浅谈建筑材料放射性检测试验方法

摘要：本文介绍了用低本底的多道γ能谱仪检测建筑材料放射性的试验方法，并详细阐述了检测过程及检测过程中的影响因素。

关键词：建筑材料放射性γ能谱仪 影响因素

中图分类号： TU5 文献标识码： A 文章编号：

1前言

建筑材料是人类生活的必需品，与人们的关系十分密切。但建筑材料中所含的放射性核素发射的γ射线对人体产生照射，它所释放的氡及其子体又使人们受到内照射。建筑材料中放射性核素对人体造成的内、外照射，是公众环境电离辐射的主要组成部分，其影响是不容忽视的。因而测定建筑材料中料放射性水平，进而对建筑使用的材料经行放射性核素限量控制，具有重要的意义。我国开始关注天然放射性的照射问题始自20世纪70年代末期。并从80年代开始陆续颁布了一些放射性限制标准。目前在建筑材料行业实行的是GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》和GB50325-2010《民用建筑工程室内环境污染控制规范》这两部规范。GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》规定，应该采用低本底的多道γ能谱仪对无机非金属建筑材料进行镭-226，钍-232，钾-40比活度测量。本文结合检测实践经验对建材放射性核素含量检测方法进行探讨。

2γ能谱仪检测技术原理

天然放射性核素在发射α、β的同时还发射γ射线，利用其发射的γ射线的能量不同，在能谱中全吸收峰的道址和入射γ射线的能量成正比，是定性应用的基础。全吸收峰下的净峰面积与探测器感应该能量的γ射线数成正比[3]，是定量应用的基础。γ射线作用于NaI探头使晶体接受γ射线后产生的光电效应强弱和能谱的差异经线性放大和前级放大，可在记录仪表上显示出不同能谱的道址峰，从这些特征峰道址位置和峰面积，就可以判定属于哪种核素及其放射性强度。

3使用仪器

颚式破碎机、密封式研磨机、低本底多道γ能谱仪

4测定方法

在实际工作中，采用图谱中分析方法，以道为定性，以峰面积定量。即先在测试软件中以已知的标准源和本底（空白样品）测试图谱进行能量刻度，就是用标准源刻度能谱仪系统的γ射线能量和道址间的对应关系。能量刻度的具体做法是测量已知能量的标准源，按软件要求在能量刻度子菜单中输入峰位（道址）-能量，由软件自动完成能量刻度，建立计算模型。然后根据待测样品图谱计算，得出测量样品的天然放射性核素镭-226，钍-232，钾-40放射性比活度，计算内照射指数和外照射指数。

5操作步骤

（1）取样和制样：随机抽取有代表性样品2kg，将检验样品破碎，磨细至粒径不大于0.16mm。将其放入与标准样品几何形体一致的样品盒中，称重（精切至0.1g）、密封、待测。

（2）测量：当检验样品中天然放射性衰变链基本达到平衡后，在与标准样品测量条件相同情况下，采用低本底多道γ能谱仪对其进行镭-226，钍-232，钾-40比活度测量。

（3）计算：

内照射指数：IRa=CRa/200；

外照射指数：Iγ= CRa/370+ CTh/260+ CK/4200

CRa、 CTh 、CK分别为建筑材料中天然放射性核素镭-226，钍-232，钾-40的放射性比活度，单位为贝克每千克（Bq/kg）

6影响准确度的因素

（1）仪器使用环境，工作电压、测试环境温湿度的变化。

电压过高或过低将会导致仪器损坏，电压不稳定对检测数据会有影响，因此如不能确定电压情况，可以配备稳压设备。又因为碘化钠探测器中的光电倍增管有一定温度系数，所以仪器检测场所温度和湿度变化不宜太大，γ 能谱仪检测场所应安装空调，来保证测试室温湿度稳定。

（2）样品的制备

对于样品的干燥与潮湿，GB6566-2010标准中并没有明确的规定。从日常的检测工作中发现，如果检测样品潮湿的话，对于制样过程中的破碎、研磨、过筛等操作都是不便的。而且，潮湿的样品制备的样品称重时质量会偏重，检测结果会偏小。因此试验制样前应该检查样品，若是湿样，在105℃烘烤干后再制样检测。装样品时应控制高度，同时适当控制质量（适当敦实盒子里粉末样品）。能谱仪测量是相对测量，装样品的源盒和标准源的源盒必须是同一种盒子，样品的高度和标准源的高度大致相同，样品与测标准源的几何位置相同，就可保证对同一种能量，测样品时的效率与测标准源时的效率相同。

（3）放射性平衡

GB6566-2010标准规定样品密封、平衡后再测量样品，其意思不明确。实际上γ谱仪测镭测到的是镭的子体氡及氡子体的γ射线。理论上计算样品密封后放置20天再测量[4]。平常检测样品，客户希望尽快拿到报告，要快出报告，需要积累一些数据。实际测量可分两大类：比对测量和超标样品密封后放置20天后测量（至少15天）。一般样品密封后放置4天后测量，只要对镭的比活度乘一个修正因子λ，不同材料λ值不同。λ可以通过实验测定。例，水泥密封后，放置4天测量一次，测得镭的比活度为A4，该样品放置到20天后再测量一次，测得镭的比活度为A20，A20为准确值，求得水泥修正因子λ=A20/A4。对不同水泥测几次，求λ的平均值，以后再测水泥样品可一周内出报告。求λ值时样品测量时间长一些，6小时以上。对瓷砖、花岗岩等不同种类的建材及土壤样品可同样处理，不同种类的建材λ值不同。

（4）样品盒在探头的不同位置会影响检测结果的准确度。

样品盒在探测器上的放置位置影响着检测结果，γ能谱仪要求样品盒在探测器上的放置位置应与测试标准源时标准源的放置位置相同。翁忠良，王瑞芬[5]通过对样品盒在不同位置的测试，测得相对标准不确定度为2%，即样品盒在探头的不同位置的相对标准不确定度u7=2%。

（5）测量时间的长短

放射性活度是单位时间内平均发生衰变的次数来衡量样品的放射性衰变能力，1Bq是一次核衰变/时间（秒）。理论上说，测量时间越长，核衰变活动也趋于平稳，统计误差越小，图谱的峰形越好，测量的结果越准确。但是，现实当中还应该考虑工作的效率，根据γ能谱仪的本底、探测效率和材料放射性的强弱合理确定测试时间的长短。在本底和探测效率一定的情况下，放射性强的样品，测试时间短，放射性弱的样品，测试时间相对较长。对于建筑材料，目前我国使用γ能谱仪测量时间通常在3 h 到6 h 之间。

（6）样品分散是否均一性

在建材放射性检测试验中发现一类多种材质混合的建筑材料，比如混凝土是包括砂石水泥等多种材质的混合体，由于各种成分的硬度、易碎程度不一样，破碎、研磨后各种成分的颗粒大小不同，过筛后，制备的测试样品与制样前成分就有可能不一样。测试的结果也会相差很大。

对多种材质混合的建筑材料设计的一组试验，采用一组C30混凝土和一种干混砂浆作为检测样品，分别做两组对比试验。第1组试验在制样时，取破碎后的试样研磨、过筛，把筛余物重新研磨、过筛，并重复以上步骤直至全部都过0.16mm筛，混合均匀后从大约2kg粉末中装样。第2组试验在制样时，取破碎后的试样研磨、过筛，弃除筛余物，重新取破碎后的试样研磨、过筛，弃除筛余物，并重复以上步骤直至过0.16mm筛粉末样够装盒（大约350g），装样。放射性核素检测结果如下表。

从上表的测试结果表明，两组对比试验测试样品的成分不同，测试的结果相差足以影响检测结果。这就说明检测的结果取决于测试装取的粉末样品的成分，比如混凝土中水泥浆成分在破碎研磨过程中比砂石类材料容易磨细，那么第二组试验粉末样品中水泥浆的成分就比较多。

（7）重新刻度γ谱仪周期（对比图谱）

由于γ谱仪自身不稳定性，γ谱仪会因为所处环境的变换和仪器使用疲劳而使得峰位会偏移。γ谱仪的峰位偏移后对样品的计算影响非常大。下面两图谱是同一个标准源在室温下同一台γ谱仪在不同时间检测读取的。

图谱1：标准源2012年8月14日测试读取的图谱

图谱2：标准源2012年12月12日测试读取的图谱

从两幅图中我们可以看出，γ谱仪的峰位明显偏移，其中钾-40的峰位（右道值）偏移了46个道值。因为分析样品图谱时是将镭-226、钍-232、钾-40三个感兴趣区的每一个区间总计数分别分解成该区间的镭-226的计数、钍-232的计数、钾-40的计数，这就要求γ谱仪必须有很好的稳定性，保证仪器测样品时的感兴趣区与测标准源时的感兴趣区相同。如果峰位偏移了，就会影响结果的计算，当偏移厉害，某个核素的峰位与作为刻度的标准源完全偏离时就会使这个核素放射性比活度计算结果为0。因此，每间隔一段时间需要重新刻度γ谱仪，检测环境变化时也需要重新刻度γ谱仪。

参考文献：

[1] GB 6566-2001,建筑材料放射性核素限量。

[2] 王喜元等。民用建筑工程室内环境污染控制。北京：中国计划出版社，2011。

[3] 梁缉攀。建筑材料放射性的来源及检测技术。广东土木与建筑，2006，8（8）：60。

[4] 李彦禄。建筑材料放射性和室内氡浓度检测技术。质量检测，2004,21(2):16-18。

[5] 翁忠良，王瑞芬。碘化钠γ能谱仪在建筑材料放射性检测过程中的不确定度的评定。江苏陶瓷，2009，42（5）：27-30。

作者简介：蓝晓峰，男，1984年，畲族，福建上杭县人，建筑材料助理工程师，学士。