規(guī)耗材。6儀器與設(shè)備6.1高純鍺γ能譜儀性能和技術(shù)指標(biāo)除執(zhí)行GB/T11713的相關(guān)規(guī)定外，采用P型高純鍺探測(cè)器時(shí)，相對(duì)探測(cè)效率一般應(yīng)不小于30%，也適合采用寬能型或井型高純鍺譜儀分析測(cè)量。6.2沉降物收集器圓柱形集塵桶，其內(nèi)徑一般不小于60cm，深度一般不小于50cm，材質(zhì)為有機(jī)玻璃、玻璃鋼或陶瓷，底部平整或錐形，內(nèi)壁光滑。6.3制樣設(shè)備主要制樣設(shè)備有：烘箱，最高溫度大于250℃;電子天平，感量0.01g等6.4輔助設(shè)備其他常規(guī)輔助設(shè)備。7采樣與樣品前處理7.1監(jiān)測(cè)方案按照HJ61中5.2和5.3節(jié)相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。7.2樣品采集7.2.1沉降物的采集一般采用專用集塵桶采集總沉降物，也可采用干濕沉降自動(dòng)采樣裝置。采集樣品3T/ZJARPXXX-2024時(shí)，向沉降物樣品收集容器（采樣器）內(nèi)注入深度超過(guò)1cm的去離子水，為防止冰凍，可加入乙二醇。采樣期間應(yīng)保持采樣器內(nèi)水深在1cm以上，必要時(shí)可采用自動(dòng)補(bǔ)水裝置。在夏季多雨或冬季多雪季節(jié)，應(yīng)注意采樣器內(nèi)積水或積雪情況，為防止水或雪滿溢出，應(yīng)使采樣器內(nèi)只保留少量樣品，及時(shí)將大部分樣品轉(zhuǎn)移至采樣容器內(nèi)，待采樣結(jié)束后合并處理。7.2.2收集樣品時(shí)，用光潔的鑷子將落入采樣器內(nèi)的樹(shù)葉、樹(shù)枝、昆蟲等異物取出，并用去離子水將附著在異物上塵埃的沖洗下來(lái)，棄去異物。將采樣器內(nèi)溶液和塵埃全部轉(zhuǎn)移至樣品容器內(nèi)，并用橡膠/軟質(zhì)硅膠刮刀等將采樣器內(nèi)壁附著的塵埃刮洗干凈，用去離子水反復(fù)沖洗采樣器內(nèi)壁、采樣桶和刮刀，清洗液并入樣品容器，可在樣品中加酸使pH<2。7.2.3記錄樣品采集信息，貼好標(biāo)簽，樣品采集信息包括采樣開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、收集面積、樣品狀態(tài)、點(diǎn)位信息等。采樣期間，所有有關(guān)樣品代表性和有效性的因素，如沙塵暴等異常氣候條件、異常建設(shè)活動(dòng)、植被變化等均應(yīng)詳細(xì)記錄。7.3樣品制備7.3.1樣品運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，將樣品轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)容器（如大型瓷蒸發(fā)皿或5L燒杯在電熱板上蒸發(fā)，也可用自動(dòng)濃縮裝置處理樣品。當(dāng)液體量減少一半時(shí)，依次加入剩余未處理樣品，繼續(xù)濃縮，注意留出少量上層清液樣品用于洗滌樣品容器。7.3.2當(dāng)濃縮液余量很少時(shí)，待其冷卻，將濃縮后的樣品轉(zhuǎn)移至小型瓷蒸發(fā)皿中進(jìn)一步濃縮。蒸發(fā)容器用少量去離子水洗滌，并加入濃縮液中，遇到器壁上有懸浮物等吸附時(shí)，仔細(xì)擦洗，洗滌合并入濃縮液，繼續(xù)濃縮至體積約20ml。7.3.3用烘箱、紅外燈或電熱板等對(duì)小型瓷蒸發(fā)皿內(nèi)的樣品加熱（不超過(guò)105℃,防止崩濺）至水相消失，用碾杵將樣品磨細(xì)。稱量樣品總重量，充分混勻后，根據(jù)待測(cè)項(xiàng)目的要求，準(zhǔn)確稱取部分或全部樣品進(jìn)行分析。8γ能譜的采集8.1標(biāo)準(zhǔn)源的獲取與制備8.1.1標(biāo)準(zhǔn)源的獲取標(biāo)準(zhǔn)源應(yīng)來(lái)源于具備資質(zhì)的國(guó)家法定計(jì)量部門或者標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，標(biāo)準(zhǔn)源應(yīng)滿足以下條件：a)可溯源至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)擴(kuò)展不確定度（k=2）不大于5%；b)標(biāo)準(zhǔn)源在樣品盒中的分布是均勻的，不產(chǎn)生顯著的容器壁特異性吸附而改變核素分布；c)標(biāo)準(zhǔn)源的密度、幾何尺寸、基質(zhì)成分等應(yīng)與測(cè)量樣品相近；d)在有效的使用期內(nèi)，不產(chǎn)生潮解、結(jié)晶等；4T/ZJARPXXX-2024e)除有效的放射性核素外，應(yīng)不含或盡量少含其它的放射性雜質(zhì)；f)具有校準(zhǔn)或檢定證書，信息至少包括：核素活度、不確定度、定值日期、化學(xué)成分、標(biāo)準(zhǔn)源定值方法、質(zhì)量或體積等。8.2標(biāo)準(zhǔn)源的制備實(shí)際工作中，可用收集的天然沉降物樣品作為基質(zhì)，摻入放射性核素制成，或用模擬物質(zhì)配制成模擬沉降物基質(zhì)，再摻入放射性核素，經(jīng)過(guò)充分混勻后制成，標(biāo)準(zhǔn)源發(fā)射的γ射線能量范圍通常為40keV~2000keV，能量點(diǎn)分布均勻。8.3γ譜儀的刻度8.3.1能量刻度能量刻度執(zhí)行GB/T11713的4.3節(jié)相關(guān)規(guī)定。8.3.2效率刻度有源效率刻度執(zhí)行GB/T11713的4.3節(jié)和HJ1149-2020的8.1節(jié)相關(guān)規(guī)定。無(wú)源效率刻度就是對(duì)沉降物樣品的探測(cè)效率進(jìn)行理論計(jì)算，理論計(jì)算通?；诿商乜_（MCNP）方法。對(duì)探測(cè)器進(jìn)行表征，再結(jié)合獨(dú)立的實(shí)際參考物質(zhì)測(cè)試驗(yàn)證和修正表征參數(shù)?？筛鶕?jù)儀器廠商提供的表征參數(shù)文件建立幾何模型，由此得到不同測(cè)量條件下的樣品效率曲線。使用無(wú)源效率刻度時(shí)需用可溯源的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行驗(yàn)證，各能量點(diǎn)驗(yàn)證結(jié)果的相對(duì)偏差均小于15%時(shí)，該種無(wú)源效率刻度方法才可應(yīng)用于實(shí)際樣品分析。8.4本底測(cè)量沉降物的本底測(cè)量可用一個(gè)干凈的空白樣品盒裝入蒸餾水或者直接采用空白樣品盒置于探測(cè)器上，測(cè)得本底數(shù)據(jù)。正常的本底譜的γ射線能峰一般為天然核素所貢獻(xiàn)，為獲得計(jì)數(shù)不確定度較小的本底譜，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置本底測(cè)量時(shí)間。8.5樣品測(cè)量樣品、標(biāo)準(zhǔn)源放置在探測(cè)器的測(cè)量位置要保持一致，根據(jù)分析項(xiàng)目的不確定度、探測(cè)限等要求設(shè)置樣品測(cè)量時(shí)間，普通環(huán)境樣品一般測(cè)量24h或根據(jù)實(shí)際測(cè)量指標(biāo)要求確定。對(duì)于需要分析短半衰期的核素的樣品，需減少放置時(shí)間，盡快上機(jī)測(cè)量；測(cè)量226Ra活度時(shí)應(yīng)密封放置20天以上，以保證226Ra與其子體間的放射性平衡。9結(jié)果計(jì)算與表示9.1γ能譜分析方法9.1.1相對(duì)比較法5T/ZJARPXXX-2024相對(duì)比較法適用于有待測(cè)核素標(biāo)準(zhǔn)源可利用的情況下，樣品中放射性核素活度濃度可用此方法解譜分析。利用總峰面積法、函數(shù)擬合法、逐道最小二乘擬合法等，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)源和樣品γ能譜中各特征峰的全能峰凈面積。標(biāo)準(zhǔn)源中第j種核素的第i個(gè)特征峰的刻度系數(shù)Cji見(jiàn)式（1）：式中：Aj——標(biāo)準(zhǔn)源中第j種核素的活度，單位為貝可（Bq）;ji——標(biāo)準(zhǔn)源中第j種核素的第i個(gè)特征峰的全能峰凈面積計(jì)數(shù)率，單位為每秒計(jì)數(shù)（cps）。式中：Qj——被測(cè)樣品中第j種核素的活度濃度，單位為Bq/(m2·d);Aji——被測(cè)樣品第j種核素的第i個(gè)特征峰的全能峰凈面積計(jì)數(shù)率，單位為每秒計(jì)數(shù)（cpsAjib——與Aji相對(duì)應(yīng)的特征峰本底凈面積計(jì)數(shù)率，單位為每秒計(jì)數(shù)（cps）；M——樣品量，單位為平方米·天（m2·d）；Dj——第j種核素校正到采樣時(shí)的衰變校正系數(shù)。9.1.2效率曲線法效率曲線法適用于已有效率刻度曲線的情況下，求被測(cè)樣品中放射性核素的活度濃度，刻度曲線的獲得按照GB/T16145的7.3節(jié)執(zhí)行。根據(jù)效率刻度后的效率曲線或表示效率曲線的擬合函數(shù)求出某特定能量γ射線所對(duì)應(yīng)的效率值，被測(cè)樣品中第j種核素的活度濃度Qj見(jiàn)式（3）：式中：ηi——第i個(gè)γ射線全吸收峰所對(duì)應(yīng)的效率值；Pji——第j種核素發(fā)射第i個(gè)γ射線的發(fā)射幾率，常用的γ射線發(fā)射幾率大于1%的天然放射性核素表參見(jiàn)附錄B；Aji——被測(cè)樣品第j種核素的第i個(gè)特征峰的全能峰凈面積計(jì)數(shù)率，單位為每秒計(jì)數(shù)（cpsAjib——與Aji相對(duì)應(yīng)的特征峰本底凈面積計(jì)數(shù)率，單位為每秒計(jì)數(shù)（cps）；M——樣品量，單位為平方米·天（m2·d）；Dj——第j種核素校正到采樣時(shí)的衰變校正系數(shù)。9.2數(shù)據(jù)處理9.2.1全能峰面積的確定確定樣品譜、標(biāo)準(zhǔn)源譜中各特征峰的面積采用全能峰面積法。求標(biāo)準(zhǔn)源、樣品全能峰凈面積時(shí)，應(yīng)將全能峰計(jì)數(shù)減去本底譜相應(yīng)峰值本底計(jì)數(shù)。9.2.2特征峰道區(qū)的選擇原則6T/ZJARPXXX-2024a)對(duì)于發(fā)射多種能量γ射線的核素，特征峰道區(qū)選擇發(fā)射幾率最大的γ射線全能峰區(qū)；b)如果一種核素發(fā)射幾種能量γ射線的幾率相差不多，則應(yīng)該選擇無(wú)其他核素γ射線干擾、能量適中、探測(cè)效率高的γ射線全能峰區(qū)；c)如果某種核素發(fā)射幾率最大的γ射線出現(xiàn)重疊干擾，則這種核素就只能取其發(fā)射幾率次高的γ射線作為特征峰；d)特征道區(qū)寬度的選取應(yīng)使多道分析器的漂移效應(yīng)以及相鄰峰的重疊保持最小。9.2.3根據(jù)全能峰效率曲線求核素活度濃度根據(jù)效率曲線或效率曲線的擬合函數(shù)求出相應(yīng)能量γ射線的全能峰效率值，然后用式（5）計(jì)算沉降物樣品中γ核素的活度濃度：式中：Aji——被測(cè)樣品第j種核素的第i個(gè)特征峰的全能峰面積，cps；Ajib——與Aji相對(duì)應(yīng)的光峰的本底計(jì)數(shù)率，計(jì)數(shù)/s；ηi——第i個(gè)γ射線特征峰的全能峰效率值；Qj——第j種核素濃度，Bq/(m2·d)；Dj——第j種核素的校正到采樣時(shí)的衰變校正因數(shù)；M——樣品沉降量，m2·d。9.2.4干擾和影響因素a)對(duì)于半衰期較短的核素如7Be等需采用三段法（采樣期間、放置期間、測(cè)量期間）進(jìn)行衰變修正，具體方法參照HJ1149第9節(jié)中相關(guān)計(jì)算公式。b)當(dāng)兩種或兩種以上核素發(fā)射的γ射線能量相近，全能峰重疊或不能完全分開(kāi)時(shí)，彼此形成干擾；當(dāng)能量相近的兩種核素活度相差很大，或能量高的核素在活度上占優(yōu)時(shí)，高活度核素對(duì)活度較小核素的分析帶來(lái)干擾。應(yīng)盡量避免利用重峰進(jìn)行計(jì)算以減少由此產(chǎn)生的測(cè)量誤差。c)復(fù)雜γ能譜中，曲線基底和斜坡基底對(duì)位于其上的全能峰分析構(gòu)成干擾；只要有其他可替代全能峰供分析，就不應(yīng)利用這類全能峰。d)級(jí)聯(lián)γ射線在探測(cè)器中產(chǎn)生級(jí)聯(lián)符合相加現(xiàn)象。增加源（或樣品）到探測(cè)器的距離，可減少級(jí)聯(lián)符號(hào)相加效應(yīng)的影響。e)應(yīng)將全譜計(jì)數(shù)率限制到小于1000計(jì)數(shù)/s，使隨機(jī)加和效應(yīng)降到1%以下。f)應(yīng)使效率刻度標(biāo)準(zhǔn)源的密度與被分析樣品的密度相同或盡量接近，可以避免或減少密度差異的影響。9.2.5核素識(shí)別根據(jù)γ能譜中射線的能量大小、各射線能量的相對(duì)關(guān)系、核素的特征能量和樣品的性質(zhì)等特征識(shí)別核素。7T/ZJARPXXX-20249.2.6探測(cè)下限測(cè)量方法的探測(cè)下限計(jì)算公式參照GB/T11713附錄C執(zhí)行。10質(zhì)量保證10.1校準(zhǔn)或內(nèi)部校準(zhǔn)每年或者核心部件維修后，應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)或者自校，檢定的參數(shù)至少包括：相對(duì)效率、分辨率（FWHM）、峰康比、本底計(jì)數(shù)率等?；镜姆椒ㄊ鞘褂没疃冗m當(dāng)?shù)?0Co點(diǎn)源，置于探頭表面上方25cm處，循環(huán)測(cè)量若干組數(shù)據(jù)，用1332.5keV能量峰計(jì)算上述參數(shù)。10.2期間核查a)儀器本底：每半年測(cè)量本底譜一次，其40keV~3MeV平均積分本底應(yīng)小于2cps（參考儀器的使用效率）。b)穩(wěn)定性：每個(gè)測(cè)量周期記錄樣品譜的40K1460.8keV峰中心道的道址，一般峰位漂移應(yīng)在調(diào)試初始峰道的1‰以內(nèi)。c)分辨率：用104Bq量級(jí)60Co點(diǎn)源放置在探測(cè)器正上方，按能量分辨率測(cè)試要求，儀器分辨率應(yīng)優(yōu)于2.5keV。對(duì)經(jīng)過(guò)維修的探測(cè)器，分辨率變化最大不允許超過(guò)維修后指標(biāo)的10%。d)準(zhǔn)確度：測(cè)量已知參考樣品的核素含量，比較測(cè)量值與已知參考值之間的偏差，對(duì)238U應(yīng)在30%以內(nèi)，對(duì)137Cs等核素應(yīng)在15%以內(nèi)（測(cè)量時(shí)間8小時(shí)左右，刻度源137Cs總活度約幾十Bq，40K總活度約幾百Bq）。e)探測(cè)效率：儀器應(yīng)按照HJ1149中12.2章節(jié)進(jìn)行儀器相對(duì)效率測(cè)量和繪制質(zhì)量控制圖。f)其它性能指標(biāo)應(yīng)不低于出廠時(shí)的指標(biāo)，如固有誤差、重復(fù)性等。8T/ZJARPXXX-2024附錄A不確定度的評(píng)定（資料性）不確定度的計(jì)算參照《測(cè)量不確定度評(píng)定和表示》（GB/T27418）執(zhí)行，具體方法如下：A.1數(shù)學(xué)模型的建立核素活度濃度的計(jì)算公式如下：式中：Q——樣品中核素活度濃度，Bq/(m2·d)；Ns——全能峰或道區(qū)計(jì)數(shù)；Nb——相應(yīng)的本底計(jì)數(shù)；ε——全能峰效率；P——γ射線發(fā)射幾率T——樣品測(cè)量活時(shí)間，s；M——樣品沉降量，m2·d。（字母含義與正文不統(tǒng)一全能峰效率計(jì)算公式由下式給出，式中除了A0表示刻度源中核素總活度，單位Bq；其他同（A.1）式。A.2不確定度來(lái)源分析全能峰計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，本底漲落和樣品測(cè)量條件的差異是造成測(cè)量不確定度的主要來(lái)源，即“計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)誤差”是造成測(cè)量誤差的根本因素。a)γ譜儀對(duì)樣品測(cè)量的不確定度：u1（A類評(píng)定）；b)γ譜儀在效率刻度時(shí)的不確定度：u2是合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，它由下列不確定度分量構(gòu)成：1)刻度源峰凈計(jì)數(shù)率測(cè)量的不確定度u21(A類評(píng)定）；2)刻度源總活度的不確定度由證書給出：u22（B類評(píng)定）；3）所用核參數(shù)的不確定度由相關(guān)參考書給出：u23（B類評(píng)定）c)所用核參數(shù)的不確定度：u3（B類評(píng)定）同u23；d)樣品和刻度源測(cè)量活時(shí)間不確定度貢獻(xiàn)很小，忽略不計(jì)；e)樣品量的不確定度：u4（B類評(píng)定）A.3各不確定度分量的評(píng)定a)γ譜儀對(duì)樣品測(cè)量的計(jì)數(shù)率不確定度u1,+(A.3)u1=(A.3)9T/ZJAR