建筑石材放射性测量
一、实验背景
众所周知, 石材在民用建筑及居民家庭装饰中被广泛使用, 大量石灰、水泥、黏土砖、煤渣砖、花岗岩、大理石、釉面砖、地板砖等是必用材料, 使用这些建筑、装饰材料的同时, 也带来一些放射性污染问题, 在这方面我们国家已有明确规定[1 ] , 近日, 进口石材又被国家质检总局、国家经贸委、海关总署联合下文列为强制性检验检疫商品
[2 ] ,从2001 年1 月1 日起, 未经检验检疫合格的进口石材, 不准销售、使用。石材中的放射性来自其含有的放射性物质, 而这些放射性物质主要来源于铀系、钍系和天然钾, 它不仅是构成室内β、γ辐射场的主要因素, 而且是室内空气中222 Rn的主要渊源。因此, 测定石材中的放射性核素226Ra 、232 Th、40 K具有十分重要的意义, 特别是为我们下一步开展进口石材检验检疫工作打下良好基础。
二、实验目的
1、测定建筑石材的放射性核素含量, 讨论了建筑石材放射性核素对人体危害的途径, 以及超标放射性产生的原因, 并根据不同材料 的超标情况, 提出了不同的防护要求。
2、熟练使用各种测量仪器，掌握其工作原理。
三、实验原理
每个放射性核素都具有自身特有的衰变纲图，各个能级之间的跃迁将产生具有特定能量的射线，且衰变的分支比也是固定的，因此可
以根据样品产生的射线的能量和强度对样品进行放射性核素分析。γ能谱分析就是通过测量样品中放射性核素特征γ射线的能量和强度，从而确定样品中含有的放射性核素以及该核素的含量。
测量γ射线的能谱的仪器简称γ能谱仪，其一般结构如下图所示：
γ射线在探测器中沉积能量，形成电信号脉冲，电压脉冲经线性放大、A/D转换等处理后，被计算机系统采集。根据射线能量沉积形成的方式，可分为多种不同的探测器，目前应用的主要为NaI 闪烁体探测器和高纯锗半导体探测器。
γ射线入射至闪烁体时，通过三种基本相互作用过程：光电效应、康普顿效应和电子对效应，产生次级电子，这些次级电子将能量消耗在闪烁体中，使闪烁体中原子电离、激发而后产生荧光。光电倍增管的光阴极将收集到的这些光子转换成光电子，光电子再在光电倍增管中倍增，最后经过倍增的电子在管子阳极收集起来，通过阳极负载电阻形成电压脉冲信号。此电压脉冲的幅度与γ射线在闪烁体内消耗的能量及产生的光强成正比，所以根据脉冲幅度大小可以确定入射γ射线的能量。
由于γ射线在闪烁体中产生的光子数具有一定的统计涨落，近似服从泊松分布，光电倍增管的光阴极光子收集效率具有统计涨落，以及光电倍增管的光电转换效率和倍增系数也存在统计涨落，使得同一能量的γ射线产生的脉冲幅度，具有一定的分布。通常把分布曲线极大值一半处得全宽度称为半宽度FWHM ，也用∆E 表示。半宽度反应
了谱仪对能量的分辨本领。因为有些涨落因素与能量有关，使用相对分辨本领即能量分辨率η更为确切。能量分辨率η定义为
η=∆E E
闪烁体探测器的能量分辨率一般在10%左右。一定能量E 的入射带电粒子在半导体中产生的总电子-空穴对数N 也是涨落的，其相对均方涨落与数目成反比，由于半导体的电离能很小，因此产生的电子-空穴对数目也很大，半导体探测器可以获得很高的能量分辨率，并且具有很好的能量线性。目前最好的高纯锗探测器，对60Co 的1.33MeV 的γ射线全能峰半宽度可达1.3keV ；能量在0.1MeV 到几个MeV 范围内能量线性偏离约为0.1%。但对γ射线的探测效率不如NaI 晶体高，且半导体探测器必须在真空和低温条件下进行测量，这使得在某些场合下不方便使用。
由于γ射线与探测器的相互作用有多种方式，实际测量中的γ能谱是非常复杂的。所测谱中多种能量的强度不同的γ射线的单能谱叠加在一起出现，能量很接近的γ射线往往以重峰形式出现，而强度弱的γ谱线又容易被本底掩盖。复杂的γ谱往往包含几十条甚至上千条入射γ射线的信息。所以对所测γ射线的能谱进行分析和处理是很重要的。
对于γ能谱仪，为了实现实验测量，首先需要进行能量刻度，以便正确的识别放射源的核素。对能量进行刻度是基于谱仪中多道分析器的线性放大原理，即道数的高低对应着能量的大小，道数与能量之间的关系是线性的。确定此线性关系，一般需要至少两个已知能量的
坐标点，即在能量和道数的坐标系中，标定出两点，进而确定通过此两点的直线，这个步骤就称为γ谱仪的能量刻度。进行了能量刻度之后，系统分析软件会保存此结果，把初步测量得到的道数转换成能量，进而从核素库中得到放射性核素的信息。
完成能量刻度后，γ谱仪即可甄别出样品中的核素，但无法给出活度值。定量的活度测量有两种方法：相对测量与效率刻度测量。相对测量方法为本实验采用的方法，它是通过测量样品源与标准源中被测核素某个γ射线全能峰的净面积，与标准源中该核素活度比较，从而得到样品中被测核素的活度。这种方法优点是测量准确，误差小；缺点是测量范围窄，只能测出标准源所含的核素。适用于单一用途的用户，如测建材的用户、测土壤的用户等。
四、实验仪器
锤子、研磨机、筛子、天枰、样品盒6个、NaI 谱仪，放射性核素铀-镭、钍、钾及混合平衡标准源一套、建材样品
五、实验步骤
1、采样：从实验室附近及实验指导老师处获取砖块、混凝土、绣石、西点红、印度 红、浅啡网六种不同的建筑石材。
2、对不同石材分别进行破碎，研磨，过筛、称量装样，每种样品500g
3、制样后放置几个小时以致其放射性平衡
4、测量：每个样测量时间为一个小时
先测量本底和标准样，并进行能量刻度
其次将六个样品分别依次测量，得出谱图
5、结果分析
六、实验数据及图谱
七、实验结果分析
建筑石材放射性测量
一、实验背景
众所周知, 石材在民用建筑及居民家庭装饰中被广泛使用, 大量石灰、水泥、黏土砖、煤渣砖、花岗岩、大理石、釉面砖、地板砖等是必用材料, 使用这些建筑、装饰材料的同时, 也带来一些放射性污染问题, 在这方面我们国家已有明确规定[1 ] , 近日, 进口石材又被国家质检总局、国家经贸委、海关总署联合下文列为强制性检验检疫商品
[2 ] ,从2001 年1 月1 日起, 未经检验检疫合格的进口石材, 不准销售、使用。石材中的放射性来自其含有的放射性物质, 而这些放射性物质主要来源于铀系、钍系和天然钾, 它不仅是构成室内β、γ辐射场的主要因素, 而且是室内空气中222 Rn的主要渊源。因此, 测定石材中的放射性核素226Ra 、232 Th、40 K具有十分重要的意义, 特别是为我们下一步开展进口石材检验检疫工作打下良好基础。
二、实验目的
1、测定建筑石材的放射性核素含量, 讨论了建筑石材放射性核素对人体危害的途径, 以及超标放射性产生的原因, 并根据不同材料 的超标情况, 提出了不同的防护要求。
2、熟练使用各种测量仪器，掌握其工作原理。
三、实验原理
每个放射性核素都具有自身特有的衰变纲图，各个能级之间的跃迁将产生具有特定能量的射线，且衰变的分支比也是固定的，因此可
以根据样品产生的射线的能量和强度对样品进行放射性核素分析。γ能谱分析就是通过测量样品中放射性核素特征γ射线的能量和强度，从而确定样品中含有的放射性核素以及该核素的含量。
测量γ射线的能谱的仪器简称γ能谱仪，其一般结构如下图所示：
γ射线在探测器中沉积能量，形成电信号脉冲，电压脉冲经线性放大、A/D转换等处理后，被计算机系统采集。根据射线能量沉积形成的方式，可分为多种不同的探测器，目前应用的主要为NaI 闪烁体探测器和高纯锗半导体探测器。
γ射线入射至闪烁体时，通过三种基本相互作用过程：光电效应、康普顿效应和电子对效应，产生次级电子，这些次级电子将能量消耗在闪烁体中，使闪烁体中原子电离、激发而后产生荧光。光电倍增管的光阴极将收集到的这些光子转换成光电子，光电子再在光电倍增管中倍增，最后经过倍增的电子在管子阳极收集起来，通过阳极负载电阻形成电压脉冲信号。此电压脉冲的幅度与γ射线在闪烁体内消耗的能量及产生的光强成正比，所以根据脉冲幅度大小可以确定入射γ射线的能量。
由于γ射线在闪烁体中产生的光子数具有一定的统计涨落，近似服从泊松分布，光电倍增管的光阴极光子收集效率具有统计涨落，以及光电倍增管的光电转换效率和倍增系数也存在统计涨落，使得同一能量的γ射线产生的脉冲幅度，具有一定的分布。通常把分布曲线极大值一半处得全宽度称为半宽度FWHM ，也用∆E 表示。半宽度反应
了谱仪对能量的分辨本领。因为有些涨落因素与能量有关，使用相对分辨本领即能量分辨率η更为确切。能量分辨率η定义为
η=∆E E
闪烁体探测器的能量分辨率一般在10%左右。一定能量E 的入射带电粒子在半导体中产生的总电子-空穴对数N 也是涨落的，其相对均方涨落与数目成反比，由于半导体的电离能很小，因此产生的电子-空穴对数目也很大，半导体探测器可以获得很高的能量分辨率，并且具有很好的能量线性。目前最好的高纯锗探测器，对60Co 的1.33MeV 的γ射线全能峰半宽度可达1.3keV ；能量在0.1MeV 到几个MeV 范围内能量线性偏离约为0.1%。但对γ射线的探测效率不如NaI 晶体高，且半导体探测器必须在真空和低温条件下进行测量，这使得在某些场合下不方便使用。
由于γ射线与探测器的相互作用有多种方式，实际测量中的γ能谱是非常复杂的。所测谱中多种能量的强度不同的γ射线的单能谱叠加在一起出现，能量很接近的γ射线往往以重峰形式出现，而强度弱的γ谱线又容易被本底掩盖。复杂的γ谱往往包含几十条甚至上千条入射γ射线的信息。所以对所测γ射线的能谱进行分析和处理是很重要的。
对于γ能谱仪，为了实现实验测量，首先需要进行能量刻度，以便正确的识别放射源的核素。对能量进行刻度是基于谱仪中多道分析器的线性放大原理，即道数的高低对应着能量的大小，道数与能量之间的关系是线性的。确定此线性关系，一般需要至少两个已知能量的
坐标点，即在能量和道数的坐标系中，标定出两点，进而确定通过此两点的直线，这个步骤就称为γ谱仪的能量刻度。进行了能量刻度之后，系统分析软件会保存此结果，把初步测量得到的道数转换成能量，进而从核素库中得到放射性核素的信息。
完成能量刻度后，γ谱仪即可甄别出样品中的核素，但无法给出活度值。定量的活度测量有两种方法：相对测量与效率刻度测量。相对测量方法为本实验采用的方法，它是通过测量样品源与标准源中被测核素某个γ射线全能峰的净面积，与标准源中该核素活度比较，从而得到样品中被测核素的活度。这种方法优点是测量准确，误差小；缺点是测量范围窄，只能测出标准源所含的核素。适用于单一用途的用户，如测建材的用户、测土壤的用户等。
四、实验仪器
锤子、研磨机、筛子、天枰、样品盒6个、NaI 谱仪，放射性核素铀-镭、钍、钾及混合平衡标准源一套、建材样品
五、实验步骤
1、采样：从实验室附近及实验指导老师处获取砖块、混凝土、绣石、西点红、印度 红、浅啡网六种不同的建筑石材。
2、对不同石材分别进行破碎，研磨，过筛、称量装样，每种样品500g
3、制样后放置几个小时以致其放射性平衡
4、测量：每个样测量时间为一个小时
先测量本底和标准样，并进行能量刻度
其次将六个样品分别依次测量，得出谱图
5、结果分析
六、实验数据及图谱
七、实验结果分析