γ辐射剂量率测量

探测γ辐射的仪器很多，有利用气体探测器，如G—M计数管做成的高压电离室γ辐射仪。有利用闪烁探测器组成的γ辐射仪。这些仪器都是通过γ射线转交给某确定体积的空气内或闪烁体内次级电子的能量来测量的。而充气电离室是测量最原始，也是最标准的装置。

1. 充气电离室

它是由一个具有两个电极的圆筒形的室，中心有一根金属丝组成。在金属丝上加有电压V为正电极，而圆筒壁为负电极。把气体封进电离室。当γ射线通过时，射线与室壁和气体原子相互作用，产生离子时对。阴极和阳极之间的电场分别将正、负离子引向两个电极，在阳极上收集到电荷，引起外电路中电压变化，产生电流流动。在电路中，引入电流计，就可得出电流计的读数，这样，我们就可探测到辐射。

为了测量剂量的大小，在理想的情况下，电离室的室壁材料应该选用“空气等效材料”。 “空气等效材料”是指其有效原子序数近似等于空气的有效原子序数（7.），而且化学组分也与空气相似，只是密度与空气不同。在这种情况下，电离室给出的电流大小严格地与γ空气吸收剂量率成正比，而与γ射线能量无关。这样的气体电离室在实际应用中有一定的困难。

在实际的剂量监测工作中，大多用不锈钢做电离室的室壁材料，室内充以高压气体，谓之高压电离室。由这些材料作电离室，对于光子能量在0.4～2兆电子伏范围内的γ射线，是能较好地满足空气等效的。室壁效应带来的误差在10%左右。

2. 闪烁计数器

闪烁计数器测辐射的方式是将辐射在闪烁体内损失的能量转换成光，再通过光电倍增管，把光复成放大了的电讯号，而后为电子线路所记录。

闪烁计数器可以用来测定照射量，也可用于测定组织中的吸收剂量。因此，闪烁物质必

须有尽可能好的空气等效或组织等效。一般认为有机闪烁体（例如蒽体）或塑料闪烁体是比较符合“空气等效”或“组织等效”的。在γ射线很宽的能量范围内（0.2～3兆电子伏），蒽晶体给出的光产额，能准确地正比于空气中的照射量或组织中的吸收剂量。

由于天然贯穿辐射成分比较复杂，辐射水平又低。因此，测量仪器应有较高的灵敏度，对于地层γ辐射和宇宙射线致电离成分均应具有较好的能量响应特性，有较高的精度和良好的稳定性，而且携带方便。因此，应选择体积小、重量轻、能满足测量要求的仪器。

目前我国用得较多的γ辐射剂量率仪有高压电离室、有机闪烁晶体和NaI（Tl）晶体为

探头的剂量仪，其中高压电离室的能量响应好，可作为标准仪器；有机闪烁晶体的能量响应次之，一般对宇宙射线致电离成分的能量响应在70～80%；NaI（Tl）晶体的能量响应较

差，对低能响应高，而对高能（如宇宙射线致电离成分）响应低，但用铅或锡箔包裹晶体后，可获得能量补偿，得到较好的能量响应特性。 仪器应每年用

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Ra标准源刻度，在测量时应用校验源对仪器进行校验。在

地面测量环境本底时，仪器探头离地面的高度为1米；在室内测量室内γ辐射剂量率时，在室内的中心位置的高度为1米；在废渣堆场或建材产品堆垛上测量时，面积应大于4m×4m，厚度大于150g/cm2，探头的高度为0.5米；对于石材的测

量，要根据具体情况，经校正后进行。

γ射线的产生及其杀伤机理

γ射线是一种强电磁波，它的波长比X射线还要短，一般波长＜0．001纳米。在原子核反应中，当原子核发生α、β衰变后，往往衰变到某个激发态，处于激发态的原子核仍是不稳定的，并且会通过释放一系列能量使其跃迁到稳定的状态，而这些能量的释放是通过射线辐射来实现的，这种射线就是γ射线。 γ射线具有极强的穿透本领。人体受到γ射线照射时，γ射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。 强大的威力

一般来说，核爆炸（比如原子弹、氢弹的爆炸）的杀伤力量由四个因素构成：冲击波、光辐射、放射性沾染和贯穿辐射。其中贯穿辐射则主要由强γ射线和中子流组成。由此可见，核爆炸本身就是一个γ射线光源。通过结构的巧妙设计，可以缩小核爆炸的其他硬杀伤因素，使爆炸的能量主要以γ射线的形式释放，并尽可能地延长γ射线的作用时间（可以为普通核爆炸的三倍），这种核弹就是γ射线弹。

与其他核武器相比，γ射线的威力主要表现在以下两个方面：一是γ射线的能量大。由于γ射线的波长非常短，频率高，因此具有非常大的能量。高能量的γ射线对人体的破坏作用相当大，当人体受到γ射线的辐射剂量达到200－600雷姆时，人体造血器官如骨髓将遭到损坏，白血球严重地减少，内出血、头发脱落，在两个月内死亡的概率为0－80％；当辐射剂量为600－1000雷姆时，在两个月内死亡的概率为80－100％；当辐射剂量为1000－1500雷姆时，人体肠胃系统将遭破坏，发生腹泻、发烧、内分泌失调，在两周内死亡概率几乎为100％；当辐射剂量为5000雷姆以上时，可导致中枢神经系统受到破坏，发生痉挛、震颤、失调、嗜眠，在两天内死亡的概率为100％。二是γ射线的穿透本领极强。γ射线是一种杀人武器，它比中子弹的威力大得多。中子弹是以中子流作为攻击的手段，但是中子的产额较少，只占核爆炸放出能量的很小一部分，所以杀伤范围只有500－700米，一般作为战术武器来使用。γ射线的杀伤范围，据说为方圆100万公里，这相当于以阿尔卑斯山为中心的整个南欧。因此，它是一种极具威慑力的战略武器。 “悄无声息”的杀手

γ射线弹除杀伤力大外，还有两个突出的特点：一是γ射线弹无需炸药引爆。一般的核弹都装有高爆炸药和雷管，所以贮存时易发生事故。而γ射线弹则没有引爆炸药，所以平时贮存安全得多。二是γ射线弹没有爆炸效应。进行这种核试验不易被测量到，即使在敌方上空爆炸也不易被觉察。因此γ射线弹是很难防御的，正如美国国防科恩在接受德国《世界报》的采访时说，“这种

武器是无声的、具有瞬时效应”。可见，一旦这个“悄无声息”的杀手闯入战场，将成为影响战场格局的重要因素。

吃什么可以抗核辐射

核基地、核武库、核潜艇、核爆炸……人们能不能通过饮食的方法来抵御或减少核辐射对人体造成的伤害呢？根据现代医学研究证实，答案是肯定的。我们不妨从核辐射伤害人体的机理谈一下抗辐射食品构建： 核物质产生的射线作用于人体（核辐射），会使机体大分子发生畸变，甚至激发体内水分子产生自由基，继而损伤生物分子，导致放射病。为此，抗辐射食品构建概括地讲应包括：高蛋白、生素、适度脂肪、营养全面、数量充足。 能量供给要充足。足够的能量供给有利于提高人体对核辐射的耐受力，降低敏感性，减轻损伤，保护机体。每天能量供给4000～4500千卡。 糖类供给有侧重。由于人体消化道受损，导致其对各种糖的吸收效果不尽相同，故防治消化道损伤的效果也不同，其中以果糖最佳，葡萄糖次之，而后是蔗糖、糊精等。 脂类含量不宜高。基于人体受辐射后食欲不振、口味不佳，脂肪的总供给量要适当减少，但需增加植物油所占的比重，其中油酸可促进造血系统再生功能，防治辐射损伤效果最好。 蛋白质要有质量。要求摄入的蛋白质品质优秀，数量充足，以减轻放射损伤，促进机体恢复健康。 无机盐供应宜加量。在膳食中适量增加无机盐（主要是食盐），可促使人饮水量增加，加速放射性核素随尿液、粪便排出，从而减轻内照射损伤。 维生素数量要确保。增加维生素供给对防治辐射损伤及伤后恢复均有效，如VK可减少出血，VPP减轻呕吐、恶心，VC使血细胞再生加速等，为此宜多摄入一些海带、卷心菜、胡萝卜、蜂蜜、枸杞等。

土壤中放射性核素的γ能谱分析方法

1 主题内容与适用范围

本标准规定了使用高分辨半导体或NaI(Tl)γ能谱分析土壤中天然或人工放射性核素比活度的常规方法。

本标准适用于在实验室用γ谱仪分析土壤中放射性核素的比活度。待测样品的计数率小于105pm，活度应高于谱仪的探测限。 2 术语

2.1 半宽度 full width at half maximum

在仅由单峰构成的分布曲线上峰高一半处两点间以能量或道数为单位的距离。

2.2 能量分辨率 energy resolution

对于某一给定的能量，辐射谱仪能分辨的两个粒子能量之间的最小相对差值的量度。在一般应用中，能量分辨率是用谱仪对单能粒子测得的能量分布曲线中峰的半高宽除以峰位所对应的能量来表示。 2.3 本底计数率 background count rate

在γ能谱中，除样品的放射性外，其他因素引起的计数率。 2.4 探测限 lower limit of detection 在给定的置信度下，谱仪可以探测的最低活度。 2.5 探测器效率 detector efficiency

探测器测到的粒子数与在同一时间间隔到探测器上的该种粒子数的比值。

2.6 探测效率 detection effiCiency

在一定的探测条件下，测到的粒子数与在同一时间间隔内辐射源发射出的该种粒子总数的比值。 3 仪器装置 3.1 γ谱仪 3.1.1 探测器

×7.5cm的圆柱形NaI(Tl)探测器测量土壤样品。最好选用低钾NaI(Tl)晶体和低噪音光电倍增管。整个晶体密封于有透光窗的密封容器中，晶体与光电倍增管形成光耦合。探测器对137Cs的661.6KeV光峰的分辨率应小于9%。

.2 半导体探测器：可根据γ射线能量范围采用不同材料和不同类型的半导体探测器。测量土壤样品最好采用单端同轴锗锂或高纯锗探测器，其对60γ射线的能量分辨率应小于3keV，相对探测效率不低于15%。 3.1.2 屏蔽

探测器装置应置于等效铅当量不小于10cm的金属屏蔽室中，屏蔽室内壁距晶体表面的距离大于13cm，在铅室的内表面应有原子序数逐渐递减的多层内屏

蔽材料，如：可由0.4mm的铜、1.6mm的镉及2～3mm厚的有机玻璃等组成。屏蔽室应有便于取、放样品的门或孔。 3.1.3 高压电源

应有保证探测器稳定工作的高压电源，其纹波电压不大于±0.01%，对半导体探测器高压应在0～5kV连续可调，不能有间断点。 3.1.4 谱放大器

应有与前置放大器及脉冲高度分析器匹配的具有波形调节的放大器。 3.1.5 脉冲高度分析器

NaI(Tl)谱仪的道数应不少于256道，对于高分辨半导体γ谱其道数应不少于4096道。

3.1.6 读出装置

有多种可供选择的读出装置。如：记录仪、XY绘图仪、打印机、图象数字终端等。

3.1.7 分析计算装置

Υ谱系统可与专用机或微机等计算机联接，通过计算机处理谱数据。 3.2 测量容器

根据样品的多少及探测器的形状、大小选用不同尺寸及形状的样品盒，如：容器底部等于或小于探测器直径的圆柱型样品盒或与探测器尺寸相匹配的环形样品盒。容器应选用天然放射性核素含量低的塑料制成，如ABS或聚乙烯。 4 γ谱仪的刻度 4.1 能量刻度

用含有已知核素的刻度源来刻度γ能谱系统的能量响应。能量刻度范围应从50～3000keV。适于能量刻度的单能或多能核素有：241Am(59.5keV)、133

Ba(81.0keV)、109Cd(88.0keV)、57Co(122.1keV)、141Ce(145.4keV)、511375460Cr(320.1keV)、Cs(661.6KeV)、Mn(834.8keV)、Co(1173.2keV、1332.5keV)、208152

Tl(2614.7keV)及发射多种γ射线的Eu等，能量刻度至少包括四个能量均匀分布在所需刻度能区的刻度点。记录刻度源的特征γ射线能量和相应全能峰峰位道址，可在直角坐标纸上作图或对数据作最小二乘直线或抛物线拟合。如果非线性超过0.5%就不应作样品分析。谱仪的稳定性好，则变化的可能性就小。 4.2 效率刻度

全能峰效率是观察到的指定能量γ射线全能峰面积(计数率)与该光子发射的几率的比值。

对于土壤样品需用铀、镭、钍、钾的体标准源进行效率刻度。用作效率刻度的标准源其几何形状要与被测样品相同，基质密度和有效原子序数要尽量与被测样品相近。

探测器对入射在它上面的γ射线的探测效率是γ射线能量的函数。求出若干个(i)不同能量单能γ射线的全能峰探测效率后可在坐标纸上作出探测效率与γ射线能量的关系曲线(效率曲线)或用计算机对实验点作加权最小二乘法曲线拟合求效率曲线。在50～3000keV范围内用n次对数多项式拟合可达到很好的效果。表达式如式(1)：

式中：ε——实验效率值； Eγ——相应的Y射线能量； αi——拟合常数。 效率刻度的不确定度应小于士2%。 5 体标准源的制备

Υ能谱效率刻度用的体标准源必须满足均匀性好、核素含量准确、稳定、密封等要求。体标准源是用模拟基质加某种特定核素的标准溶液或标准矿粉均匀混合后制成，不均匀性小于士2%。

3

的土壤样品的体标准源以一定比例的氧化铝和二氧化硅做为模拟基质最为合适。

5.2 体标准源的活度要适中，一般为被测样品的10～30倍，具体倍数根据样品量的多少及强弱而定。

5.3 制备好的铀、镭体标准源应放入样品盒中密封3～4周，使铀、镭和它们的短寿命子体达到平衡后再测量。

5.4 体标准源的总不确定度应控制在±5%以内。 6 样品的制备

剔除杂草、碎石等异物的土壤样品经100℃烘干至恒重，压碎过筛(40～60目)称重后装入与刻度谱仪的体标准源相同形状和体积的样品盒中，密封，放置3～4周后测量。

7 测量

应测量模拟基质本底谱和空样品盒本底谱，在求体标准源全能峰净面积时，应将体标准源全能峰计数减去相应模拟基质本底计数，土壤样品的全能峰计数应扣除相应空样品盒本底计数。

测量刻度源时，其相对于探测器的位置应与测量土壤样品时相同。 测量时间根据被测标准源或样品的强弱而定。标准源的测量计数统计误差应小于±2%，土壤样品中放射性核素的计数统计误差要求铀小于±20%，镭、钍、钾小于±10%，137Cs要求小于±15%，置信度为95%。 8 γ谱分析方法

8.1 相对比较法求解样品中放射性核素比活度。用各种计算机解谱方法如：总峰面积法、函数拟合法、逐道最小二乘拟合法等，计算出标准源和样品谱中各特征光峰的全能峰面积，然后按式(2)计算出各个标准源的刻度系数Cji。

那么被测样品的第j种核素的比活度Qj(Bq/kg)为：

式中：Aji——被测样品第j种核素的第i个特征峰的全能峰面积，计数/S； Ajib——与Aji相对应的光峰本底计数率，计数/S； w——被测样品的净干重，kg；

Dj——第j种核素校正到采样时的衰变校正系数。 这种方法适用于有待测核素体标准源可以利用的情况。

8.2 由效率曲线求解样品中核素的比活度。根据效率刻度后的效率曲线或效率曲线的拟合函数求出某特定能量γ射线所对应的效率值，然后用式(4)计算核素的比活度Qj(Bq/kg)：

式中：ηi——第i个Y射线特征峰所对应的效率值； pji——第j种核素发射第i个Y射线的几率。 Aji、Ajib、W和Dj的意义同8.1所述。

该方法适用于没有待测核素体标准源而有效率曲线可利用的情况。 8.3 用逆矩阵法求解核素含量。土壤中天然放射性核素238U、232Th、226Ra、40

K和裂变产物137Cs的比活度也可用逆矩阵法求解并能较准确地求出238U含量。用该方法必须首先确定响应矩阵。确定响应矩阵的所有标准源核素必须包括待求样品中的全部待求核素。不同核素所选特征道区不得重合。特征道区选择原则为： α. 对于发射多种能量γ射线的核素，特征道区应该选择分支比最大的γ射线全能峰区；

b. 如果几种能量的γ射线的发射几率差不多，那么就应选择其他核素γ射线的康普顿贡献少的能量高的γ射线峰区；

c. 如果两种核素发射几率最大的γ射线峰重叠，那么其中一种核素就只能取其次要的γ射线作为特征峰；

d. 特征道区宽度的选取是使多道分析器的漂移效应以及相邻峰的重叠保持最小。

正确选择特征道区是逆矩阵法解析γ能谱的基础。用逆矩阵求解土壤中放射性核素的比活度，一般各核素选用的特征道区为92.6keV(238U)、352keV或609.4keV(226Ra)、238.6keV或583.1keV(232Th)、1460.8keV(40K)和

661.6keV(137Cs)。在求得多种核素混合样品的γ谱中某一特征道区的净计数率后，样品中的j种核素的比活度Qj(Bq/kg)可计算如式(5)：

j＝1，2，…，m

式中：aji——j种核素对第i个特征道区的响应系数； Ci——混合样品γ谱在第i个特征道区上的计数率； xj——样品中第j种核素的活度，Bq。 w、Dj的意义同8.1。

逆矩阵法主要用于样品中核素成分已知而能谱又部分重叠的情况。在用NaI(TI)γ谱仪分析土壤样品的场合，逆矩阵法及与其类似的方法常能给出较好结果。

γ谱时，对226Ra可选352.0、609.4、1120.4、17.7keV，对232Th可选用238.6、583.1、911.1、2614.7keV，它们的结果应在计数误差范围内一致。226Ra和232Th的比活度可由所选各特征光峰结果的平均值给出。 8.5 干扰和影响因素

在含复杂γ辐射体的混合物中测定一种核素时，其他核素的干扰程度由几个因素决定。如果多种核素从辐射计量角度可以认为是以近似相等的比例存在，那么在光峰不能完全分辨时，将呈现干扰，如果多种核素从辐射计量角度被认为以不相等的比例存在于混合物中，并且较高γ能量的核素占了优势，那么在解释γ谱中较低能量的小峰时存在严重的干扰。例如：铀系的主要γ射线是234Th的92.6KeV，然而钍系有一个93.4KeV的X射线，当被测样品钍核素含量高时则93.4Kev的X射线峰将对铀系的92.6kev的峰产生严重干扰。谱仪系统的本底是另一重要干扰因素，另外样品的密度也影响分析结果。可采取重峰分析、屏蔽、扣本底、密度校正等措施来减少各种因素对结果的影响。 9 报告

9.1 报告土壤样品分析结果时应报告样品中活度超过探测限的所有核素的比活度及相应的计数标准差，并注明所采用的置信度(95%置信度)。其他如解谱误差、刻度误差等也需要在报告中注明。 9.2 样品计数标准差S0可用式(6)计算：

式中：NS——全能峰或道区计数； Nb——相应的本底计数； ts——样品计数时间； tb——本底计数时间。

附录A

γ能谱分析中的逆矩阵法 (参考件)

在多种核素混合样品的γ能谱中，某一能峰特征道区的计数率除了该峰所对应的核素的贡献外，还叠加了发射更高能量γ射线核素的γ辐射的康普顿贡献，以及能量接近的其他同位素γ射线的光电峰贡献，因此混合γ辐射体的γ谱扣除空样品盒本底后，某一能峰道区的计数率应是各核素在该道区贡献的总和，即：

式中：j——混合样品中核素的序号； i——特征道区序号；

m——混合样品所包含的全部核素种数；

Ci——混合样品γ谱在第i个特征道区上的计数率； Xj——样品中第j种核素的未知强度；

aij——第i个特征道区对第j种核素的响应系数，可按式(A2)计算。

式(A1)可写为：

率就可计算出各种核素的活度。当土壤中含有且仅含有天然放射性核素和137Cs

232220

时通过5个特征道区的逆矩阵程序可同时求出土壤中238U、Th、Ra、K和137Cs的活度。

附录B Υ能谱分析的探测下限 (参考件)

由于土壤中放射性核素的比活度一般来说很低，土壤中放射性核素的γ能谱分析是在很强的随机涨落的干扰存在情况下的弱放射性测量。一个γ能谱的探测下限(Lower Limit of Detection，或LLD)是在给定置信度情况下该系统可以有把握探测到的最低活度。 探测下限可以近似表示为：

LLD≈(Kα十kβ)S0……………………………………(B1)

式中：Kα——与预选的错误判断放射性存在的风险几率(a)相应的标准正态变量的上限百分位数值；

Kβ——与探测放射性存在的预选置信度(1－β)相应的值； S0——净样品放射性的标准偏差。 如果a和β值在同一水平上，则Kα＝Kβ，

LLD≈2KS0…………………………………………………………………………(B2)

如果总样品放射性与本底接近，则可进一步简化：

式中：tb本底谱测量时间；

Nb——本底谱中相应于某一全能峰的本底计数。 对于不同的a值，K值如表B1所列： 表B1

附录C

Υ射线发射几率大于1%的天然放射性核素表 (参考件) 表C1

续表C1

续表C1

附加说明：

本标准由卫生部卫生监督司提出。

本标准由卫生部工业卫生实验所负责起草。 本标准主要起草人张淑蓉、任天山。

本标准由卫生部委托技术归口单位卫生部工业卫生实验所负责解释。