1 適用范圍

本標準規定了用于測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量方法。

本標準適用于核事故應急監測時地表土壤人工放射性核素的測定，輻射環境質量監測可參照執行。

對于新沉降的放射性沉降灰，本標準測定的137Cs 活度濃度探測下限為 100 Bq/m2。

2 規范性引用文件

本標準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準。

GB/T 27418 測量不確定度評定和表示

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

3 術語和定義

下列術語和定義適用于本標準。

3.1 相對探測效率 relative detection efficiency

在點源至探測器前表面距離為 25cm 時，高純鍺探測器和標準圓柱形 NaI閃爍體探測器（直徑 7.62 cm，高度 7.62 cm）測量 60Co 源 1332.5 keV射線的全能吸收峰探測效率之比。

注：標準圓柱形 NaI閃爍體晶體對 1332.5 keV 射線的全能吸收峰探測效率理論值為1.2×10-3。

3.2 能量分辨力 energy resolution

探測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，對于指定能量的單能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的橫坐標之間的距離， keV。半高寬又記作FWHM。

注：如果能譜中的峰由幾個峰疊加組成，則每個峰都有一個半高寬。

3.4 探測器的視閾 field-of-view of a detector

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

3.5 探測下限 lower limit of detection （LLD）

在給定的置信度下，就地高純鍺譜儀可探測到低的活度濃度值或小沉積通量。

3.6 就地測量 in-situ measurement

不對待測對象做任何物理或化學性質處理或改變，在其所處的現場進行的測量。

3.7 探測器高度 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

單位質量待測物質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效率 detection efficiency of in-suit HPGe Spectrometry

探測器高度為 1m 時，就地高純鍺譜儀測量能量為 E 的特征γ射線計數率與土壤中發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

表征探測器全能吸收峰探測效率的參數，即能量為 E 的γ 射線束沿探測器軸向平行入射的情況下，單位注量率所產生的全能吸收峰計數率，m2。

3.12 角度修正因子 angle correction factor

對于能量為 E 的γ射線，就地高純鍺譜儀在野外地表實際測量時與測量沿探測器軸向平行入射時，單位γ射線注量率所得全能吸收峰計數率之比，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射能量為 E 的γ射線，在地面上方 h 高度處的初級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學參數，表示活度濃度減少至表面活度濃度的 e-1（37%）時，距離土壤表面的深度，cm。

3.15 質量張弛深度 relaxation mass per unit area

地表至待測放射性核素的張弛深度范圍內，單位面積土壤的質量，g?cm-2。

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

對于放射性沉降灰中的核素，假設質量張弛深度為 0 g?cm-1時，計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。探測器高度為 1 m 時，就地高純鍺譜儀測量的全能吸收峰計數率與土壤中放射性核素的活度濃度成正比。

式中：

A —待測放射性核素的活度濃度或沉積通量，Bq?g-1或Bq?m-2；

Nf —待測放射性核素的全能吸收峰凈計數率，s-1；

ε—就地高純鍺譜儀的探測效率， s-1-1或 s-1-1。

5 儀器和設備

5.1 高純鍺譜儀：由高純鍺探測器、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）、數據處理系統等 6 個主要部分構成。

5.2 支架：能夠固定探測器，使探測器高度距地面 1 m 高的支架，應使用低原子序數、低密度的材料制造（如：鋁、塑料、木材）。

5.3 卷尺：卷尺的校準長度應大于 1 m，且校準分度不小于 1 mm。

5.4 其它輔助設備：應配備地理定位系統，記錄測試時的地理坐標。

6 測量分析步驟

6.1 布點原則

一般情況，選擇一個開闊、平坦的區域，而且探測器的視閾 Rs 內應無干擾物體（如建筑物、樹林等），探測器的視域 Rs 見附錄 A。測量放射性核素的沉積通量時，應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域（如：沒有農業活動）。

6.2 測量條件記錄

記錄測量點位地理坐標，以及氣象條件、地形地貌的描述等。

6.3 儀器狀態的檢查

測量前，應檢查高純鍺探測器的晶體溫度是否達到工作溫度。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

在選定的測量區域中間位置，將高純鍺探測器穩定地安裝在測量支架上，探測器的端面朝下。調整探測器高度，使之距離地表 1 m。連接高純鍺譜儀電子學儀器的所有電纜。

6.5 測量設置

根據現場測量的待測核素特征峰的全能吸收峰計數率，設置測量時間，使得感興趣區的計數統計漲落在 10%以內。

6.6 能譜的采集

在預定的時間內采集γ能譜。停止測量后，存儲采集到的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，根據峰形特征設置適合的感興趣區域，讀取全能吸收峰的凈峰面積；若能譜中無可明顯辨別的峰，則根據待測核素的特征峰的能量和探測器的能量分辨力，設置感興趣區，讀取全能吸收峰的積分面積。

7探測效率計算

7.1原理

對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射線標準場用于探測效率校準。因此，需根據土壤、空氣的物理參數，采用放射性核素在土壤中分布的理論模型， 并結合探測器的特征進行探測效率計算。就地高純鍺譜儀的探測效率取決于放射性核素在土壤中的深度分布，探測器高度，探測器的性質，g 射線的能量以及在土壤和空氣的吸收性質等因素，可利用如下 Beck 公式進行計算：

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，與探測器無關。

W—角度修正因子，由探測器的角響應因子 R和地表γ射線注量率角分布φ共同決定的，量綱一的量。這是因為探測器非標準球體，對不同角度入射的γ射線探測效率并不相同。而探測器所在的位置，γ射線是從土壤表面發射而來的（2π立體角），而非沿探測器軸向平行入射的 γ 射線，故需要進行角度修正。該物理量與探測器幾何結構、γ射線能量、放射性核素在土壤的分布有關。