于安雁 趙永生 丁 泮（海南核電有限公司，海南 昌江 572733）

結(jié)論

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降低HPGeγ譜儀探測限的方法的探討

于安雁 趙永生 丁 泮
（海南核電有限公司，海南 昌江 572733）

摘 要：對于核電廠放射性流出物的濃度及排放量國家有嚴(yán)格的控制，而對于低于探測限的測量結(jié)果，需要按照探測限的1/2統(tǒng)計，可見降低探測限的重要性。本文通過日常工作中發(fā)現(xiàn)的問題，探討了降低HPGeγ譜儀探測限的幾種方法。關(guān)鍵詞：放射性流出物；HPGe；探測限

1 概述

根據(jù)《GB 6249-2011核動力廠環(huán)境輻射防護規(guī)定》，核電廠在放射性流出物測量分析中，對于低于探測限的相關(guān)測量結(jié)果應(yīng)通過實驗分析進行合理估算，確實無法估算的，在排放量統(tǒng)計時按探測限（簡稱MDA）的1/2取值進行。所以流出物實驗室探測限的確定至關(guān)重要。本文將以高純鍺γ譜儀為例，探尋降低探測限的方法。

2 儀器原理

放射性核素產(chǎn)生的γ光子和X射線，其能量一般在keV至MeV范圍。由于其不帶電荷，通過物質(zhì)時不能直接使物質(zhì)產(chǎn)生電離，不能直接被探測到，因此γ和X射線的探測主要依賴于其通過物質(zhì)時與物質(zhì)原子相互作用，并將全部或部分光子能量傳遞給吸收物質(zhì)中的一個電子。這種相互作用表現(xiàn)出光子的突變性和多樣性，在吸收物質(zhì)中主要產(chǎn)生三種不同類型的相互作用：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)或電子對效應(yīng)，而產(chǎn)生的次級電子（光電子）再引起物質(zhì)的電離和激發(fā)，形成電脈沖流，電脈沖的幅度γ和X射線的能量成正比。在3種效應(yīng)中，光電效應(yīng)的γ光子把全部能量傳遞給光電子而產(chǎn)生全能峰，它是譜儀系統(tǒng)中用于定性定量分析的主要信號；而康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)則會產(chǎn)生干擾，應(yīng)盡可能地予以抑制。

在HPGeγ譜儀中，探測器（包括晶體、高壓和前置放大器）實際上是一個光電轉(zhuǎn)換器，將光子的能量轉(zhuǎn)變成幅度與其成正比的電脈沖。然后通過譜儀放大器將該脈沖成形并線性放大，再送入模數(shù)變換器（ADC）中將輸入信號根據(jù)其脈沖幅度轉(zhuǎn)變成一組數(shù)字信號，并將該數(shù)字信號送入多道計算機數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，由相關(guān)軟件形成譜圖并進行分析。

2.1 HPGeγ譜儀自帶的MDA計算方法

在Gamma Vision軟件中選擇“傳統(tǒng)ORTEC”計算方法，計算公式如下：

式中：

CRmda=所選計算方法的MDA計數(shù)率（cps）

SENS=.SDF文件（譜描述文件）中所描述的峰甄別閾值（%）

LT=測量活時間（sec）

B1=本底

式中：

MDA=指定γ射線的MDA報告值（Bq）

CRmda=對應(yīng)所選方法的MDA計數(shù)率（cps）

MDAconv=換算因子，將一個MDA計數(shù)率換算成一個活度

其中：

式中：

CR=峰識別概要報告中給出的峰計數(shù)率（cps）

Actrep=峰報告中給出的核素庫中的γ射線活度（Bq）

2.2 一般文獻計算方法

按照文獻，給出的計算方法

其中：

K=置信常數(shù)，一般置信度取95%，則K=1.645

LD=探測下限（cps）

ts=樣品測量時間（s）

tb=本底測量時間（s）

按照公式（4），有關(guān)MDA的一般做法是先測本底譜，這是沒有實際意義的。因為對于環(huán)境監(jiān)測、流出物監(jiān)測等應(yīng)用項目，由于取樣的時間、地點等因素的變化，一般很難控制樣品中其他核素的成分和強度，由他們形成的康普頓本底也就是不可避免且難以控制的。因而，必須從同一個樣品譜中解出樣品的凈計數(shù)和本底，給出判斷結(jié)果。

3 測量條件及結(jié)果

3.1 測量條件

此次實驗室使用的儀器為ORTEC公司的GEM30P4-76型高純鍺γ譜儀，其探測效率為30%。在室溫條件下，利用容量為1L的馬林杯測量液體樣品，測量時間為15000s，得到各γ核素的探測限如下。

3.2 測量結(jié)果

此次測量結(jié)果是由與高純鍺γ譜儀配套使用的Gamma Vision軟件自動計算得出的，具體內(nèi)容見表1。

表1液態(tài)流出物探測下限　濃度單位：Bq/m3

4 探測限影響因素分析

從式（1）可以看出，影響MDA值的主要因素為測量時間和環(huán)境本底值。測量時間越長，環(huán)境本底越小，則MDA值越小。表2為我電廠液態(tài)流出物探測限與其他兩個電廠的比較。

表2各電廠液態(tài)流出物探測下限比較　濃度單位：Bq/m3

我廠與電廠B使用的高純鍺γ譜儀相同，即ORTEC公司的GEM30P4-76型，而電廠A使用的高純鍺γ譜儀為ORTEC公司生產(chǎn)的GEM30185型，但相對效率與我廠使用的高純鍺γ譜儀相同，也是30%（對60Co的1332keVγ射線）。

從表2中可以看出，我廠探測限明顯比電廠A低很多，而與電廠B結(jié)果則相差不大。下面將從兩個方面具體分析降低探測限的方法。

4.1 測量時間對探測限的影響

在相同條件下，同一樣品在同一臺儀器上，分別測量10000s和15000s時，各核素的MDA值見表3。

表3液態(tài)流出物同一樣品、不同測量時間下的探測限　濃度單位：Bq/m3

從表3可以看出，在相同條件下，對于同一樣品，增加測量時間，環(huán)境本底也會有所降低，核素的MDA值會明顯減小。所以我們可以得出結(jié)論，在其他條件相同的情況下，增加樣品測量時間可以降低探測限。

4.2 環(huán)境本底對探測限的影響

除了測量時間，另外一個影響MDA值大小的主要因素就是本底。本底計數(shù)由三部分組成，即γ射線譜基線本底、天然γ射線峰本底和其他核素的干擾峰本底，其中γ射線譜基線本底又由康普頓散射本底和電子噪音本底組成。

由于基線本底計數(shù)大小會受到高能峰康普頓坪的影響，因此即使對同類樣品測量，并且測量時間、樣品量以及樣品的幾何尺寸都相同，其探測限也不會完全一致。

與電廠A針對同一型號的HPGeγ譜儀，做過多次本底測量的比較，事實證明我廠在絕大多數(shù)情況下，我廠環(huán)境本底值低于A電廠。由此可以說明環(huán)境本底值越小，探測限也會越低。

但另外一點需要說明的是，按照文獻，有關(guān)MDA的一般做法是先測本底譜，這是沒有實際意義的。因為對于環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用項目，由于取樣的時間、地點等因素的變化，一般很難控制樣品中其他核素的成分和強度，由他們形成的康普頓本底也就是不可避免且難以控制的。因而，必須從同一個樣品譜中解出樣品的凈計數(shù)和本底，給出判斷結(jié)果。

結(jié)論

從以上分析可以看出，增加樣品測量時間和降低環(huán)境本底，在一定程度上可以降低HPGeγ譜儀的探測限。但從公式（1）中也可以看出，當(dāng)測量時間達到一定程度，即使再增加測量時間，對于減小MDA值也無太多貢獻。所以在計算HPGeγ譜儀的探測限時，可以從增加測量時間和降低環(huán)境本底兩方面考慮，從而降低其探測限。

參考文獻

［1］師全林，常永福，張佳媚.最小可探測限活動MDA的統(tǒng)計學(xué)解釋［A］.北京：全國第四屆核儀器及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集［C］.2003：189-190.

［2］黃乃明，莫光華.HPGeγ能譜儀測量中探測限的計算［A］.北京：全國放射性流出物和環(huán)境監(jiān)測與評價研討會論文匯編［C］.2003：212-215.

中圖分類號：TL817

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