废水中总αβ放射性活度检测方案(其它辐射测量)

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广州仪通兴仪器仪表有限公司www.yitongxing.cn 总a、总β放射性测量培训讲义 1前言 随着放射性同位素在各个领域中的广泛应用，随着核反应堆、核电站等核设施的不断建立，随着人们对生存环境及健康关注程度的逐步提高，在商品检验、食品卫生、矿物分析、辐射保护、核医学、环境监测、农业科学以及考古等多个领域中，越来越多的微弱的放射性测定问题，摆在了我们面前，有些领域的问题在某种程度上已经关系到了人类的生存和健康，所以需要我们认真对待和研究。 近期，国家对能源结构进行了调查和变更，在第“十一”个五年规划中，由原来的适度发展核电改为大力发展核电，预计2020年，核电的发电能力可达4000万千瓦。核电的大力发展必然会带动整个核工业的发展，与此相关的环境保护与监测的问题也会引起人们的普遍关注，这也是微弱放射性测量增多的一个重要方面。 通常我们把这种微弱放射性的测量称为低本底测量或低水平测量。 2放射性简述 因为我们所涉及和研究的是微弱放射性的测量问题，所以我们要首先简要介绍一下什么是放射性。 众所周知，物质是由分子组成，分子由原子组成，而原子又由原子核及核外电子组成。原子核带正电，位于原子中心，电子带负电围绕原子核做高速运动。通常情况下，原子呈中性是稳定的，但是，有些原子核是不稳定的，它能自发地放射出粒子或光子，并转换为另一种元素的原子核。这种现象称为放射性衰变，亦称放射性。 核衰变通常放出三种类型的粒子，称a、β和y。 到目前为止，人们已经发现了三个天然放射系，，即铀系、锕系和钍系，及一个人工放射系锋系。 铀系第一代核素为铀(238)，，它从半衰期(T1/2=4.51×10°年)最长的U(238)开始，经过8次a衰变6次β衰变，最后到稳定的 Pb(206)。 钍系是从半衰期(T12=1.40×10年)最长的Th(232)开始，经过6次α衰变4次β衰变，最后到稳定的Pb(208)。 锕系是从半衰期(T12=7.1×10°年)最长的U(235)开始，经过7次α衰变4次β衰变，最后到稳定的 Pb(207)。 系从半衰期Pu(241)开始到Bi(209)为止，系中 Np(237)的半衰期最长(T1/2=2.14×10年)，故称系。 Np(237)的半衰期比 U(238)，U(235)及 Th(232)半衰期小很多，故除Bi(209)外锋系中各种放射性核素在地壳中存在量极微。 2.1a衰变 放射出α粒子的核衰变称为α衰变，可用下式表示： X表示母核，原子序数为Z，原子量为A，Y为子核原子序数减少2为Z-2，原子量减少4为A-4。α粒子实际上是氦原子核2He，它的原子序数为2，原子量为4。Q为衰变时释放出的能量。天然α粒子的能量在4~8Mev。一般α粒子具有几个孤立的能量，能谱为分立能谱。α粒子属于重带电粒子，它的阻止本领很大，即单位射程上损失的能量很大，其射程很短，在空气中的天然α粒子其射程仅仅为几个厘米，，一张纸就可以挡住α粒子，它穿不过皮肤的角质层，故不存在外照射的危害，但是α粒子一旦不慎进入体内，所产生的内照射危害却是严重的，所以应该对α粒子的内照射问题有足够的重视。 2.2?β衰变 原子核放射β粒子或俘获轨道电子的放射性衰变称为β衰变，可以分为三种类型：第一种类型是原子核放出高速电子的衰变，这种电子称为β粒子。通常说的β衰变就是β衰变，它可以自发地进行，且常伴有y衰变。β衰变可以用下式表示： 式中的X为母核，原子序数为Z，原子量为A，19Y为子核，，由于放出一个电子，故子核的原子序数加1，而电子的质量比原子核质量小的多，可以忽略不计，故子核的原子量仍为 A。v为质量非常微小的中性粒子称为中微子，Q为衰变时放出来的能量，此种能量几乎全部分配给β和v，其分配是完全随机的，故β的能量可以从零一直到Q(最大)，故β粒子能谱是一个连续谱。当β粒子具有最大动能为Q时， v的动能为零。3粒子的平均能量约为-Emax，一般资料中给出的3β能量通常是指β的最大能量Emax。3能谱如下图： 数 β衰变可以看成原子核内的一个中子变成了质子，同时放出一个β粒子和中微子的衰变。 另外两种β衰变是指β*衰变和轨道电子俘获，分别用下式表示： 这里不再详谈。 还有一种情况需要讲解一下，即原子核从激发态跃迁到低能态或基态时，有时不发射v射线而将多余的能量交给核外的壳层电子，此电子脱离原子核的束缚而发射出去，这种电子称为内转换电子，此种情况可以发生在K层，L层或其它层的电子上，这种电子是单能谱。 通常β辐射只有一种微弱的外部危害，其用薄薄的铝层就可以屏蔽β辐射。用原子序数低的材料屏蔽β，防止勒致辐射。 2.3v衰变 有些放射性原子核在发生a或β衰变以后，仍处于不稳定的激发态，它必然要向低能态或基态跃迁，这时就会发生y衰变。y射线实质上就是一种波长很短(10*-10")的电磁波，又称y光子。y射线是从核内发射出来的，能量是单色的，其数值为两个能级之差。在发生y衰变时，原子核的原子序数和质量数均不变，故y亦称为同质异能态的跃迁。 通常遇到的X射线和y射线相同，也是一种电磁波。勒致辐射产生的X射线，能量为连续谱，而外壳层电子向内壳层跃迁时，所释放的X射线为特征X射线，能谱为单能谱。 v射线的穿透能力很强，因此要注意它的外照射的危害。一般选用原子序数高的材料如铅来屏蔽它。 3放射性衰变的基本规律 3.1指数衰变规律 放射性物质的核衰变都是按照指数规律来进行的。数学表达式如下： No为初始时(t=0)的原子核数； N为t时刻的原子核数； 入为衰变常数，它是表征衰变快慢的一个常数，入大则衰变快，入小则衰变慢。 T1/2为半衰期，核衰变到原来活度的一半所需要的时间为该核素的半衰期。不同的核素，半衰期是不同的，有的很长很长，如10年，有的很短很短，如几天，几分钟，甚至更短。半衰期可由相关资料查询。 3.2放射性衰变的统计涨落 对某一个原子核而言，什么时候衰变，这完全是偶然的，是随机性的。在单位时间内发生衰变的原子核有时多些，有时少些，并不是完全确定的，但是它会在一个平均值上下波动、涨落，这种现象称为放射性衰变的统计涨落，是对大量原子核而言的统计规律。由核衰变统计涨落造成的误差称为统计误差，它服从高斯分布。由于核衰变有统计涨落，所以无论你用的仪器多么精密、准确，工作人员多么仔细认真，对放射性测量的结果也是有起伏涨落的，是在某一个平均值上下涨落的，出现在平均值附近的几率大，远离平均值的几率小，而且平均值两边出现的几率是对称的。 表示统计涨落的大小，通常用标准偏差o表示： Ni 为第i次的测量值； K为测量次数； o表示测量计数统计分布的一个宽度，o越大测量计数越分散，分布曲线越平、 越宽。反之，o越小，测量数据越集中，分布曲线越窄越尖。其测量结果可表示为： N+- (置信系数为1，置信度为68.3%) N±2- (置信系数为2，置信度为95.5%) 平均值的标准偏差 Ovvk 对于核辐射测量，标准偏差o~√N~√N (3.2.3) 其中N为有限次测量的平均值，N为一次测量值。在计数测量中若不存在其它误差，则(3.2.1)式与(3.2.3)式的结果是一致的。若计数中除统计误差外，还存在有其它随机误差，则前者给出的结果要大些。 这里顺便讲一下测量的准确度和精确度这两个不同的概念。测量的准确度是指测量值与真值符合的程度，即测量值与真值相差的大小。准确度是由系统误差决定的，如果测量的系统误差小，结果的准确度就高，反之，系统误差大，准确度就差。 精确度是指测量数据的重复性，或者说是指测量数据的分散性大小。精确度是由偶然误差决定的，偶然误差大，重复性就差，精确度就低，反之，偶然误差小，数据的重复性就好，分散性就小，精确度就高。 有的测量结果准确度还可以，但精确度不高，有的精确度较高而准确度较差。当然，亦有的测量结果准确度高，精确度亦不差。总之，准确度与精确度是两个完全不同的概念。 4身线与物质的相互作用 上面谈到原子发生衰变，发射出各种射线，可是人们用肉眼是根本看不见它们的，手也摸不到它们。如何感知它们的存在呢?这就要研究射线与物质的相互作用，利用射线与物质的相互作用所产生的一系列效应，探知射线的存在，l以及它的种类、强度、能谱等等相关的信息。因此，研究射线与物质的相互作用是研究射线探测、辐射防护和同位素应用的基础。 4.1电离与激发 当带电粒子走近原子时，这些带电粒子就会和核外的束缚电子相互发生作用，当带电粒子的能量足够大时，就能使束缚的电子脱离原子核的束缚，成为自由电子，从而产生了离子对，这种效应称为原子的电离。而当带电粒子的能量不够大或距离原子较远时，不能使束缚电子成为自由电子，只能使束缚电子从低能态跃迁到高能态，从而使原子处于较高能量的激发态，这个过程称为原子的激发。处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地回到基态，即高能轨道上的电子会自发地回到原来的低能轨道上，这个过程称为退激。退激时，多余的能量会以光的形式释放出来，这就是伴随着激发过程的发光效应。我们只要测出带电粒子在物质中产生的离子对或测量到退激时发出的光，我们即可测到带电粒子的射线了。电离和激发是带电粒子与核外电子相互作用产生的。 4.2散射 带电粒子除与核外电子发生相互作用以外，还可以与原子核发生作用，带正电的原子核的静电场可以改变带电粒子的运动方向，这种现象称为散射。科学家利用α粒子的大角度散射，证实了原子核的存在。β粒子很轻，容易发生散射，还可以发生多次散射，这是在测量β射线时需要认真对待和注意的事情。高速运动的带电粒子可以与原子核发生非弹性碰撞，使带电粒子的运行突然改变，并伴有连续能谱的X射线发射出来，这就是勒致辐射。 综上所述，带电粒子通过物质时，发生电离、激发和散射，会逐渐损失其能量，最终被物质阻止着，即被物质吸收。 4.3y射线与物质的相互作用 v与物质相互作用主要有三种效应，即光电效应、康普顿效应和电子对效应。光电效应就是光子被吸收，能量转移给光电子；康普顿效应即光子把一部分能量给康普顿电子，Y光子改变方向。电子对效应是光子能量 hv>1.02Mev 时， 光子转换为一对电子。 5有关低水平测量 5.1低水平v放射性测量 低水平y放射性测量主要是用低本底反康普仪。其主探测器可以是 NaI(Tl)、Ge(Li)和 HPGe 探测器。反符合探测器可以用塑料闪烁体，凹型 NaI(T1)、BGO、BaF等，配有铅屏蔽系统可以得到本底很低的精细y谱，这里不作详述。 5.2低水平a、β放射性测量 目前，国内外使用的低水平αβ测量仪，就它使用的探测器而而，可分为三类：第-一种是使用流气式正比计数管为探测元件；第二种是使用塑料闪烁体上喷涂 ZnS (Ag)做探测元件；第三种是使用半导体探测器作探测元件。下面简要介绍这三种低水平α测量仪的优缺点。 5.2.1流气式正比计数管低水平aβ测量仪 其主要的优点是： (1)辐射源与计数管灵敏体积之间无窗，或极薄窗； (2)灵敏体积大，，可同时测量多个样品； (3)对测量低能β，同其它类型的低水平αβ测量仪相比较，有着无法比拟的优势，要测量H或C的低能β，是有其优势的，如在考古部门，但是对于测量饮用水中的β，因国际标准定义的测量下限为 300Kev， 所以此项优势的用途不大不足之处： (1)它必须备有一个较笨重的供气系统，如果气体是“一次通过”型的，则要不定期地更换气瓶。如果气体是“循环”型的，要备有一套较复杂的气体纯化器； (2)气体是氩与甲烷按照一定比例混合而成的，仪器对所用气体的质量要求较高，气体的成分、纯度和压力均对测量结果有着明显的影响； (3)计数管的工作电压在既能测量a粒子，又能测量β粒子的“β坪”上，β坪较短且斜率较大，故对高压要求较高； (4)进口仪器价格昂贵，售后服务不够方便，计算机软件全部为英文，要求使用者有较高的英语水平； (5)进口仪器 LB770 的样品盘子很深(8一10mm)，不适于水样的测量，想要测量水样，须改进样品盘。 (6)串道大，此项指标在三种仪器中是最差的。 (7)前窗膜很薄，怕磨怕蹭，一旦损坏就无法工作。 5.2.2用塑料闪烁体喷涂的ZnS (Ag)做探测器的低水平αβ测量仪主要优点： (1)探测元件面积较大(中52mm)，造价较低，表面可擦洗； (2)3效率较高，可≥50%； (3)仪器皮实、耐用，受环境影响较小； (4)探测器信号输出幅度较大，故电子学系统较简单，要求也低； (5)备有单路、双路和四路多种类型，可供用户选择； 不足之处： (1)串道比流气式要好，比半导体式的要稍差一些。 (2)铅室体积较大、 笨重； (3)仪器要求高压及光电倍增管的稳定性较高 5.2.3用半导体探测器做探测元件的低水平aβ测量仪主要优点： (1)该仪器α本底低，效率高，有利于人们非常关心的微小量α的测量； (2)由于半导体探测器的能量分辨率高，能量线性也好，故在同时测量a3时，相互串道小，串道性能优于其它类型的α3测量仪。特别是β对a的串道为零，这也有利于测量微弱α的放射性，α测量的准确度高； (3)对y不灵敏，铅室可做的小巧，轻便； (4)数据管理微机化； (5)稳定性较好。 不足之处： (1)主探测器不能做的很大；；((现在用的是中40 mm) (2)β效率偏低一些(≥40%)，，但由于β计数高，效率低些影响不大。 (3)探测器较娇气，不能划、碰，对实验室的环境包括交流电源和地线，要求较高。 近期，我们准备研制用进口的表面钝化离子注入 (PIPS)型探测器来制作低水平α3测量仪，它既保留了半导体探测器的各种优势，如对测微弱α有利，又克服了它的缺点如娇气，相对比较完美，但造价可能会高一些。 5.3如何实现低水平aβ的测量 低水平测量一般分为三步来实现：第一步是采样，在所关心的地点采集待测样品；第二步是制样，对所采集的样品用物理的和化学的方法进行处理，制成能测量的样品，这步也包括与之比较的标准样品的制备。第三步是测量，包括标准样品及待测样品的测量。最后对测量结果进行计算，给出测量结果。 显而易见，想要对微弱α3进行测量，要求测量仪的本底尽量低，而对α3的探测效率要尽量高。降低仪器的本底通常有两个办法，一是在探测器的周围加有一定厚度的屏蔽层，靠近探测器部分要用放射性很低的不锈钢或黄铜做内屏蔽，这一点不能够疏 忽大意，因为靠近探测器部分的材料不纯，可能会产生过大的aβ本底。外面再用老铅(至少要经过 Pb(210)一个半衰期20年)做外屏蔽，铅的厚度应在 10cm 以上，使外面的辐射对测量影响到最小。两层屏蔽从而获得一个放射性的净室。 另一个降低本底的办法是反符合技术。宇宙射线的硬成分产生的本底是无法用屏蔽的方法消除的，但是可以用反符合电子学技术来消除此类本底。在主探测器的周围及顶部放上反符合探测器，当宇宙射线穿过主探测器时，必然要首先穿过反符合探测器，此时两个探测器均有信号输出，把两个信号同时送至反符合线路中去，把主探测器信号反符合掉，从而达到降低本底的目的。 反符合探测器一般选用 G-M 计数管、流气式正比计数管、液体闪烁计数器、塑料闪烁体、NaI 晶体、BG0、BaF，及半导体探测器。 5.4与低水平αβ测量有关的术语及分析 (1)放射性衰变：一种自发的核跃迁过程，在此过程中放出粒子或y射线。 (2)放射性半衰期T1/2：由于放射性衰变，其活度减到原来的一半时所经过的时间。 (3)衰变常数入：一个核在单位时间内进行自发衰变的几率。 (4)活度：单位时间核衰变数。 (5)比活度：某物质的放射性活度A除以该放射性核素所在物质的质量m所得的商，即aw=A/m。亦即单位质量的某种物质的活度。 (6))活度浓度：某物质的放射性活度A除以该放射性核素所在液体或气体的体积V所得的商，即C(Bg/L)=A/V。亦即单位体积的某种物质的活度。 (7)贝克(Bq)：放射性活度的国际单位。 (8)放射性标准源：性质和活度在某一个确定的时间内都是准确已知的，并有相应的证书可以作为标准的放射源，它可以是溶液、气体或固体。 (9)本底计数：在没有被测样品和放射源存在的条件下，测量装置的固有计数。 (10)本底计数率：单位时间内的本底计数。每秒、分、小时的计数分别用 cps、cpm、cph表示。在观察分析计数率大小时，不能只看它的数值大小，还要注意它的单位，如每平方厘米每分钟计数值用 nmin ·cm²表示。 (11)表面发射率：对于一个定定的放射源，在单位时间内该表面向上2TT主体角发射出给定类型的粒子数。例如： Pu(239)a 源的表面表射率为10°/2mmin， 表示Pu(239)核素每分钟向上方 2T主体角角射α粒子数为1000。 (12)探测效率：在一定的探测条件下，探测到的粒子数与在同一时间间隔内辐射源发出 的该种粒子数的比值。 (13)探测器效率：探测器探测到的粒子数与在同一时间间隔内入射到探测器上该种粒子数的比值 (14)几何因子：是一定几何条件下探测效率的极限值。 式中 l=-a一 万 B= b为探测器半径， a为辐射源半径，辐射源与探测器之h间的距离为h，式中的a不能太大。 (15)效率比：探测效率与几何因子之比。 (16)α对β的交叉混道：在测量a时，记录到β道的粒子数与总α粒子数之比。 β对a的交叉混道：在测量β时，记录到a道的粒子数与总β粒子数之比。 (17)饱和吸收层厚度：α样品源厚度为横坐标，计数率为纵坐标，测得一条不同样品源厚度下的计数曲线，此曲线的斜线段与水平段延长线的交点所对应的厚度为饱和吸收层的厚度。 (18)优质因子：在低水平测量中，通常用优质因子Q来衡量测量装置的水平，Q=E"/B，e为该装置的探测效率，B通常为单位面积上的本底计数率，如n min ·cm。Q越高，表示装置的水平越高，可测的最小活度越小。 (19) 判断限：在低水平αβ测量中，仪器本底的标准偏差为0b，若样品的净计数大于3倍的本底标准偏差，即净计数>30b，则判定样品中有高于本底的放射性存在，3o为判断有无放射性的判断限。 (20))最小可测活度：：1仪器可探测到的最小放射性活度，有人称为灵敏度，有人称为最小可测下限。 在测量样品中的微弱αβ放射性活度时，人们非常关心的问题是样品中的aβ放射性活度是多少?对于所选定的测量装置和使用的测量方法，所测量到的最小aβ放射性活度是都是多少?它是否低于被测样品的放射性活度?我们希望最小可测活度越低越好，显而易见，它与仪器的本底及探测效率有关。 最小可测放射性活度(浓度)表示一个测量装置和选定的测试方法，在一定置信水平下(95%)能正常探测样品中存在的最小放射性活度，对饮用水总放射性分析，最小可测活度(浓度)的计算公式如下式： Em为m克样品源的探测效率m为样品源的重量(mg) no为本底计数率(cps) T为样品源的测量时间(s) W为1L水样浓缩后的总残渣物质重量(mg) Y为回收率，可取100% 举例说明：1L水样总残渣量400 mg，取 200 mg 样品进行测量，对于放射性为0.1Bq/L的水样，用于测量样品活度为 0.05Bq/L。若仪器的α本底为0.01cpm，样品源的探测效率为7%，样品源的测量时间为500min， 则 计算结果表明，此时的最小可测活度小于被测样品的活度，此测量是可行的。若总残渣量高，而直接用于测量的样品量少，最小可测活度就高。 6测量数据的检验 测量的数据是否正确可信，这是需要我们对测量的数据进行检验。通过检验，可以确定测量数据的可靠性，同时也间接检查了仪器工作是否正常和稳定。通过数据的检验可以分析和判断测量中除统计偏差以外，是否还存在其它误差，如系统误差等。 首先，假定测量数据遵从某个统计分布，分析数据与该理论分布之间的差异，如果测量结果与理论分布一致，说明测量数据是可信的，仪器工作是正常的，否则是不可信的，仪器工作可能有问题。 6.130准则 假定测量数据不含系统误差，服从高斯分布。在一组数据中，某次测量的残余误差的绝对值|Ni-N|大于3倍标准偏差时，即|Ni-N|>3o时，则认为此次测量的误差为粗大误差，此次测量值为异常值，应舍去。对于高斯分布，残余误差落在(-30，+o)范围内的几率为99.73%，而在(-30，+3o)以外的几率仅为0.27%，这说明3 o 准则是合理的。 具体方法如下： ③求得3o值 ④与数据|Ni-N|比较 ⑤舍去Ni-N>3a 的数据 例1：：表1内列出了某台仪器 100min 内得得的β本底值，用3o准则检验此数据，看是否存在粗大误差。 表一 K(次数) Ni Ni-N Ni-N | (Ni-N) 1 82 -17.7 17.7 313.29 2 107 +7.3 7.3 53.29 3 84 -15.7 15.7 246.49 4 93 -6.7 6.7 44.89 5 101 +1.3 1.3 1.69 6 107 +7.3 7.3 53.29 7 109 +9.3 9.3 86.49 8 104 +4.3 4.3 18.49 9 106 +6.3 6.3 39.69 10 93 -6.7 6.7 44.89 11 105 +5.3 5.3 28.09 12 98 -1.7 1.7 2.89 13 104 +4.3 4.3 18.49 14 101 +1.3 1.3 1.69 15 102 +2.3 2.3 5.29 N=99.73≈100 用30与表1中的Ni-N|逐个比较，发现表中的|Ni-N|无一比3o大的，所以这组数据不存在粗大误差，15个数据均予以保留。注意，在使用3o准则时，测量次数 K应大于10才可以使用。 6.2戈罗贝斯准则 对某一个物理量测量K次，得到N、N2、、N……Nk个数据，假定此测量值不含系统误差，且服从高斯分布，用戈罗贝斯准则检查是否有异常值。具体检验步骤如下： ① v=-ni i=1 ③i计算偏差绝对值的最大值与o的比值Ni-NNImax/o ④选择显著水平 a=0.05 由表2查得g(n，a)=g (n， 0.05)的相应值。 若|Ni-N|max/a ≥g(n， 0.05)，则该数据异常，应舍弃，否则予以保留。 表二 g(n，，a)表 N a 0.05 0.01 N a 0.05 0.01 3 1.15 1.16 17 2.48 2.78 4 1.46 1.49 18 2.50 2.82 5 1.67 1.75 19 2.53 2.85 6 1.82 1.94 20 2.56 2.88 7 1.94 2.10 21 2.58 2.91 8 2.03 2.22 22 2.60 2.94 9 2.11 2.32 23 2.64 2.99 10 2.18 2.41 24 2.64 2.99 11 2.23 2.48 25 2.66 3.01 12 2.28 2.55 26 2.74 3.10 13 2.33 2.61 27 2.81 3.18 14 2.37 2.66 28 2.87 3.24 15 2.41 2.70 29 2.96 3.34 16 2.44 2.75 30 3.17 3.59 例2用戈罗贝斯准则判断下列一组用 BH1216 低本底测量仪获得的数据中是否有异常值 表3 n Ni Ni-N (Ni-N) n Ni Ni-N (Ni-N)" 1 3320 -65 4225 11 3489 +104 10816 2 3339 -46 2116 12 3340 -45 2025 3 3312 -73 5329 13 3347 -38 1444 4 3368 -17 289 14 3411 +26 676 5 3381 -4 16 15 3449 +64 4096 6 3406 +21 441 16 3489 +104 10816 7 3354 -31 961 17 3430 +45 2025 8 3424 +39 1521 18 3376 -9 81 9 3317 -68 4624 19 3332 -53 2809 10 3416 +31 961 20 3406 +21 441 (2)求出标准偏差o (3)找出偏差绝对值的最大值||NNi-N| =104max/o (4)求出偏差绝对值最大值与o的比值： (5)选a=0.05，查表2得g(20，0.05)=2.56 所以此数据组无粗大误差，无异常值，均可选用。 6.33X²检验 该方法适合检查一个数据组是否符合高斯分布。用此方法可检查αβ低水平测量仪器本底测量、效率测量、样品活度测量等数据是否服从高斯分布。若不符合，说明此数据组是有问题的，亦可以说明该仪器可能是有问题的。具体方法如下： (1)设有一组测量数据 N、N2、、N…Nk， 并假定它服从高斯分布。计算算数平均值N=-SNi (k为测量次数) ki=1 (2)计算x值：xX2i=1 (3))自由度 f=K-1，显著水平a=0.05，aa=0.95 由X²值表查得相应的X²值 x=X(0.05f) xa2=x22(0.95f) 若 x≤x≤xa则数据可靠，可判定Ni、N2、、N…N数据组服从高斯分布，仪器无系统误差，也是稳定可靠的。 例3用1217B型弱αβ测量仪对239Pua 源及 Sr-90Yβ 源进行重复测量，其数据见表4、表5 表4对239Pua 源重复测量数据 测量序号 2min 十数 单次计数与平均值偏差 Ni-N 偏差平方 (Ni-N) 测量序号 2min 计数 单次计数与平均值偏差 Ni-N 偏差平方 (Ni-N) 1 2263 -33.4 1115.6 16 2268 -28.4 806.6 2 2311 14.6 213.2 17 2326 29.6 876.2 3 2374 77.6 6021.7 18 2403 106.6 11363.6 4 2197 -99.4 9880.4 19 2300 3.6 12.9 5 2320 23.6 556.9 20 2260 -36.4 1325.0 6 2267 -29.4 864.4 21 2333 36.6 1339.6 7 2226 -70.4 4956.4 22 2244 -52.4 2745.8 8 2332 35.6 1267.3 23 2303 6.6 43.6 9 2319 22.6 510.8 24 2304 7.6 57.8 10 2365 68.6 4733.4 25 2301 4.6 21.2 11 2267 -29.4 864.4 26 2313 16.6 275.6 12 2271 -25.4 645.2 27 2258 -38.4 1474.6 13 2343 46.6 2171.5 28 2306 9.6 92.2 14 2308 11.6 134.5 29 2288 -8.4 70.6 15 2299 2.6 6.7 30 2223 -73.4 5387.6 (1)计算算数平均值N=2296.4 (3))自由度 f=K-1=30-1=29 取a=0.05 查表得x2(0(0..0055，29)=42.6 a2=0.95 查表得X2(0.95，29)=17.7 满足x(0.95，29))≤x≤xa(0.05：，29) 故上数据组服从高斯分布。 表5对9Sr-YB源重复测量数据 测量序号 2min 计数 单次计数与平均值偏差 Ni-N 偏差平方 (Ni-N) 测量序号 2min 计数 单次计数与平均值偏差 Ni-N 偏差平方 (Ni-N) 1 807 -54.1 2926.8 16 890 28.9 835.2 2 893 31.9 1017.6 17 881 19.9 296.0 3 859 -2.1 4.41 18 886 24.9 620.0 4 862 0.9 0.81 19 832 -29.1 846.8 5 907 45.9 2106.8 20 898 36.9 1361.6 6 828 -33.1 1095.6 21 900 38.9 1513.2 7 895 33.9 1149.2 22 844 -17.1 292.4 8 852 -9.1 82.8 23 831 -30.1 906.0 9 868 6.9 47.6 24 838 -23.1 533.6 10 897 35.9 1288.8 25 852 -9.1 82.8 11 867 5.9 34.8 26 858 -3.1 9.6 12 866 4.9 24.0 27 862 0.9 0.8 13 870 8.9 79.2 28 823 -38.1 1451.6 14 730 -31.1 967.2 29 838 -23.1 533.6 15 850 -11.1 123.2 30 848 -13.1 171.6 ki=1 3))自由度 f=K-1=30-1=29取a=0.05 查表得xa(0.05，29)=42.6a2=0.95 查表得x(0.95，29)=17.7满足x2(0.95，29)≤X’≤x(0.05， 29) 故上数据组也服从高斯分布。X²分布表可以在相关书中查找，在附录中给出了X²分布简表。 7饮用水中总aβ放射性活度浓度的测量 前面已经谈过α射线的内照射对人体危害很大，所以人们非常关心饮用水中的α射线的活度浓度，而且，饮用水中的α很少很少 (0.1 Bq/L)，这样一个微小量给人们对它的测定带来一定的难度， GB5750-85“生活饮用水标准检验法”规定了检测α的两种办法。 一种方法是以同样品源相同面积的电镀源为参照物进行比较，测定样品源。此种方法简便，不用操作放射性溶液或粉末，其结果误差较大。这种方法我们一般称之为直接测量法。第二种方法是取两个相同的水样， 一个水样中掺入放射性标准溶液，同时浓缩两个水样，以掺标水样为基准，测定未掺标水样的α放射性活度浓度。此种方法从理论上讲是比较合理的，准确的，但它要同时浓缩两个水样，还要操作放射性溶液，方法复杂、费时、费力，做少量研究工作较适合，做大量的日常报告总α活度浓度的工作，一般不宜采用，此方法称为比较法。 测定总α活度浓度的第三种方法是国际标准法。它本质上也是比较法。给用户提供由国家计量部门测定的并给出证书的标准粉末为基准，全国各地的水样均与它进行比较，给出总α的结果。此方法简便、易行、标准统一，以国际标准为测量方法的基础。但此方法也有不足，就是各地水样残渣成分有差异，与同一标粉比较可能存在误差。有的残渣成分与标粉相近，误差较小，有的残渣量与标粉相差较大，给出的结果误差可能大一些。 7.1标准样品的制备 (1)取出标准粉末放于钵中，先在红外灯下将其烘干，然后用杵把粉末研细，弄α3粉末的工具要严格分开。 (2)把烘干、研细的粉末放在情况干净的样品盘上，称重。 (3)盘内滴入少量的1：：1的酒精丙酮混合溶液，借助环形针把粉末搅成粥状，并在桌上不断的摇晃和磕打样品盘，使标准粉在样样盘内平整均匀。 (4)用红外灯彻底烘干有机溶液 (5)放干燥箱中冷却待用。 7.2水样的浓缩与制备 由中国计量研究院牵头，在全国范围内进行过几次总α总的比对工作。对同一β样品，各家给出的总β测定结果基本相近，而总α的测定结果就差异很大了，有的相差几倍，甚至差一个数量级。除去工作人员的水平、仪器的水平、α量很小等因素外，差异大的主要原因是制备水样的方法不当，造成对此微小量的测定结果参差不齐，差异很大。 我们建议使用把水倒在聚丙烯吹塑薄膜上进行蒸干浓缩的办法。此方法的残渣回收率可达到100%，上海防病中心准备推荐此方法为国家标准，其具体方法步骤如下 7.2.11； 水样蒸干 (1)按每升水样加20mL 硝酸的比例，将相应量的硝酸加入塑料桶中，再采集水样，可防止放射性吸附桶壁，水样低温保存，应尽快分析。 (2)对待测水样的无机盐含量试验确定之后，取能产生10—30mgA(A为样品盘面积，厘米)残渣量的体积水样。 (3)在搪瓷盘子铺上双层聚丙烯薄膜，薄膜略高于搪瓷盘的上边缘。用1升量筒取得水样，倒入铺有薄膜的搪瓷盘中，倒时要慢一些，防止水样溅到盘外。为转换盐分加1mL 硫酸与水样混合，将搪瓷盘放在红外灯/PTC制样箱离灯最近的档上。 (4)置开关于“暖风/换气”端，打开两个灯暖及换气按钮，关闭其它按钮，并开启电源。设烘烤时间为80min， 随时观察水样蒸干的情况，若出现盘子中间已无水，露出薄膜，f而盘子四周仍略有一些水的状态，要立即停止灯暖烘烤。如果定时到了，水样仍未出现上述中间无水而四周略有水的状态，可适当地增加烘烤时间，直至出现上面要求的那种状态。 (5)出现中间无水，四周略有水的状态后，换风暖继续蒸干。开关置于“吹风/风暖”端，打开风暖及照明，关闭其它按钮。此时4个 PTC 同时吹热风蒸干水样，一直到把盘中四周围的水彻底蒸干为止。注意：要打开制样箱的门，使热气能够泄出，否则易损坏制样箱。 7.2.2水样蒸干后的处理 (1)从制样箱中取出盛有薄膜和水样残渣的搪瓷盘子，把多余的薄膜边缘用剪刀剪掉。 (2)从搪瓷盘中取出存有残渣的薄膜，注意要包着残渣，不要丢失。然后在其盘内将有残渣的薄膜多次地对折，形成一个宽约 20mm 的薄膜带，并把它卷成一个圆柱形，并用剪下的薄膜条捆着它，放入称过重量的蒸发皿中。 7.2.3碳化残渣 把盛有薄膜卷的蒸发皿放到电炉子上灼烧进行碳化。在灼烧的过程中可用玻璃棒轻轻搅动未烧焦的薄膜卷，尽量使它烧焦，烧透。注意玻璃棒不要沾附烧焦物，以防止水样残渣丢失，直到它烧成黑色碳化物为止。整个碳化过程一定要在通风橱内进行。 7.2.4灰化 碳化后的水样残渣连同蒸发皿一起放入高温炉内灰化。选在450℃，2h灰化。样品直到没有黑色为止，然后取出，置于干燥器中冷却至室温，再准确称量存有残渣的蒸发皿的质量，用差减法得到水样固体残渣的总质量。 7.2.5制作样品源 用样品勺将灰化后称过重的固体残渣刮下，用玻璃棒在钵内研细，称取10一30mgA的残渣粉末放入样品盘中，在粉末上滴入1：：1的酒精丙酮的混合溶液，用曲别针把粉末搅成粥状，要把粘在曲别针上的粉末用有机溶液冲入样品盘内，在桌上不断轻轻的磕打摇晃样品盘，借助于溶液的水平面把固体粉末铺平整、均匀。在红外灯下烘干后，置于干燥器中冷却，即可进行放射性的测量。制样过程要细心、-一丝不苟。 8饮用水中总a总β放射性活度浓度C(Bg/L)及其误差的国际标准表达式 8.1饮用水中总a放射性活度浓度 C(Bq/L)及其误差的国际标准表达式一般样品的活度浓度 C(Bq/L)按下式计算： 式中符号的意义： C为样品中α放射性活度浓度 (Bq/L)；Rn 扣除本底后的样品净计数 (ns )； 8、为指定的标准样品测得的计数效率(%) V，为样品盘中残渣质量所相应的水样体积 (L) 其中 Rn=R，-R， R为测量得到的样品计数率(ns ) R为仪器的本底计数率 (ns ) R，为测量得到的标准源计数率 (n's) A为样品盘的面积(mm) 0.1A为样品盘中标准物质的质量(mg) as为标准物质的比活度 (Bq/g)，转换单位为Bq/mg， 故出现10000.1A×VV，= m V为水样的总体积(L) m 为体积V的水样浓缩后残渣总质量(mg) 把上面的Rn、8，、V，的表示式代入(8.1.1)式中，则： 因每L水中要加入20mL的硝酸做稳定剂，需要对此进行修正，则 忽略了标准源计数的统计偏差后，由样品源计数和本底计数造成的统计误差，有下式给出： 8.2饮用水中总β放射性活度浓度 C(Bg/L)及其统计偏差的国际标准 表达式 as换成β源的比活度 14.4 Bq/g， 即为饮用水中总β放射性活度浓度 C(Bq/L)的表 达式。 统计偏差： 9应用水中总a总β放射性活度浓度的测定 9.1本底测量 用户可根据自己的实际情况，长时间累积本底，比如，100min 测量10次，存盘后待用，在一段时间内(三个月或半年)没有发现仪器异常，不必每次测量样品均测量本底，只要用上面累积的本底平均值即可参加运算。也可以把长时间累积的本底测量结果起个文件名储存起来，用时可以随时调用。 9.2标准源的测量 从干燥器中取出已经制备好的α粉末标准源，送入仪器进行测定，建议 100min测量四次，测后存盘。从干燥器中取出已经制备好的β粉末标准源，送入仪器进行测定，也建议100min 测量四次，测后存盘。同理，不必每次测水样均测量标准样品。 9.3输入相关参数 待测水样体积(L)， 浓缩水样后得到的残渣质量(mg)；化学回收率(100%)；a粉末源比活度(Bq/mg)； α粉末源的质量(mg)；β粉末源的比活度(Bq/mg)；样品源的的固体粉末质量(mg)等。把这些相关数据一一输入计算机。 9.4样品源的测量 从干燥器中取出已经制备好的的品源，送入仪器内进行测量，每次100min，测量四次，共400 min。 注1：：以上建议的测量时间和次数只是推荐值，用户可以根据自己的实际情况自行选定测量时间和次数。 注2： 粉末标准源的累积计数要大于样品源的累积计数，是从减少误差考虑。 9.5数据处理 用户在完成本底、标准源、样品源的采集以后，再把相关系数也一一输入，察看处理参数，包括选择处理方法即国际标准法。然后输入水样的特征信息，它包括结果报表中所需要的信息，详见软件说明。 9.6处理结果打印 处理结果打印将打印出根据系统当前的各种参数计算结果的报表。 附录 ײ分布简表 电话：：020-38490225，38492937，，3849292 7www.yitongxing.cn Email： y_tongxing@126.com αβ放射性测量因涉及民用饮用水、食品的核安全事宜，随着国家对核安全的重视以及管理越来越规范，国家会逐渐规范核仪器设备供应商， 中核控制系统工程有限公司具备《辐射安全许可证》、国家核安全局颁发的有效期内的《中华人民共和国民用核安全设备制造许可证》和《中华人民共和国民用核安全设备设计许可证》证件。BH1227四路低本底测量仪具有专门测量水、生物、气体、环境样品测量的操作设置，可以在应急事故中针对全样品进行测量。效率稳定性：仪器连续通电24小时，各路探测器效率变化小于10%；如果客户样品多，该设备能够连续运行20天以上。仪器的高压系统是自行研制生产的，寿命长稳定性高。中核控制系统工程有限公司原（中核（北京）核仪器厂）是集科研与生产于一体的大型企业，是我国最大的核辐射探测器及核仪器仪表的生产基地，建厂1957年，已经具有50多年的生产经验。我厂的低本底αβ放射性测量仪已经生产40年左右，仪器的稳定性和安全性已经得到历史的检验。低本底仪器制造标准GB/T11682-2008起草单位.