4、7)的半衰期比U(238),U(235)及Th(232)半衰期小很多，故除Bi(209)外镎系中各种放射性核素在地壳中存在量极微。2.1衰变放射出粒子的核衰变称为衰变，可用下式表示：X表示母核，原子序数为Z，原子量为A，Y为子核原子序数减少2为Z-2，原子量减少4为A-4。粒子实际上是氦原子核，它的原子序数为2，原子量为4。Q为衰变时释放出的能量。天然粒子的能量在48Mev。一般粒子具有几个孤立的能量，能谱为分立能谱。粒子属于重带电粒子，它的阻止本领很大，即单位射程上损失的能量很大，其射程很短，在空气中的天然粒子其射程仅仅为几个厘米，一张纸就可以挡住粒子，它穿不过皮肤的角质层，故不存在外照
5、射的危害，但是粒子一旦不慎进入体内，所产生的内照射危害却是严重的，所以应该对粒子的内照射问题有足够的重视。2.2衰变原子核放射粒子或俘获轨道电子的放射性衰变称为衰变，可以分为三种类型：第一种类型是原子核放出高速电子的衰变，这种电子称为-粒子。通常说的衰变就是-衰变，它可以自发地进行，且常伴有衰变。-衰变可以用下式表示：式中的X为母核，原子序数为Z，原子量为A，Y为子核，由于放出一个电子，故子核的原子序数加1，而电子的质量比原子核质量小的多，可以忽略不计，故子核的原子量仍为A。为质量非常微小的中性粒子称为中微子，Q为衰变时放出来的能量，此种能量几乎全部分配给-和，其分配是完全随机的，故-的能量
6、可以从零一直到Q（最大），故-粒子能谱是一个连续谱。当-粒子具有最大动能为Q时，的动能为零。-粒子的平均能量约为Emax,一般资料中给出的-能量通常是指-的最大能量Emax。-能谱如下图：N计数1/3EmaxEmaxE（能量）-衰变可以看成原子核内的一个中子变成了质子，同时放出一个-粒子和中微子的衰变。另外两种衰变是指+衰变和轨道电子俘获，分别用下式表示：（质子变中子衰变）这里不再详谈。还有一种情况需要讲解一下，即原子核从激发态跃迁到低能态或基态时，有时不发射射线而将多余的能量交给核外的壳层电子，此电子脱离原子核的束缚而发射出去，这种电子称为内转换电子，此种情况可以发生在K层，L
7、层或其它层的电子上，这种电子是单能谱。通常辐射只有一种微弱的外部危害，其用薄薄的铝层就可以屏蔽辐射。用原子序数低的材料屏蔽，防止靭致辐射。2.3衰变有些放射性原子核在发生或衰变以后，仍处于不稳定的激发态，它必然要向低能态或基态跃迁，这时就会发生衰变。射线实质上就是一种波长很短（10-8-10-11）的电磁波，又称光子。射线是从核内发射出来的，能量是单色的，其数值为两个能级之差。在发生衰变时，原子核的原子序数和质量数均不变，故亦称为同质异能态的跃迁。通常遇到的射线和射线相同，也是一种电磁波。靭致辐射产生的射线，能量为连续谱，而外壳层电子向内壳层跃迁时，所释放的射线为特征射线，能谱为单能谱。射线
10、数统计分布的一个宽度，越大测量计数越分散，分布曲线越平、越宽。反之，越小，测量数据越集中，分布曲线越窄越尖。其测量结果可表示为：（置信系数为1，置信度为68.3%）（置信系数为2，置信度为95.5%）（置信系数为3，置信度为99.8%）平均值的标准偏差对于核辐射测量，标准偏差（3.2.3）其中为有限次测量的平均值，N为一次测量值。在计数测量中若不存在其它误差，则（3.2.1）式与（3.2.3）式的结果是一致的。若计数中除统计误差外，还存在有其它随机误差，则前者给出的结果要大些。这里顺便讲一下测量的准确度和精确度这两个不同的概念。测量的准确度是指测量值与真值符合的程度，即测量值与真值相差
11、的大小。准确度是由系统误差决定的，如果测量的系统误差小，结果的准确度就高，反之，系统误差大，准确度就差。精确度是指测量数据的重复性，或者说是指测量数据的分散性大小。精确度是由偶然误差决定的，偶然误差大，重复性就差，精确度就低，反之，偶然误差小，数据的重复性就好，分散性就小，精确度就高。有的测量结果准确度还可以，但精确度不高，有的精确度较高而准确度较差。当然，亦有的测量结果准确度高，精确度亦不差。总之，准确度与精确度是两个完全不同的概念。4射线与物质的相互作用上面谈到原子发生衰变，发射出各种射线，可是人们用肉眼是根本看不见它们的，手也摸不到它们。如何感知它们的存在呢？这就要研究射线与物质的相互
13、道上的电子会自发地回到原来的低能轨道上，这个过程称为退激。退激时，多余的能量会以光的形式释放出来，这就是伴随着激发过程的发光效应。我们只要测出带电粒子在物质中产生的离子对或测量到退激时发出的光，我们即可测到带电粒子的射线了。电离和激发是带电粒子与核外电子相互作用产生的。4.2散射带电粒子除与核外电子发生相互作用以外，还可以与原子核发生作用，带正电的原子核的静电场可以改变带电粒子的运动方向，这种现象称为散射。科学家利用粒子的大角度散射，证实了原子核的存在。粒子很轻，容易发生散射，还可以发生多次散射，这是在测量射线时需要认真对待和注意的事情。高速运动的带电粒子可以与原子核发生非弹性碰撞，使带电粒
14、子的运行突然改变，并伴有连续能谱的射线发射出来，这就是靭致辐射。综上所述，带电粒子通过物质时，发生电离、激发和散射，会逐渐损失其能量，最终被物质阻止着，即被物质吸收。4.3射线与物质的相互作用与物质相互作用主要有三种效应，即光电效应、康普顿效应和电子对效应。光电效应就是光子被吸收，能量转移给光电子；康普顿效应即光子把一部分能量给康普顿电子，光子改变方向。电子对效应是光子能量h>1.02Mev时，光子转换为一对电子。5有关低水平测量5.1低水平放射性测量低水平放射性测量主要是用低本底反康普仪。其主探测器可以是NaI(Tl)、Ge(Li)和HPGe探测器。反符合探测器可以用塑料闪烁体，
15、凹型NaI(Tl)、BGO、BaF2等，配有铅屏蔽系统可以得到本底很低的精细谱，这里不作详述。5.2低水平、放射性测量目前，国内外使用的低水平测量仪，就它使用的探测器而言，可分为三类：第一种是使用流气式正比计数管为探测元件；第二种是使用塑料闪烁体上喷涂ZnS（Ag）做探测元件；第三种是使用半导体探测器作探测元件。下面简要介绍这三种低水平测量仪的优缺点。5.2.1流气式正比计数管低水平测量仪目前，我国进口的低水平测量仪均为此类型仪器，262厂及康科洛公司也有此类产品出售。其主要的优点是：辐射源与计数管灵敏体积之间无窗，或极薄窗；灵敏体积大，可同时测量多个样品；对测量低能，同其它类型的低水
16、平测量仪相比较，有着无法比拟的优势，要测量3H或14C的低能，是有其优势的，如在考古部门,但是对于测量饮用水中的，因国际标准定义的测量下限为300Kev，所以此项优势的用途不大数据微机化，软件较完善。不足之处：它必须备有一个较笨重的供气系统，如果气体是“一次通过”型的，则要不定期地更换气瓶。如果气体是“循环”型的，要备有一套较复杂的气体纯化器；气体是氩与甲烷按照一定比例混合而成的，仪器对所用气体的质量要求较高，气体的成分、纯度和压力均对测量结果有着明显的影响；计数管的工作电压在既能测量粒子，又能测量粒子的“坪”上，坪较短且斜率较大，故对高压要求较高；进口仪器价格昂贵，售后服务不够方便
17、，计算机软件全部为英文，要求使用者有较高的英语水平；进口仪器LB770的样品盘子很深（810mm）,不适于水样的测量，想要测量水样，须改进样品盘。(6)串道大，此项指标在三种仪器中是最差的。前窗膜很薄，怕磨怕蹭，一旦损坏就无法工作。5.2.2用塑料闪烁体喷涂的ZnS（Ag）做探测器的低水平测量仪主要优点：探测元件面积较大（52mm），造价较低，表面可擦洗；效率较高，可50%；仪器皮实、耐用，受环境影响较小；探测器信号输出幅度较大，故电子学系统较简单，要求也低；备有单路、双路和四路多种类型，可供用户选择；不足之处：串道比流气式要好，比半导体式的要稍差一些。铅室体积较大、笨
18、重、造价较高；仪器要求高压及光电倍增管的稳定性较高5.2.3用半导体探测器做探测元件的低水平测量仪主要优点：该仪器本底低，效率高，有利于人们非常关心的微小量的测量；由于半导体探测器的能量分辨率高，能量线性也好，故在同时测量时，相互串道小，串道性能优于其它类型的测量仪。特别是对的串道为零，这也有利于测量微弱的放射性，测量的准确度高；对不灵敏，铅室可做的小巧，轻便；数据管理微机化；稳定性较好。不足之处：主探测器不能做的很大；（现在用的是40mm）效率偏低一些（40%），但由于计数高，效率低些影响不大。探测器较娇气，不能划、碰，对实验室的环境包括交流电源和地线，要求较高。近期，我
19、们准备研制用进口的表面钝化离子注入（PIPS）型探测器来制作低水平测量仪，它既保留了半导体探测器的各种优势，如对测微弱有利，又克服了它的缺点如娇气，相对比较完美，但造价可能会高一些。5.3如何实现低水平的测量低水平测量一般分为三步来实现：第一步是采样，在所关心的地点采集待测样品；第二步是制样，对所采集的样品用物理的和化学的方法进行处理，制成能测量的样品，这步也包括与之比较的标准样品的制备。第三步是测量，包括标准样品及待测样品的测量。最后对测量结果进行计算，给出测量结果。显而易见，想要对微弱进行测量，要求测量仪的本底尽量低，而对的探测效率要尽量高。降低仪器的本底通常有两个办法，一是在探测器的周
20、围加有一定厚度的屏蔽层，靠近探测器部分要用放射性很低的不锈钢或黄铜做内屏蔽，这一点不能够疏忽大意，因为靠近探测器部分的材料不纯，可能会产生过大的本底。外面再用老铅（至少要经过Pb（210）一个半衰期20年）做外屏蔽，铅的厚度应在10cm以上，使外面的辐射对测量影响到最小。两层屏蔽从而获得一个放射性的净室。另一个降低本底的办法是反符合技术。宇宙射线的硬成分产生的本底是无法用屏蔽的方法消除的，但是可以用反符合电子学技术来消除此类本底。在主探测器的周围及顶部放上反符合探测器，当宇宙射线穿过主探测器时，必然要首先穿过反符合探测器，此时两个探测器均有信号输出，把两个信号同时送至反符合线路中去，把主探测器
24、饱和吸收层厚度：样品源厚度为横坐标，计数率为纵坐标，测得一条不同样品源厚度下的计数曲线，此曲线的斜线段与水平段延长线的交点所对应的厚度为饱和吸收层的厚度。优质因子：在低水平测量中，通常用优质因子Q来衡量测量装置的水平，Q=2/B，为该装置的探测效率，B通常为单位面积上的本底计数率，如nmin-1cm-2。Q越高，表示装置的水平越高，可测的最小活度越小。（19）判断限：在低水平测量中，仪器本底的标准偏差为b，若样品的净计数大于3倍的本底标准偏差，即净计数3b，则判定样品中有高于本底的放射性存在，3b为判断有无放射性的判断限。(20)最小可测活度：仪器可探测到的最小放射性活度，有人称为灵敏度
27、也间接检查了仪器工作是否正常和稳定。通过数据的检验可以分析和判断测量中除统计偏差以外，是否还存在其它误差，如系统误差等。首先，假定测量数据遵从某个统计分布，分析数据与该理论分布之间的差异，如果测量结果与理论分布一致，说明测量数据是可信的，仪器工作是正常的，否则是不可信的，仪器工作可能有问题。6.13准则假定测量数据不含系统误差，服从高斯分布。在一组数据中，某次测量的残余误差的绝对值|Ni-|大于3倍标准偏差时，即|Ni-|>3时，则认为此次测量的误差为粗大误差，此次测量值为异常值，应舍去。对于高斯分布，残余误差落在（-3，+）范围内的几率为99.73%，而在（-3，+3）以外的几率仅
28、为0.27%，这说明3准则是合理的。具体方法如下：先求得=计算值=求得3值与数据|Ni-|比较舍去|Ni-|>3的数据例1：表1内列出了某台仪器100min内侧得的本底值，用3准则检验此数据，看是否存在粗大误差。表一K(次数)NiNi-|Ni-|(Ni-)2182-17.717.7313.292107+7.37.353.29384-15.715.7246.49493-6.76.744.895101+1.31.31.696107+7.37.353.297109+9.39.386.498104+4.34.318.499106+6.36.339.691093-6.76.744.
29、8911105+5.35.328.091298-1.71.72.8913104+4.34.318.4914101+1.31.31.6915102+2.32.35.29=99.73100=8.33=24.9相对误差L=8.3%用3与表1中的|Ni-|逐个比较，发现表中的|Ni-|无一比3大的，所以这组数据不存在粗大误差，15个数据均予以保留。注意，在使用3准则时，测量次数K应大于10才可以使用。6.2戈罗贝斯准则对某一个物理量测量K次，得到N1、N2、N3NK个数据，假定此测量值不含系统误差，且服从高斯分布，用戈罗贝斯准则检查是否有异常值。具体检验步骤如下：==计算偏差绝对值的最大值
30、与的比值|Ni-|max/选择显著水平a=0.05由表2查得g（n，a）=g（n，0.05）的相应值。若|Ni-|max/g（n，0.05），则该数据异常，应舍弃，否则予以保留。表二g（n，a）表Na0.050.01Na0.050.0131.151.16172.482.7841.461.49182.502.8251.671.75192.532.8561.821.94202.562.8871.942.10212.582.9182.032.22222.602.9492.112.32232.642.99102.182.41242.642.99112.232.48252.663.0112
31、2.282.55262.743.10132.332.61272.813.18142.372.66282.873.24152.412.70292.963.34162.442.75303.173.59例2用戈罗贝斯准则判断下列一组用BH1216低本底测量仪获得的数据中是否有异常值表3nNiNi-(Ni-)2nNiNi-(Ni-)213320-654225113489+1041081623339-462116123340-45202533312-735329133347-381444433682667653381-416153449+64409663406+2144116
32、3489+1041081673354-31961173430+45202583424+391521183376-98193317-684624193332-532809103416+31961203406+21441解：求得算数平均值=3385求出标准偏差=54找出偏差绝对值的最大值|Ni-|=104求出偏差绝对值最大值与的比值：|Ni-|max/=1.93选a=0.05，查表2得g（20，0.05）=2.56(6)=1.93 33、低水平测量仪器本底测量、效率测量、样品活度测量等数据是否服从高斯分布。若不符合，说明此数据组是有问题的，亦可以说明该仪器可能是有问题的。具体方法如下：设有一组测量数据N1、N2、N3NK，并假定它服从高斯分布。计算算数平均值=（为测量次数）计算2值：2=自由度f=K-1,显著水平a1=0.05，a2=0.95由2值表查得相应的2值=(0.05f)=(0.95f)若2则数据可靠，可判定N1、N2、N3NK数据组服从高斯分布，仪器无系统误差，也是稳定可靠的。例3用1217B型弱测量仪对源及90Sr-90Y源进行重复测量，其数据见表4、表5表4对源重复测量数据测量序号2min计数 34、单次计数与平均值偏差Ni-偏差平方（Ni-）2测量序号2min计数单次计数与平均值偏差Ni-偏差平方（Ni-）212263-33.41115.6162268-28.4806.62231114.6213.217232629.6876.23237477.66021.7182403106.611363.642197-99.49880.41923003.612.95232023.6556.9202260-36.41325.062267-29.4864.421233336.61339.672226-70.44956.4222244-52.42745.88233235.61267.32323036.643 35、.69231922.6510.82423047.657.810236568.64733.42523014.621.2112267-29.4864.426231316.6275.6122271-25.4645.2272258-38.41474.613234346.62171.52823069.692.214230811.6134.5292288-8.470.61522992.66.7302223-73.45387.6计算算数平均值=2296.4计算2值2=26.0自由度f=K-1=30-1=29取a1=0.05查表得（0.05，29）=42.6a2=0.95查表得（0.95，29 36、）=17.7满足（0.95，29）2（0.05，29）故上数据组服从高斯分布。表5对90Sr-90Y源重复测量数据测量序号2min计数单次计数与平均值偏差Ni-偏差平方（Ni-）2测量序号2min计数单次计数与平均值偏差Ni-偏差平方（Ni-）21807-54.12926.81689028.9835.2289331.91017.61788119.9296.03859-2.14.411888624.9620.048620.90.8119832-29.1846.8590745.92106.82089836.91361.66828-33.11095.62190038.91513.2789533.9 37、1149.222844-17.1292.48852-9.182.823831-30.1906.098686.947.624838-23.1533.61089735.91288.825852-9.182.8118675.934.826858-3.19.6128664.924.0278620.90.8138708.979.228823-38.11451.614730-31.1967.229838-23.1533.615850-11.1123.230848-13.1171.6计算算数平均值=861.1计算2值2=23.8自由度f=K-1=30-1=29取a1=0.05查表得（0.05， 39、称之为直接测量法。第二种方法是取两个相同的水样，一个水样中掺入放射性标准溶液，同时浓缩两个水样，以掺标水样为基准，测定未掺标水样的放射性活度浓度。此种方法从理论上讲是比较合理的，准确的，但它要同时浓缩两个水样，还要操作放射性溶液，方法复杂、费时、费力，做少量研究工作较适合，做大量的日常报告总活度浓度的工作，一般不宜采用，此方法称为比较法。测定总活度浓度的第三种方法是国际标准法。它本质上也是比较法。给用户提供由国家计量部门测定的并给出证书的标准粉末为基准，全国各地的水样均与它进行比较，给出总的结果。此方法简便、易行、标准统一，以国际标准为测量方法的基础。但此方法也有不足，就是各地水样残渣成分有差 40、异，与同一标粉比较可能存在误差。有的残渣成分与标粉相近，误差较小，有的残渣量与标粉相差较大，给出的结果误差可能大一些。7.1标准样品的制备取出标准粉末放于钵中，先在红外灯下将其烘干，然后用杵把粉末研细，弄粉末的工具要严格分开。把烘干、研细的粉末放在情况干净的样品盘上，称重。盘内滴入少量的1：1的酒精丙酮混合溶液，借助环形针把粉末搅成粥状，并在桌上不断的摇晃和磕打样品盘，使标准粉在样品盘内平整均匀。用红外灯彻底烘干有机溶液放干燥箱中冷却待用。7.2水样的浓缩与制备由中国计量研究院牵头，在全国范围内进行过几次总总的比对工作。对同一样品，各家给出的总测定结果基本相近，而总的测定结果就差 41、异很大了，有的相差几倍，甚至差一个数量级。除去工作人员的水平、仪器的水平、量很小等因素外，差异大的主要原因是制备水样的方法不当，造成对此微小量的测定结果参差不齐，差异很大。我们建议使用把水倒在聚丙烯吹塑薄膜上进行蒸干浓缩的办法。此方法的残渣回收率可达到100%，上海防病中心准备推荐此方法为国家标准，其具体方法步骤如下7.2.1水样蒸干按每升水样加20mL硝酸的比例，将相应量的硝酸加入塑料桶中，再采集水样，可防止放射性吸附桶壁，水样低温保存，应尽快分析。对待测水样的无机盐含量试验确定之后，取能产生1030mgA(A为样品盘面积，厘米2)残渣量的体积水样。在搪瓷盘子铺上双层聚丙烯薄膜，薄膜 43、钮。此时4个PTC同时吹热风蒸干水样，一直到把盘中四周围的水彻底蒸干为止。注意：要打开制样箱的门，使热气能够泄出，否则易损坏制样箱。7.2.2水样蒸干后的处理从制样箱中取出盛有薄膜和水样残渣的搪瓷盘子，把多余的薄膜边缘用剪刀剪掉。从搪瓷盘中取出存有残渣的薄膜，注意要包着残渣，不要丢失。然后在其盘内将有残渣的薄膜多次地对折，形成一个宽约20mm的薄膜带，并把它卷成一个圆柱形，并用剪下的薄膜条捆着它，放入称过重量的蒸发皿中。7.2.3碳化残渣把盛有薄膜卷的蒸发皿放到电炉子上灼烧进行碳化。在灼烧的过程中可用玻璃棒轻轻搅动未烧焦的薄膜卷，尽量使它烧焦，烧透。注意玻璃棒不要沾附烧焦物，以防止水样 44、残渣丢失，直到它烧成黑色碳化物为止。整个碳化过程一定要在通风橱内进行。7.2.4灰化碳化后的水样残渣连同蒸发皿一起放入高温炉内灰化。选在450，2h灰化。样品直到没有黑色为止，然后取出，置于干燥器中冷却至室温，再准确称量存有残渣的蒸发皿的质量，用差减法得到水样固体残渣的总质量。7.2.5制作样品源用样品勺将灰化后称过重的固体残渣刮下，用玻璃棒在钵内研细，称取1030mgA的残渣粉末放入样品盘中，在粉末上滴入1：1的酒精丙酮的混合溶液，用曲别针把粉末搅成粥状，要把粘在曲别针上的粉末用有机溶液冲入样品盘内，在桌上不断轻轻的磕打摇晃样品盘，借助于溶液的水平面把固体粉末铺平整、均匀。在红外灯下烘干后，置于干燥器中冷却，即可进行放射性的测量。制样过程要细心、一丝不苟。8饮用水中总总放射性活度浓度C(Bq/L)及其误差的国际标准表达式8.1饮用水中总放射性活度浓度C(Bq/L)及其误差的国际标准表达式一般样品的活度浓度C(Bq/L)按下式计算：C（Bq/L）=Rn(8.1.1)式中符号的意义：C为样品中放射性活度浓度（Bq/L）；Rn扣除本底后的样品净计数（ns-1）；为指定的标准样品测得的计数效率（%）为样品盘中残渣质量所相应的