1 適用范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用于測(cè)量土壤中核素放射性活度濃度和放射性沉降灰沉積通量的就地高純鍺譜儀測(cè)量方法。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于核事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)時(shí)地表土壤人工放射性核素的測(cè)定，輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)可參照?qǐng)?zhí)行。

對(duì)于新沉降的放射性沉降灰，本標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的137Cs 活度濃度探測(cè)下限為 100 Bq/m2。

2 規(guī)范性引用文件

本標(biāo)準(zhǔn)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標(biāo)準(zhǔn)。

GB/T 27418 測(cè)量不確定度評(píng)定和表示

ISO 18589-7 環(huán)境放射性的測(cè)量–土壤–第 7 部分：核素的就地測(cè)量（Measurement of radioactivity in the environment - Soil - Part 7: In situ measurement of gamma-emitting radionuclides）

3 術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 相對(duì)探測(cè)效率 relative detection efficiency

在點(diǎn)源至探測(cè)器前表面距離為 25cm 時(shí)，高純鍺探測(cè)器和標(biāo)準(zhǔn)圓柱形 NaI閃爍體探測(cè)器（直徑 7.62 cm，高度 7.62 cm）測(cè)量 60Co 源 1332.5 keV射線的全能吸收峰探測(cè)效率之比。

注：標(biāo)準(zhǔn)圓柱形 NaI閃爍體晶體對(duì) 1332.5 keV 射線的全能吸收峰探測(cè)效率理論值為1.2×10-3。

3.2 能量分辨力 energy resolution

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γ 射線，常用該能量的全能吸收峰的半高寬來表示，keV。

3.3 半高寬 full width at half maximum

在脈沖高度譜中，單峰峰值一半處兩點(diǎn)的橫坐標(biāo)之間的距離， keV。半高寬又記作FWHM。

注：如果能譜中的峰由幾個(gè)峰疊加組成，則每個(gè)峰都有一個(gè)半高寬。

3.4 探測(cè)器的視閾 field-of-view of a detector

表征探測(cè)器測(cè)量地表土壤范圍的量，即探測(cè)器測(cè)量到 90%的非散射γ射線來源于該范圍內(nèi)的土壤。一般用測(cè)量土壤范圍的半徑表示，m。

3.5 探測(cè)下限 lower limit of detection （LLD）

在給定的置信度下，就地高純鍺譜儀可探測(cè)到低的活度濃度值或小沉積通量。

3.6 就地測(cè)量 in-situ measurement

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。

3.7 探測(cè)器高度 detection height

高純鍺晶體幾何中心距地表的垂直高度，m。

3.8 活度濃度 activity concentration

單位質(zhì)量待測(cè)物質(zhì)中放射性核素的活度，Bq?g-1。

3.9 沉積通量 sedimentation flux

放射性沉降灰在單位面積上沉降的特定放射性核素的活度，Bq?m-2。

3.10 就地高純鍺譜儀的探測(cè)效率 detection efficiency of in-suit HPGe Spectrometry

探測(cè)器高度為 1m 時(shí)，就地高純鍺譜儀測(cè)量能量為 E 的特征γ射線計(jì)數(shù)率與土壤中發(fā)射該射線的放射性核素的沉積通量或活度濃度之比，s-1?-1或 s-1?-1。

3.11 有效前面積 effective front area

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γ 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。

3.12 角度修正因子 angle correction factor

對(duì)于能量為 E 的γ射線，就地高純鍺譜儀在野外地表實(shí)際測(cè)量時(shí)與測(cè)量沿探測(cè)器軸向平行入射時(shí)，單位γ射線注量率所得全能吸收峰計(jì)數(shù)率之比，量綱一的量。

3.13 注量活度比 fluence activity ratio

土壤中單位活度濃度或單位沉積通量的放射性核素發(fā)射能量為 E 的γ射線，在地面上方 h 高度處的初級(jí)γ射線注量率，?-1或? -1。

3.14 張弛深度 relaxation depth

描述放射性核素隨土壤深度變化的數(shù)學(xué)參數(shù)，表示活度濃度減少至表面活度濃度的 e-1（37%）時(shí)，距離土壤表面的深度，cm。

3.15 質(zhì)量張弛深度 relaxation mass per unit area

地表至待測(cè)放射性核素的張弛深度范圍內(nèi)，單位面積土壤的質(zhì)量，g?cm-2。

3.16 等效表面沉積通量 equivalent surface sedimentation flux

對(duì)于放射性沉降灰中的核素，假設(shè)質(zhì)量張弛深度為 0 g?cm-1時(shí)，計(jì)算得到的沉積通量即為等效表面沉積通量，Bq?m-2。

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（沉積通量）、核素在土壤中的深度分布，以及土壤的組分、含水率等因素有關(guān)。探測(cè)器高度為 1 m 時(shí)，就地高純鍺譜儀測(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。

式中：

A —待測(cè)放射性核素的活度濃度或沉積通量，Bq?g-1或Bq?m-2；

Nf —待測(cè)放射性核素的全能吸收峰凈計(jì)數(shù)率，s-1；

ε—就地高純鍺譜儀的探測(cè)效率， s-1-1或 s-1-1。

5 儀器和設(shè)備

5.1 高純鍺譜儀：由高純鍺探測(cè)器、高壓電源、主放大器、多道脈沖幅度分析器、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。

5.2 支架：能夠固定探測(cè)器，使探測(cè)器高度距地面 1 m 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：卷尺的校準(zhǔn)長度應(yīng)大于 1 m，且校準(zhǔn)分度不小于 1 mm。

5.4 其它輔助設(shè)備：應(yīng)配備地理定位系統(tǒng)，記錄測(cè)試時(shí)的地理坐標(biāo)。

6 測(cè)量分析步驟

6.1 布點(diǎn)原則

一般情況，選擇一個(gè)開闊、平坦的區(qū)域，而且探測(cè)器的視閾 Rs 內(nèi)應(yīng)無干擾物體（如建筑物、樹林等），探測(cè)器的視域 Rs 見附錄 A。測(cè)量放射性核素的沉積通量時(shí)，應(yīng)選擇自放射核素沉積以來，放射性核素在土壤中分布未被破壞的區(qū)域（如：沒有農(nóng)業(yè)活動(dòng)）。

6.2 測(cè)量條件記錄

記錄測(cè)量點(diǎn)位地理坐標(biāo)，以及氣象條件、地形地貌的描述等。

6.3 儀器狀態(tài)的檢查

測(cè)量前，應(yīng)檢查高純鍺探測(cè)器的晶體溫度是否達(dá)到工作溫度。處于工作溫度后，再打開高純鍺譜儀的偏壓電源，檢查儀器的能量分辨力。

6.4 就地高純鍺譜儀的安裝

在選定的測(cè)量區(qū)域中間位置，將高純鍺探測(cè)器穩(wěn)定地安裝在測(cè)量支架上，探測(cè)器的端面朝下。調(diào)整探測(cè)器高度，使之距離地表 1 m。連接高純鍺譜儀電子學(xué)儀器的所有電纜。

6.5 測(cè)量設(shè)置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的待測(cè)核素特征峰的全能吸收峰計(jì)數(shù)率，設(shè)置測(cè)量時(shí)間，使得感興趣區(qū)的計(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)采集γ能譜。停止測(cè)量后，存儲(chǔ)采集到的γ能譜。

6.7γ能譜分析

用γ能譜分析軟件查看采集的γ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；若能譜中無可明顯辨別的峰，則根據(jù)待測(cè)核素的特征峰的能量和探測(cè)器的能量分辨力，設(shè)置感興趣區(qū)，讀取全能吸收峰的積分面積。

7探測(cè)效率計(jì)算

7.1原理

對(duì)于就地高純鍺譜儀而言，很難有已知不同深度分布的大面積γ射線標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)用于探測(cè)效率校準(zhǔn)。因此，需根據(jù)土壤、空氣的物理參數(shù)，采用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)效率計(jì)算。就地高純鍺譜儀的探測(cè)效率取決于放射性核素在土壤中的深度分布，探測(cè)器高度，探測(cè)器的性質(zhì)，g 射線的能量以及在土壤和空氣的吸收性質(zhì)等因素，可利用如下 Beck 公式進(jìn)行計(jì)算：

ε= F×W×η （2）

式中：

F—注量活度比，×-1或×-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γ射線注量率角分布φ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)不同角度入射的γ射線探測(cè)效率并不相同。而探測(cè)器所在的位置，γ射線是從土壤表面發(fā)射而來的（2π立體角），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)、γ射線能量、放射性核素在土壤的分布有關(guān)。