低本底α譜儀及其應用

低本底α譜儀及其應用

在環境監測中，會遇到一些源於核燃料循環和同位素生產及其應用的人工 α 放射性核素（如僑、杯、鋸、銅等），它們的毒性大、壽命長、因此在環境中的限制活度濃度很低，從而構成了一類特殊的測量問題。 環境中還到處存在鈾、牡、鋼系的天然 α 放射性核素，除了在礦冶和燃料製備等設施的環境監測中當作直接的監測對象外，很多測量中常被作為干擾核素需要加以鑒別。 α 譜儀是鑒別和測定 α 核素的重要工具。

1. 對低本底 α 譜儀的基本技術要求

由於一般環境介質中的 α 放射性水平都很低，同時 α 粒子的射程又極短，因此要進行 α能譜分析需要滿足以下幾個基本要求：

（1）樣品必須足夠薄，以減少由樣品自吸收使 α 譜軟化而造成的「 拖尾」，一般最好保證樣品厚度在 50 μg/cm2以下；

（2）樣品的面積足夠大，或者對樣品中的待測核素進行足夠的濃縮，以滿足探測靈敏度的要求；

（3）避免在樣品製備過程中有核素被丟失，或者被其他核素交叉污染；

（4）由於低水平測量的計數時間很長，因此要求探測系統具有足夠高的探測效率和很好的長期工作穩定性。

2. 大面積 α 屏柵電離室

2.1 屏柵電離室的結構和主要參數

為防止樣品製備過程中丟失核素，也為省去通常比較費時的化學分離，把待測介質薄薄地鋪成大面積薄樣是很理想的 α 能譜分析方法。

2.2 大面積源樣品的製備

為利用屏柵電離室進行 α 能譜分析，製備出符合要求的大面積均勻薄源是十分關鍵的。假若樣品本身不夠薄 和不均勻，那探測器本身的能量分辨本領再高也是沒有用的，因為樣品自吸收會產生很大的 α 能譜的「尾巴 」，從而使對 α 能譜的分辨本領遭到嚴重破壞。

2.3 大面積α屏柵電離室的應用

大面積 α 屏柵電離室可以採用直接鋪樣，因此可以測定各種環境介質樣品。

3. 半導體 α 譜儀

3.1 半導體探測器

金硅面壘半導體探測器己廣泛用於 α 能譜分析。 它們的靈敏面積在 25 ～ 450 mm2，抽空使用時能量解析度（對 5. 5 MeV）最好可達到 13～30 keV。 但是通常作為環境樣品低水平α能譜分析用的半導體探測器，一般只能採用較大面積（如直徑 2. 5 cm 左右），而且總是在室溫下不必抽空使用，因此其能量分辨本領半高全寬（FWHM）一般可能要大於 50 ～60 keV。

3.2 濃集－ 電沉積制樣

電沉積是環境樣品鈾、牡、鍾及超鈾元素放射化學分析中最常用的制樣技術。 電沉積 前，一般要進行適當的分離純化操作，以便去除干擾元素。 這種濃集一分離純化一電沉積一 α 譜測量分析程序在環境和生物樣品 α 核素測定中應用相當廣泛。

與點滴蒸發法相比，電沉積法制源、定量準確性高，均勻性、牢固性良好，所製備的薄源不需要進行自吸收校正，適於α譜儀測量。

4. 屏柵電離室法與半導體譜儀法的比較

半導體探測器已廣泛用於 α 譜分析，其突出優點是設備簡單，解析度高，但其缺點是探 測面積太小，因而除了微孔濾紙空氣樣品以外，需要進行化學分離制樣，由於化學分離製備樣品，其方法總是具有化學特異性，因而制樣的過程中會丟失某些核素。 程序一般較繁，耗費時間長，所以只適用於分析單個或少數幾個已知核素，不適用於未知樣品的全核素分析，這就帶來極大的局限性。