建筑材料放射性和室內(nèi)氡濃度檢測技術(shù)

　　對于執(zhí)行GB6566和 GB50325的檢測實驗室來說，一般不必購買價格昂貴的高純鍺γ譜儀，只須配備合格的碘化鈉γ譜儀就能完成檢測任務(wù)。

　　碘化鈉Nal（TI）γ譜儀由探測器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（包括數(shù)據(jù)采集軟件）及γ譜分析軟件組成。其中探測器由碘化鈉晶體、光電倍增管、前置放大器及鋁殼組成;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由高低壓電源。放大器、多道分析器組成;而多道分析器由模數(shù)變換器（AD C）、多道數(shù)據(jù)采集卡和多道仿真軟件組成。

　?。?）選用合格的低本底多道碘化鈉γ能譜儀

　　現(xiàn)在國內(nèi)涉及到碘化鈉γ譜儀使用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有2個，即GBll743-89《土壤中放射性核素的γ能譜分析方法》和GB/T16143—1995《建筑物表面氡析出率的活性炭測量方法》，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定碘化鈉晶體尺寸不小于7.5cmX7.5cm，屏蔽室的等效鉛當(dāng)量不小于10cm。因為γ譜儀要測量的鐳-226、釷-232、鉀一40核素在地球上任何一個地方都存在，實驗室的地面、天花板、四面墻壁都會產(chǎn)生這些核素的γ光子。這些γ光子能穿透鉛室進(jìn)入碘化鈉探測器，如鉛室厚度不夠，γ譜儀本底會很高;碘化鈉晶體尺寸小，γ譜儀探測效率低，γ譜儀測樣品時的計數(shù)接近γ譜儀測本底時的計數(shù)，γ譜儀測得的樣品凈計數(shù)的統(tǒng)計誤差大，根據(jù)樣品凈計數(shù)計算出的樣品比活度分散性很大，測量結(jié)果達(dá)不到GB6566和GB50325的要求。

　?、偬綔y器：一般用中Φ7.6cm X 7.6cm碘化鈉晶體，分辨率應(yīng)小于 9%（分辨率是指137Cs的661.66keV峰的半高寬（FWHM）除以661.66keV峰的峰位）。一般進(jìn)口探測器的分辨率小于7.5%，實際測量7%左右;國產(chǎn)探測器的分辨率7%～10%。為此建議用戶購買進(jìn)口探測器。

　?、阢U室：屏蔽層鉛厚度應(yīng)不小干10cm。內(nèi)腔大的因散射小，屏蔽效果較好，內(nèi)腔直徑Φ220mm的鉛室比較適宜。本底計數(shù)率應(yīng)不大干5cps（每秒計數(shù)），測本底計數(shù)率用3”X3”（7.6cm X7.6cm）碘化鈉探測器，關(guān)閉鉛室。本底計數(shù)率等于1到1024道全譜計數(shù)之和（每道計數(shù)相加）除以測量活時間。質(zhì)量好的鉛室本底計數(shù)率小于3.3cps（每秒計數(shù)）。

　?、鄱嗟婪治銎鳎憾嗟赖罃?shù)應(yīng)為512道或1024道。多道仿真軟件應(yīng)有測量預(yù)置（設(shè)置實時間、活時間）、設(shè)置感興趣區(qū)ROI、能量刻度、尋峰、核素識別等功能。

　?、堞米V儀穩(wěn)定性：24h峰位漂移小于1%。好的譜儀24h峰位漂移小平 0.7%，長期穩(wěn)定性一個月峰位漂移小于1%。γ譜儀要測建材樣品放射性比活度必須先做刻度，測本底譜，分別測鐳-226、釷-232.鉀-40三個標(biāo)準(zhǔn)源，做一次刻度一般需 1-3d時間，做完刻度后再測樣品。分析樣品譜時是將鐳-226、釷-232、鉀-40三個感興趣區(qū)的每一個區(qū)間總計數(shù)分別分解成該區(qū)間的鐳-226的計數(shù)、釷-232的計數(shù)、鉀-40的計數(shù)，這就要求γ譜儀必須有很好的穩(wěn)定性，保證儀器測樣品時的感興趣區(qū)與測標(biāo)準(zhǔn)源時的感興趣區(qū)相同。

　?、萦嬎銟悠贩派湫员然疃鹊摩米V分析軟件：現(xiàn)在只有兩種碘化鈉γ譜分析方法，即逐道最小二乘法擬合和逆矩陣法，逐道最小二乘法擬合因計算用的道數(shù)多，統(tǒng)計誤差小，計算結(jié)果比逆矩陣法準(zhǔn)確;逆矩陣法用三個感興趣區(qū)計算結(jié)果。中國原子能科學(xué)研究院王里玉教授和清華大學(xué)宋征博士的碘化鈉γ譜分析軟件用逐道最小二乘法擬合，國內(nèi)其它的碘化鈉γ譜分析軟件全部用逆矩陣法;王里玉教授的軟件最好。不同軟件要求樣品的測量時間各不相同，王里玉教授的軟件測樣品需2.5h以上，宋征博士的軟件測樣品需3h以上，其它逆矩陣法軟件測樣品需4h以上，才能保證大部分樣品的比活度測量結(jié)果的不確定度不大于 20%。生產(chǎn)碘化鈉γ譜儀的主要廠家有美國PRINCETON GAMMA-TECH公司、CANBERRA公司、ORTEC公司、北京核儀器廠等， PRINCETONGAMMA-TECH公司的MCA2100R碘化鈉γ譜儀采用美國專利QCC二次壓縮變換技術(shù)，大大提高了碘化鈉γ譜儀的性能（實際分辨率優(yōu)于其他廠家），γ譜圖中從低能到高能的γ射線峰清晰漂亮（重疊部分很少），能量刻度比其它碘化鈉γ譜儀都準(zhǔn)確。

　　（2）選用有計量證書的標(biāo)準(zhǔn)源

　　因碘化鋼探測器有溫度效應(yīng)，1-2個月就需要用戶重新刻度碘化鈉γ譜儀，執(zhí)行GB6566檢測建材放射性的實驗室購買碘化鈉γ譜儀時一定要配置有計量證書的鐳-226、釷-232、鉀-40三個標(biāo)準(zhǔn)源和混合標(biāo)準(zhǔn)源（標(biāo)準(zhǔn)樣品）。

　?。?）實驗室環(huán)境

　　因光電信增管有一定溫度系數(shù)，碘化鈉γ譜儀實驗室應(yīng)裝空調(diào)。碘化鈉γ譜儀工作時室溫變化范圍≤士2℃，相對濕度≤75%。

　?。?）用標(biāo)準(zhǔn)源刻度γ譜儀

　　刻度γ譜儀的周期由譜儀穩(wěn)定性決定，一般l-2個月一次，譜儀穩(wěn)定性好，可更長時間做一次?？擅恐軠y一次標(biāo)準(zhǔn)樣品（測量時間4h以上），若測量值與標(biāo)準(zhǔn)值偏差大于18%，需重新刻度。建議測本底12h以上，每個標(biāo)準(zhǔn)源測6h以上。測量時間長，統(tǒng)計誤差小，標(biāo)準(zhǔn)譜的峰形好，刻度結(jié)果好。

　?。?）裝樣

　　樣品稱量應(yīng)是干樣質(zhì)量，若是濕樣，應(yīng)在105℃ 烤箱內(nèi)烘烤 3-4h后稱量裝樣。譜儀測量是相對測量，裝樣品的盒和標(biāo)準(zhǔn)源的源盒必須是同一種盒子，樣品的高度和標(biāo)準(zhǔn)源的高度相同（樣品體積與標(biāo)準(zhǔn)源體積相同），測樣品與測標(biāo)準(zhǔn)源的幾何位置相同，就可保證對同一種能量，測樣品時的效率與測標(biāo)準(zhǔn)源時的效率相同。

　?。?）放射性平衡

　　新國標(biāo)規(guī)定樣品密封、平衡后再測量樣品，其意思非常不明確。實際上γ譜儀測鐳測到的是鐳的子體氡及氡子體的γ射線。理論上計算樣品密封后放置 20d，鐳與氡就達(dá)到平衡。老國標(biāo)的規(guī)定非常明確，樣品密封后放置20d再測量。平常檢測樣品，客戶希望盡快拿到報告，要快出報告，需要積累一些數(shù)據(jù)。實際測量可分兩大類：比對測量和超標(biāo)樣品密封后放置20d后測量。一般樣品密封后放置4d后測量，只要對鐳的比活度乘一個修正因子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后測量一次，測得鐳的比活度為A4，該樣品繼續(xù)放置到20d后再測量一次，測得鐳的比活度為A20，A20為準(zhǔn)確值，求得水泥修正因子F=A20/A4。對不同水泥測幾次，求F的平均值，以后再測水泥樣品就可在一周內(nèi)出報告。求F值時樣品測量時間長一些， 6h以上。對瓷磚、花崗巖等不同種類的建材及土壤樣品可同樣處理，不同種類的建材F值不同。

　　2 室內(nèi)氡檢測方法

　?。?）氡濃度不確定度的測定

　　氛濃度不確定度的實測主要取決于連續(xù)測量時間（采樣時間）。用RAD7測量某地下室，設(shè)置選2-DAY，儀器每小時給一個氡濃度值，連續(xù)測量48h，測量結(jié)果如下：平均氡濃度 200Bq/m3，最大氡濃度396Bq/m3，最小氡濃度46.IBq/m3。這就是說若用RAD7不同時間只測一小時，則測量結(jié)果可能相差 8.6倍。室內(nèi)氡氣的濃度很不穩(wěn)定，我國 2000年前只有衛(wèi)生、核工業(yè)和環(huán)保部門的研究所測量過氡濃度，都是小范圍的測量，沒有大面積的普查。全世界只有美國做過大面積的室內(nèi)氡濃度測量，到1999年，美國已有3800萬個家庭測量過室內(nèi)氡濃度。美國測氡儀器和實測方法都有國家標(biāo)準(zhǔn)，而且標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容明確詳細(xì)，整個行業(yè)都遵守標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)氡濃度測量很規(guī)范。

　　因為室內(nèi)氡濃度波動大，每小時都會有變化，國際輻射防護(hù)委員會（ICRP）和國際原子能機構(gòu)

　?。↖AEA）制定的國際標(biāo)準(zhǔn)以及國標(biāo)GB/T18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定室內(nèi)氡濃度的行動水平限值均是指年平均值。顯然用固體徑跡探測器連續(xù)測一年的氛濃度值最能代表室內(nèi)氡濃度的實際情況，但這種測量太費時;若測量幾分鐘，幾小時，這種測量結(jié)果分散性（不確定度）太大，根本不能代表實際情況。我們應(yīng)該用折中方法，全世界只有美國研究氡的科學(xué)家最多，測量數(shù)據(jù)最全面，在我們沒有達(dá)到美國水平之前，不妨采用美國規(guī)范可行的檢測方法。美國氡測量標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)氡和氡子體測量標(biāo)準(zhǔn)》（ EPA 402-R-93-003，June1993）中將氡濃度檢測分兩步進(jìn)行，先進(jìn)行篩選測量，若篩選測量結(jié)果高于一定水平，建議進(jìn)行第二次測量即跟蹤測量。篩選測量的測量時間2-90d，取決于測量裝置，如連續(xù)測氡儀48h以上，固體徑跡探測器90d。GB50325中的氡濃度檢測實際上就是篩選測量。

　?。?）主要測氡方法簡介

　　GB/T14582-93《環(huán)境空氣中氡的標(biāo)準(zhǔn)測量方法》中有四種測氡方法，簡介如下：

　?、購桔E蝕刻法：此法可測氡濃度的年平均值，是美國氡測量標(biāo)準(zhǔn)中推薦的方法之一。國際上固體徑跡探測器應(yīng)用率逐年提高，具有靈敏度高、測量結(jié)果重現(xiàn)性好、操作簡便、測量期間不需要電源等優(yōu)點。但徑跡探測器采樣時間需90d以上，建筑工程不可能接受90d的檢驗周期。

　?、诨钚蕴亢蟹ǎ捍朔蓽y氡濃度的短期平均值，也是美國氡測量標(biāo)準(zhǔn)中推薦的方法之一。美國環(huán)保局推薦的測氡實驗室一般具有2種以上的測氡方法，這些實驗室絕大部分（90%以上）都有活性炭盒法，通過郵寄測量家庭室內(nèi)氡濃度。活性炭盒法具有測量結(jié)果準(zhǔn)確、操作簡便、采樣期間不需要電源、體積小、便于布放和郵寄等優(yōu)點。缺點是濕度影響活性炭對氡的吸附，必須做濕度修正。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，活性炭盒法最適合工程檢測，執(zhí)行GB50325的檢測實驗室應(yīng)首選活性炭盒法。

　?、垭p濾膜法：此法測量瞬間采樣的氡濃度，美國不用雙濾膜法測量室內(nèi)氡濃度。裝置笨重，采樣頭的頻繁換取可能會引起漏氣，影響測量結(jié)果。若按GB/T 14582-93附錄A的要求，連續(xù)2d多次測量手算平均值，工作量太大。

　?、軞馇蚍ǎ捍朔y量瞬間采樣的氡濃度，美國不用氣球法測量室內(nèi)氡濃度。氣球法技術(shù)難度太大，不實用。

　?、葸B續(xù)測氡儀：限于當(dāng)時的技術(shù)條件，GB/T14582-93只在附錄中有連續(xù)測氧儀，并規(guī)定檢測時間至少 24h。目前很多檢測實驗室都購買連續(xù)測氡儀，主流是1027和RAD7，RAD7準(zhǔn)確度高。閃爍室型的連續(xù)測氡儀很容易本底增高，測量值偏大，特別是測量高濃度的房間后，接著測普通房間，結(jié)果偏大;需用氮氣沖洗閃爍室或放較長時間才能再使用。

　?。?）規(guī)范準(zhǔn)確方便快速的室內(nèi)氡檢測方法——活性炭盒法

　　1027的說明書中明確說明測量室內(nèi)氡濃度需連續(xù)測量48h以上;RAD7的說明書中也說明美國環(huán)保局（EPA）的標(biāo)準(zhǔn)要求取兩天測量的平均值，而RAD7的設(shè)置中有l(wèi)-DAY和2-DAY。這說明在美國氡檢測非常規(guī)范，無論是儀器生產(chǎn)廠家或檢測機構(gòu)，都遵守EPA標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)氡和氡子體測量標(biāo)準(zhǔn)》。執(zhí)行GB50325的檢測實驗室需購買多臺1027或RAD7才能滿足工作需要。大的檢測單位因測量建筑材料放射性已購買低本底多道γ能譜儀，用活性炭盒法測氡經(jīng)濟上最便宜，一個活性炭采樣盒相當(dāng)于一臺連續(xù)測氡儀，采樣時間48h測量結(jié)果規(guī)范準(zhǔn)確。小的檢測單位可租用活性炭采樣盒或買1027，因為一臺RAD7價格相當(dāng)于8臺1027。用戶購買連續(xù)測氡儀一定要英文說明書，國內(nèi)相當(dāng)多的經(jīng)銷商沒有放射性專業(yè)知識，中文說明書有很多錯誤，有的甚至有意將1027說明書首頁“測量時間48h以上” 刪掉。

　　RAD7說明書質(zhì)量控制一節(jié)中說明將RAD7與活性炭盒測量結(jié)果比較，若偏差大，再與另一個實驗室活性炭盒測量結(jié)果比較，若偏差仍大，建議將RAD7送回廠家重新刻度。這說明活性炭盒法與RAD7具有同一水平的準(zhǔn)確性。

　　活性炭盒法測室內(nèi)氡濃度一般采樣時間48h，采樣結(jié)束后的活性炭盒放置 3h就可用γ譜儀測量。碘化鋼γ譜儀可以20min測一個活性炭盒，正常上班時間可測20個活性炭盒，4d就可出一個較大工程的檢測報告。與其它方法相比，工程驗收檢測只有活性炭盒法既可達(dá)到規(guī)范的采樣時間，又可準(zhǔn)確快速的報告檢測結(jié)果。

　　要保證活性炭盒法的準(zhǔn)確性，必須刻度準(zhǔn)確，至少做3個濕度下的刻度以修正濕度的影響，用活性炭（鐳）氡標(biāo)準(zhǔn)源核準(zhǔn)γ譜儀的漂移，并有質(zhì)量保證措施，這需要專業(yè)實驗室提供服務(wù)。