建筑材料放射性和室内氡浓度检测技术

γ谱仪与建筑材料放射性比活度检测技术
    对于执行GB6566和 GB50325的检测实验室来说，一般不必购买价格昂贵的高纯锗γ谱仪，只须配备合格的*γ谱仪就能完成检测任务。
    *Nal（TI）γ谱仪由探测器、数据采集系统（包括数据采集软件）及γ谱分析软件组成。其中探测器由*晶体、光电倍增管、前置放大器及铝壳组成；数据采集系统由高低压电源。放大器、多道分析器组成；而多道分析器由模数变换器（AD C）、多道数据采集卡和多道仿真软件组成。
    （1）选用合格的低本底多道*γ能谱仪
    现在国内涉及到*γ谱仪使用的相关标准有2个，即GBll743－89《土壤中放射性核素的γ能谱分析方法》和GB/T16143—1995《建筑物表面氡析出率的活性炭测量方法》，标准中规定*晶体尺寸不小于7．5cmX7．5cm，屏蔽室的等效铅当量不小于10cm。因为γ谱仪要测量的镭-226、钍-232、钾一40核素在地球上任何一个地方都存在，实验室的地面、天花板、四面墙壁都会产生这些核素的γ光子。这些γ光子能穿透铅室进入*探测器，如铅室厚度不够，γ谱仪本底会很高；*晶体尺寸小，γ谱仪探测效率低，γ谱仪测样品时的计数接近γ谱仪测本底时的计数，γ谱仪测得的样品净计数的统计误差大，根据样品净计数计算出的样品比活度分散性很大，测量结果达不到GB6566和GB50325的要求。
    ①探测器：一般用中Φ 7．6cm X 7．6cm*晶体，分辨率应小于 9％（分辨率是指137Cs的661．66keV峰的半高宽（FWHM）除以661．66keV峰的峰位）。一般进口探测器的分辨率小于7．5％，实际测量7％左右；国产探测器的分辨率7％～10％。为此建议用户购买进口探测器。
    ②铅室：屏蔽层铅厚度应不小干10cm。内腔大的因散射小，屏蔽效果较好，内腔直径Φ220mm的铅室比较适宜。本底计数率应不大干5cps（每秒计数），测本底计数率用3”X3”（7.6cm X 7.6cm）*探测器，关闭铅室。本底计数率等于1到1 024道全谱计数之和（每道计数相加）除以测量活时间。质量好的铅室本底计数率小于3．3cps（每秒计数）。
    ③多道分析器：多道道数应为512道或1024道。多道仿真软件应有测量预置（设置实时间、活时间）、设置感兴趣区ROI、能量刻度、寻峰、核素识别等功能。
    ④γ谱仪稳定性：24h峰位漂移小于1％。好的谱仪 24h峰位漂移小平 0．7％，长期稳定性一个月峰位漂移小于1％。γ谱仪要测建材样品放射性比活度必须先做刻度，测本底谱，分别测镭-226、钍-232．钾-40三个标准源，做一次刻度一般需 1-3d时间，做完刻度后再测样品。分析样品谱时是将镭-226、钍-232、钾-40三个感兴趣区的每一个区间总计数分别分解成该区间的镭-226的计数、钍-232的计数、钾-40的计数，这就要求γ谱仪必须有很好的稳定性，保证仪器测样品时的感兴趣区与测标准源时的感兴趣区相同。
    ⑤计算样品放射性比活度的γ谱分析软件：现在只有两种*γ谱分析方法，即逐道zui小二乘法拟合和逆矩阵法，逐道zui小二乘法拟合因计算用的道数多，统计误差小，计算结果比逆矩阵法准确；逆矩阵法用三个感兴趣区计算结果。中国原子能科学研究院王里玉教授和清华大学宋征博士的*γ谱分析软件用逐道zui小二乘法拟合，国内其它的*γ谱分析软件全部用逆矩阵法；王里玉教授的软件。不同软件要求样品的测量时间各不相同，王里玉教授的软件测样品需2．5h以上，宋征博士的软件测样品需3h以上，其它逆矩阵法软件测样品需4h以上，才能保证大部分样品的比活度测量结果的不确定度不大于 20％。生产*γ谱仪的主要厂家有美国PRINCETON  GAMMA-TECH公司、CANBERRA公司、ORTEC公司、北京核仪器厂等， PRINCETONGAMMA-TECH公司的MCA2100R*γ谱仪采用美国QCC二次压缩变换技术，大大提高了*γ谱仪的性能（实际分辨率优于其他厂家），γ谱图中从低能到高能的γ射线峰清晰漂亮（重叠部分很少），能量刻度比其它*γ谱仪都准确。
    （2）选用有计量证书的标准源
    因碘化钢探测器有温度效应，1－2个月就需要用户重新刻度*γ谱仪，执行GB6566检测建材放射性的实验室购买*γ谱仪时一定要配置有计量证书的镭-226、钍-232、钾-40三个标准源和混合标准源（标准样品）。
    （3）实验室环境
    因光电信增管有一定温度系数，*γ谱仪实验室应装空调。*γ谱仪工作时室温变化范围≤士2℃，相对湿度≤75％。
    （4）用标准源刻度γ谱仪
    刻度γ谱仪的周期由谱仪稳定性决定，一般l-2个月一次，谱仪稳定性好，可更长时间做一次。可每周测一次标准样品（测量时间4h以上），若测量值与标准值偏差大于18％，需重新刻度。建议测本底12h以上，每个标准源测6h以上。测量时间长，统计误差小，标准谱的峰形好，刻度结果好。
    （5）装样
    样品称量应是干样质量，若是湿样，应在105℃ 烤箱内烘烤 3-4h后称量装样。谱仪测量是相对测量，装样品的盒和标准源的源盒必须是同一种盒子，样品的高度和标准源的高度相同（样品体积与标准源体积相同），测样品与测标准源的几何位置相同，就可保证对同一种能量，测样品时的效率与测标准源时的效率相同。
    （6）放射性平衡
     新国标规定样品密封、平衡后再测量样品，其意思非常不明确。实际上γ谱仪测镭测到的是镭的子体氡及氡子体的γ射线。理论上计算样品密封后放置 20d，镭与氡就达到平衡。老国标的规定非常明确，样品密封后放置20d再测量。平常检测样品，客户希望尽快拿到报告，要快出报告，需要积累一些数据。实际测量可分两大类：比对测量和超标样品密封后放置 20d后测量。一般样品密封后放置4d后测量，只要对镭的比活度乘一个修正因子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后测量一次，测得镭的比活度为A4，该样品继续放置到20d后再测量一次，测得镭的比活度为A20，A20为准确值，求得水泥修正因子F=A20／A4。对不同水泥测几次，求F的平均值，以后再测水泥样品就可在一周内出报告。求F值时样品测量时间长一些， 6h以上。对瓷砖、花岗岩等不同种类的建材及土壤样品可同样处理，不同种类的建材F值不同。
2  室内氡检测方法
   （1）氡浓度不确定度的测定
    氛浓度不确定度的实测主要取决于连续测量时间（采样时间）。用RAD7测量某地下室，设置选2-DAY，仪器每小时给一个氡浓度值，连续测量48h，测量结果如下：平均氡浓度 200Bq／m3，zui大氡浓度396Bq／m3，zui小氡浓度46．IBq／m3。这就是说若用RAD7不同时间只测一小时，则测量结果可能相差 8．6倍。室内氡气的浓度很不稳定，我国 2000年前只有卫生、核工业和环保部门的研究所测量过氡浓度，都是小范围的测量，没有大面积的普查。*只有美国做过大面积的室内氡浓度测量，到1999年，美国已有3800万个家庭测量过室内氡浓度。美国测氡仪器和实测方法都有国家标准，而且标准内容明确详细，整个行业都遵守标准，室内氡浓度测量很规范。
    因为室内氡浓度波动大，每小时都会有变化，辐射防护委员会（ICRP）和原子能机构

（IAEA）制定的标准以及国标GB／T18883－2002《室内空气质量标准》中规定室内氡浓度的行动水平限值均是指年平均值。显然用固体径迹探测器连续测一年的氛浓度值zui能代表室内氡浓度的实际情况，但这种测量太费时；若测量几分钟，几小时，这种测量结果分散性（不确定度）太大，根本不能代表实际情况。我们应该用折中方法，*只有美国研究氡的科学家zui多，测量数据zui全面，在我们没有达到美国水平之前，不妨采用美国规范可行的检测方法。美国氡测量标准《室内氡和氡子体测量标准》（ EPA  402-R-93-003，June1993）中将氡浓度检测分两步进行，*行筛选测量，若筛选测量结果高于一定水平，建议进行第二次测量即跟踪测量。筛选测量的测量时间2-90d，取决于测量装置，如连续测氡仪48h以上，固体径迹探测器90d。GB50325中的氡浓度检测实际上就是筛选测量。
    （2）主要测氡方法简介
    GB／T 14582－93《环境空气中氡的标准测量方法》中有四种测氡方法，简介如下：
    ①径迹蚀刻法：此法可测氡浓度的年平均值，是美国氡测量标准中推荐的方法之一。上固体径迹探测器应用率逐年提高，具有灵敏度高、测量结果重现性好、操作简便、测量期间不需要电源等优点。但径迹探测器采样时间需90d以上，建筑工程不可能接受90d的检验周期。
    ②活性炭盒法：此法可测氡浓度的短期平均值，也是美国氡测量标准中推荐的方法之一。美国*推荐的测氡实验室一般具有2种以上的测氡方法，这些实验室绝大部分（90％以上）都有活性炭盒法，通过邮寄测量家庭室内氡浓度。活性炭盒法具有测量结果准确、操作简便、采样期间不需要电源、体积小、便于布放和邮寄等优点。缺点是湿度影响活性炭对氡的吸附，必须做湿度修正。在现有技术条件下，活性炭盒法工程检测，执行GB50325的检测实验室应活性炭盒法。
    ③双滤膜法：此法测量瞬间采样的氡浓度，美国不用双滤膜法测量室内氡浓度。装置笨重，采样头的频繁换取可能会引起漏气，影响测量结果。若按GB／T 14582－93附录A的要求，连续2d多次测量手算平均值，工作量太大。
    ④气球法：此法测量瞬间采样的氡浓度，美国不用气球法测量室内氡浓度。气球法技术难度太大，不实用。
    ⑤连续测氡仪：限于当时的技术条件，GB／T14582－93只在附录中有连续测氧仪，并规定检测时间至少 24h。目前很多检测实验室都购买连续测氡仪，主流是1027和RAD7，RAD7准确度高。闪烁室型的连续测氡仪很容易本底增高，测量值偏大，特别是测量高浓度的房间后，接着测普通房间，结果偏大；需用氮气冲洗闪烁室或放较长时间才能再使用。
    （3）规范准确方便快速的室内氡检测方法——活性炭盒法
    1027的说明书中明确说明测量室内氡浓度需连续测量48h以上；RAD7的说明书中也说明美国*（EPA）的标准要求取两天测量的平均值，而RAD7的设置中有l-DAY和2-DAY。这说明在美国氡检测非常规范，无论是仪器生产厂家或检测机构，都遵守EPA标准《室内氡和氡子体测量标准》。执行GB 50325的检测实验室需购买多台1027或RAD7才能满足工作需要。大的检测单位因测量建筑材料放射性已购买低本底多道γ能谱仪，用活性炭盒法测氡经济上*，一个活性炭采样盒相当于一台连续测氡仪，采样时间48h测量结果规范准确。小的检测单位可租用活性炭采样盒或买1027，因为一台RAD7价格相当于8台1027。用户购买连续测氡仪一定要英文说明书，国内相当多的经销商没有放射性专业知识，中文说明书有很多错误，有的甚至有意将1027说明书首页“测量时间48h以上” 删掉。
    RAD7说明书质量控制一节中说明将RAD7与活性炭盒测量结果比较，若偏差大，再与另一个实验室活性炭盒测量结果比较，若偏差仍大，建议将RAD7送回厂家重新刻度。这说明活性炭盒法与RAD7具有同一水平的准确性。
    活性炭盒法测室内氡浓度一般采样时间48h，采样结束后的活性炭盒放置 3h就可用 γ谱仪测量。碘化钢γ谱仪可以 20min测一个活性炭盒，正常上班时间可测20个活性炭盒，4d就可出一个较大工程的检测报告。与其它方法相比，工程验收检测只有活性炭盒法既可达到规范的采样时间，又可准确快速的报告检测结果。
    要保证活性炭盒法的准确性，必须刻度准确，至少做3个湿度下的刻度以修正湿度的影响，用活性炭（镭）氡标准源核准γ谱仪的漂移，并有质量保证措施，这需要专业实验室提供服务。