一种气态流出物中放射性碘的分析方法与流程

1.本发明涉及监测分析技术领域，特别是指一种气态流出物中放射性碘的分析方法。


背景技术：

2.在核相关的气态流出物中，碘作为主要裂变及排放产物之一，其放射性同位素如
129
i和
131
i不仅是核设施运行状况的重要指示核素，也是评价核燃料循环对环境影响的代表性元素。其中，
129
i具有生化毒性，
131
i则会损害人体健康，因此，针对
129
i、
131
i的监测分析结果，不仅可以作为气态流出物排放控制决策的依据，也能及时掌握核设施的生产运行状况，有效预防职业病，保证安全清洁生产。
3.但是，在气态流出物中放射性碘的取样分析过程中，
129
i在衰变过程中发射出来的能量低，不利于检测；
131
i由于半衰期过短，造成分析时样品中活度减少而无法准确反映真实情况，同时，
129
i、
131
i标准物质不易制作、较难获得，因此，针对气态流出物中气态碘的分析难以获得准确的监测结果。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种气态流出物中放射性碘的分析方法，解决现有技术中对于气态流出物中气态碘的分析难以获得准确的监测结果的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
6.一种气态流出物中放射性碘的分析方法，包括：
7.s1、取碘盒，在预设取样流量下，按照预设取样时间进行气态流出物的取样，得到待测碘盒；
8.s2、对所述待测碘盒进行测样，获得所述待测碘盒的γ能谱图；
9.s3、根据所述γ能谱图、探测效率刻度曲线，计算
129
i、
131
i的活度浓度。
10.优选地，步骤s1中，还包括在取样前，对所述碘盒进行空白碘盒的本底净计数测量的步骤。
11.优选地，步骤s1中，对所述碘盒进行空白碘盒的本底净计数测量具体包括：
12.对所述碘盒进行测样，获得空白碘盒的γ能谱图，并根据所述空白碘盒的γ能谱图，得到空白碘盒的本底净计数。
13.优选地，步骤s3中，所述探测效率刻度曲线的获得，包括如下步骤：
14.s301、取碘盒，采用标准源，制成标准物质的载体碘盒；
15.s302、对所述载体碘盒进行测样，获得所述载体碘盒的γ能谱图，并根据所述载体碘盒的γ能谱图得到所述标准物质的能量值及效率值；
16.s303、根据所述能量值、效率值，拟合得到探测效率刻度曲线。
17.优选地，步骤s301中，所述标准源中含有的标准物质为
241
am、
109
cd、
57
co、
139
ce、
137
cs、
54
mn、
65
zn、
60
co中的一种或多种；
18.任选地，所述载体碘盒通过对所述标准源进行取样得到。
19.优选地，步骤s3中，按照如下公式计算
129
i的活度浓度：
[0020][0021]
其中，q为
129
i的活度浓度；n为
129
i在所述待测碘盒的γ能谱图中能量39.6kev处的全能峰净计数；n0为空白碘盒的γ能谱图中能量39.6kev处的本底净计数；ε为
129
i在特征射线39.6kev的发射率；η为所述探测效率刻度曲线中能量39.6kev处的效率值；a为所述碘盒的捕集效率；w为取样体积，通过所述预设取样流量乘以所述预设取样时间得到；t为测量时间，即从开始测样到获得所述待测碘盒的γ能谱图的时间；k为衰变校正系数。
[0022]
优选地，步骤s3中，按照如下公式计算
131
i的活度浓度：
[0023][0024]
其中，q’为
131
i的活度浓度；n’为
131
i在所述待测碘盒的γ能谱图中能量364.49kev处的全能峰净计数；n1为所述待测碘盒的γ能谱图中的干扰峰的净计数；ε’为
131
i特征射线364.49kev的发射率；η’为所述探测效率刻度曲线中能量364.49kev处的效率值；a为所述碘盒的捕集效率；w为取样体积，通过所述预设取样流量乘以所述预设取样时间得到；t为测量时间，即从开始测样到获得所述待测碘盒的γ能谱图的时间；k1为从开始取样到开始测样的时间衰变修正系数；k2为从开始测样到获得所述待测碘盒的γ能谱图的时间衰变修正系数；
[0025]
优选地，从开始取样到开始测样的时间衰变修正系数k1通过如下方法计算得到：
[0026][0027]
其中，e为常数，为2.71828；λ为
131
i的衰变常数，为0.0863；t1为从开始取样到开始测样的时间。
[0028]
优选地，从开始测样到获得所述待测碘盒的γ能谱图的时间衰变修正系数k2通如下方法计算得到：
[0029][0030]
其中，e为常数，为2.71828；λ为
131
i的衰变常数，为0.0863；t2为从开始测样到获得所述待测碘盒的γ能谱图的时间。
[0031]
优选地，所述待测碘盒的γ能谱图中的干扰峰的净计数n1通如下方法计算得到：
[0032][0033]
其中，ε1为
99
mo在特征射线366.42kev的发射率；ε2为
99
mo在特征射线739.50kev的发射率；η1为所述探测效率刻度曲线中能量366.42kev处的效率值；η2为所述探测效率刻度曲线中能量739.50kev处的效率值；n2为
99
mo在所述待测碘盒的γ能谱图中能量739.50kev处的全能峰净计数与空白碘盒的γ能谱图中能量739.50kev处的本底净计数之差。
[0034]
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
[0035]
本发明的气态流出物中放射性碘的分析方法，包括：取碘盒，在预设取样流量下，
按照预设取样时间进行气态流出物的取样，得到待测碘盒；对所述待测碘盒进行测样，获得所述待测碘盒的γ能谱图；根据所述γ能谱图、探测效率刻度曲线，计算
129
i、
131
i的活度浓度。本发明的气态流出物中放射性碘的分析方法，填补了气态流出物中
129
i、
131
i监测分析的空白，能够准确分析出碘同位素的活度浓度，同时，及时提供准确客观的监测结果数据，以作为排放控制参考指标。所述气态流出物中放射性碘的分析方法，简单易行，操作过程中难度低，节省人力与时间，也避免了因为
129
i和
131
i标准物质难以获得而且价格昂贵所带来的问题。
具体实施方式
[0036]
本发明各实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品，不同厂家、型号的原料并不影响本发明技术方案的实施及技术效果的实现。
[0037]
本实施例的气态流出物中放射性碘的分析方法，包括：
[0038]
s1、取碘盒，在预设取样流量下，按照预设取样时间进行气态流出物的取样，得到待测碘盒；
[0039]
s2、对所述待测碘盒进行测样，获得所述待测碘盒的γ能谱图；
[0040]
s3、根据所述γ能谱图、探测效率刻度曲线，计算
129
i、
131
i的活度浓度。
[0041]
作为本实施例的可选实现方式，步骤s1中，在取样前，对所述碘盒进行空白碘盒的本底净计数测量，具体包括：
[0042]
对所述碘盒进行测样，获得空白碘盒的γ能谱图，并根据所述空白碘盒的γ能谱图，得到空白碘盒的本底净计数。
[0043]
作为本实施例的可选实现方式，步骤s3中，所述探测效率刻度曲线的获得，包括如下步骤：
[0044]
s301、取碘盒，采用标准源，制成标准物质的载体碘盒；其中，所述标准源中含有的标准物质为
241
am、
109
cd、
57
co、
139
ce、
137
cs、
54
mn、
65
zn、
60
co中的一种或多种；所述载体碘盒通过对所述标准源进行取样得到。
[0045]
s302、对所述载体碘盒进行测样，获得所述载体碘盒的γ能谱图，并根据所述载体碘盒的γ能谱图得到所述标准物质的能量值及效率值；
[0046]
s303、根据所述能量值、效率值，拟合得到探测效率刻度曲线。
[0047]
作为本实施例的具体实现方式，所述的气态流出物中放射性碘的分析方法具体包括：
[0048]
s1、取碘盒，对所述碘盒进行测样，获得所述空白碘盒的γ能谱图，并根据所述空白碘盒的γ能谱图，得到空白碘盒的本底净计数。
[0049]
取碘盒，在预设取样流量下，按照预设取样时间进行气态流出物的取样，得到待测碘盒；
[0050]
其中，取样可以采用取样装置，将所述碘盒安装在所述取样装置上，在预定的取样流量下进行取样。待测碘盒的测量时间取决于样品中放射性核素的活度，优选为使全能峰计数率的统计误差在5％～10％范围的测量时间。空白碘盒的测量时间不小于待测碘盒的测量时间。
[0051]
s2、对所述待测碘盒进行测样，获得所述待测碘盒的γ能谱图；本实施例中，采用高纯锗γ谱仪获得γ能谱图，其能量分辨率高，本底低。本领域技术人员还可采用其他仪器获得γ能谱图。
[0052]
s3、根据所述γ能谱图、探测效率刻度曲线，计算
129
i、
131
i的活度浓度。
[0053]
其中，所述探测效率刻度曲线的获得，包括如下步骤：
[0054]
s301、取碘盒，采用标准源，制成标准物质的载体碘盒；其中，所述载体碘盒通过对所述标准源进行取样得到。所述标准源中含有的标准物质为
241
am、
109
cd、
57
co、
139
ce、
137
cs、
54
mn、
65
zn、
60
co；所述标准物质和样品的物理化学性质相同，由所述标准物质混合得到的标准源的测量及分析过程简便，所述标准物质的具体信息如下：
[0055][0056][0057]
需要说明的是，为了使获得的所述探测效率刻度曲线能够覆盖全谱，本实施例所选择的标准物质在低能端和高能端都有能量点。作为本实施例的优选实现方式，所述标准源的介质和几何形状与所述待测碘盒相同，均匀性好、核素含量准确、稳定、密封，标准源中的标准物质的不确定度为
±
5％以内，除了加入的标准放射性物质以外，不含或少含其他放射性杂质。
[0058]
s302、对所述载体碘盒进行测样，获得所述载体碘盒的γ能谱图，并根据所述载体碘盒的γ能谱图得到所述标准物质的能量值及效率值；
[0059]
s303、根据所述能量值、效率值，拟合得到探测效率刻度曲线。
[0060]
需要说明的是，为了对所述气态流出物中的放射性碘进行准确的定性、定量分析，通过获得所述载体碘盒的γ能谱图对系统进行刻度。其中，能量刻度是为了将道址与γ能量一一对应上，在利用所述标准源对高纯锗γ谱仪进行刻度后，高纯锗γ谱仪的道址便与能量成为线性关系，利用特定的放射性核素的γ能量是一定的这一性质，便能够准确甄别核素，实现定性分析。效率刻度是高纯锗γ谱仪定量分析的基础，效率刻度的好坏直接决定了分析结果的准确程度。效率刻度是利用探测系统在相同的探测环境下，对相同的能量射线的探测效率是固定的这一原理，用标准物质混合的标准源得到核素特征峰能量处的效率值，采用双对数坐标公式拟合曲线，便可以从曲线上获取所需能量处的高纯锗γ谱仪的探测效率。本实施例中，在完成对碘盒中标准物质的测量后，将获取的所述能量值、效率值按双对数坐
标公式拟合，可以得到一整条覆盖全谱的效率曲线。
[0061]
为了符合γ谱仪探头效率随能量先升后降的特性，也为了使得到的曲线更加光滑，本实施例中，在删除偏差大于5％的效率点后，将曲线分为两段，即所述探测效率刻度曲线包括第一曲线段、第二曲线段，并通过设定的拐点连接所述第一曲线段、第二曲线段，得到如下拟合结果：
[0062]
标准物质名称能量e(kev)计算效率拟合效率
241
am59.540.15680.1568
57
co122.060.15510.1551拐点661.53——
137
cs661.660.03610.0363
54
mn834.850.03030.0296
60
co1173.240.02020.0207
60
co1332.500.01790.0177
[0063]
所述第一曲线段在拐点以左，对所述标准物质的能量点采用二次方程拟合，得到如下公式：
[0064]
ln(η)＝-12.42+(3.59
×
lne)+(-3.37
×
10-1
×
(lne)2)
[0065]
所述第二曲线段在在拐点以右，对所述标准物质的能量点采用二次方程拟合，得到如下公式：
[0066]
ln(η)＝-8.68+(3.11
×
lne)+(-3.51
×
10-1
×
(lne)2)
[0067]
在所述探测效率刻度曲线上，标准物质的真实值和拟合值偏差在允许范围内，通过所述探测效率刻度曲线可以得到特定能量处的效率值。
[0068]
通过所述探测效率刻度曲线，得到的
129
i在能量39.6kev处，
131
i在能量364.49kev处的拟合效率及相关核素在各自能量处的γ特征射线分支比如下：
[0069]
核素拟合效率(％)分支比(％)
129
i13.417.5
131
i7.681.7
[0070]
本实施例中，根据所得到的探测效率刻度曲线，并按照如下公式计算
129
i的活度浓度：
[0071][0072]
其中，q为
129
i的活度浓度，单位可以是bq/m3；n为
129
i在所述待测碘盒的γ能谱图中能量39.6kev处的全能峰净计数，本实施例中，所述全能峰净计数可以是在所述待测碘盒的γ能谱图中能量39.6kev处的特征峰减去康普顿坪台得到的净计数；n0为空白碘盒的γ能谱图中能量39.6kev处的本底净计数；ε为
129
i特征射线39.6kev的发射率，单位为％；η为所述探测效率刻度曲线中能量39.6kev处的效率值；a为所述碘盒的捕集效率，本实施例中a＝1；w为取样体积，单位可以为m3，通过所述预设取样流量乘以所述预设取样时间得到；t为测量时间，即从开始测样到获得所述待测碘盒的γ能谱图的时间；k为衰变校正系数。
[0073]
需要说明的是，
129
i的半衰期在a以上，衰变校正系数k为1。
[0074]
根据所得到的探测效率刻度曲线，并按照如下公式计算
131
i的活度浓度：
[0075][0076]
其中，q’为
131
i的活度浓度；n’为
131
i在所述待测碘盒的γ能谱图中能量364.49kev处的全能峰净计数；n1为所述待测碘盒的γ能谱图中的干扰峰的净计数；ε’为
131
i在特征射线364.49kev的发射率；η’为所述探测效率刻度曲线中能量364.49kev处的效率值；a为所述碘盒的捕集效率；w为取样体积，通过所述预设取样流量乘以所述预设取样时间得到；t为测量时间，即从开始测样到获得所述待测碘盒的γ能谱图的时间；k1为从开始取样到开始测样的时间衰变修正系数；k2为从开始测样到获得所述待测碘盒的γ能谱图的时间衰变修正系数；
[0077]
需要说明的是，由于
131
i的半衰期仅有8.03d，由于样品的测量时间通常要大于其半衰期的千分之一，即
131
i的测量时间要大于11.5min。但是，由于监测任务的周期性，所述待测碘盒的取样过程较长，为保障结果的准确性，
131
i的分析结果对取样时间和测量时间进行了校正。
[0078]
其中，从开始取样到开始测样的时间衰变修正系数k1通过如下方法计算得到：
[0079][0080]
其中，e为常数，为2.71828；λ为
131
i的衰变常数，为0.0863；t1为从开始取样到开始测样的时间。
[0081]
从开始测样到获得所述待测碘盒的γ能谱图的时间衰变修正系数k2通如下方法计算得到：
[0082][0083]
其中，e为常数，为2.71828；λ为
131
i的衰变常数，为0.0863；t2为从开始测样到获得所述待测碘盒的γ能谱图的时间。
[0084]
本实施例中，还对其它放射性物质可能形成的峰对
131
i的干扰进行识别。对于
131
i，能量为364.49kev的发射率最大，为81.7％，本实施例中，以364.49kev的γ射线的能峰作为测量能峰，但在该能量处，可能存在
99
mo的干扰峰，能量366.42kev的
99
mo易造成计数干扰，为避免
99
mo的干扰，通过
131
i其它的γ射线能量如284.31kev、636.99kev能峰来判断
131
i的存在情况，同理，也可以通过739.50kev能量处所形成的计数情况来判断
99
mo是否存在。若该处有峰形成，则针对
131
i的分析计算，需要考虑干扰峰的修正。
[0085]
所述待测碘盒的γ能谱图中的干扰峰的净计数n1通如下方法计算得到：
[0086][0087]
其中，ε1为
99
mo在特征射线366.42kev的发射率；ε2为
99
mo在特征射线739.50kev的发射率；η1为所述探测效率刻度曲线中能量366.42kev处的效率值；η2为所述探测效率刻度曲线中能量739.50kev处的效率值；n2为
99
mo在所述待测碘盒的γ能谱图中能量739.50kev处的全能峰净计数与空白碘盒的γ能谱图中能量739.50kev处的本底净计数之差。
[0088]
由于在同一个γ谱图中，样品的测量时间和分析用量一定，则同一核素不同能峰处
计数面积的区别只取决于γ核素能量发射率以及仪器的探测效率，则有：
[0089][0090]
因此，通过上述公式可以计算出准确的所述待测碘盒的γ能谱图中的干扰峰的净计数n1。
[0091]
本发明所述的气态流出物中放射性碘的分析方法，利用拥有多个γ能量特征峰的其它混合核素制作的标准源在谱仪上得出的探测器效率刻度曲线，获取在能量39.6kev以及364.49kev的效率值，即可作为
129
i、
131
i标准物质的探测效率。气态流出物在经过取样装置后，会将各种形态的碘吸附在碘盒上，取样完成后，通过测量所述待测碘盒在能量39.6kev以及364.49kev处形成的峰的计数，经过取样到测量结束的衰变时间校正，得出其
129
i、
131
i的活度浓度，即为监测点的
129
i、
131
i浓度。
[0092]
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。