就地HPGe譜儀測(cè)量土壤中γ核素技術(shù)規(guī)范（征求意見(jiàn)稿）

中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

HJ□□□□-20□□

就地HPGe譜儀測(cè)量土壤中

核素技術(shù)規(guī)范

TechnicalSpecificationsforDeterminationof-emittingRadionuclidein

SoilbyIn-suitHPGeSpectrometry

（征求意見(jiàn)稿）

前言

為貫徹《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》《中華人民共和國(guó)放射性污染防治法》《中華人

民共和國(guó)核安全法》，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保障人體健康，規(guī)范土壤中核素的測(cè)定方法，制定本

規(guī)范。

本規(guī)范規(guī)定了測(cè)定土壤中核素的就地HPGe譜儀法，等效引用ISO18589-7《環(huán)境放射性

的測(cè)量–土壤第7部分核素的就地測(cè)量》。

本規(guī)范的附錄A～附錄C為資料性附錄，附錄D為規(guī)范性附錄。

本規(guī)范為首次發(fā)布。

本規(guī)范由生態(tài)環(huán)境部核設(shè)施安全監(jiān)管司、法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)司組織制訂。

本規(guī)范起草單位：生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心、輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)中心、華北電力大

學(xué)、安徽省輻射環(huán)境監(jiān)督站。

本規(guī)范生態(tài)環(huán)境部20□□年□□月□□日批準(zhǔn)。

本規(guī)范自20□□年□□月□□日起實(shí)施。

本規(guī)范由生態(tài)環(huán)境部解釋。

—155—

就地HPGe譜儀測(cè)量土壤中核素技術(shù)規(guī)范

1適用范圍

本規(guī)范規(guī)定了就地HPGe譜儀法測(cè)定土壤中核素的放射性活度濃度。

本規(guī)范適用于核事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)、常規(guī)環(huán)境監(jiān)測(cè)時(shí)，地表土壤中天然放射性和人工放射性

核素的測(cè)定。本規(guī)范不適用于土壤中放射性核素分布未知、強(qiáng)輻射場(chǎng)的測(cè)量。

對(duì)于新沉降的放射性落下灰，本規(guī)范測(cè)定的137Cs活度濃度檢出限為100Bq/m2。

2規(guī)范性引用文件

本規(guī)范引用了下列文件或其中的條款。凡是不注日期的引用文件，其有效版本適用于本

規(guī)范。

GB/T11713高純鍺γ能譜分析通用方法

GB/T27418測(cè)量不確定度評(píng)定和表示

JJG417譜儀

CNAS-CL01檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則

ISO18589-7環(huán)境放射性的測(cè)量–土壤第7部分核素的就地測(cè)量

IEC1452核儀器放射性核素發(fā)射率的測(cè)量鍺譜儀的校準(zhǔn)和使用

ICRUReport53環(huán)境中譜儀

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本規(guī)范。

3.1本征探測(cè)效率intrinsicdetectionefficiency

用以表示探測(cè)器本身性能的參數(shù)。它等于記錄的脈沖數(shù)與入射到探測(cè)器靈敏體積內(nèi)的

光子數(shù)之比，量綱一的量。

3.2全能吸收峰效率full-energy-peakefficiency

對(duì)于給定的測(cè)量條件和γ射線能量，HPGe探測(cè)器測(cè)得的射線全能吸收峰凈計(jì)數(shù)與同一時(shí)

間間隔內(nèi)輻射源發(fā)射的該能量射線總數(shù)的比值，量綱一的量。

3.3相對(duì)探測(cè)效率relativedetectionefficiency

在源至探頭前表面距離為25cm時(shí)，HPGe探測(cè)器和標(biāo)準(zhǔn)圓柱形NaI(Tl)閃爍體（h：

7.62cm7.62cm）探測(cè)器測(cè)量60Co源1332.5keV射線的全能吸收峰探測(cè)效率之比。

注：標(biāo)準(zhǔn)圓柱形NaI(Tl)閃爍體晶體對(duì)1332.5keV射線的全能吸收峰探測(cè)效率為1.210-3。

—156—

3.4能量分辨力energyresolution

探測(cè)器分辨能量不同卻又非常相近的入射γ射線的能力。能量分辨力與入射γ射線能量有

關(guān)，對(duì)于指定能量的單能射線，常用該能量的全吸收峰的半高寬來(lái)表示，keV。

3.5半高寬fullwidthathalfmaximum（FWHM）

在脈沖高度譜中，單峰峰值一半處兩點(diǎn)得橫坐標(biāo)之間的距離，keV。

注：如果能譜由幾個(gè)峰組成，則每個(gè)峰都有一個(gè)半高寬。

3.6峰位peakposition

由脈沖高度譜中，一個(gè)峰的鉅心處的能量(keV)或等效量（道數(shù)）。

3.7本底干擾backgrounddisturbance

本底對(duì)于待測(cè)核素特征射線E全能吸收峰面積的干擾。

3.8探測(cè)下限lowerlimitofdetection（LLD）

在給定的置信度下，譜儀可探測(cè)到最低的活度值。

3.9就地測(cè)量in-situmeasurement

不對(duì)待測(cè)對(duì)象做任何物理或化學(xué)性質(zhì)處理或改變，在其所處的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的測(cè)量。

3.10探測(cè)器高度detectionheight

HPGe晶體幾何中心與地表的垂直距離，m。

3.11活度濃度activityconcentration

單位面積或單位質(zhì)量待測(cè)物質(zhì)中放射性核素的活度，Bq.m-2或Bq.kg-1。

3.12有效前面積effectivefrontarea

表征探測(cè)器全能吸收峰探測(cè)效率的參數(shù)，即能量為E的射線束沿探測(cè)器軸向平行入射

的情況下，單位注量率所產(chǎn)生的全能吸收峰計(jì)數(shù)率，m2。

3.13角度修正因子Wanglecorrectionfactor

將探測(cè)器置于在野外地表實(shí)際測(cè)量射線的計(jì)數(shù)率與沿軸向平行入射的射線計(jì)數(shù)率之

比，量綱一的量。

3.14注量活度比/Afluenceactivityratio

土壤中單位活度濃度的放射性核素，在地面h高度處產(chǎn)生的能量為E的γ射線的注量率，

(cm-2.s-1)(Bqkg-1)-1或(cm-2s-1)(Bqm-2）-1。

—157—

3.15張弛深度lrelaxationlength

描述放射性核素與土壤深度相關(guān)的數(shù)學(xué)參數(shù)，表示活度濃度減少至表面e-1（37%）時(shí)，

距離土壤表面的深度，cm。

3.16質(zhì)量張弛深度relaxationmassperunitarea

表示活度濃度減少至表面活度的e-1（37%）時(shí)，此深度距離土壤表面范圍內(nèi)的單位面積

土壤的質(zhì)量，g.cm-2。

3.17等效表面沉積量equivalentsurfacedeposition

對(duì)于人工放射性核素，假設(shè)質(zhì)量張弛深度為0，計(jì)算得到的無(wú)限大平面源活度濃度即為

等效表面沉積量。等效表面沉積量在探測(cè)器高度處產(chǎn)生的初始γ射線注量率與實(shí)際體源產(chǎn)生

的相同，但忽略了γ射線在土壤中的衰減，導(dǎo)致給出的結(jié)果比實(shí)際值偏小。

3.18監(jiān)督源radiationsourcesforsupervision

為了監(jiān)督譜儀的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，HPGe譜儀應(yīng)配備有長(zhǎng)壽命的、高中低能區(qū)至少各有一

條射線的監(jiān)督源。

4方法原理

地表γ射線的注量率與土壤中放射性核素的活度濃度、核素在土壤中的分布，以及土壤

的化學(xué)組分、含水率等因素有關(guān)。探測(cè)器高度為1米時(shí)，測(cè)量的全能吸收峰計(jì)數(shù)率與土壤中

放射性核素的活度濃度成正比。

Nf

A(1)

式中：

—探測(cè)效率，HPGe探測(cè)器的全能吸收峰凈計(jì)數(shù)率與土壤中待測(cè)放射性核素的活度濃

度之比，s-1(Bqkg-1)-1或s-1(Bqm-2)-1。

-1

Nf—待測(cè)放射性核素的全能吸收峰計(jì)數(shù)率，s。

A—待測(cè)放射性核素的活度濃度，Bqkg-1或Bqm-2。

5儀器和設(shè)備

5.1HPGe譜儀：由HPGe探測(cè)器、高壓電源、主放大器、多道脈沖幅度分析器（MCA）、

制冷單元（液氮或電制冷）、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等6個(gè)主要部分構(gòu)成。

5.1.1HPGe探測(cè)器：對(duì)于60Co的1332.5keV射線全能吸收峰能量分辨力應(yīng)優(yōu)于2.5keV。N

型或P型HPGe探測(cè)器都可，但一般情況下不推薦N型探測(cè)器，這是因?yàn)镹型探測(cè)器與P

型探測(cè)器相比較脆弱。推薦使用具有各向同性響應(yīng)函數(shù)的探測(cè)器，即對(duì)入射光子方向沒(méi)有或

幾乎沒(méi)有依賴關(guān)系的探測(cè)器。探測(cè)器的表面積（即垂直于入射光子方向的截面）與入射角度

—158—

不相關(guān)時(shí)（即晶體的直徑與高度近似相等時(shí)），會(huì)滿足這個(gè)條件。

5.1.2高壓電源：根據(jù)所用探測(cè)器的最佳工作狀態(tài)選擇探測(cè)器高壓。電源輸出電壓應(yīng)連續(xù)可

調(diào)，波紋電壓應(yīng)不大于0.01%，電流應(yīng)不小于100A。對(duì)于同軸P型HPGe探測(cè)器，要加

正高壓，同軸N型要加負(fù)高壓。

5.1.3主放大器：又稱譜學(xué)放大器，屬于線性放大器，應(yīng)具有波形調(diào)節(jié)并與前置放大器及多

道脈沖幅度分析器匹配。

5.1.4多道脈沖幅度分析器(MCA)：與HPGe探測(cè)器相匹配的MCA的道數(shù)應(yīng)不少于8192道。

5.1.5數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

（1）接收MCA的譜數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和軟件構(gòu)成。

（2）軟件主要包括解析能譜的各種常規(guī)程序，諸如能量刻度、效率刻度、譜光滑、核素識(shí)

別、峰面積計(jì)算、峰面積校正、效率校正、母子體校正和重峰分析等基本程序。

（3）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要包括計(jì)算機(jī)及配套的讀出讀入裝置。

5.2三角架：能夠固定探測(cè)器晶體中心距地面1m高的支架，應(yīng)使用低原子序數(shù)、低密度的

材料制造（如：鋁、塑料、木材）。

5.3卷尺：卷尺的刻度長(zhǎng)度應(yīng)大于1m，且刻度精度不小于1mm

5.4其它輔助設(shè)備：應(yīng)配備全球定位系統(tǒng)（GPS）儀、溫濕度儀，記錄測(cè)試時(shí)的地理坐標(biāo)、

溫濕度。

6分析步驟

6.1布點(diǎn)原則

一般情況，選擇一個(gè)開(kāi)闊、平坦的區(qū)域，而且探測(cè)器的視閾半徑Rs內(nèi)應(yīng)無(wú)干擾物體（如

建筑物）。測(cè)量落下灰時(shí)，應(yīng)選擇自落下灰沉積以來(lái)放射性核素在土壤中分布未被破壞的區(qū)

域（如：沒(méi)有農(nóng)業(yè)活動(dòng)）。

6.2測(cè)量條件記錄

記錄測(cè)量點(diǎn)位溫濕度、GPS坐標(biāo)等。

6.3儀器狀態(tài)的檢查

就地測(cè)量前，檢查HPGe探測(cè)器的晶體溫度是否達(dá)到工作溫度。之后再打開(kāi)HPGe探測(cè)

器的偏壓電源，檢查儀器的能量分辨力。

6.4就地γ譜儀的安裝

在選定的測(cè)量區(qū)域中間位置，將HPGe探測(cè)器穩(wěn)定地安裝在測(cè)量支架上，探測(cè)器的端面

—159—

朝下。調(diào)整探測(cè)器高度，使之距離地表1米。連接HPGe譜儀電子學(xué)儀器的所有電纜。

6.5測(cè)量設(shè)置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)待測(cè)核素特征峰的計(jì)數(shù)率，設(shè)置測(cè)量時(shí)間，使得感興趣區(qū)計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)漲落在10%

以內(nèi)。

6.6能譜的采集

在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)獲取能譜。分析人員應(yīng)離開(kāi)探測(cè)器幾米遠(yuǎn)。停止測(cè)量后，在適當(dāng)?shù)奈?/p>

件名下存儲(chǔ)收集到的能譜。

6.7能譜分析

用能譜分析軟件查看采集的能譜，若能譜中存在可明顯辨別的峰，根據(jù)峰形特征設(shè)置

適合的感興趣區(qū)域，讀取全能吸收峰的凈峰面積；若能譜中無(wú)可明顯辨別的峰，則根據(jù)待測(cè)

核素的特征峰的能量和譜儀的半高寬，設(shè)置感興趣區(qū)，讀取全能吸收峰的積分面積。

7效率刻度

對(duì)于就地HPGe譜儀而言，很難有不同深度分布的大面積射線標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)。因此，根據(jù)土

壤、空氣的物理參數(shù)，放射性核素在土壤中分布的理論模型，并結(jié)合探測(cè)器的特征進(jìn)行探測(cè)

效率刻度。就地HPGe譜儀的探測(cè)效率取決于放射性核素在土壤中的分布，探測(cè)器高度，探

測(cè)器的性質(zhì)，射線的能量以及在土壤和空氣的吸收性質(zhì)等因素，可利用三個(gè)比例系數(shù)相乘

計(jì)算，即為Beck公式：

=WF(2)

式中：

F—注量活度比，土壤中單位活度濃度的核素在地表1m處產(chǎn)生的初級(jí)射線注量率，

(cm-2s-1)(Bqkg-1)-1或(cm-2s-1)(Bqm-2)-1。該物理量由放射性核素在土壤中分布、土壤組分

與密度等因素決定，與探測(cè)器無(wú)關(guān)。

W—角度修正因子,由探測(cè)器的角響應(yīng)因子R()和地表射線注量率角分布()共同決

定的，量綱一的量。這是因?yàn)樘綔y(cè)器非標(biāo)準(zhǔn)球體，對(duì)具有不同角度入射的射線探測(cè)效率并

不相同。而探測(cè)器所在的位置，射線是從土壤方向2立體角內(nèi)發(fā)射而來(lái)的，而非沿探測(cè)器

軸向平行入射的γ射線，故需要進(jìn)行角度修正。該物理量與探測(cè)器幾何結(jié)構(gòu)、射線能量、放

射性核素在土壤的分布有關(guān)。

—有效前面積，cm2。該物理量只與所用的探測(cè)器有關(guān)，由探測(cè)器晶體尺寸、材料、

幾何結(jié)構(gòu)等因素決定，與土壤中放射性核素分布無(wú)關(guān)。

7.1效率校準(zhǔn)的方法

就地HPGe譜儀的探測(cè)效率由注量活度比F、角度修正因子W和探測(cè)器有效前面積三

個(gè)物理量乘積構(gòu)成。（1）理論模型計(jì)算土壤中放射性核素在空氣產(chǎn)生的初級(jí)射線注量率（即

—160—

注量活度比F）和角分布()。（2）實(shí)驗(yàn)測(cè)量或蒙特卡洛模擬計(jì)算探測(cè)器的有效前面積和

角度響應(yīng)R()。（3）由注量率角分布()和探測(cè)器的角度響應(yīng)R()計(jì)算得到角度修正因子W。

實(shí)驗(yàn)測(cè)量或蒙卡模擬理論計(jì)算

有效前面積角度響應(yīng)R()注量角分布()注量活度比F

角響應(yīng)修正W

效率刻度因子

7.2質(zhì)量張弛深度的確定

天然放射性核素在土壤中均勻分布的，=；人工放射性核素可先取=0，計(jì)算等效

表面沉積量，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣或經(jīng)驗(yàn)值得到真實(shí)質(zhì)量深度。一般來(lái)說(shuō)，新近沉降的放射性

落下灰，放射性核素在土壤表面均勻分布，=0；隨著時(shí)間推移，放射性核素不斷向土壤

深度滲透，活度濃度隨著土壤質(zhì)量深度的增加而呈指數(shù)下降，0<<。

7.3注量活度比的計(jì)算

根據(jù)放射性核素的質(zhì)量張弛深度、土壤密度和組分計(jì)算單位放射性核素活度濃度在地表

1m處的注量率和角分布。詳細(xì)計(jì)算模型見(jiàn)附錄A。

7.4有效前面積的刻度

用標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)源或蒙特卡洛方法刻度HPGe探測(cè)器的有效前面積。

7.4.1標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)源刻度

刻度HPGe探測(cè)器有效前面積的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)源應(yīng)能夠發(fā)射低能射線和高能射線，一般包

括241Am、133Ba、137Cs、60Co、152Eu等。

（1）將標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)源放在探測(cè)器軸向線上，盡可能遠(yuǎn)離探測(cè)器（＞10探測(cè)器長(zhǎng)度），以便

使得到達(dá)探測(cè)器前表面的光束近似為平行光束。開(kāi)始獲取數(shù)據(jù)，使待測(cè)的全能吸收峰面積的

統(tǒng)計(jì)漲落小于5％。計(jì)算在探測(cè)器的有效晶體中心的注量率；

Ap

=keaxehy（3）

4r2

式中：

Ak—刻度源的活度，Bq；

—161—

p—能量為E的γ射線的發(fā)射幾率，量綱為一的量；

-1

a—能量為E的γ射線在空氣中的衰減系數(shù)，cm；

x—空氣中源的容器和探測(cè)器前帽之間的距離，cm；

-1

h—源容器（壁）中的減弱系數(shù)，cm；

y—γ射線在到達(dá)探測(cè)器途中在源容器穿過(guò)壁中的距離，cm；

r—源到晶體有效中心的距離，cm；

i對(duì)E>1MeV的γ射線，晶體的有效中心近似在晶體的幾何中心；

ii對(duì)E<0.1MeV的γ射線，晶體的有效中心在晶體的表面；

iii對(duì)能量處在上面二個(gè)值之間的γ射線，必須根據(jù)晶體的吸收系數(shù)作出平均穿透

厚度的估算：

11ed(1d)

r=.dx（4）

1-ed0

μ—能量為E的γ射線在HPGe晶體中的減弱系數(shù)，cm-1；

d—HPGe晶體的厚度，cm；

d0—端帽到晶體的距離，cm。

（2）采集并儲(chǔ)存能譜，進(jìn)行解譜，確定刻度源特征峰的全能吸收峰的計(jì)數(shù)率ng。

（3）采集不放源時(shí)的本底譜，進(jìn)行譜分析，獲取本底計(jì)數(shù)率nb。

（4）由修正后的計(jì)數(shù)率(ng-nb)除以注量率，得到。

ngnb

=（5）

（5）對(duì)于其它刻度源，重復(fù)（1）~（4）步，得到探測(cè)器不同能量的有效前面積。

7.4.2蒙特卡洛模擬計(jì)算

根據(jù)探測(cè)器的材料組成和幾何結(jié)構(gòu)等參數(shù)，利用蒙特卡洛軟件模擬探測(cè)器的有效前面

積，具體規(guī)范見(jiàn)附錄B。

7.5角度修正因子的刻度

7.5.1探測(cè)器角響應(yīng)因子R()

用標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)源或蒙特卡洛方法刻度探測(cè)器角度響應(yīng)因子R()。

—162—

（1）標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)源刻度

刻度HPGe探測(cè)器角響應(yīng)因子R()的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)源應(yīng)與7.4節(jié)相同，一般包括241Am、133Ba、

137Cs、60Co、152Eu等。

（1）用離晶體固定距離至少1米的點(diǎn)源，在入射角θ=0o(垂直于探測(cè)器的正表面)和θ=

90o之間每隔10o間隔測(cè)量?jī)舴逵?jì)數(shù)率Nf(θ)。

（2）用初始位置得到的計(jì)數(shù)率N0去歸一各角度的凈計(jì)數(shù)率Nf(θ)，得到相對(duì)響應(yīng)Nf(θ)/

N0與角度θ的關(guān)系，然后用多項(xiàng)式進(jìn)行擬合。

n

i（）

R()Aicos6

i0

一般情況下，采用四階多項(xiàng)式，即n=4。

(2)蒙特卡洛模擬刻度

根據(jù)探測(cè)器的材料組成和幾何結(jié)構(gòu)等參數(shù)，利用蒙特卡洛軟件模擬探測(cè)器的角度響應(yīng)，

具體規(guī)范見(jiàn)附錄B。

7.5.2角度修正因子W

角度修正因子用下式進(jìn)行計(jì)算

/2（）

WR()d（7）

0

式中：

()—射線注量率的角分布，可以根據(jù)放射性核素在土壤中的分布計(jì)算出來(lái)，詳見(jiàn)

附錄A。

對(duì)其他幾種能量的γ光子重復(fù)步驟7.5.1或7.5.2，得到不同能量的角度修正因子W。

8結(jié)果計(jì)算與表示

8.1結(jié)果計(jì)算

用公式（8）計(jì)算土壤中放射性核素的活度濃度：

n

Anet（8）

tp.fd

式中：

—163—

A—測(cè)量的放射性核素的活度濃度，Bqm-2或Bqkg-1；

nnet—能量為E的射線全能吸收峰凈計(jì)數(shù)，是能量為E的射線全能吸收峰總計(jì)數(shù)ng減

去本底計(jì)數(shù)nb，量綱一的量；

t—測(cè)量活時(shí)間，s；

—能量為E的射線探測(cè)器刻度因子，量綱一的量；

p—能量為E的γ射線的發(fā)射幾率，量綱一的量；

fd—測(cè)量時(shí)間內(nèi)的衰變修正因子，量綱一的量。

8.2測(cè)量不確定度評(píng)估

根據(jù)不確定度傳遞傳播公式，對(duì)公式（2）和（8）各不確定度分量的來(lái)源進(jìn)行計(jì)算。公

式（8）中不確定度最大來(lái)源為和nnet，其它量的不確定度可以忽略不計(jì)，因此合成標(biāo)準(zhǔn)不

確定度用下式計(jì)算：

22

u(n)u(n)A2

gb222222

urel(A)22(u()(WF)u(F)(W)u(W)(F))

(tpfd)

(9)

式中：

urel(A)—放射性核素活度濃度測(cè)量結(jié)果的不確定度；

u(ng)—能量為E的射線全能吸收峰總計(jì)數(shù)ng的不確定度；

u(nb)—能量為E的射線全能吸收峰本底計(jì)數(shù)nb的不確定度；

u()—能量為E的射線有效前面積刻度的不確定度；

u(F)—能量為E的射線注量活度比的不確定度；

u(W)—能量為E的射線角響應(yīng)修正因子的不確定度。

8.3探測(cè)下限

就地HPGe譜儀測(cè)量土壤中放射性核素的活度濃度探測(cè)下限：

2k1/2ngnb

A*（10）

pfdt

式中：

k1-/2—標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的分位數(shù)，一般選擇置信度為95%，即=0.05，k1-/2=1.96。

8.4結(jié)果表示

測(cè)量結(jié)果可根據(jù)報(bào)告要求報(bào)告所有超過(guò)探測(cè)下限的核素活度濃度及測(cè)量不確定度[A

urel(A)]，對(duì)于小于探測(cè)下限的核素其活度濃度應(yīng)以“小于LLD”表述。測(cè)量結(jié)果的小數(shù)點(diǎn)后

—164—

位數(shù)的保留與方法探測(cè)下限一致，最多保留三位有效數(shù)字。

9質(zhì)量保證和質(zhì)量控制

9.1總則

質(zhì)量保證應(yīng)滿足CNAS-CL01:2018的要求，對(duì)影響測(cè)量結(jié)果的變量都應(yīng)有相應(yīng)的質(zhì)

量控制措施。

9.2影響變量

附錄D中討論了影響測(cè)量結(jié)果有的變量，主要包括測(cè)量點(diǎn)位的環(huán)境特征、地表的平整

度、地表植被特征、土壤組分、探測(cè)器離地高度、有效前面積和角響應(yīng)的刻度。測(cè)量時(shí)，需

要特別注意并盡可能地降低這些參數(shù)的影響。

9.3儀器驗(yàn)證

按照實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量控制體系的要求，應(yīng)定期對(duì)儀器的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)（如探測(cè)效率、能量

分辨率、本底）進(jìn)行期間檢查。

9.4方法驗(yàn)證

應(yīng)定期確認(rèn)測(cè)量方法的有效性，可以參加國(guó)內(nèi)或國(guó)際組織的就地HPGe譜儀測(cè)量比對(duì)，

或就地HPGe譜儀測(cè)量結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)采樣、實(shí)驗(yàn)室HPGe測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。

9.5質(zhì)量控制計(jì)劃

9.5.1總則

對(duì)于任一就地HPGeγ譜儀測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)該建立質(zhì)量保證計(jì)劃，規(guī)定質(zhì)控程序和質(zhì)控

措施以保證測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量。

質(zhì)量保證計(jì)劃包括：

——期間核查

——實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

——資格認(rèn)證

——文件檔案

9.5.2期間核查的要求

9.5.2.1性能測(cè)試

應(yīng)定期檢查HPGe探測(cè)器性能指標(biāo)，以及測(cè)量結(jié)果是否可復(fù)現(xiàn)。將HPGe探測(cè)器放在固

定位置，分析環(huán)境中天然放射性核素（如40K，214Pb，214Bi，226Ra）的特征峰的能量和峰

—165—

形參數(shù)。

9.5.2.2能量分辨力和全能吸收峰探測(cè)效率

應(yīng)定期進(jìn)行HPGe探測(cè)器的能量分辨力和全能吸收峰探測(cè)效率的期間核查。一般情況，

每年至少開(kāi)展一次期間核查，若HPGe探測(cè)器經(jīng)?；販?，應(yīng)縮小期間核查的時(shí)間間隔。用固

定監(jiān)督源測(cè)量探測(cè)器能量分辨力和全能吸收峰探測(cè)效率，繪制質(zhì)控圖。監(jiān)督源在低能、中能

和高能區(qū)至少各有1條射線。若期間核查結(jié)果與之前相比存在顯著差異，需要進(jìn)行重新刻

度或維修。

9.5.2.3本底

在固定測(cè)量條件下，應(yīng)定期進(jìn)行HPGe探測(cè)器的本底期間核查。一般情況下，每年至

少開(kāi)展一次期間核查，若懷疑有污染可能性的時(shí)候，也應(yīng)盡快開(kāi)展本底期間核查，繪制質(zhì)控

圖。若期間核查結(jié)果與之前相比存在顯著差異，需要進(jìn)行去污處理。

9.5.3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

建議定期參加輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室組織的驗(yàn)證測(cè)量或?qū)嶒?yàn)室間比對(duì)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量分析環(huán)境

土壤中核素活度濃度。

9.5.4資格認(rèn)證

所有測(cè)量人員須經(jīng)專門培訓(xùn)，考核合格后方可上崗工作。

9.5.5文件文檔

就地HPGe譜儀的測(cè)量過(guò)程應(yīng)有詳細(xì)的原始記錄，以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的能譜文件，并規(guī)定

適當(dāng)?shù)谋４嫫谙?。一般而言，環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)、重點(diǎn)污染源監(jiān)測(cè)和應(yīng)急監(jiān)測(cè)的原始記錄應(yīng)永久

保存，核查報(bào)告等質(zhì)量保證記錄應(yīng)至少保存6年。

10注意事項(xiàng)

10.1就地HPGe譜儀必須防潮和防水。

10.2HPGe譜儀的工作環(huán)境溫度在-20℃~+50℃范圍內(nèi)，否則可能使得HPGe探測(cè)器的真

空變差。

10.3HPGe晶體制冷達(dá)到工作溫度（-196℃）易碎，運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)保證機(jī)械沖擊不會(huì)導(dǎo)致

探測(cè)器損壞。

10.4HPGe晶體在工作溫度（-196℃）才能工作，測(cè)量前需要預(yù)估探測(cè)器的運(yùn)輸和測(cè)量時(shí)

間，保證有足夠的液氮制冷或電池電量。

—166—

注:對(duì)于液氮制冷系統(tǒng)，HPGe探測(cè)器在運(yùn)輸過(guò)程中，液氮消耗量會(huì)變大。

10.5若放射性核素隨雨水沉降時(shí)，因降水的流動(dòng)，可能導(dǎo)致測(cè)量區(qū)域放射性核素分布并非

均勻，可能產(chǎn)生較大的偏差。

10.6若空氣中的放射性核素活度濃度已知，應(yīng)根據(jù)附錄C扣除其影響，并防止HPGe譜儀

被污染，并注意監(jiān)測(cè)人員的防護(hù)。

10.7超出視閾范圍的山脈、山脊也可能影響最終測(cè)量結(jié)果，建議盡量避免在周邊開(kāi)展測(cè)量。

—167—

附錄A

（資料性附錄）

土壤中單位活度濃度放射性核素在地表1m處產(chǎn)生初級(jí)射線注量率

地表1m處的初級(jí)射線注量率不僅與放射性核素在土壤的深度分布有關(guān)，而且與土壤

的密度相關(guān)。為此，引入質(zhì)量深度這一物理量：

z

(z')dz'(A1)

0

式中：

(z)—土壤密度(z)是隨深度z變化的函數(shù)。

通常而言，落下灰中的放射核素活度濃度隨著土壤深度的增加而呈指數(shù)衰減。土壤質(zhì)量

深度處放射性核素的活度濃度可以用式（A2）描述：

A()Aexp()（A2）

m,0

式中，

-1-2

Am,0—表面土壤中放射性核素的活度濃度，Bqkg或Bqm；

A()—質(zhì)量深度處放射性核素的活度濃度，Bqkg-1或Bqm-2；

—質(zhì)量張弛深度，gcm.2；

—放射性核素的質(zhì)量深度，gcm-2：

單位表面積沉降的放射性核素活度濃度A，可利用式(A3)計(jì)算:

AAexp()dA（A3）

0m,0m,0

圖A.1就地HPGe譜儀在無(wú)窮大平面地表的測(cè)量示意圖

HPGe探測(cè)器高度為h，以靈敏中心作為球坐標(biāo)原點(diǎn)，用球坐標(biāo)表示。土壤中放射性核

素在探測(cè)器的靈敏中心產(chǎn)生的初級(jí)射線注量率可用下式計(jì)算：

—168—

z

p'）（'''）

cos，=exp(ah/cosAV(r,cos,)exps(z)cosdzdr

4h/cos0

（A4）

式中：

p—能量為E為射線的分支比，量綱為一的量；

a—空氣對(duì)能量為E為射線的線性吸收系數(shù)，m；

s(z)—z深度處的土壤對(duì)能量為E為射線的線性吸收系數(shù)，m；

-1

AV(r,cos,)—z深度處（球坐標(biāo)為r,cos,）的土壤中放射性核素的活度濃度，Bqg。

對(duì)于無(wú)窮大平面的土壤，方位角取值為[0,2]。土壤深度zcm處放射性核素活度濃度

與方位角無(wú)關(guān)，因此對(duì)公式(A4)進(jìn)行積分，可得：

z

p'）（'''）

cos=exp(ah/cosAV(r,cos)exps(z)cosdzdr(A5)

2h/cos0

土壤深度z處土壤的單位體積元內(nèi)放射性核素活度濃度為：

A(r，cos)(z)Aexp()（A6）

Vm,0

將公式（A6）帶入公式（A5）可得：

z

p'）（'''-/）

cos=Am,0exp(ah/cos(z)exps(z)cosdzdr

2h/cos0

(A7)

若土壤的組分和密度不隨深度z變化，則和s為恒定值，公式（A.7）可化簡(jiǎn)為：

pexp('hcos)

a（）

cos=Am,0'A8

2s+cos

通過(guò)對(duì)(A8)的天頂角進(jìn)行積分，可以得到初級(jí)射線注量率：

'

p(E)1exp(hcos)

=Aadcos(A9)

m,00'

2s+cos

對(duì)于均勻分布的放射性核素，單位體積內(nèi)放射性核素活度濃度可以用下式計(jì)算：

1cos0且rhcos

且（）

AV(r,cos,)(z)Am，00cos0rhcosA10

0cos0

將公式(A.10)代入(A.5)得到初級(jí)射線注量率：

z'

p'

，（）

cosAm0exp(ah/cos)(z)exp((z')/cosdz').drA11

2h/cos0s

若土壤的組分和密度不隨深度z變化，則和s為恒定值，公式（A11）積分為化為：

p'

cosm，0（）

'Aexp(ah/cos)A12

2s

通過(guò)對(duì)(A.12)的天頂角進(jìn)行積分，可以得到初級(jí)射線注量率：

—169—

p1

m，0exp('h/cos)dcos

'A0a(A13)

2s

引入一個(gè)數(shù)學(xué)積分函數(shù):

et

E(x)xdt(A14)

2xt2

空氣中射線注量率可以寫為：

p(E)'

m，0（）

'AE2(ah)A15

2s

—170—

表A.1單位面積活度(Bqm-2)的放射性核素在地表1m處產(chǎn)生的初級(jí)射線注量率（m-2s-1）

能量質(zhì)量張弛深度(g·cm-2)

分支比放射性核素

(keV)

0.00.10.20.30.51.02.03.05.010203050100

11.20.255Pb-2107.90E-023.13E-021.86E-021.32E-028.35E-034.34E-032.22E-031.49E-039.01E-044.51E-042.26E-041.51E-049.09E-054.54E-05

12.70.081Th-2323.58E-021.52E-029.27E-036.67E-034.29E-032.26E-031.16E-037.85E-044.76E-042.39E-041.20E-048.00E-054.80E-052.40E-05

12.70.089Th-2283.91E-021.65E-021.01E-027.27E-034.68E-032.46E-031.27E-038.56E-045.19E-042.60E-041.30E-048.72E-055.24E-052.62E-05

13.40.079U-2364.10E-021.78E-021.10E-027.99E-035.18E-032.74E-031.42E-039.55E-045.81E-042.92E-041.46E-049.77E-055.86E-052.93E-05

13.40.084U-2384.33E-021.88E-021.17E-028.43E-035.46E-032.89E-031.50E-031.01E-036.13E-043.08E-041.54E-041.03E-046.19E-053.09E-05

13.40.094U-2344.85E-022.11E-021.31E-029.44E-036.12E-033.24E-031.68E-031.13E-036.86E-043.45E-041.73E-041.15E-046.93E-053.47E-05

13.40.102U-2325.25E-022.29E-021.42E-021.02E-026.63E-033.51E-031.82E-031.22E-037.44E-043.74E-041.87E-041.25E-047.51E-053.76E-05

13.70.094Th-2345.20E-022.29E-021.42E-021.03E-026.70E-033.56E-031.84E-041.24E-037.55E-043.80E-041.90E-041.27E-047.62E-053.82E-05

13.70.562Np-2373.12E-011.37E-018.54E-026.19E-024.02E-022.13E-021.10E-027.44E-034.53E-032.27E-031.14E-037.62E-044.57E-042.29E-04

13.70.776Th-2314.31E-011.89E-011.18E-018.54E-025.55E-022.94E-021.53E-021.03E-026.25E-033.14E-031.57E-031.05E-036.31E-043.16E-04

14.10.04Pu-2392.35E-021.05E-026.53E-034.74E-033.09E-031.64E-038.51E-045.73E-043.49E-041.75E-048.78E-055.88E-053.52E-051.76E-05

14.10.082Pu-2424.89E-022.17E-021.36E-029.85E-036.41E-033.41E-031.77E-031.19E-037.25E-043.65E-041.83E-041.22E-047.32E-053.67E-05

14.10.089Pu-2405.27E-022.34E-021.46E-021.06E-026.91E-033.68E-031.91E-031.28E-037.82E-043.93E-041.97E-041.32E-047.89E-053.95E-05

14.10.102Pu-2386.04E-022.68E-021.68E-021.22E-027.92E-034.21E-032.18E-031.47E-038.96E-044.50E-042.25E-041.51E-049.04E-054.53E-05

14.10.103Pu-2366.10E-022.71E-021.69E-021.23E-028.00E-034.26E-032.21E-031.49E-039.05E-044.55E-042.28E-041.52E-049.14E-054.57E-05

14.40.365Am-2412.31E-011.04E-016.49E-024.72E-023.08E-021.64E-028.52E-035.73E-033.49E-031.76E-038.80E-045.89E-043.53E-041.77E-04

14.40.575U-2373.64E-011.63E-011.02E-017.44E-024.85E-022.59E-021.34E-029.05E-035.51E-032.77E-031.39E-039.28E-045.56E-042.78E-04

14.80.081Cm-2445.42E-022.45E-021.54E-021.12E-027.32E-033.91E-032.03E-031.37E-038.33E-044.19E-042.10E-041.40E-048.41E-054.21E-05

14.80.085Cm-2425.72E-022.58E-021.62E-021.18E-027.72E-034.12E-032.14E-031.44E-038.79E-044.42E-042.21E-041.48E-048.87E-054.44E-05

—171—

表A.1單位面積活度(Bqm-2)的放射性核素在地表1m處產(chǎn)生的初級(jí)射線注量率（m-2s-1）

能量質(zhì)量張弛深度(g·cm-2)

分支比放射性核素

(keV)

0.00.10.20.30.51.02.03.05.010203050100

14.80.098Am-2426.60E-022.98E-021.87E-021.36E-028.91E-034.75E-032.47E-031.66E-031.01E-035.09E-042.55E-041.71E-041.02E-045.12E-05

14.80.461Cm-2433.10E-011.40E-018.80E-026.41E-024.19E-022.23E-021.16E-027.81E-034.76E-032.39E-031.20E-038.03E-044.81E-042.41E-04

14.80.471Cm-2453.17E-011.43E-019.00E-026.55E-024.28E-022.28E-021.19E-027.98E-034.87E-032.45E-031.23E-038.21E-044.92E-042.46E-04

15.20.273Am-242m1.93E-018.84E-025.59E-024.09E-022.68E-021.44E-027.49E-035.05E-033.08E-031.55E-037.77E-045.20E-043.11E-041.56E-04

15.50.161Am-2421.18E-015.50E-023.52E-022.59E-021.71E-029.25E-034.85E-033.27E-032.00E-031.01E-035.05E-043.38E-042.03E-041.02E-04

16.50.183Mo-931.48E-017.23E-024.74E-023.54E-022.38E-021.30E-026.92E-034.69E-032.87E-031.45E-037.28E-044.87E-042.93E-041.47E-04

16.60.06Nb-93m4.88E-022.39E-021.57E-021.17E-027.89E-034.34E-032.30E-031.56E-039.55E-044.83E-042.42E-041.62E-049.74E-054.89E-05

16.60.35Mo-932.85E-011.40E-019.17E-026.86E-024.61E-022.53E-021.35E-029.12E-035.58E-032.83E-031.42E-039.48E-045.56E-042.86E-04

18.60.09Mo-938.60E-024.49E-023.05E-022.33E-021.59E-028.91E-034.79E-033.26E-032.00E-031.02E-035.10E-043.42E-042.05E-041.03E-04

20.10.184Rh-103m1.96E-011.06E-017.32E-025.63E-023.89E-022.20E-021.19E-028.14E-035.00E-032.55E-031.28E-038.57E-045.16E-042.59E-04

20.20.349Rh-103m3.73E-012.03E-011.40E-011.08E-017.51E-024.27E-022.32E-021.58E-029.75E-034.97E-032.50E-031.67E-031.01E-035.06E-04

22.70.094Rh-103m1.11E-016.44E-024.66E-023.71E-022.67E-021.60E-029.05E-036.30E-033.94E-032.04E-031.04E-036.96E-044.19E-042.11E-04

25.30.41Sn-117m5.25E-013.23E-012.41E-011.96E-011.45E-018.96E-025.17E-023.63E-022.30E-021.19E-026.10E-034.11E-032.47E-031.24E-03

25.60.146Th-2311.89E-011.17E-018.78E-027.15E-025.30E-023.30E-021.90E+021.34E-028.48E-034.41E-032.25E-031.52E-039.15E-044.60E-04

26.40.156Sn-1262.07E-011.30E-019.80E-028.01E-025.97E-023.74E-022.17E-021.53E-029.68E-035.05E-032.58E-031.74E-031.05E-035.27E-04

27.20.103Te-127m1.41E-018.95E-026.82E-025.60E-024.19E-022.64E-021.54E-021.09E-026.90E-033.60E-031.84E-031.24E-037.48E-043.77E-04

27.20.127Te-129m1.74E-011.10E-018.40E-026.90E-025.17E-023.26E-021.90E-021.34E-028.51E-034.44E-032.27E-031.53E-039.22E-044.64E-04

27.20.327Te-125m4.46E-012.83E-012.16E-011.77E-011.33E-018.37E-024.88E-023.44E-022.18E-021.14E-025.83E-033.93E-032.37E-031.19E-03

27.50.193Te-127m2.65E-011.69E-011.29E-011.06E-017.97E-025.03E-022.93E-022.07E-021.32E-026.88E-033.52E-032.37E-031.43E-037.19E-04

27.50.237Te-129m3.26E-012.08E-011.59E-011.31E-019.80E-026.19E-023.61E-022.55E-021.62E-028.46E-034.33E-032.92E-031.76E-038.84E-04

—172—

表A.1單位面積活度(Bqm-2)的放射性核素在地表1m處產(chǎn)生的初級(jí)射線注量率（m-2s-1）

能量