应急监测中环境样品 γ 核素测量技术规范.pdf

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中华人民共和国国家环境保护标准中华人民共和国国家环境保护标准HJHJ11127127-20202200应急监测中环境样品核素测量技术规范（发布稿）TechnicalSpecificationsonDeterminationofGamma-rayEmittingRadionuclidesinEnvironmentalSamplesforEmergencyMonitoring2020-04-09发布2020-04-30实施生态环境部发布i目次前言.ii1适用范围.32规范性引用文件.33术语和定义.34方法原理.35仪器和设备.46样品初筛、制备及记录.57高纯锗能谱仪校准.68样品测量.79结果计算.810质量控制.1011废物处理.1112注意事项.11附录A（资料性附录）能谱仪快速效率校准数据库.13附录B（资料性附录）能谱分析中不确定度主要分量的典型范围.24附录C（资料性附录）应急监测中能谱分析测量时间和探测限关系.25附录D（资料性附录）应急监测中能谱分析可能涉及的放射性核素.26附录E（资料性附录）核事故应急监测中能谱分析实用数据库.34附录F（资料性附录）2L马林杯尺寸.38ii前言为贯彻中华人民共和国环境保护法中华人民共和国放射性污染防治法中华人民共和国核安全法，保护生态环境，保障人体健康，规范核与辐射事故应急监测中环境样品核素测量技术，制定本标准。

本标准规定了核与辐射事故应急情况下环境介质样品核素的测量技术。

本标准的附录A附录F为资料性附录。

本标准为首次发布。

本标准由生态环境部核设施安全监管司、法规与标准司组织制订。

本标准起草单位：

生态环境部核与辐射安全中心、浙江省辐射环境监测站、北京市辐射安全技术中心、安徽省辐射环境监督站、中国计量科学研究院和华北电力大学。

本标准验证单位：

黑龙江省辐射环境监督站、上海市辐射环境监督站、山东省核与辐射环境管理中心、广东省环境辐射监测中心、广西壮族自治区辐射环境监督管理站和四川省辐射环境管理监测中心站。

本标准生态环境部2020年4月9日批准。

本标准自2020年4月30日起实施。

本标准由生态环境部解释。

3应急监测中环境样品核素测量技术规范1适用范围本标准规定了核与辐射事故应急情况下，环境样品核素的测量技术。

本标准适用于应急监测中，使用实验室高纯锗能谱仪测量环境介质中核素，其他测量手段也可参照本标准。

2规范性引用文件本标准引用了下列文件或其中的条款。

凡是不注日期的引用文件，其有效版本适用于本标准。

GB/T11713高纯锗能谱分析通用方法GB/T11743土壤中放射性核素的能谱分析方法GB/T16140水中放射性核素的能谱分析方法GB/T16145生物样品中放射性核素的能谱分析方法WS/T184空气中放射性核素的能谱分析方法GB/T17680.10核电厂应急计划与准备准则核电厂营运单位应急野外辐射监测、取样与分析准则3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。

3.1无源效率校准efficiencycalibrationwithoutaradioactivesource能谱仪通过计算机模拟计算给出能量与效率之间关系的校准方法。

3.2环境介质ambientmedium自然环境中各个独立组成部分中所具有的物质。

本标准主要指大气、水体、土壤和生物体中所具有本身特性的气溶胶、水、固体颗粒和肌肉/体液等物质。

4方法原理发射体核素衰变发射的不同能量的特征射线与探测器相互作用，发生光电效应、康4普顿效应和电子对效应，在能谱中产生全能峰、康普顿连续谱和逃逸峰。

能谱测量就是根据全能峰的道址和入射射线的能量成正比进行核素识别，根据单位时间内特征射线的全能峰净峰面积和对应核素含量成正比进行定量分析。

5仪器和设备5.1高纯锗（HPGe）能谱仪，主要由HPGe探测器、多道脉冲幅度分析器、高压电源、主放大器、屏蔽室和数据处理系统组成。

P型探测器侧重射线能量在50keV以上核素测量；N型探测器侧重射线能量在20keV以上核素测量。

5.1.1HPGe探测器：

探测器的相对探测效率一般应大于20%，对60Co1332.5keV射线的能量分辨力应优于2.5keV，能量响应一般覆盖40keV2000keV能区。

探测器可采用液氮制冷或电制冷。

5.1.2多道脉冲幅度分析器：

与HPGe探测器相配，道数应不小于8192道。

5.1.3高压电源：

根据所用探测器的最佳工作状态选择探测器高压。

电源输出电压应从0V5000V连续可调，波纹电压应不大于0.01%，电流应不小于100A。

5.1.4主放大器：

应具有波形调节，并与前置放大器和多道脉冲幅度分析器匹配。

5.1.5屏蔽室：

探测器应置于厚度不小于10cm铅当量的铅或钢铁作屏蔽物质的外辐射屏蔽室中。

屏蔽室应设置放、取样品的门或窗。

探测器在屏蔽室内，在40keV2000keV能量区间内应没有天然放射性核素以外的污染，本底的积分计数率小于3cps。

5.1.6HPGe能谱仪稳定性：

若多道脉冲幅度分析器取8192道，要求对60Co1332.5keV射线的全能峰置于5000道附近时，24h内峰位漂移应不超过2道。

5.1.7数据处理系统：

接收多道脉冲幅度分析器的谱数据并对其进行处理；由计算机硬件和软件构成，计算机硬件主要包括计算机及其配套的读出读入装置，软件主要包括解析能谱的各种常规程序。

5.2天平，感量为10mg；或可精确到0.1g的电子秤。

5.3对-响应灵敏仪器或便携式能谱仪。

5.4样品测量架，材质为聚乙烯类材料，可调节样品至探测器垂直上方20、40、80、120mm等不同几何位置。

5.5圆柱形样品盒若干，材质为聚乙烯类材料，外尺寸为7570mm，样品尺寸7065mm；或与效率校准源几何尺寸一致的圆柱形样品盒。

5.6马林杯若干，材质为聚乙烯类材料，2L马林杯尺寸见附录F；或与效率校准源几何尺寸5一致的马林杯。

5.7用于土壤样品碾碎成小颗粒状的工具，如研钵等。

5.8用于气溶胶样品制备的压片机，配备制备样品匹配尺寸的模具，制备成的超大流量气溶胶样品尺寸为7015mm，大流量气溶胶样品尺寸为506mm；或制备为与效率校准源几何尺寸一致的样品。

5.9用于水样品转移的移液管。

5.10用于生物样品制备的剪刀、菜刀、砧板等。

5.11用于样品转移的小型实验用工具。

5.12用于防止样品污染的塑料布、膜或密封袋。

5.13一般实验室常用设备设施。

5.14用于能谱仪能量校准和效率校准的系列校准源，校准源的射线能量应覆盖应急情况下关注核素的能量（一般取40keV2000keV），效率校准源基质应与被测样品的材质、密度等特性相一致或相近。

5.15对表面沾污响应灵敏仪器。

6样品初筛、制备及记录6.1样品初筛6.1.1在采样现场或实验室样品制备前，选择对-响应灵敏仪器或便携式能谱仪（5.3）的设备进行初筛测量，分辨待测样品是否受污染和受污染的程度，将待测样品归类为未受污染样品和受污染样品两类。

6.1.2初筛测量时，设备探头应尽可能靠近样品，为防止样品对设备的污染，可用塑料布包裹筛查设备探测器部分。

6.1.3对于采样现场已完成初筛测量的样品，根据筛查结果进行样品分类，妥善管理样品，进入样品制备流程。

6.1.4对于采样现场未进行初筛判断的样品，在样品制备前应分区进行实验室样品筛查，防止筛查结果相互影响和样品交叉污染，待筛查前的样品应按受污染样品管理，筛查完毕，根据筛查结果进行样品分类，妥善管理样品，进入样品制备流程。

6.1.5对样品初筛结果表明活度较高的样品，可通过减少样品量或采用其它核素监测手段进行测量。

66.2样品制备6.2.1根据样品初筛结果，对受污染和未受污染样品分区制备，样品制备设施应具备防止污染和去污措施；样品制备时操作台可平铺塑料布，操作人员需戴一次性手套，尽可能使用一次性工具，多次使用的工具需及时清洗，确认无污染后方可用于下一个样品的制备。

6.2.2土壤样品：

未受污染样品和受污染样品均用研钵（5.7）等工具碾碎成小颗粒，装入圆柱形样品盒（5.5），盛满、盖紧、密封、标记样品信息。

6.2.3气溶胶样品：

未受污染样品，用压片机（5.8）压制成饼状，装入样品盒底部；如果受时间和测量系统限制，可将若干样品压制成同一尺寸的圆柱体样品进行批量测量，快速得到紧急状态下该批量样品测量数据。

测量结果如有异常，需进一步分析和测量，如无异常可进行另外批次样品的测量。

受污染样品，超大流量气溶胶折叠成圆柱状；大流量气溶胶折叠成长方体；水平放置于样品盒（5.5）底部。

盖紧、密封、标记样品信息。

6.2.4水样品：

未受污染样品，用移液管（5.9）等工具将样品转移至马林杯（5.6）；受污染样品，用移液管（5.9）等工具将样品转移至圆柱形样品盒（5.5）；盛满、盖紧、密封、标记样品信息。

6.2.5生物样品：

未受污染样品，用剪刀、菜刀、砧板（5.10）等工具将样品切成约1cm小段，转移至马林杯（5.6）；受污染样品，用剪刀、菜刀、砧板（5.10）等工具将样品切成约1cm小段，转移至圆柱形样品盒（5.5）；盛满、盖紧、密封、标记样品信息。

6.2.6样品制备完毕，检查待测样品的盒外观是否完好，用酒精将表面擦拭干净；对于制备好的受污染样品，可用塑料袋或膜进一步包裹样品盒，防止样品交叉污染；用对表面沾污响应灵敏仪器（5.15）对样品盒外表面进行测量，确认样品盒外表面未受污染，尽快开展测量。

6.3样品记录土壤、水、生物样品需称重并记录样品名称、采样时间和放置时间；气溶胶样品应记录样品名称、采样体积、采样时间、采样时长和放置时间。

7高纯锗能谱仪校准7.1能量校准能量校准能区一般取40keV2000keV，至少应包括四个能量均匀分布在所需校准能区的校准点。

HPGe能谱仪的能量-道址转换系数，对能区为40keV2000keV，8192道的谱7仪可调到每道约0.25keV。

记录校准源的特征射线能量和道址，对数据作最小二乘法直线或抛物线拟合得到能量校准结果。

HPGe能谱仪的能量非线性绝对值不应超过0.5%，否则应重新校准。

7.2效率校准7.2.1应急监测前的效率校准应急监测前，应事先对每一台探测器可能涉及的典型样品及测量几何条件进行实验效率校准，校准范围一般取40keV2000keV。

获得若干个不同能量射线全能峰探测效率后，记录能量和效率，对数据作最小二乘法曲线拟合得到效率曲线。

如果待测样品或待测核素没有匹配的效率校准源，可以使用无源效率校准得到探测器效率。

无源效率校准需要对探测器进行校准表征，并对得到的效率校准结果进行评估。

7.2.2应急监测中效率的快速确定应急监测中，当实验效率校准法难以在短时间内获取校准结果时，可以使用附录A推荐的通用类型HPGe探测器典型测量条件下的效率校准数据库，快速确定探测器的效率。

8样品测量8.1测量原则根据应急监测的目的，针对不同的干预水平、调查水平或导出水平，一般按照低于2个数量级作为相应探测下限水平的原则，确定样品的测量条件。

同批次样品测量时，应根据样品的优先等级确定样品分析顺序，通常受污染样品应优先测量；重要样品可利用各核素半衰期存在差异特性，通过优化不同放置时间后的多次测量获取关注核素的测量结果。

8.2测量前本底测量在样品测量前，应事先测量空样品盒的本底谱，用于计算样品全能峰的本底扣除。

为尽可能收集本底谱信息，测量时间通常较测量样品时间长，或与待测样品时间一致。

8.3样品测量8.3.1样品测量的几何位置应与效率校准时一致。

8.3.2将未受污染样品放置于高纯锗谱仪探测器探头表面位置进行测量。

8.3.3受污染样品测量时，应谨防样品对探测系统的污染，可将铅室内壁用塑料膜保护，用塑料密封袋或膜保护探测器。

88.3.4对于受污染样品，将样品首先放置于能谱仪探测器探头表面位置进行测量。

对于活度较高样品，当能谱仪的死时间和峰形畸变不可接受时，可通过使用样品测量架（5.4），调节样品几何位置满足能谱仪死时间和峰形的测量要求。

8.3.5样品测量时间依据样品中放射性强弱和对测量结果的统计误差要求而定，一般测量时间为数分钟数小时，附录C列出了应急监测中能谱分析测量时间和探测下限的关系。

8.3.6测量完毕后，样品应妥善管理。

8.4测量后本底测量在样品测量完毕，根据质量控制（10.3）的要求，再次测量对应空样品盒的本底谱，合理选择测量时间，通过记录全谱的积分计数来快速确认高纯锗（HPGe）能谱仪是否受污染，如果确认受污染，应及时去污。

9结果计算9.1核素识别根据测定样品中全能峰峰位对应的能量查找能量-核素数据表，判断样品中是否存在关注核素。

对于发射多条射线的核素，应通过多条主要射线能量共同确定，并对这些不同能量全能峰分别计算活度浓度，根据计算结果的一致性进行核素识别。

应急监测中，能谱分析可能涉及的放射性核素参见附录D，核事故时能谱分析的主核素库及核裂变后不同阶段能谱中可能存在的感兴趣全能峰参见附录E。

9.2定量分析9.2.1活度浓度计算1234netnetCaRBAKKKKV=

（1）式中：

CA特征射线对应核素的活度浓度，单位为Bq/kg或Bq/L或Bq/m3；netR能量为E的射线的全能峰净计数率，单位为s-1；netB能量为E的射线峰位本底谱净计数率，单位为s-1；能量为E的射线全能峰探测效率；能量为E的射线的发射几率；9aV测量样品的质量或体积，单位为kg或L或m3；1K采样衰变修正，采样时间为t1时：

1111ttKe=

（2）式中为衰变常数，下同。

如对气溶胶采样过程通常为数小时至数天，对较短半衰期的感兴趣核素（如131I等）需要考虑修正；其余介质采样过程通常较短，一般取1；2K放置时间修正，从采样结束到开始测量的一段时间为t2时：

221tKe=（3）3K测量过程衰变修正，样品从开始测量到测量结束的实际测量时间为t3时：

3331ttKe=（4）如果感兴趣核素半衰期与样品测量的时间相比大于100，可取1；4K其它可能涉及自吸收、符合相加的修正；自吸收修正系数，如果样品密度和效率校准标准源的密度相同或相近，可取1；符合相加修正系数，对发射单能射线核素，或估计被分析射线的相应修正系数小于5%时，可取1。

核素相关参数可参考国际度量衡局（BIPM）发布的最新版本放射性核素表。

9.2.2不确定度计算活度浓度CA的合成标准不确定度可以表示为：

（）221（）CCiniiuuxAAx=（5）式中：

（）CuA活度浓度CA的合成标准不确定度；ix不确定度的来源（计数率、本底、探测效率、发射几率、半衰期等）；CiAx灵敏系数；10（）iux不确定度分量。

扩展不确定度为：

（）（）CCUkuAA=（6）式中：

（）CUA扩展不确定度；k为包含因子，一般取2。

能谱分析中不确定度主要分量的典型范围见附录B。

9.2.3探测下限当核素定量计算结果低于仪器探测下限时，结果表示为“小于探测下限”。

通常，探测下限可简化为：

bb2.83KLLDNt（7）式中：

tb本底谱测量时间，单位为s；Nb本底谱中相应于某一全能峰的本底计数；K一般取1.645。

（7）式中探测下限以计数率为单位。

考虑核素特性、探测效率、样品量，将计数率转换成活度浓度表示的探测下限。

9.2.4结果表示核素识别和定量分析结果应清晰简明，必要时给出适当说明。

定量分析结果中，给出特征核素活度浓度和不确定度，未测出特征核素应给出探测下限。

测定结果的末尾有效数字与探测下限有效数字数量级保持一致，最多保留3位有效数字。

定量分析结果应使用国际单位制单位和符号，4类典型环境介质测量结果标准单位推荐分别为：

土壤，Bq/kg；水，Bq/L；空气，Bq/m3；生物，Bq/kg（鲜重）。

10质量控制10.1应急监测的核素测量应建立在日常工作基础上。

在应急准备阶段，应定期进行本底质控和效率质控，绘制本底质控图和效率质控图，保证仪器状态正常。

1110.2能谱仪效率校准和质量控制测试涉及的标准物质应可溯源至国家标准或国际认证的实验室。

10.3样品测量前应进行仪器本底测量，每20个样品或每批样品（少于20个/批）至少要进行1次本底测量，通过相邻的前后两次测量结果的比较，判断谱仪系统是否受污染；当样品的测量结果明显高于同批次样品时，应在该样品测量完毕后立即进行本底测量，与最近的本底测量结果作比较，判断本底是否受污染；确定测量系统未受污染方可进行下一个样品测量，如果测量系统受到污染，应及时去污。

10.4每20个样品或每批样品（少于20个/批）需测量1个复测样，复测样品要求双样误差比（DER）不大于3.0。

DER计算公式如下：

CoriginalCdup22cCoriginalcCdupA-ADER=uA+uA）（）（8）式中：

DER双样误差比；CoriginalA初测样品中特征射线对应核素的活度浓度，单位为Bq/kg或Bq/L或Bq/m3；CdupA复测样品中特征射线对应核素的活度浓度，单位为Bq/kg或Bq/L或Bq/m3；cCoriginaluA（）初测样品中特征射线对应核素的活度浓度的标准不确定度，单位为Bq/kg或Bq/L或Bq/m3；cCdupuA（）复测样品中特征射线对应核素的活度浓度的标准不确定度，单位为Bq/kg或Bq/L或Bq/m3。

11废物处理样品处理、分析过程中产生的废物应按辐射环境监测实验室处理流程，做好标识，进行分类管理。

12注意事项12.1样品应分区储存，加强样品管理，所有样品在样品初筛、制备、测量及存放过程中应妥善处置样品、防止交叉污染；重要样品要保存，生物等新鲜样品采取措施，防止变质或腐烂。

1212.2制样工具在使用前和使用后需清洗干净。

12.3样品测量前，检查待测样品盒的外观，测量样品盒外表面的表面沾污，如有破损或受污染需重新装样。

12.4样品处理过程中，应做好人员必要的辐射防护。

13附录A（资料性附录）能谱仪快速效率校准数据库应急监测中，当实验效率校准法难以在短时间内获取校准结果时，本标准推荐了HPGe探测器典型测量条件下的效率校准数据库，针对大气、土壤、水、生物等四类代表性环境介质，用于探测器效率的快速确定。

鉴于核与辐射事故应急监测中可能遇到的核素众多（数十种），本附录选用无源效率校准法进行校准，且能量侧重于0.2MeV以上。

目前，实验室用于应急监测的谱仪主要分为同轴型的N型、P型两种类型。

选择系列典型效率，对可能涉及的测量条件，采用蒙特卡罗方法模拟计算，获得效率校准结果。

选择的系列典型探测器效率，包括4种P型探测器，相对效率分别为40%、50%、60%和70%；5种N型探测器，相对效率分别为30%、40%、50%、60%和70%。

涉及5个典型测量几何，分别为探测器探头表面及垂直上方20、40、80和120mm。

表A.1-A.9分别为不同相对效率的P型和N型探测器在5个典型测量几何条件下的推荐效率。

各探测器不同几何位置（探测器垂直上方20、40、80和120mm）效率曲线由对应换算系数乘以该探头表面处推荐效率曲线得到。

对于较高活度的样品可通过减少样品量进行测量，表A.10-A.19分别给出了相对效率为40%的P型和N型探测器，对不同样品量的土壤、水、生物三种介质在各几何条件下的效率推荐值。

探测器在各几何位置（探测器垂直上方20、40、80和120mm）效率曲线由对应换算系数乘以该探头表面处推荐效率曲线得到；其它相对效率探测器的效率曲线及对应转换系数可通过表A.1-A.9同一类型探测器间的效率间关系进行修正得到。

其中，表A.1-A.19效率曲线涉及的能量（Ex）输入单位为MeV，实验用圆柱形样品盒、马林杯、样品架材质均为聚乙烯类材料。

引用以下推荐效率及换算系数时，推荐探头表面处效率结果引入的不确定度小于50%，其它几何条件下引入的不确定度小于60%。

另外，如果探测器相对效率介于推荐效率结果两者之间，可用内插等方法进行适当修正，以获得较好的效率校准结果。

14表表A.1相对效率为相对效率为40%的的P型同轴型探测器在不同几何位置的推荐效率型同轴型探测器在不同几何位置的推荐效率介质类型样品尺寸/mm样品描述探头表面处效率曲线（E0.2MeV）探测器垂直上方不同距离换算系数20mm40mm80mm120mm土壤7065约340g（Ex）=e（-0.6711ln（Ex）-4.4231）0.570.360.180.11水7065约250ml（Ex）=e（-0.6919ln（Ex）-4.3799）0.570.360.180.11水2L马林杯约2000ml（Ex）=e（-0.6734ln（Ex）-4.7039）气溶胶（超大流量）7015压制成饼状（Ex）=e（-0.7771ln（Ex）-3.604）气溶胶（大流量）506压制成饼状（Ex）=e（-0.7936ln（Ex）-3.2508）气溶胶（超大流量）7065卷成均匀圆柱状（Ex）=e（-0.7679ln（Ex）-4.2287）0.570.370.190.12气溶胶（大流量）50（L）50（W）10（H）折成均匀长方体（Ex）=e（-0.8007ln（Ex）-3.4205）0.480.280.120.07蔬菜（叶菜）7065约125g（Ex）=e（-0.7401ln（Ex）-4.2873）0.570.370.190.11蔬菜（叶菜）2L马林杯约1kg（Ex）=e（-0.7124ln（Ex）-4.7698）表表A.2相对效率为相对效率为50%的的P型同轴型探测器在不同几何位置的推荐效率型同轴型探测器在不同几何位置的推荐效率介质类型样品尺寸/mm样品描述探头表面处效率曲线（E0.2MeV）探测器垂直上方不同距离换算系数20mm40mm80mm120mm土壤7065约340g（Ex）=e（-0.6402ln（Ex）-4.2264）0.570.370.190.11水7065约250ml（Ex）=e（-0.6609ln（Ex）-4.1843）0.570.370.190.12水2L马林杯约2000ml（Ex）=e（-0.633ln（Ex）-4.6502）气溶胶（超大流量）7015压制成饼状（Ex）=e（-0.7651ln（Ex）-3.0777）气溶胶（大流量）506压制成饼状（Ex）=e（-0.7376ln（Ex）-4.0323）气溶胶（超大流量）7065卷成均匀圆柱状（Ex）=e（-0.8069ln（Ex）-3.4538）0.570.370.190.12气溶胶（大流量）50（L）50（W）10（H）折成均匀长方体（Ex）=e（-0.8069ln（Ex）-3.4538）0.480.280.120.07蔬菜（叶菜）7065约125g（Ex）=e（-0.7083ln（Ex）-4.0907）0.570.370.190.12蔬菜（叶菜）2L马林杯约1kg（Ex）=e（-0.681ln（Ex）-4.5501）15表表A.3相对效率为相对效率为60%的的P型同轴型探测器型同轴型探