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(1) 系统的探测效率和校正系数
131I是核事故发生时生成的早期主要裂变产物之一,占有较大的份额,也是造成食品放射性污染的主要核素[18-19]。本文以测量不同体积食品中131I的活度为例,对仪器进行测试和验证。根据上述理论,实验用131I溶液刻度标样的初始活度浓度为12.3 Bq/mL(溶质为NaI,由沈阳联保疾控中心提供),依次取不同体积的样品进行测量,记录测量结果,并由式(4)~(7)求得系统的探测效率和刻度系数,测量及计算结果如表1所列。由于131I半衰期为8.02 d,其衰变释放的364 keV
$\gamma $ 射线的分支比约为81.7%。本文采用364 keV$ \gamma $ 射线对应的全能峰计算计数率和本底。序号 样品体积/mL 测量时间/s 本底
/cps测量值①
/cps理论值②
/cps探测效率
/%刻度系数 1 100 600 2.7 13.6 944.3 1.16 86.4 2 150 600 2.7 17.4 1 415.1 1.03 96.6 3 200 600 2.7 20.4 1 885.2 0.94 106.6 4 250 600 2.7 23.0 2 354.3 0.86 116.0 5 300 600 2.7 24.8 2 822.6 0.78 127.9 6 350 600 2.7 26.1 3 290.1 0.71 141.0 7 400 600 2.7 27.8 3 743.2 0.67 149.0 8 450 600 2.7 29.1 4 207.3 0.63 159.5 9 500 600 2.7 30.3 4 670.6 0.59 169.3 注:① 测量值为仪器对样品释放射线的测量计数率(含本底);② 理论值为由式(5)和式(6)计算得到单位时间样品中核素衰变释放的伽马数,下同。 根据表1中的数据,经拟合得出100~500 mL范围内探测效率如图11所示。从图11中可以看出,在100~500 mL样品体积范围内,测量系统的探测效率随着样品体积的增大而逐渐减小。
(2) MDA
根据式(8)和表1可以求出系统对不同体积131I样品的MDA,由式(8)可得出,在相同测量时间及相同探测效率下,随着ROI的本底计数增大,MDA也随之增大,所以,当测量样本体积增大时,其本底计数增大,MDA也会增大。结果如图12所示。从图中可以看出,测量时间为600 s时,在100~500 mL体积范围内,MDA与水样体积存在F(x)=0.081 5x+25.346线性关系。本文所研发的测量系统对于300 mL体积水中131I的MDA为50 Bq。
(3) 食品中131I的测量
根据上述取样原则,实验选取了菠菜、海带、牛奶等10种食品,用粉碎机将食品粉碎,取300 mL样品于马林杯中,然后滴定15 mL活度浓度为246 Bq/mL(溶液配制后约108.6 h后,陆续开展本组食品放射性测量实验)的131I水溶液进行标记,搅拌均匀后形成待测样品。由于表2中,经制样后的食品样品与水具有非常接近的密度和物理形态,因此本文在对食品样品进行测试时采用了水的刻度系数进行活度计算,如表2所列。
样品
名称体积
/mL测量值
/cps本底/cps 刻度后计数率/cps 理论值/cps 测量活度浓度
/(Bq• L−1)测量误差/% 花菜 300 21.8 2.8 2 434 2 493 8 113 2.38 四季豆 300 19.8 2.8 2 178 2 381 7 259 8.55 茄子 300 20.9 2.8 2 319 2 377 7 729 2.46 菠菜 300 19.8 2.8 2 178 2 360 7 259 7.72 西红柿 300 20.8 2.8 2 306 2 356 7 686 2.12 海带 300 21.8 2.8 2 434 2 349 8 113 3.60 韭菜 300 20.7 2.8 2 293 2 343 7 643 2.14 茼蒿 300 20.2 2.8 2 229 2 339 7 430 4.70 生菜 300 19.6 2.8 2 152 2 330 7 174 7.65 牛奶 300 21.2 2.8 2 357 2 320 7 857 1.60 由于核素对不同样品材料的标记效率不完全一样,同时,存在人为测量误差及环境因素的影响,所以对于不同样品的测量误差有所不同,但从测量结果可以看出,实际测量中的误差在10%以内,可以满足常规测量的要求。
The Development and Test of a Portable Food Radioactivity Monitor
doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021050
- Received Date: 2021-06-08
- Rev Recd Date: 2021-07-27
- Available Online: 2022-06-29
- Publish Date: 2022-06-29
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Key words:
- portable /
- detection efficiency /
- detection efficiency /
- I-131 /
- MDA
Abstract: A portable food radiation monitor has been developed and tested. This paper introduced the measurement structure, nuclear signal processing unit and the analysis application program. The nuclear signal processing unit includes anti-aliasing low-pass filter, programmable gain amplifier, high-speed A/D sampling, digital low-pass filter, trapezoidal shaping, pulse amplitude discrimination, and energy spectrum acquisition unit. The analysis application program includes functions for spectral line smooth, spectral peak-seeking, energy calibration, background deduction and activity calculation. The detection efficiency, the correction coefficient and the MDA of 131I have been determined. The calibration coefficient has been used to correct the radioactivity measurement results of 300 mL-food sample. The results show that the measurement error of monitor for 131I radioactivity in the general food is less than 10%, which satisfies the demand of food radioactive measurement.
Citation: | Yingjie ZHOU, Haiwei ZHANG, Yue YANG, Qiong HOU, Jun LI, Wei LU, Lei WANG. The Development and Test of a Portable Food Radioactivity Monitor[J]. Nuclear Physics Review, 2022, 39(2): 215-223. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021050 |