蓋格計數器只能知道輻射量,那具體是什麼元素造成的污染怎麼測?

核污染事故中經常有報道碘131,銫137,還有氡氣之類的,蓋格計數器只能知道輻射量,那具體是什麼元素造成的污染是怎麼判斷的呢?


這就要用到Inspector了。抱歉,並不知道有沒有對應的中文名,大概可以稱呼為能譜儀吧。

如圖所示:

自己拍的

測量室內部,還是自己拍的,序列號打碼

這個能譜儀是用來測量光子能量的,外面的外殼是鉛材質,以屏蔽外部干擾,內部腔體是銅製。最中間的那個是測量探頭,可測量的光子能量範圍是5MeV。

每种放射性同位素衰變時,在釋放粒子(α/β等)後,原子核會處於不穩定的激發態,這時原子核會以光子的形式向外釋放多餘的能量,使其進入穩定狀態,每種同位素的激發態與穩定態的能級差值都是有自己的特異值的。根據這個值可以反查出來釋放這個能量光子的究竟是個什麼元素,當然這要從已知的資料庫里去查找。如果已知資料庫里沒有,也有可能是新的未知同位素,那就要用其他的手段,比如化學分離等等,測它的質子數和中子數來最後確定這種未知的同位素。

通常我們說的能譜測量,測得都是光子,實際上就是伽馬射線。

舉個例子:自然界存在的鉀放射性同位素,鉀-40, 在衰變的過程中,會釋放能量為1.640MeV的伽馬射線,假如我們可以測到這個能量的光子,那麼就可以說明被測量的物質中很可能含有鉀-40同位素。

再舉個例子,常提起的放射性同位素鈷-60,它的衰變過程是有這麼一條路線的:

鈷-60的一條衰變路線

這個過程中會釋放兩種能量的光子,1.1732MeV和1.3325MeV。如果能普測量發現了同時存在這兩條曲線(如下圖),那麼就可以很大概率判斷被測樣品是鈷-60

鈷-60能譜儀測量結果示例

既然提到了鉀-40,那麼就順便再補個鉀-40的測量現場圖吧。眾所周知,香蕉富含鉀元素,既然這樣……

鉀-40測量現場,逗逼同事友情出鏡,自己拍的。


測伽瑪衰變的能量就可以知道,需要能譜儀,主要分三種:歷史比較久的氣體探測器,效率比較高的閃爍體探測器和能量解析度高的高純鍺探測器。

我接觸的比較多的是HPGe高純鍺探測器和NaI碘化鈉閃爍體探測器,兩者都可以測能譜。只要測出能量,去和已知數據比對就能知道是什麼原子核衰變出來的。

ORTEC公司產的HPGe探測器,是比較常見的

比如你問的I-131和Cs-137。

從上圖可以看出I-131發生β衰變為131Xe,89.9%的概率到131Xe的5/2+態,其激發能為364.5 keV,也就是說測量I-131的衰變主要能觀察到能量為0.3645 MeV的伽瑪射線,另外應該還能看到少量的284.3,637.0和722.9 keV的伽瑪射線。

137Cs通過β-衰變到137Ba,肯定能觀察到能量為661.7 keV的伽瑪射線,其他的核同理。


補充一下高純鍺譜儀很萬能,但也是有盲區的。有些要命的核素高純鍺是沒有反應的。有些因為採樣困難也是沒辦法用高純鍺做的。

核素分析通常要結合具體情況綜合判斷。

另外GM計數器也不是對任何射線都反應的。輻射探測實際情況總是複雜的。我們甚至會用ICP-MS等等非放射性手段來測量放射性。


題主所說蓋格計數器是測量伽瑪射線的儀器,因此,在這裡討論伽瑪射線探測問題。

就伽馬射線測量儀器來看,一般分為兩大類,一類給出計數,然後轉化為劑量監測,一般通過在探測器晶體外麵包鉛皮,然後根據需要多個打準直孔,通過這種方式來將低能和高能伽瑪射線對探測器的貢獻等效到661.66keV對探測器的貢獻,當然還有角響應等等因素需要考慮,具體細節這裡不說了。下圖為個人劑量率儀,是其中一種。

圖1 個人劑量率儀

另外一類給出能譜,通常叫能譜儀,能譜儀分為很多種,大致根據探測器不同來分類,例如:NaI、LaBr3、CZT、CsI、HPGe等等,如下圖所示,根據用戶不同使用場景、預算,選擇使用不同的探測器來測量。能譜儀結構上一般由探測器、數字化多道(模擬多道)、高壓、前置放大器、能譜分析軟體、無源效率刻度軟體、鉛室以及標準源組成,能譜儀具有劑量率測量、核素識別以及放射性活度測量功能(放射性活度:不同種類放射性核素的量,例如:某樣品中Cs137的放射性活度為1000Bq)。其中,測量劑量率的方法一般使用GE函數比對;核素識別通過能譜分析軟體分析得出,分析過程為通過不同的演算法來進行識別核素,演算法不一樣,識別速度不一樣 誤識別率也不一樣;測量放射性活度一般通過標準樣比對法或者無源效率刻度軟體進行計算,標準樣比對法需要準備各種不同大小、形狀、材質、核素的標樣,無源效率刻度軟體計算放射性活度的方法是指先對測量對象進行建模,然後通過無源效率刻度軟體進行計算得出效率刻度因子,最後被能譜分析軟體進行調用,計算出樣品的放射性活度,其它方法不一一描述。

以上所提各種類型能譜儀,他們的性能是不一樣的,例如:閃爍體類型能譜儀具有溫漂的特性,因此性能不如半導體探測器穩定,能量解析度也沒有半導體那麼好,但是相對來說價格較便宜,晶體體積可以做到足夠大,效率很高,在測量相同放射性水平的樣品過程中,所需時間少,因此非常適合對放射性樣品進行快速分檢,由於能量解析度不好,無法準確測量複雜能譜中多種核素的量。

所以,針對不同的測量場景,在選取核輻射測量儀器方面,需要具體問題具體分析。

圖2 攜帶型NaI伽瑪能譜儀

圖3 攜帶型LaBr3伽瑪能譜儀

圖4 攜帶型CZT伽瑪能譜儀

圖5 實驗室高純鍺伽馬能譜儀

圖6 反康反宇宙射線高純鍺伽馬能譜儀

圖7 廢濾芯無損檢測系統


有一種叫能譜儀的東西,跟這個的區別就是還能分辨出探測到的能量。


第一個回答是對的,用能譜儀什麼的測一下能帶寬度再與每個元素的標準能帶寬度比就知道了,這一般要差不多的實驗室才有吧


石油測井儀器里有一種儀器可以進行伽瑪射線能譜測量,測出各個能量級的輻射強度,進而可以判斷輻射源的種類。但是只能測量衰變放出伽瑪射線的核素。


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