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本论文在前人研究的基础上,首先对本实验室现有厚源ZnSAlpha计数仪和Nal(T1)Gamma谱仪(LEDL)进行了校核与标定,对影响测量的因素进行研究,并建立相应的测试流程。在此基础上,分别选择一岩性均匀和不均匀剖面,通过野外就地Gama谱仪测量和室内不同测量方法的对比实验,初步获得的认识如下:
一、利用不同标定源对美国Daybreak 582、583型低本底厚源ZnSAlpha计数仪光电倍增管高压(HV)和积分甄别器阈值电压(DISC)进行了标定,并与示波器标定结果进行了对比。用8个标准参考土样对标定结果进行了检验,确定了最终标定值。并对影响厚源ZnSAlpha计数仪测量的因素如氡逃逸、含水量、色度、粒径、测量时间等开展了初步的实验研究,主要获得以下认识:
1)经标定后的美国Daybreak公司582、583型低本底厚源ZnSAlpha计数仪可用于测量U含量在1.5至6.7 ppm范围、Th含量在6.3至27.3 ppm范围的不同颜色(颜色为Hue5YR7/4和Hue5YR4/4除外)样品的α-计数率,583型厚源ZnSAlpha计数仪的测量精度可达3%-5%,582型低本底厚源ZnSAl pha计数仪的测量精度可达3%-10%。
2)建议本实验室今后在用Daybreak582、583型低本底厚源ZnSAlpha计数仪进行测量时,采取以下措施以提高测量精度和可靠性:被测样品必须完全烘干后方可进行测量,样品量2-3克,样品粒径小于63微米;使用美国Daybreak公司生产的新批次ZnS闪烁屏,测量本底计数率要小于0.3计数/千秒;被测样品经研磨封入计数环后,为重建放射性平衡,建议至少放置8天后再进行测量。
3)对被测样品进行密封测量后,再进行不密封测量,根据其比值来判断该样品是否存在氡逃逸现象。
4)建议在实际测量中只测量样品的α计数率,由此计算其α环境剂量率准确可靠、简便。测量时间视样品α计数率而定,测量时间越长,测量精度越高。对于α计数率为十几个计数/千秒的沉积物样品,当其α粒子总计数大于1000个计数时,其测量精度可达3%左右。
二、高效率低分辨率Nal(T1)Gamma谱仪野外就地测量能够较真实获取样品及采样点周围半径30厘米范围内的放射性γ射线的贡献,尤其是对于岩性不均匀剖面。NaI(T1)Gamma谱仪野外测量的是钾、铀和钍衰变链中能谱峰域的计数值,需通过建立一个其放射性元素钾、铀和钍含量均已知的标定台,把Gamma谱仪计数值转换为钾、铀和钍含量。采用英国牛津大学考古艺术系的四个(分别为镀K、U、Th和本底)混凝土标定台对新购置的Ortec NaI(T1)Gamma谱仪(LEDL)进行了标定,通过理论计算,获得了Ortec Nal(T1)Gamma谱仪(LEDL)的剥谱系数。
三、考虑到NaI(T1)Gamma谱仪探头随着使用时间的变化会出现不正常响应和测量灵敏度的变化,结合本实验室的实际情况和已有国外Nal(T1)Gamma谱仪野外就地测量标定台的优缺点,选择产自山东省莱州市夏邱镇的质地较均匀的花岗岩,建立了本实验室的Ortec NaI(T1)Gamma谱仪野外就地测量标定台。用经牛津大学混凝土标定台标定后的Ortec Nal(T1)Gamma谱仪(LEDL)、厚源ZnSAlpha计数仪以及火焰光度计对此花岗岩标定台的K、U、Th含量进行了初步的对比研究,其结果基本一致。该花岗岩标定台的K含量为3.6?4%-4.2?.1%之间,U为5.2?.53 ppm、Th为23.63?.42 ppm。不密封与密封厚源ZnSAipha计数仪测量的比值略小于0.95,这说明此花岗岩标定台在测量过程中可能有轻微氡逃逸。
四、对于岩性均匀的洛川黄土.古土壤剖面进行了厚源ZnSAlpha计数仪法、火焰光度计测量法,并与中子活化法进行了对比。结果表明:
(1)不密封与密封厚源ZnSAlpha计数仪测量的比值大于0.95,这说明洛川剖面所采样品的放射性核素衰变可能处于动态平衡中,测量过程中可能没有氡逃逸。
(2)6个样品的厚源ZnSAlpha计数仪与利用中子活化法测量U和Th含量后计算的α计数率相比,结果基本上是一致的(±2σ)。这表明对于岩性均匀的洛川黄土-古土壤剖面,厚源ZnSAlpha计数仪法和中子活化法都是适用的。
(3)除剖面下部3个样品外,其余样品据其厚源ZnSAlpha计数仪“对”计数率获得的U、Th含量,尤其是U含量与中子活化法测量的U和Th含量差别较大,这可能是其“对”计数率太低,或是快慢对计数窗设置不当造成的。因此建议在本实验室今后的实际测量中只测量样品的α计数率。
(4)所有被测样品原样研磨至完全小于63μm时的厚源ZnSAlpha计数仪法结果与中子活化法测量结果最为一致。
五、选择岩性不均匀的新疆西昆仑山切列克其铁矿冰水堆积阶地剖面开展了Nal Gamma谱仪野外就地测量和室内中子活化法、火焰光度计法、厚源ZnSAlpha计数仪法测量的对比研究。初步获得如下认识:
(1)所有样品不密封与密封厚源ZnSAlpha计数仪测量的比值大于0.95,这说明该剖面所采样品的放射性核素衰变可能处于动态平衡中,测量过程中可能不存在氡逃逸。
(2)所有样品室内中子活化和火焰光度计测量获得的放射性元素钾、铀和钍含量精度最高,其次是厚源ZnSAipha计数仪测量结果,Nal(T1)Gamma谱仪测量精度最低。
(3)室内中子活化法与厚源ZnSAlpha计数仪法测量结果在±2σ范围内是一致的,而Nal(T1)Gamma谱仪野外就地测量结果远远小于室内测量结果。
(4)考虑到所有样品均采自河流相中细或中粗砂透镜体,采样点周围半径30cm范围内岩性极其不均匀,主要为河床相中粗砾。样品室内中子活化法与厚源ZnSAlpha计数仪法测量结果虽精度高,但可能并不能真实代表采样点周围半径30cm范围内的环境剂量率。如果采样点周围半径30cm范围内放射性核素的衰变处于动态平衡状态,那么Nal(T1)Gamma谱仪野外就地测量结果可能较真实地代表了采样点周围半径30cm范围内所有放射性核素的贡献。