建筑材料放射性检测结果的影响因素及控制措施

建筑材料放射性检测结果的影响因素及控制措施

刘彩霞

佛山市顺德区建设工程质量安全监督检测中心有限公司，广东省，528300

摘要：建筑材料放射性检测结果存在较多的影响因素，需要对各种影响因素进行控制，保证检测结果的准确性。本文对建筑材料放射性检测常用的γ能谱仪法作简单介绍，探讨该方法中仪器选择、标准源、刻度周期、样品前处理、样品平衡时间、检测时间、样品填装质量等因素对检测结果的影响以及相应的控制措施。

关键词：建筑材料；放射性检测；影响因素

前言：随着人们对建筑质量和家居装修的要求不断提高，除了传统材料，建材市场出现越来越多新型材料供人们选择。由于建筑或装饰材料的原材多取自天然的土壤、岩石、矿石等，或多或少存在着放射性危害。天然材料的放射性危害主要来自于放射性核素（如226Ra、232Th、40K）以及核素衰变产生的氡气（氡及其子体），对人体的危害主要体现在内照射和外照射这两个方面。内照射是指核素产生的氡气通过人体呼吸或者消化系统进入体内而引起的内辐射；外照射是指放射性核素放出的射线（主要是γ射线）对人体的直接照射。这两者一旦达到一定数值，都会对人体造成不可逆的、长久的伤害，甚至会影响几代人的身体健康。在绿色生态理念的引导下，建筑相关行业要更有倾向性地生产、销售、使用绿色环保型建筑材料，加强对建筑材料放射性的监测，实验室要不断优化检测技术，以保证检测的科学性、准确性。

1建筑材料放射性检测的常用方法及设备

1.1仪器设备会对建筑材料放射性检测结果产生影响，应科学选择检测仪器，合理应用检测设备。目前建筑材料放射性检测主要采用低本底多道γ能谱仪对材料放射性核素进行一个相对测量。低本底多道γ能谱仪一般由探测器、铅室、高压电源、线性放大器、脉冲幅度分析器、数据分析处理系统构成，利用探测器捕捉材料释放的特征γ射线，形成电脉冲信号，经放大成型后由数据处理系统分析得出以活度或比活度显示的放射性强度，进而通过计算得到内、外照射指数。

2建筑材料放射性检测结果的影响因素和控制要点

2.1低本底多道γ能谱仪的选择

（1）探测器

低本底多道γ能谱仪的探测器分为两类，碘化钠型探测器和高纯锗型探测器。目前建筑材料放射性检测主要执行的检测标准为GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》，选择合格的碘化钠型探测器足够满足常规材料日常检测需求。本实验选用的碘化钠型探测器为φ75mm75mm碘化钠晶体，分辨率≤7.0%。碘化钠晶体的尺寸会直接影响探测效率，小尺寸的碘化钠晶体，分辨率低，探测效率低。

（2）铅室

铅室的作用是屏蔽环境中其他辐射。铅室越厚，屏蔽效果越明显，本底值越低。厚度大的铅室同时配备大尺寸、分辨率高的碘化钠探测器，能极大地降低本底值，提高探测效率，提升仪器的灵敏度。

2.2标准源的选择

由于γ能谱仪法的相对性，在测量样品前，需要用已知比活度的标准源对γ能谱仪进行刻度。在已确定的仪器条件和环境条件下，定期利用标准源对仪器进行峰位进行校准，确保γ能谱仪的探测效率和稳定性，即进行基准谱图的绘制。因为标准源的性质会直接影响样品检测数据的准确性，所以购买标准源时应确保所购置的标准源的均匀性、稳定性，而且量值能溯源到国家计量基准；验收时应注意标准源的标准物质证书的合法性和时效性。目前大部分标准源的校准周期为2～3年，由于在使用过程中，标准源中各核素的衰变也在持续进行，尤其是40K的半衰期较短，在较长的校准周期里核素的前后比活度偏移较大，导致后期对γ能谱仪进行刻度时40K比活度的相对误差较大，难以判定是仪器峰位偏移还是标准源数值偏移导致。适当缩短标准源的校准周期至1～2年，保证对γ能谱仪刻度的有效性，避免在刻度时各核素比活度出现较大相对误差。

2.3刻度周期

一方面因为γ能谱仪是相对测试装置，另一方面因为碘化钠探测器的温度效应，所以设定一个合理的刻度周期以保证仪器后续运行的稳定性。碘化钠型γ能谱仪24h的峰位漂移≤1%时，仪器本身具备较强的稳定性，在此前提下最少3月/次对仪器进行刻度。在实际操作过程中，根据样品检测数量，可不定期检测混合源，如果其中有核素比活度与标准值的相对误差＞10%，建议可重新进行刻度。区域用电高峰期电压不稳定时，可灵活调整刻度周期，重新调整输出电压，得到较理想的峰位、峰形，即得到较好的刻度结果，确保后续样品检测数据的准确性和精确性。对于长期电压不稳定或经常断电的区域，可根据实际情况加装电路稳压器或UPS不间断电源，保证控制器中高压模块的正常运行。

2.4样品的前处理

根据GB 6566-2010的相关要求，需要将样品破碎、打磨、过筛，最终将粒径小于等于0.16mm的样品填装入与标准源几何形态一致的样品盒中。

对样品进行打磨后，需将样品置于105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，再进行填装。去除水分，一方面是因为水有一定的放射性，另一方面是因为水分在称量时影响样品的实际重量，后续会影响比活度的计算，同时增大测量和计算误差。样品烘干后过筛，称量，需要填装入样品盒，样品盒与标准源所使用的容器必须具有相同的材质、厚度、大小、形状，一般是采用低放射性材质如聚乙烯材质样品盒，本实验所采用标准源容器和样品盒的尺寸均为Φ75mm×70mm。

2.5样品平衡时间

不同种类材料的天然放射性衰变链时间存在一定差异，GB 6566-2010要求需要等天然放射性衰变链基本达到平衡后再进行检验。运用γ能谱仪法检测放射性时，理论上需要将密封后的样品置于与检验环境相近的环境条件中平衡2～3周左右。由于检测活动需要满足所承诺的社会服务期限，无法提供较长的平衡时间。由于GB 6566-2010未对平衡时间进行明确的规定，一般样品可根据实际材料和检测进度灵活调整样品平衡时间，适当延长检测时间，并对检测结果加以修正。或可考虑对样品进行连续多次测量，对测量结果取平均值作为最终检测结果。对于比对样品或超标样品，严格控制平衡时间，等放射性衰变链基本平衡后再进行检测。

2.6样品测试时间

不同建筑材料样品的稳定性存在差异，所以检测时间会影响测试结果。调整检测时间时，应同时考虑仪器本底值、探测器的探测效率以及样品放射性强度。如果本底值较高而探测效率较低或者样品比活度较低（例如天然砂、人造石、水泥等），可适当延长检测时间；比活度较高的样品（例如瓷砖、人造砂、矿渣粉等）可适当缩短检测时间。

在一定的温湿度条件下，分别用不同的检测时间对同等质量、同等体积形态的瓷砖、砂的样品进行检测。本次实验所用设备为湖北方圆环保科技有限公司，全自动低本底多道γ能谱仪，FYFS-2002F型。试验结果见图1、图2：

如上所示，当检测时间为2500s时，各核素比活度波动较大；检测时间为5000s时，226Ra、232Th比活度基本趋于稳定，40K比活度波动较大；当检测时间≥10000s时，两种材料的各核素比活度基本趋于稳定，且内、外照射指数趋于一致。为在得到误差较小的检测结果的前提下节约时间成本，上述样品中瓷砖的检测时间可设定为5000s，砂的检测时间可设定10000s。

2.7样品填装质量

在填装样品时标准要求使用与标准源容器的材质、几何形态一致的样品盒，装样体积也应该与标准源体积相同，样品需填装到样品盒下沿口以控制样品填装高度。填装质量一般要求接近标准源质量，不同密度的样品填装质量会有差异。

在一定的温湿度条件下，采用一定检测时间分别对不同质量、同等体积形态的瓷砖、砂的样品进行检测。本次实验对仪器进行刻度的标准源质量为340g。本次实验所用设备为湖北方圆环保科技有限公司，全自动低本底多道γ能谱仪，FYFS-2002F型。试验结果如下图3、图4：

如上所示，对于比活度较高的瓷砖，250～340g的填装质量对226Ra、232Th的影响不大，填装质量≥300g时，40K的比活度也趋于稳定；对于比活度较低的砂，填装质量＜300g时，各核素比活度波动较为明显。

结论：

通过以上分析和检测，γ能谱仪法检测建筑材料放射性的影响因素及控制措施总结如下：

1.仪器设备的选择。科学合理地选择低本底多道伽马能谱仪，根据实际需要选择碘化钠型能谱仪或高纯锗型能谱仪。选择碘化钠型能谱仪时选择较大尺寸的碘化钠型晶体，选择厚度大、内腔容积较大的铅屏蔽室，提高仪器的分辨率、灵敏度和探测效率，降低仪器检测误差，在硬件配置方面保障检测数据的准确性；

2.标准源的选择。严格控制标准源的购买及使用，保证标准源的均匀性、稳定性以及量值可溯源性，核对标准证书的合法性以及时效性，缩短标准源校准周期，保证刻度有效性；

3.刻度周期的设定。根据仪器稳定性，合理设定刻度周期，不定期可使用混合源核查刻度有效性。根据样品数量或区域用电环境灵活调整刻度频率，样品数量多或用电环境不稳定可缩短刻度周期。发现明显峰位偏移现象，应及时通过调整高压电源得到较理想的峰位、峰形，并重新进行刻度；

4.样品的前处理。严格按照GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》中对样品前处理的相关要求进行制样，注意去除水分，填装时使用与标准源几何形态一致的样品盒，样品需填装至样品盒下沿口；

5.样品的平衡时间。一般样品可根据实际情况灵活调整平衡时间，适当延长检测时间；对比对样品或超标样品须达到平衡时间后再进行检测；

6.样品的检测时间。设备一定时，可根据样品比活度灵活设定检测时间，比活度较低的样品可适当延长检测时间。也可根据具体仪器，对不同比活度的样品采用不同的检测时间进行试验，得到一个较为稳定的检测时间，以便日常检测；

7.样品的填装质量。样品填装时，质量需与标准源保持一致。对于较轻质的样品，可根据实际情况进行处理。就本次实验，填装质量在300～340g，各核素的比活度波动不明显。

除上述因素，检测人员需不断积累相关检测经验，提高检测水平。新型建筑材料层出不穷，只有不断提高检测技术，配合有关部门加强对原材的监测力度，才能对建筑材料放射性进行有效把控，尽可能降低放射性对人类生活的危害，为人们提供绿色环保的居住环境。

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