CN104391317A - 一种90Sr的γ能谱分析新方法 - Google Patents

Abstract

本发明属实验室测量技术领域，特别是涉及一种⁹⁰Sr的γ能谱分析新方法。该方法由以下步骤组成：(1)选择合适厚度的靶材料：所述靶材料为Au或Cu，所述Au可用厚度为0.10-0.12mm，Cu可用厚度为0.01-0.03mm；(2)探测效率刻度：选择步骤一中的靶材料Au或Cu，置于γ探测器端面上方，利用已知活度的⁹⁰Sr体源置于靶材料上方进行测量，得到探测效率ε，其数值为特征X射线能峰计数率与⁹⁰Sr标准源活度比值；(3)样品中⁹⁰Sr测量分析：将待测的⁹⁰Sr样品置于靶材料上方，利用γ探测器测量特征X射线能峰计数N，计算即可得到样品中⁹⁰Sr的活度含量A，A＝N/(ε·t)，其中ε为样品中⁹⁰Sr的探测效率，t为测量时间。本发明主要用于⁹⁰Sr的γ能谱分析领域。

Description

一种90Sr的γ能谱分析新方法

技术领域

本发明属实验室测量技术领域，特别是涉及一种⁹⁰Sr的γ能谱分析新方法。

背景技术

⁹⁰Sr核素是一种重要的核裂变产物，其产额高、半衰期长，与钙同属碱土金属，在人体内的行径也与钙相似，为典型的亲骨性核素，具有高毒性。⁹⁰Sr被食入、吸入或经皮肤及伤口进入人体内，大部分沉积在骨骼中，引起骨骼组织与造血功能的异常，长期效应可病变致癌，因此⁹⁰Sr核素在放射卫生学中具有特别重要的意义。环境中⁹⁰Sr主要来源于核工业生产、核事故、核武器试验及核电站运行过程中的废物排放等人工核活动。其中核武器试验造成的环境放射性污染最为严重，分布最广，在环境中长期存在。

⁹⁰Sr(半衰期28.5年)及其短寿命子体⁹⁰Y(半衰期64.1小时)在β衰变时，无伴随的X、γ射线发射，为纯β射线辐射体。对于纯β辐射体核素，一般测量其发射的β电子或该核素原子核的质量数，因此不能像X、γ射线那样直接利用γ谱仪进行测量。对于⁹⁰Sr核素来说，分析流程通常是对样品中的⁹⁰Sr进行放射化学的方法处理后，制作成测量源，最后利用α/β低本底谱仪、液体闪烁谱仪或者质谱仪(如ICP-MS)等设备进行测量。一种常用的⁹⁰Sr测量方法为切伦科夫计数法，该方法的原理是：带电粒子在介质中的运动速度超过光在该介质中的传播速度时，可以观察到浅蓝色的光。在水中，β粒子能量只要大于260keV，就可以产生切伦科夫辐射，该辐射可以用低本底液体闪烁谱仪进行探测。

此外，一些文献中报道了通过γ谱仪测量β射线穿过物质时产生的韧致辐射的份额来测定⁹⁰Sr含量。该方法的原理是⁹⁰Sr及其子体⁹⁰Y发射的高能β射线与物质相互作用时产生韧致辐射效应，韧致辐射光子相对于β射线有较强的穿透能力，可以利用宽能型HPGe探测器进行测量。在γ能谱中选择合适的韧致辐射能区，扣除本底计数及其它核素的干扰计数，得到韧致辐射产生的净计数，由此计算样品中的⁹⁰Sr活度。

韧致辐射法提供了一种快速简便的测量⁹⁰Sr的方法，可以应用在土壤及水样中的⁹⁰Sr测量工作中，避免了复杂繁琐的放化处理流程。但该方法在应用中需选择合适的韧致辐射能区，并扣除γ射线造成的康普顿坪对韧致辐射的干扰。由于在γ能谱中，康普顿坪和韧致辐射谱为连续变化谱，选择合适能区及扣除算法较为复杂，且误差较大，尤其是高康普顿本底干扰对测量很不利，影响了该方法的探测限。

发明内容

本发明的目的在于：提出了一种通过测量样品中⁹⁰Sr-⁹⁰Y发射β射线激发靶材料产生的特征X射线，得到样品中⁹⁰Sr活度的方法。采用该方法测量样品中⁹⁰Sr活度时，无需进行放化分析流程，能节约测量时间及成本，数据分析时可直接计算靶材料的特征X射线能峰净计数，而无需人为选定能区。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种⁹⁰Sr的γ能谱分析新方法，该方法由以下步骤组成：(1)选择合适厚度的靶材料：所述靶材料为Au或Cu，所述Au可用厚度为0.10-0.12mm，Cu可用厚度为0.01-0.03mm；(2)探测效率刻度：选择步骤一中的靶材料Au或Cu，置于γ探测器端面上方，利用已知活度的⁹⁰Sr体源置于靶材料上方进行测量，得到探测效率ε，其数值为特征X射线能峰计数率与⁹⁰Sr标准源活度比值；(3)样品中⁹⁰Sr测量分析：将待测的⁹⁰Sr样品置于靶材料上方，利用γ探测器测量特征X射线能峰计数N，计算即可得到样品中⁹⁰Sr的活度含量A，A＝N/(ε·t)，其中ε为样品中⁹⁰Sr的探测效率，t为测量时间。所述靶材料Au最佳厚度为0.11mm；Cu最佳厚度为0.02mm。

本发明的有益效果：针对目前⁹⁰Sr实验室测量一般采用放化分析流程方法，将样品中的⁹⁰Sr进行放化的方法处理，制作成测量源后进行测量，所需的工作量大，中间环节多且过程复杂。本申请发明的新的⁹⁰Sr测量方法，其原理是通过测量样品中⁹⁰Sr-⁹⁰Y发射的β射线激发靶材料产生的特征X射线，得到样品中⁹⁰Sr活度。本方法无需进行放化分析流程，能够实现⁹⁰Sr的γ谱仪直接测量，简化了测量流程，节约了测量时间及样品测量成本。

具体实施方式

实施例1、一种⁹⁰Sr的γ能谱分析新方法，该方法由以下步骤组成：

(1)选择合适厚度的靶材料：所述靶材料为Au或Cu，所述Au可用厚度为0.10-0.12mm，Cu可用厚度为0.01-0.03mm；

(2)探测效率刻度：选择步骤一中的靶材料Au或Cu，置于γ探测器端面上方，利用已知活度的⁹⁰Sr体源置于靶材料上方进行测量，得到探测效率ε，其数值为特征X射线能峰计数率与⁹⁰Sr标准源活度比值；

(3)样品中⁹⁰Sr测量分析：将待测的⁹⁰Sr样品置于靶材料上方，利用γ探测器测量特征X射线能峰计数N，计算即可得到样品中⁹⁰Sr的活度含量A，A＝N/(ε·t)，其中ε为样品中⁹⁰Sr的探测效率，t为测量时间。

所述靶材料Au最佳厚度为0.11mm；Cu最佳厚度为0.02mm。

实际操作中采用下述测量步骤。

1、选择合适厚度的靶材料

考虑入射β射线及特征X射线在物质中的衰减，靶材料的厚度及种类对探测效率有着较大影响，为达到最佳测量效果，需通过理论计算及实验选择不同种类的靶材料及其最佳激发厚度。

(1)靶材料选择根据不同金属元素的K系吸收限、发射K系射线能量、激发效率、材料的加工成型难易程度及测量需求等因素综合考虑，选用常见的几种纯金属靶材料Au(金)、Cu(铜)、Rh(铑)、W(钨)和Mo(钼)。其部分物理性质见表1。表1中K_α1为该种金属的特征X射线，与其原子序数有关；激发效率为该种元素的K系X射线的激发效率。

表1 几种靶材料的性质

(2)最佳激发厚度确定

电子激发靶材料产生特征X射线的强度在其射程内随靶材料厚度增加而增加，同时特征X射线穿透靶材料的份额随厚度的增加而减少。通过理论计算及实验验证的方法，选择最佳靶材料厚度，既使激发产生的X射线尽可能的多，同时使靶材料自吸收的份额尽可能的小。

通过理论计算几种金属的最佳激发厚度均为几十微米，因此W、Rh的加工成型较为困难，不适合作为薄靶材料；Mo的激发效率较低，且其特征K_α1射线能量附近所受干扰因素较复杂。综合考虑，选择加工成型及在最佳厚度下激发效率较高的Au、Cu为激发靶材料。

以0.01mm为靶材料的间隔厚度，实验测量了几种靶材料的探测效率，获得了不同靶材料的厚度与探测效率的关系。在最佳厚度下，探测效率较高的靶材料为Au和Cu。其中，Au可用厚度为0.10-0.12mm，最佳厚度为0.11；Cu可用厚度为0.01-0.03mm，最佳厚度0.02，且Au的最佳探测效率为Cu的2-3倍，因此Au靶为最优，Cu靶次之。

2、探测效率刻度

选择Au、Cu、W、Rh、Mo的最佳厚度靶材料，置于γ探测器端面上方，利用已知活度的⁹⁰Sr体源置于靶材料上方进行测量，得到探测效率ε，其数值为特征X射线能峰计数率与⁹⁰Sr标准源活度比值，单位为(Bq·s)^-1。

3、样品中⁹⁰Sr测量分析

在与效率刻度测量相同的几何条件下，将⁹⁰Sr样品置于靶材料上方，利用γ探测器测量特征X射线能峰计数N，计算即可得到样品中⁹⁰Sr的活度含量A，A＝N/(ε·t)，其中ε为样品中⁹⁰Sr的探测效率，t为测量时间。

本例以GLPγ谱仪为实验平台，将直径75mm、高度25mm的沙土样品，置于直径为75mm、厚度为0.11mm的Au靶材上方测量10000秒，其活度计算结果如表2所示。

表2 实际样品测量结果

表2为两个编号分别为1#、2#的沙土样品的测量结果，样品中⁹⁰Sr的实际活度是通过放化方法分析获得。采用本申请发明专利的方法对样品进行了分析，其测量活度的相对偏差分别为2.1％和0.9％。测量结果表明，本申请提出的通过测量样品中⁹⁰Sr-⁹⁰Y发射的β射线激发靶材料产生的特征X射线强度，得到样品中⁹⁰Sr活度的方法是可行的，测量结果是可靠的。

Claims (2)

1.一种⁹⁰Sr的γ能谱分析新方法，其特征在于：该方法由以下步骤组成：

(1)选择合适厚度的靶材料：所述靶材料为Au或Cu，所述Au可用厚度为0.10-0.12mm，Cu可用厚度为0.01-0.03mm；

(2)探测效率刻度：选择步骤一中的靶材料Au或Cu，置于γ探测器端面上方，利用已知活度的⁹⁰Sr体源置于靶材料上方进行测量，得到探测效率ε，其数值为特征X射线能峰计数率与⁹⁰Sr标准源活度比值；

(3)样品中⁹⁰Sr测量分析：将待测的⁹⁰Sr样品置于靶材料上方，利用γ探测器测量特征X射线能峰计数N，计算即可得到样品中⁹⁰Sr的活度含量A，A＝N/(ε·t)，其中ε为样品中⁹⁰Sr的探测效率，t为测量时间。

2.根据权利要求1所述的一种⁹⁰Sr的γ能谱分析新方法，其特征在于：所述靶材料Au最佳厚度为0.11mm；Cu最佳厚度为0.02mm。