CN103995277A - 一种利用天然放射源标定天然广域水体放射水平测量仪器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种标定天然广域水体放射水平测量仪器的方法，包括以下步骤：测定水体中钾盐的浓度，进而计算钾盐中放射性活度；利用不断增加(减少)水体钾盐浓度，同时读取待测定的仪器的读数，建立仪器读数与核素含量的关系，完成仪器标定。本发明采用天然放射性的钟盐获取方便，不受管制，无需屏蔽，装置简易，钾40半衰期很长，无需考虑活度下降的影响，检测环境与仪器使用环境相同，排除了土壤环境的干扰，且天然广域水体中本身含有钾40，该方法还可解决能谱漂移的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种标定测量放射水平仪器的方法，具体来说该方法利用天然放射源标定测量仪器的方法。该类仪器专门用于直接测量天然广域水体(如江、河、湖、海等)中主要放射性物质的含量。
背景技术
广域水体中放射性物品的含量的测量是关系到人类取水用水指标的非常重要的指标。例如日本福岛核事故后对太平洋水域放射性的测量就是十分重要的。但是，目前由于受到历史技术积累的限制，广域水体的测量方法大都采取目标地点取样，实验室浓缩后测量的方法，这种方法严重制约了水体检测的连续性，对于短半衰期放射性元素的爆发流出无法获得一手有效数据。所以需要要一种专用的实时测量广域水体的仪器。由于这种测量，是一种放射性物质处于仪器外4π角度的测量，不同于使用传统普通检测仪器时，被测放射性物质处于探头前端小倾角测量的常规测量方法；且由于核探测方法均为相对测量法，为了使测量数据和实际值能够相符合(测量值真实有效)，故必须将准备用于广域水体放射性测量的各类核探测仪器采用等效水体的方法进行标定及校准。
但是受到环保法规限制和放射性物品后处理实际困难的限制，采用含有传统标定或校准用的人工放射性物质(如铯137、钴60等)的溶液在实际操作中遇到极大的困难，而且费用极高。为此特别发明了采用不受管制的天然放射性物质(如钾40)作为标定用源的标定方法。
钾40是一种地球上最为常见的也最容易获得人工放射源之一。海洋中有大量的KCl，地球上钟的钾绝大多数为钾39和钾41，钾40的含量仅为0.000117，其半衰期约为12.8亿年，其衰变方式为10.67％的钾40释放出能量为1.46MeV的伽玛射线，这个能量属于普通探测器均可探测的范围。天然钾盐是非常容易获得的，如工业KCl纯度即可达99.5％，且价格低廉，对人体无害，无需专用的常用的辐射屏蔽保护设施，而且不受环保部门管制。
发明内容
为克服现有放射源标定方法的不足，本发明的目的是提供一种安全稳定易于实施的专用为测量广域水体的专用核探测仪器进行标定的方法。
该标定方法是将用于测量天然广域水体放射水平的仪器放置于足够几何尺寸(探测器有效探测部位距水容器任意边界最近距离大于1米，且越大越好)的等效广域人工水体(去离子水)中。此时测量值即作为标定本底值。
然后向人工水体中逐渐投入含有钾元素的纯净物质(如高纯度99.5％含量的KCl，以下均简称钾盐)，同时采用机械装置使其搅拌均匀。
通过投入钾盐的数量可计算出钾在溶液中的含量(计算投入钾盐的总重量，进而可计算出投入去离子水中钾盐中钾40的总含量，通过简单计算及可得出钾40的核素含量，单位为：Bq/L)；为标定精确，同时需要在探头等深位置取样，然后通过国标法GB11338-89(如溶液浓度过高可适当按比例稀释后再做测量)进行测量钾40的核素含量，单位为Bq/L。
通过调整KCl在水中的浓度，可以线性的精确控制水中钾的含量进而计算出钾40的核素含量，确定钾40核素含量与需标定探测器相应计数的对应关系，从而实现标定仪器的目的。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
利用天然放射源标定天然广域水体放射水平测量仪器的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)将待校验仪器放入已知体积的去离子水中进行本底测量。仪器探测有效部位距离水体包壳最小值应大于1米。
2)在已知体积的去离子水中放入适量的钾盐(如氯化钾)，通过计算放入钾盐的质量或化学方法测定水体中钾盐的浓度，进而通过钾40在钾中的已知丰度(0.000117)计算出钾40的核素含量。
3)利用不断增加(减少)水体同种钾盐浓度，进而获得放射性物质钾40核素含量成已知变化的溶液，对应读取待测定的仪器的读数，建立仪器读数与钾40核素含量的数学关系，通过对本底及仪器其它属性(如电子学或数据处理软件)的修正，最终完成仪器标定。
4)标定后的仪器可直接有效测量天然水体中放射性物质的含量。通过有线或无线的数据传输方式将测量结果直接传送至数据中心，从而实现对特定水域的实时监控的目的。
本发明的利用天然放射源标定天然广域水体放射水平测量仪器的方法，与现有技术相比，具有以下优点：
1.钾盐为天然放射源，普遍存在自然界中，不属于受到监管的放射源；标定用放射源钾盐为普通工业产品，获取、运输、使用及后处理都及为方便，不受常规放射性法规管制。所使用的相关装置建筑也不需要特定的去污、监测、退役程序。
2.使用标定装置无需建设常规放射源所需特定的经过检验有效的屏蔽装置，装置简易。钾40的含量为0.000117，总放射性极低，无需建造屏蔽迷宫、安全连锁的大型建筑，只需根据储水容器钾盐浓度调节需要及人员工作使用方便而配备相应的搅拌，控温，移动架等常规装置；
3.钾40半衰期极长，无需其考虑活度下降对标定的影响；
4.检测环境与仪器使用环境相似，排除了土壤等环境的干扰，并且通过足够厚度的水体屏蔽，最大限度的屏蔽或降低了宇宙射线等天然本底射线对仪器的标定的影响。
5.由于大部分天然广域水体中本身含有钾40，且钾40其所释放的伽玛射线能量是固定的，故采用钾40的标定方法还有利于通过编制相应的仪器寻峰软件程序的方法解决在广域水体中(特别是海洋中)测量时遇到的能谱漂移的问题。
6、由于水体体积庞大，可同时对多台探测器进行标定，提高了工作效率。
使用该方案应注意的问题是：
1、由于钾40中仅有约十分之一的衰变是我们要标定用的伽玛射线，对其衰变产生的贝塔射线要通过仪器本身的包容物进行屏蔽，同时在标定计算中要考虑。
2、为了降低仪器自身本底影响，探测仪器部件尽量选择由低钾或去钾材料制成，以降低其自身含有的钾40对标定的影响。
附图说明
本说明附图为进行标定装置的结构设计示意图。
1为去离子水进水管，用于去离子水的注入；2为出水口(将不再使用的溶液流向废液池)；3溶液为取样口(位置一般为溶液页面高度一半的位置)；4为双层结构外壳(内层一般为不锈钢材质)；5为顶盖，上有多个开口及适合工作人员操作时使用的安全扶手，同时有专用于投放钾盐的开口，所有开口均有适当的密封，防止其它无关物质进入装置；6为溶液搅拌装置，；7为可上下移动的支架及待标定仪器(在水体足够大的情况下，可为多个，移动架待放置需标定仪器后可将仪器悬停至溶液中部)，移动架深度可以控制，待标定仪器将测量信号传至10中数据处理模块进行分析处理；8为加热装置通过10的控制，启动加热装置8；9为温度探测器(应为多个，放于不同位置)，将测量温度传送至10；10为控制及数据处理系统，它可以通过线缆控制搅拌器6及加热装置8的开启，并处理温度传感器9及需标定仪器7传回来的数据。
具体实施方式
1)将去离子水注入一个圆柱型容器内，该容器直径应大于2米，且越大越好；通过进水管流量计或液位测量的方式可知注入总水量。水位高度也应大于2米且，以确保待测定仪器有效探测部位距水边缘不小于1米
2)将待标定仪器通过移动架上，浸入水体中心，使仪器有效探测部位外壳距水体表面距离大于1m，四周距容器边及底大于1m；(如水体足够大，可同时放入多个仪器以提高效率)
3)静置10～60min后采集仪器读数n0，作为本底用于消除其他影响因素(为提高精度可多次采集，取其平均值)；
4)将称量过的钾盐(KCl)通过开口注入水体中；
5)使用搅拌器均匀搅拌；
6)利用放置在不同部位的多个温度检测器，测量水温。如水温发生较大偏差时，则通过加热装置，维持水体温度均匀；
7)通过放入钾盐的质量进行计算或通过取样口采样后利用国标方法测量水中钾含量C1；
8)待溶液均匀混合均匀后，静置10min后采集仪器读数n11；
9)多次重复4-8步骤，采集仪器读数ni(i为测量次数，一般不小于10)2；
10)读数若干次后，通过软件将绘制水中钾含量与仪器计数坐标图(C～ni坐标图)，并通过数据分析软件得出水中钾40核素含量与仪器计数的关系
关系函数C＝f(n)；一般来说，仪器中对应能量的计数与水中的放射性核素含量成正相关，且仪器的放大倍数，在其特定的探测能量区域内是近似线性的的，
由于通过化学法或计算得出的钾40核素含量是绝对值，这样通过简单计算就可得知仪器对范围内能谱的探测效率，进而实现与被探测广域水体中相似测量条件下仪器定标。这样完成标定后的仪器可直接测量未知广域水体中的放射性物质含量，其测量结果将会是真实可靠的。其精确度将是可以接受的。
11)另外由于钾40的放射性能量是已知的且恒定的，通过测量仪器读数中钾40全能峰对应能量的道址，则可以同时实现仪器的能量标定，纠正仪器峰漂移。
Claims (8)
1.一种利用天然放射源标定天然广域水体放射水平测量仪器的方法其特征在于：
第一步，在已知体积容器中利用去离子水和极易获得且不受环保法规管制的含有天然放射性同位素钾40的可溶性钾盐或碱(如普通高纯度氯化钾)配制成浓度可知的溶液；
第二步，通过溶液的浓度计算出或用化学法分析出溶液水中放射性钾40的核素含量；
第三步，将待标定核探测仪器放置于该溶液中，当溶液体量足够大时，其测量结果可以等效天然广域水体中的测量值，通过调节水体中钾盐的含量(包括零含量，读数记作本底)，进而相当于调节了钾40的核素含量，读取待标定仪器测量不同溶液钾盐浓度的放射性读数可得出在不同钾40核素含量情况下仪器度数；
第四步，由于钾40的实际核素含量已知，通过简单计算即可得到水体中钾40核素含量与仪器度数的函数关系，进而分析出仪器的其它相关属性，实现仪器的标定，这样标定后的仪器可直接用于相关水体的中的实时检测，其测量结果也是真实并可接受的。
2.权利要求1中所述已知体积容器其材质，其特征在于：包括不锈钢等钾元素析出较少的各类材质，且其形状包括但不限于圆柱形、正方形、长方形等形状。
3.权利要求1中所述将待标定仪器放于溶液中，其特征在于：为模拟广域水体测量，同时也需要尽可能大的屏蔽减少宇宙射线等天然本底等影响，水体应足够大，探测器有效探测部位距水的边界最小值应大于1米。
4.权利要求1中所述钾盐包，其特征在于：括各类可溶性高纯度钾盐或碱，包括氯化钾、硝酸钾、硫酸钾、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾等。
5.权利要求1中所述待标定核探测器，其特征在于：包括各种类型的闪烁体探测器(如NaI(Tl))、半导体探测器(如锗探测器)、气体探测器等各种类型的核探测器。
6.权利要求1、4中所采用的含有钟40的钾盐或碱，其特征在于：其所述物质中钾元素均完全来源于天然现有物质，不含经过人工分离提纯的高钾40丰度钾盐或碱。
7.权利要求1-6中所述方法，其特征在于：包括更换为其它天然放射性元素用于仪器标定。
8.权利要求1-7中所述方法，其特征在于：为标定该类型仪器，也可采用含量较少的人工放射性核素(如铯137等)制作溶液。
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| CN105223604A (zh) * | 2015-10-28 | 2016-01-06 | 清华大学 | 低本底伽玛能谱分析装置 |
| CN105223604B (zh) * | 2015-10-28 | 2020-02-28 | 清华大学 | 低本底伽玛能谱分析装置 |
| WO2021139020A1 (zh) * | 2020-01-12 | 2021-07-15 | 兰州大学 | 一种钻孔内核设施退役废物放射性多参数探测系统与方法 |
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| CN103995277B (zh) | 2016-08-03 |
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