辽宁省生态环境监测中心 辽宁大连 116007
摘要：通过环境γ能谱的测量，能够准确得到环境中放射性核素活度浓度或者γ放射性，是目前辐射环境中一种相对较为高效、经济的放射性测量方案。文章首先介绍了环境γ能谱测量的原理与影响因素，并从仪器设备选择、γ能谱仪刻度以及空气吸收剂量率等方面分析了环境γ能谱测量的方法。
关键词：γ能谱；吸收剂量率；放射性
引言
自古以来电离辐射就广泛存在于自然环境中，只是到了近现代人们才开始逐渐认识到放射性核素的危害以及重要用途。十九世纪末X射线和放射性元素镭的发现，开创了现代放射性元素研究与利用的先河，自此放射性在医疗、工业以及战争中得到广泛的开发与应用。近年来，随着人们对核素研究的深入，核能控制技术得到了较快的发展，其应用也逐渐成熟，尤其是在核能发电方面更是获得了巨大的社会效益。但是，如果不能有效控制核能的放射性，可能会对人们的生命健康与环境造成不可挽回的伤害。因此，目前针对环境放射性的测量仍是一项重要的课题。
1环境γ能谱测量概述
1.1γ能谱测量原理
目前，环境γ测量主要是通过γ能谱仪来完成的，其中的主要检测元件为NaI（TI）闪烁探测器或者是高纯锗(HPGe)探测器，通过这两种探测元件可以直接获得环境中放射性核素活度浓度以及γ放射量大小。环境γ能谱测量过程中，γ射线中的能量经过闪烁体后会以荧光的形式发出，荧光经过光电倍增管时会在阴极上激发出电子，运动的电子经过放大后产生电压脉冲。测量中，γ光子中的能量越大，探测器端部输出的脉冲幅度越大。通过微机多道分析处理系统进行脉冲幅度的分析，就可以得到γ射线能量分布图，即γ能谱。
1.2影响γ能谱测量的因素
在进行γ能谱测量时，能量分辨率是一项重要的指标，它表示能谱仪分辨能量相近但是种类不同的γ射线的能力。目前，NaI（TI）闪烁体能谱仪能够达到约10%的能量分辨率，而高纯锗(HPGe)γ能谱仪能够达到更高的能量分辨率，但是γ放射性粒子的探测效率相对较低。目前，半导体γ能谱仪在γ能谱分析领域的应用更加广泛。
采用闪烁体能谱仪进行γ能谱测量时，需要在仪器与光电倍增管的选择以及温度等方面进行合理控制，以提高环境γ能谱测量的准确度。使用半导体能谱仪进行γ能谱测量时需要注意辐射损伤、电荷灵敏放大器以及主放大器与分析电路基线漂移等因素，还需要考虑到放射性粒子在高计数环境下的堆积效应。
1.3γ能谱测量的应用范围
在现代地质勘探工作中，γ能谱测量常用来完成横向与纵向的地层勘测。例如，在横向地质勘测中，常通过γ能谱进行238U、232Th以及40K特征能量谱线的绘制。此外，还可以通过γ能谱仪的放射性测量得到地层中铀、钾以及钍等核素的分布情况，尤其是实践中常用来测定铀矿的储量。核材料的管理是核工业中的一项重要内容，通过γ能谱法能够实现核材料的快速盘存。此外，γ能谱测量还常用于家居石材放射性测量以及煤矿开采业和核泄漏的测量。
2环境γ能谱测量方法分析
2.1γ能谱仪组成
γ能谱仪的组成包括探测器、电源、稳谱电路、放大器、数据分析器、传输电路以及脉冲幅度分析器等。
2.2地面γ能谱测量原理
采用地面γ能谱仪能够快速得到地面辐射环境中放射性核素的类型、放射性核素活度浓度以及放射性核素对总吸收率的贡献。地表半无限空间放射源分布与变量如图1所示。
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图1 半无限空间放射源分布与变量示意图
其中，r表示土壤单位体积元与探测器的距离；h表示探测器距离地表高程；z表示取样深度；θ表示单位体积元和铅垂线之间的夹角。
通过测量40K的1.46MeV与214Bi的1.76MeV特征γ射线能量范围之内的全能风计数率，能够得到地表40K、238U和232Th的活度浓度。总计数率表示放射性核素射出的γ光子数总贡献。
2.3γ能谱仪刻度
γ能谱仪刻度分为能量刻度与效率刻度。能量刻度表示能谱仪多道脉冲幅度分析器道址和γ射线能量的联系；效率刻度表示标准模型能谱仪对放射性核素单位活度浓度的响应。进行γ能谱仪的定量刻度时，需要使用标准体源模型，其主要由YU1、YTh1、YK2、本底模型YB2以及混合模型YM1组成。
3空气吸收剂量率计算
通过早期研究可知，探测器距地面高度为h时，地表放射性核素产生的初级光子注量率如公式（4）所示：
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；
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（4）
其中，r表示单位体积元与探测器的距离；h表示探测器与地面高度；
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表示cosθ；z表示取样深度；S0表示地表放射性核素活度；α表示源活度浓度随指数分布的张弛长度的倒数；
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表示土壤密度；us、ua表示土壤对γ光子的线衰减系数。
放射性核素距离地表1m处γ空气吸收剂量率可由下公式（5）得到：
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（5）
其中，
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表示距离地表1m处空气吸收剂量率；
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表示能量为E的光子注量率；
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表示空气质能吸收系数。
因此，空气吸收率可通过放射性核素特征能量全能峰计算得到。
4结语
在人们利用核能的过程中，天然核素会从地下向地表迁移，通过环境γ能谱测量能够快速准确的知道环境中放射性水平。随着核能利用技术的发展，人们与放射性核素的接触不断增多，γ能谱测量在未来还将得到更加广泛的应用。
参考文献
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