全 文 ：文章编号 :100028551 (2002) 0220103206
固体样品中放射性锆的测量方法研究
史建君
(浙江大学原子核农业科学研究所农业部核农学重点开放试验室 ,浙江 杭州　310029)
摘要 :用 BH1224 型能谱仪测量了95 Zr 固体样品的能谱图 ,并对其测量的重复性、样品
量和活度对测量结果的影响等进行了分析 ,确定了相应的校正曲线。结果表明 :1)
95 Zr 能谱有 3 个峰 ,选取 S3 峰 (240～300 能谱道)作为样品活度的测量道较为合适 ;2)
测量时间对测量结果没有影响 ,样品量和活度对测样的重复性影响很小 ;3)随着样品
量的增加 ,同一活度样品的测量值呈下降趋势 ,应进行该项目的校正 ,校正曲线为 Y1
= 110086 - 010060X1 (X1 为测样的样品量 g) ;4) 仪器死时间引起的漏计数不容忽视 ,
对测量结果应进行死时间校正 ,其校正系数 ( %) Y2 = 100195 - 010294X2 (X2 为测样的
计数率 cps) ;5) 从 S3 道测得的95 Zr 的衰变规律为 A = A0 e - 010146t 。
关键词 :95 Zr ;测量方法 ;校正系数 ;能谱 ;γ射线
收稿日期 :2000212211
基金项目 :国家自然科学基金 (39970147)资助项目
作者简介 :史建君 (1961～) ,男 ,浙江大学副研究员 ,从事同位素示踪和放射生态学研究
本文采用γ多道能谱仪对95 Zr 固体样品的测定方法进行了研究 ,以期找出最佳测量方法 ,
为开展95 Zr 在生态环境中的行为动力学研究提供技术支持。
1 　材料和方法
111 　供试土壤与95 Zr
供试土壤为小粉土 ,采自浙江大学实验农场 , pH 值 610 ,有机质 1190 % ,粘粒 (小于
01001mm) 1215 %。粉碎后过 30 目筛。95 ZrO2 为黑色粉末状固体 ,由中国原子能研究院同位素
所提供。比活度为 21284 ×108Bq/ g ,放化纯度大于 95 % ,使用前用氢氟酸[3 ] 将其转化为 11233
×107Bq/ ml 的 ZrF4 溶液。吸取 ZrF4 溶液 011ml 稀释 1000 倍 ,取稀释液 3ml 加入 73198g 小粉土
中拌匀 ,得比活度为 500Bq/ g 的土样。
112 　测量仪器
γ能谱测量采用 BH1224 型微机2多道一体化能谱仪 (北京核仪器厂生产) 。配置倒置的<70mmNaI闪烁探头 ,安装在铅屏蔽室中 ,其结构见图 1。测样器皿采用自备的 <75mm ×110mm
的塑料杯 (简称测量杯) ,将其置于倒置的闪烁探头上 ,并用定位装置固定测量位置 ,以保证所
有样品测量几何位置的一致性。
301　核 农 学 报　2002 ,16 (2) :103～108Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
图 1 　γ能谱仪探头结构图
Fig. 1 　Detector structure of
γ2energy spectrometer
11 铅盖　21 测样杯　31NaI 探测器　41 铅室
51 定位圈　61 信号线　71 下铅盖
11lead cover 　21cup of sample 　31NaI detecter
41lead chamber 　51fixer of place
61signal line 　71lower lead cover
113 　95 Zr 土壤样品的能谱测定
在 1 只装有 19g 土壤的测量杯中加入
比活度为 500Bq/ g 的95 Zr 土壤样品 1g ,将其
拌匀后置于 BH1224 型微机2多道一体化能
谱仪中进行能谱测量 (高压 623V , 阈值
0128) 。根据测得的能谱图 ,选定 3 个谱峰
S1 (45～80) 、S2 (160～210) 、S3 (240～300) 和
全谱 S0 (0～500) 为计数测量道 ,并记录各
道计数值。测量误差控制在 5 %以内。
114 　测量时间对计数率的影响
将测样杯 (内装95 Zr 土壤 ,活度同 113)
分别在 015、1、2、3、5、7、10、15min 进行测量
(3 个重复) 并记录各道 (S1、S2、S3 和 S0) 计
数。将测量结果换算成 cpm ,然后对测量结
果进行线性拟合并计算 r2 值。
115 　样品量对测量结果的影响
在 18 只测样杯分别加入 0、1、4、9、14、
19g 土壤 (每种量 3 个重复) ,然后再加入比
活度为 500Bq/ g 的95 Zr 土壤样品各 1g ,测量
并记录各道的计数。对每道的计数分别进
行归一化处理后进行线性拟合并计算 r2 值。
116 　活度2计数响应曲线的测定
在 24 只测样杯中各加入 10g 土壤 ,然后分别加入比活度为 50Bq/ q 的95 Zr 土壤样品 10、7、
5、4、3、2、1、015g(每种样品 3 个重复) ,并将各杯的总土壤量加至 20g 后拌匀 ,测量并记录各道
的计数。对测量结果进行线性拟合并计算 r2 值。
117 　重复性测定
在 15 只测样杯中分别加入 4、9、14、19、24g 土壤 (每种量 3 个重复) ,然后再加入比活度为
500Bq/ g 的95 Zr 土壤样品各 1g。拌匀后测量并记录 S3 道的计数值 ,重复测量 8 次。在 12 只测
样杯中各加入土壤 10g ,然后分别加入比活度为 100Bq/ g 的95 Zr 土壤样品 10、5、215、1g (每种样
品 3 个重复) ,并将各杯的总土壤量加至 20g 后拌匀。测量并记录 S3 道的计数值 ,重复测量 8
次。
根据贝塞尔公式计算相对标准偏差 (重复性) [4 ] 。
Sx/ ŠN = ∑( Ni - ŠN ) 2
n - 1 ŠN ×100 %
118 　衰变曲线测定
对 1 只测样杯 (活度同 113)进行为期 50d 的活度测量 (每次测量 5min) ,对测量数据归一化
后进行指数拟合 ,求出 S3 道的衰变曲线。
401 核　农　学　报 16 卷
2 　结果与分析
图 2 　95 Zr 的γ能谱图
Fig. 2 　γ2ray energy spectrum curves of 95 Zr211 　95 Zr 固体样品的能谱图95 Zr 固样的能谱如图 2 所示。有 3 个谱峰 S1、S2 和 S3 分别处在 45～80、160～210 和 240～300 能谱道区间内 ,从峰的形状、大小和所处的位置分析 ,选取 S3 峰 (240～300 能谱道)作为放射性活度测量道较为合适。212 　测量时间对计数的影响样品测量时间与计数的关系见表 1。对 4 组数据进行线性回归分析 ,其相关系数 r 均等于 1 ,表明测量时间与计数完全服从线性关系 ,不同的测量时间对测量结果没有影响。
表 1 　测量时间对计数的影响
Table 1 　The effects of measurement time on the count
测量道
measure2
ment path
测量时间 measurement time (min)
015 1 2 3 5 7 10 15 r2 拟合方程regressionequation
S0 57024 113895 227908 341505 569409 798387 1137913 1701700 1. 0000 Y= 113643t
S1 16707 33628 67441 101050 168710 236473 336884 502960 1. 0000 Y= 33617t
S2 6155 12395 24972 37094 61626 86703 123670 186379 1. 0000 Y= 12400t
S3 12094 23649 47077 70914 119034 166344 236231 354498 1. 0000 Y= 23656t
213 　样品量对测量结果的影响
样品量对测量结果的影响见表 2。随着样品量的增加 ,同一活度的样品的测量值 (归一
化)呈同步下降 ,以 S3 道为例 ,当样品量从 1g 增至 20g 时 ,其计数效率将下降 1017 % ;经线性
回归分析 ,4 组数据基本符合线性关系 ( r2 > 0197) ;S3 道下降速率 (010060/ g) 最快 ,S1 道次之 ,
S0 道最慢 ;从线性关系的相关性看 ,S3 道和 S1 道 ( r2 分别为 019850 和 019879) 优于其余二道。
表明样品量多少对测量结果有较大的影响 ,对测量结果应进行该项目的校正 ,以提高测量结果
的可靠性。
214 　活度2计数响应曲线的测定
不同活度的样品测得的计数值见表 3。各道计数值2活度响应关系的线性拟合结果显示 :
两者间存在显著的相关性 ( r2 均大于 01989) ,表明活度与计数间存在较好的线性关系。综合
上述 3 表的结果 (主要是 r2 值)及能谱图中峰的大小、位置和形状 ,选取 S3 作为样品活度的测
量道较为合适 ,因此后面的实验数据只选用 S3 道的测量值进行数据分析。
501　2 期 固体样品中放射性锆的测量方法研究
表 2 　样品量对测量结果(归一化数据)的影响
Table 2 　The effects of sample amount on measurement results (unitary data) ( %)
测量道
measurement
path
样品量 sample amount (g)
1 2 5 10 15 20
r
2
拟合方程
regression
equation
S0 100. 0 100. 1 100. 1 98. 1 95. 2 94. 0 0. 9496 Y= 1. 0099 - 0. 0035X
S1 100. 0 99. 5 97. 1 94. 2 92. 7 89. 2 0. 9879 Y= 1. 0031 - 0. 0055X
S2 100. 0 100. 0 99. 2 97. 0 94. 8 91. 6 0. 9794 Y= 1. 0099 - 0. 0044X
S3 100. 0 99. 6 98. 5 94. 9 90. 9 89. 3 0. 9850 Y= 1. 0086 - 0. 0060X
表 3 　活度与计数的相关性
Table 3 　Correlation between activity and count
测量道
measure2
ment path
样品活度 sample activity(Bq)
500 350 250 200 150 100 50 25
r
2
拟合方程
regression
equation
S0 536555 401555 309978 246934 165132 122897 56671 29282 0. 9900 Y= 1128. 7X
S1 160570 121205 93093 73383 49684 36614 17125 8710 0. 9899 Y= 338. 5X
S2 57909 43664 33320 26749 17758 13156 6020 3552 0. 9899 Y= 122. 0X
S3 112028 84961 60650 49468 37275 25564 12684 6293 0. 9939 Y= 234. 54X
将上表中 S3 道的数据换算成计数率 (cps) ,并将 100Bq 样品的探测效率校正系数设为
100 % ,计算各活度样品的探测效率校正系数 ,结果列于表 4。由表可见当样品的计数率 <
100cps 时 (即样品的放射性活度较小) ,仪器的探测效率校正系数基本不变 ,接近于 100 % ;但随
着样品活度的增大 ,其探测效率校正系数呈下降的趋势 ,这主要是探测仪器的死时间引起的漏
计数[5 ] ,对表 4 中的数据进行线性回归 ,得 : Y = 100195 - 010294X; r2 = 018347 表明该仪器的
死时间τ约为 294μs。对高活度的放射性样品 ,仪器死时间引起的漏计数比较严重 ,对测量结
果应进行死时间校正。
表 4 　计数率与探测效率校正系数的关系
Table 4 　Correlation between count ratio and calibration factor of detector efficiency( %)
测量道
measurement
path
样品计数率 count rate of sample (cps)
373. 4 283. 2 205. 5 168. 2 127. 6 85. 2 42. 3 21. 0
S3 87. 6 95. 0 94. 9 96. 8 97. 2 100. 0 99. 2 98. 5
215 　重复性测定
5 种样品量的重复性测量结果见表 5。其重复性均小于 1 ,表明该测量方法具较好的重复
性 ,且样品量对重复性影响不大 ,但测样的样品量不宜过少 ,以 10～25g 较为合适。
样品活度对测量重复性的影响不大 (表 6) 。其重复性介于 0158 至 0185 范围内 ,表明在
100～1000Bq 活度范围内测样的重复性很好。
216 　S3 道的衰变曲线
601 核　农　学　报 16 卷
样品活度随时间的变化 (图 3) ,对图 3 中数据进行指数回归分析 ,其衰变服从指数规律 ,A
= A0 e - 010146t , r2 = 019982。
表 5 　样品量对测量重复性的影响
Table 5 　The sample amount influence on the reproducibility
样品量
sample
amount (g)
计数率 count rate of sample (cpm)
1 2 3 4 5 6 7 8
重复性
reproducibility
Sx/ N( %)
5 26613 26444 26080 26596 25922 26461 26307 26174 0. 95
10 25417 25611 25582 25488 25219 25599 25634 25469 0. 54
15 24178 24338 24407 24452 24323 24675 24489 24777 0. 79
20 23649 23641 23803 23517 23722 23649 23637 23410 0. 51
25 22632 22730 22485 22727 22506 22429 22403 22356 0. 65
表 6 　活度对测量重复性的影响
Table 6 　The activity influence on the reproducibility
活度
activity(Bq)
计数率 count rate of sample (cpm)
1 2 3 4 5 6 7 8
重复性
reproducibility
Sx/ N( %)
1000 49211 49502 49272 49423 49700 49308 49961 49910 0. 58
500 24827 24697 24691 25067 24901 24880 24947 24492 0. 72
250 15210 15393 15364 15500 15375 15539 15235 15559 0. 85
100 7424 7482 7420 7553 7468 7450 7433 7556 0. 73
图 3 　95 Zr 的衰变规律
Fig. 3 　Disintegration rule of 95 Zr
3 　结 　论
上述实验结果显示 :1) 选取 S3 峰 (240～
300 能谱道)作为样品活度的测量道较为合适 ;
2)同一样品的测量时间对测量结果没有影响 ;
3)样品量多少对测量结果有较大的影响 ,对测
量结果应进行该项目的校正 ,校正曲线为 Y1 =
110086 - 010060X1 ( X1 为测样的样品量 g) ;4)
仪器死时间引起的漏计数不容忽视 ,对测量结
果应进行死时间校正 ,其校正系数 ( %) Y2 =
100195 - 010294X2 (X2 为测样的计数率 cps) ;5) 样品量对测样的重复性影响不大 ,但测样的样
品量不宜过少 ,以 10～25g 较为合适 ;样品活度对测量的重复性基本没有影响 ,测样重复性很
好 ;6)从 S3 道测得的95 Zr 的衰变规律为 A = A0 e - 0. 0146t 。
701　2 期 固体样品中放射性锆的测量方法研究
参考文献 :
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STUDY ON MEASUREMENT OF 95 Zr IN SOLID SAMPLE
SHI Jian2jun
( Key lab of Nuclear Agricultural Science , the Ministry of Agriculture , Institute of
Neclear Agricultural Science , Zhejiang University , Hangzhou 　Zhejiang prov . 　310029)
ABSTRACT :The energy spectrum curve of 95 Zr water samples was measured by using BH1224
energy spectrometer. The influence of its metrical repeatability , the amount of samples and radio2
activity on the results were determined and the corresponding calibration curve was concluded.
The results show that the energy spectrum of 95 Zr has three apices , and the apex of S3 with ener2
gy spectrum path of 240～300 is suitable to be selected as the measurement path. The time of
measurement had no influence on the measuring results , the amounts and radioactivity of samples
had little influence on the measuring repeatability. With increasing amounts of samples , the mea2
suring values of the samples with the same radioactivity was downtrend , which indicated that the
values should be calibrated. The calibration curve was Y1 = 1. 0086 - 0. 0060 X1 , X1 was the sam2
ples weight( g) . The leaked counts caused by the dead time should not be neglected and the mea2
suring results should be calibrated. The calibration factor ( %) was Y2 = 100195 - 010294 X2 ,
where X2 was the counts per second. The disintegration la w of 95 Zr is A = A0 e - 010146t measured from
S3 path.
Key words :95 Zr ; measurement ; calibration factor ; energy spectrum ;γ2ray
801 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2002 ,16 (2) :103～108