氚检测研究进展
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作者: 王长虹
摘 要：介绍了氚的基本性质及氚检测的目的，讨论了氚的在线检测、实验室分析和便携式测量所用到的仪器和方法，总结了氚检测过程中所遇到的困难及相关领域的发展方向。
关键词：氚检测 正比计数管 液闪
中图分类号：TL8 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（a）-0111-01
氚（3H或T）是氢元素中唯一的放射性同位素，天然存在的氚仅占自然界氢总量的10-16，由于其在氢同位素中的比例很小，所以其一般以HTO或HT分子的形式存在。作为氢的最丰中子同位素，处于基态的氚发生β—衰变后变为3He，其半衰期为12年，比活度为9800 Ci/g。氚的β射线最大能量为18 keV，平均能量为5.7 keV，其β粒子在空气中的平均射程仅为5 mm，普通的β探测器难以探测[1]。
氚的检测主要用于生产及辐射防护的目的，在氚的生产现场，氚化水的毒性为气态氚的104倍[2][3]，所以液态或气态的HTO是检测的重要对象。
1 氚的检测
目前检测氚主要采用电离室、正比计数管、液体闪烁体谱仪、质谱仪等。前三种都是基于氚的β放射性。质谱仪的测量是基于不同核素荷质比不同的一种方法，适用于所有核素的测量，但质谱仪对检测样品形态和设备的安装环境要求很高，代价太大，不是一种常规的分析方法。液体闪烁体谱仪多用于含氚水的实验室分析。用长度补偿法的内充气式正比计数管，对某些形式的氚如HT可有较高的检测灵敏度。
1.1 在线检测
在线检测主要用于氚的操作间、手套箱及氚生产车间的烟囱等向环境排放的区域。
正比计数器具有较高的脉冲幅度，灵敏度高，产生的脉冲幅度几乎与原电离地点无关，原则上只要有一对离子就可被分辨，所以其适合于探测低能或低比电离的离子，如β、γ和X射线以及高能离子等，其探测能量的下限可达0.25 keV，故其可作为氚检测的探测器。
为用于氚的在线监测，将正比计数器设计成内流气式。图1[4]为流气式正比计数管结构图。其正比计数管的坪长约400 V（3200～3600 V），坪斜约0.73%/100 V，工作电压为3400 V，其探测效率可达86%，适用于氚生产的在线检测。
文献[5]对其进行了改进，其采用大体积内充气正比计数管能谱法测量氚的活度，结合LLC（Low-Level Decay Conunting）方法，可以降低系统的最小探测限，大体积计数管可以充更多的样品，用多道代替定标器，能够直观地观测能谱，通过能谱进行阈修正，降低了本底。该文献研究了阈修正、端效应修正、壁效应修正，通过几种手段，使得正比计数管的氚探测效率可达90%，误差0.5%。
1.2 实验室分析法（液闪谱仪法）测氚
液闪是现今测量β射线最为准确的方法之一，其被广泛地用应于3H、14C、32P、35S等的测量中。对于氚监测的环境样品，因其中所含待测核素浓度极低且对结果精度的要求很高，故需要进行较繁琐的前处理程序，如制样、浓缩、蒸馏等。而在氚生产线上，由于其氚浓度远大于仪器的探测下限，故此检测不需进行前处理而可直接进行，但样品的形态要能够保证液闪的测量条件。
一般的低本底液闪谱仪都具有良好的低本底设计，即将整个光电倍增管包围在屏蔽之中，同时又具有一个幅度甄别器，可有效地防止切伦科夫光引起的脉冲噪声。由于液闪一般还可用于α粒子的探测，所以一般的液闪谱仪均有双多道分析器，用于一定能量范围的β能谱及α能谱的分析。
其用于环境样品中氚检测操作方法的一般步骤是：量取一定蒸馏合格的水样置于计数瓶中，而后加入少量闪烁液，加盖。振荡样品瓶使样品与闪烁液均匀混合。用酒精湿棉球擦拭计数瓶外壁后，将计数瓶放入液闪谱仪中进行暗适应。同时，用相同的方式配制一个标准样品与一个本底样品，一同放入液闪谱仪中进行避光测量。
1.3 便携式测氚
在未进行常规氚浓度监测但可能存在氚的场所，或由于固定式监测设备取样点位固定而无法测量到的地点，如地面及工作台表面等，一般采用便携式氚测量仪。氚表面污染检测仪的工作原理与一般的α、β表面污染检测仪的工作原理基本相同。不同点仅仅由于氚β射线的能量很低，要求探测器窗的厚度要尽量小，探测器后置的电子学线路的甄别阈要尽量低，这不可避免地导致检测仪的本底比一般的α、β表面污染检测仪要高，探测下限偏大。
2 结语
以上介绍了氚的在线检测、液体闪烁谱仪检测及便携式检测的一些情况。可以看到，氚检测考虑的多为能探测氚发射的β射线的方法。该技术的难点在于氚的β射线能量很低，加之β射线能量的连续性，导致探测分辨困难。所以氚检测基本是对一些常规探测器进行改进，使其在低能端有更低的本底噪声、更高的灵敏度以及尽量方便氚的测量和延长设备的使用寿命等。
参考文献
[1] 杨怀远.氚的安全与防护[M].原子能出版社，1996.
[2] GB 18871-2002，电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].2002.
[3] 蒋国强，罗德礼，陆光达，等，氚和氚的工程技术[M].国防工业出版社，中国工程物理研究院科技丛书，2008.
[4] 官锐，翁葵平，任兴碧，等.产氚回路中氚的在线监测研究，核技术[J]，2010（3）.
[5] 曹琳，亢武，向永春等.一种改进的3H活度测量方法[J].核电子学与探测技术，2009，29（2）.
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