低本底γ能谱分析

10221 测量装置

（1）碘化钠NaI（Tl）γ能谱仪

以NaI（Tl）（碘化钠）闪烁体与光电倍增管组成探测器的γ能谱仪已有40余年的应用历史。由于它具有探测效率高、价格便宜和维护容易等优点，目前仍用于环境样品的γ能谱分析，但由于能量分辨率较差，应用受到了限制。一般，NaI（Tl）γ能谱仪仅用于分析：①天然放射性核素238U系，232Th系和40K；②具有简单γ能谱的人工放射性核素，如60Co和137Cs等；③经放射化学分离后的单个核素或具有简单γ能谱的多个核素样品。

低本底NaI（Tl）γ能谱仪结构较简单，由NaI（Tl）探头、屏蔽体、放大器和多道分析器等组成。较复杂的是低本底反符合NaI（Tl）γ能谱仪，国产的典型型号是FH-1906。它在NaI（Tl）γ能谱仪的基础上增加了符合、环反符合NaI（Tl）晶体和相应的符合、环反符合电子学线路，使探测装置降低本底；降低康普顿散射，减小高能峰对低能峰的干扰、降低能量探测限。

（2）Geγ谱仪

以Ge（锗）半导体为探测器的γ谱仪分为Ge（Li）（锂漂移锗）γ谱仪和HPGe（高纯锗）γ谱仪两种，优点是能量分辨率高，适合于复杂γ能谱的分析测量；缺点是探测效率较低，价格较贵，维护较困难。Ge（Li）γ谱仪是20世纪60年代初发展起来的，70年代广泛地应用于环境放射性测量；但目前已被HPGeγ谱仪所取代。因为：①HPGeγ谱仪虽然也必须在液氮冷却下使用，但不像Ge（Li）γ谱仪那样必须在液氮冷却下保存，维护较容易；②HPGeγ谱仪能制成更大的体积，可改善探测效率；③HPGeγ谱仪测量能区更宽，比如N型HPGeγ谱仪测量能区为5 keV～10 MeV，能分析测量低能γ和X射线；④HPGeγ谱仪修复较容易。

HPGeγ谱仪种类较多，从制造的材料来分，有P型和N型；从探测器的结构来分，有平面型和同轴型，其中P型同轴HPGe还包括扩展型（xtRa）和井型。对环境样品的分析测量，通常选用P型同轴HPGeγ谱仪，因为价格相对较便宜。测量低能γ和X射线选用平面型HPGe。N型和扩展型HPGeγ谱仪，也能有效地探测γ和X射线，但会产生严重的级联符合相加效应，给解谱和效率刻度带来困难，当实验室具备较好的符合相加效应的校正能力时，应避免使用N型和扩展型HPGeγ谱仪。HPGeγ谱仪也只有特别需要高效率探测器的实验室愿意采用。

低本底HPGeγ谱仪的结构与低本底NaI（Tl）γ谱仪类似。通常只有一个Ge主探测器，也可加NaI（Tl）环晶体或塑料环闪烁体组成反符合屏蔽γ谱仪。Geγ谱仪对电子学部分要求较高，比如多道分析器的内存应在4 k以上，最好有足够的缓冲区，供γ能谱的前台使用，对屏蔽体的要求与NaI（Tl）γ谱仪一样。屏蔽体可分为简单铅屏蔽体（壁厚10 cm）、简单钢屏蔽体（壁厚20 cm）和以铅或钢为主体的交替物质屏蔽体。屏蔽体的内径不宜很大，以易于放入凹杯（Marinalli杯）或反符合环闪烁体为宜，即略大于20 cm。因为环境样品通常为体样品，屏蔽体内壁的散射对样品测量的影响不大，且较大的内壁空腔包含有较多的气体，空气中氡子体浓度的变化对本底的影响较大，干扰对样品（特别是天然放射性环境样品）的测量。

10222 γ能谱仪的刻度

（1）能量刻度

γ能谱仪的能量刻度是指确定能谱中能量与多道分析器道址的关系，即道址与γ射线能量的关系。在谱仪系统测量条件确定的情况下，能量刻度的精度主要取决于刻度源的能量特性和活度；决定于刻度用γ射线能量的分布和精度、谱仪系统的能量分辨率和稳定性。

NaI（Tl）γ谱仪能量分辨率较差，宜用单能γ射线源进行刻度，但单能γ源较少，有时也选择几种能量且能量相差较大的γ射线源。一般用137Cs源等。

Geγ谱仪的能量刻度可选用发射多种能量的γ射线源，比如152Eu，也可用混合核素的γ源。用于能量刻度的γ射线源的活度应适中，其γ射线能量应有较高的精度，其谱峰应尽量覆盖整个测量能区。一般用152Eu源。

实验测得的刻度数据由下式进行最小二乘拟合

环境地球物理学概论

式中：C是能量为E（keV或MeV）的γ射线全能峰峰位的道址，量纲一；An为拟合参数，keV；N为拟合多项式的阶数，一般取2。

γ谱仪能量刻度的频度取决于谱仪的工作稳定性。在连续工作的情况下，γ谱仪的稳定性较好，不需要经常作能量刻度，但当发现或怀疑不稳定时，则需重新作能量刻度。

顺便指出，在进行能量刻度时，也可进行能量分辨率刻度，即求出谱仪全能峰半高宽（FWHM，keV）与γ射线能量或峰位之间的关系。它不但是说明谱仪能量分辨率的指标，而且在解谱中有用。拟合公式如下

环境地球物理学概论

式中：Wn为拟合参数；N一般取2。

（2）效率刻度

全能峰探测效率ε定义为γ谱仪测出的刻度源中能量为E（keV）的γ射线全能峰净计数率n0（cps）与刻度源中该γ射线的发射率A0P之比值，即

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式中：A0为刻度源的活度，Bq；P为该γ射线的分支比，量纲一。

全能峰探测效率ε不仅与γ射线的能量有关，还与源的形状、介质成分、源和探测器的相对位置以及γ射线是否级联有关，也依赖于具体的探测器本身。效率刻度，即是通过实验或理论计算确定的，某γ谱仪具体测量条件下，样品中某核素的某能量γ射线的探测效率ε。

根据刻度源的几何形状，可分为点源刻度、面源刻度和体源刻度。环境样品大多是体样品，通常就近正放在探测器表面（带有样品支架），因此应重点考虑近源-探测器距离条件下的体源刻度。

实验刻度是基本方法。刻度源最好采用可溯源传递的国内外标准源或标准参考源，也可购买标准源溶液和标准参考物质自己制备，并由计量部门予以标定确认。配制时应特别注意均匀性。国内研制的标准源或标准参考物质的介质，主要有土壤、矿粉和河泥等，核素主要有天然放射性核素238U系、232Th系和40K，人工放射性核素60Co，137Cs和152Eu等。

NaI（Tl）γ谱仪宜选用和待测样品核素相同或能量相近的刻度源，测量标准谱，然后用剥谱法、逆矩阵法或最小二乘法解谱分析。Geγ谱仪的效率刻度有直接比较法和效率曲线法，其中效率曲线法应用范围广，可选用多个单能源、发射多种能量的γ射线源或混合源。

理论计算有数值积分法和蒙特卡罗法。数值积分法常与实验刻度结合进行。蒙特卡罗法主要适合于复杂的源-探测器几何条件，其基本原理是直接模拟光子在源和探测器中的行为，利用随机抽样方法，直接跟踪每个光子和电子，最后确定能量沉积谱，进而计算全能峰探测效率，也可计算实验刻度中需要的某些物理量。缺点是需要精确知道探测器的结构尺寸和源的介质成分。目前国内已有几家实验室进行了这项工作，不具备条件的实验室可以从合格的实验室购买。

A直接比较法：对某种放射性核素，当样品和源的几何形状、介质成分、表观密度和放置位置完全一样时，可用下式确定样品中该核素的活度A（Bq）

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式中n为测得的样品全能峰净计数率，s-1。

这种方法是最基本、最可靠的。但由于环境中放射性核素种类较多，环境介质成分复杂，形态各异，具体应用受到限制。

B效率曲线法：效率曲线刻度法是常用的效率刻度方法。选择与样品几何形状、介质成分和表观密度相同的刻度源，γ射线能量（Ei，keV）大致均匀地覆盖于整个能区，测定出相应的全能峰效率e（Ei），用下式拟合出整个能区的全能峰效率ε

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式中：E0可取任意值，keV；Bn为拟合参数，量纲一；N一般取2。

在环境样品测量中，若样品和刻度源的几何形状、介质成分和表观密度相近，即可使用上述效率曲线。但当与上述条件相距较远时，特别是在较低能区，应进行样品的自吸收修正。刻度源中如有级联辐射，还应进行符合相加修正，本文从略。仅将自吸收修正略述如下：

自吸收修正也有实验方法和理论计算方法两种。下面介绍一种半经验公式法。该方法适用于圆柱形环境样品，且样品厚度小于5 cm，样品直径不应大于探测器直径的两倍。

a原理：如不考虑圆柱形刻度源与样品的自吸收差别（刻度源与样品的直径和厚度相同，下同）的影响，探测器对样品的全能峰效率ε（E，H）可近似地表示为（忽略角响应）

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式中：εs（H）是刻度源对应于基准能量Eb的全能峰效率，只是样品厚度H（cm）的函数；F（E）是以能量Eb对全能峰效率归一的相对峰效率，是γ射线能量E的函数，与样品厚度及组成无关。

实验证明，刻度源的基准能量Eb的全能峰效率ε（H）的倒数与H近似为线性关系，即

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式中：a，b为待定常数。a量纲一；b，cm-1。

将a=1/ε0，b=1/（Dε0），ε0为直线与ε-1（H）轴的交点，D为直线外推与H轴的交点，代入式（10222）得

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当考虑自吸收对效率的影响时，样品与刻度源自吸收不同，引起的修正值Δε（H，E）为

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式中：εa（H，E）和ε样（H，E）分别为能量为正时刻度源和样品的全能峰效率；μs和μ分别为能量为E时刻度源和样品的线衰减系数，cm-1。不同介质、不同厚度样品的不同能量的全能峰效率ε（H，E）为

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在式（10221）的推导过程中近似地用平行射束来描述射线的自吸收过程。因此，μs和μ必须用下面的方法测定：将一较强的152Eu面源分别放在样品（或刻度源）和空样品盒上面，测定各能量γ射线全能峰净计数率N（cps）和N0（cps），由下式计算μ

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再由下式拟合出μ-E曲线

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式中：Cn为拟合参数，量纲一；N一般取2。

b实验和计算：相对峰效率由前文所述的效率曲线法刻度。基准能量Eb的全能峰由一组不同厚度的单能刻度源刻度，待定常数a，b由实验数据线性最小二乘法拟合得到。线衰减系数由原理部分要求的方法测定。自吸收不同引起的修正值由（10222）式用数值积分计算。建议采用水溶液刻度源，因为便于配制。测定线衰减系数也可采用其他面源，只要发射的γ射线的能量大致均匀地覆盖于整个能区。

10223 放射性核素的定量分析

环境中的放射性核素，无论是大气、土壤或水体中受污染的核素，为了研究它们的来源和危害，首先需要确定是什么核素，还要知道量有多少。能谱分析，特别是高能量分辨率的高纯锗探测器低本底多道γ谱仪可以满足这一要求。

（1）碘化钠（NaI（Tl））探测器的γ能谱仪

NaI（Tl）γ谱仪由于能量分辨率不高，对于复杂组分的特征γ能量相近的核素定性分析比较困难。对于N个核素组成的样品，由于能量谱峰不能完全分开，进行能谱分析，只能根据每个核素的特征能量峰，选定包括该全能峰的道域（宽），每个道域的计数率Mi（cps）是各核素的贡献之和。很难求出净峰面积，只能测量各道区的总计数率（cps），建立与核素数目相等的联立方程（逆矩阵）求。

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式中：xj（j=1，2，，n）为第j个核素源的活度，Bq。建立N个方程组；aij为响应系数，量纲一。可根据i个刻度源测定的标准谱得到。由于各标准谱互不相同，各方程式是互相独立的，因此解方程组可求出n个Xj，即解出样品中各核素的活度（或含量）。

解方程组（10228）的方法很多，一般用逆矩阵方法。先将（10228）式，改写成矩阵形式

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式中：A为aij集合而成的矩阵，称谱仪的响应矩阵；X为xj组成的列矩阵；M为各道宽计数Mi组成的列矩阵。将（10229）改写成逆矩阵

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（2）高纯锗（HPGe）γ能谱仪

对经过能量刻度，具有γ（x）能量数据库的高能量分辨率γ能谱仪。根据样品测得的γ能量谱，经过自动寻峰，可以很快确定样品中所含核素的种类。如果核素有两个以上的能量峰，互相验证，可以提高定性分析的准确性。

根据能量峰进行定量分析，要对被分析核素的全能峰进行选择。要选择峰值较高且无叠加干扰的全能峰；其次是尽量选择能量接近刻度源能区的全能峰；第三，如果干扰峰不可避免，要选择干扰容易扣除的全能峰；第四，天然核素如果子体达到放射平衡，子体的全能峰也是有效的。

核素活度（或核素含量）与测得的能量峰面积成正比，但应扣除包括康普顿散射在内的本底计数，得到净峰面积。净峰面积计算方法很多，有TPA法、Covell法、Wasson法、Sterlinski法和Quittner法等。下面介绍两种常用净峰面积计算方法。

A全峰面积法（又叫TPA法）。这个方法的实质是先把全能峰内的所有各道计数相加起来，本底是按直线变化趋势，按梯形面积加以扣除，如图1023所示。

按谱峰两侧的峰谷位置确定左右边界道，设左边道数为l，右边道数为r，则峰所占道数为r-l+1。包括本底在内的峰内各道总计数，即峰内各道计数之和yi，式中yi为第i道的总计数。假定峰是落在一个本底为直线分布的斜坡上，则本底（B）面积为图1023中峰下的梯形面积。

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图1023 两种峰面积计算方法

则全能峰内净面积

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在TPA法中是按直线趋势扣除本底，如果只是单能峰，核素是正确的。如果有高能峰康普顿散射叠加本底，或在一个小峰附近，这样按直线趋势扣除本底就可能产生误差。另外还有统计涨落的误差。根据（10230）式按统计误差计算净峰面积的均方差为

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B瓦生（Wasson）方法。此法与TPA法类似，但峰取用道数较少。本底基不准和统计误差对峰面积影响较小，但由于峰值取在斜坡上受分辨率变化影响较大。

净峰面积计算公式如下

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式中：b-n和bn为左右边界道对应于TPA法中本底基线上的高度。净峰面积的均方误差为

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（3）环境样品的活度浓度计算

求得样品中被测核素γ射线净峰面积，其活度A（Bq/kg或Bq/L）由下式进行计算

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式中：T为谱测量时间，s；nb为本底峰或干扰峰的计数率，s-1；W为样品的质量或体积，kg或m3；C符为符合相加修正因子；λ为衰变常数，s-1；t为衰变时间，s；ε为全能峰的探测效率；P为该γ射线峰的分之比。

（4）γ能谱自动分析

目前提供使用的多道γ能谱仪，差不多都带有仪器操作程序和数据处理程序，直至完成活度计算，都是自动完成的。其功能包括：谱线光滑，自动找峰和核素识别，曲线拟合，求峰形参数和峰面积计算，系统刻度，进行活度计算。

这种自动分析的软件程序种类很多，如果有特殊需要，应当编制软件系统。

射线防护涂料的主要成分为硫酸钡，硫酸钡也叫重晶石，是高能射线防护很好的防护材料，是一种重要的含钡矿物，具有化学惰性强、稳定性好、耐酸咸、密度大、硬度适中、高比重、高白度、能吸收有害射线(x射线和y射线)等优点，是一种具有环保功能的材料，具有成倍低，施工方便，使用寿命长等优点!

什么是60Co辐照？60Co辐照存在安全隐患吗？药品是否可以进行60Co辐照？60Co辐照的药品如何辨认？

一、什么是60Co辐照

辐照是利用电离辐射(主要是指60Co γ射线、加速器产生的电子束或X射线)与物质的相互作用所产生的物理、化学和生物效应，电离辐射对物质的作用用于延缓呼吸、抑制发芽、延长货架期、杀虫灭菌、检疫处理等。

不当的辐照会对食品的颜色、味道、营养产生一些副作用，比如脱色、有臭味、破坏一些营养成分，辐照残留也对人的健康存在安全隐患。有资料报道用照射过的食品饲养动物（如小鼠）可引起肿瘤。在实际应用中对辐照对象、辐照工艺、辐照范围、包装材料都有严格要求。比如，食品法典委员会（CAC）在1985年制定并在1991年修订的“预包装食品标签通用标准” 52辐照食品中规定，经电离辐射处理食品的标签上，必须在紧靠食品名称处用文字指明该食品经辐照处理；配料中有辐照食品也必须在配料表中指明。

二、辐照60Co在食品中的应用情况。

因为辐照可60Co以杀虫、保鲜、抑制发芽、灭菌等作用，所以在食品储存、加工中具有一定的应用。但各个国家对辐照食品的政策是不一样的，欧盟对辐照食品持相当严格和谨慎的态度。欧盟有关食品辐照的指令有两个，即“离子照射处理的食品”的框架指令1999／2／EC和执行指令1999／3／EC。第一个指令规定了实施辐照处理的总体概念和技术要求，辐照食品的标示和辐照设施的授权等有关要求，包括“必须具有合理的技术要求，没有健康危害，有利于消费者”；“不作为替代卫生措施的手段”；“所有经辐照的食品或含有辐照食品成分的必须在食品标签上标明”等内容。第二个指令规定在欧盟允许辐照的食品，目前只允许辐照处理药草、香料和植物调味料一类物质。

日本北海道的土豆辐照设施是世界上较早的商业化运行的辐照设施，但日本除了在1972年批准土豆辐照抑制发芽外，一直没有批准其他食品的辐照处理。

中国 1986年我国出台了《辐照食品卫生管理规定(暂行)》，并在大量实验的基础上陆续发布了粮食、蔬菜、水果、肉及肉制品、干果、调味品等6大类允许辐照食品名录及剂量标准。1996年4月5日颁布了《辐照食品卫生管理办法》，规定辐照食品必须严格控制在国家允许的范围和限定的剂量标准内，如超出允许范围，须事先提出申请，待批准后方可进行生产。我国规定从1998年6月1日起辐照食品必须在其最小外包装上贴有规定的辐照标识，凡未贴标识的辐照食品一律不准进入国内市场。

由于我国的辐照装置的资格认证一直没有标准可依，目前国内还没有欧盟批准的辐照机构，所以我国对欧盟出口食品均不得进行辐照处理。2004年－2006年的两年时间内，我国出口食品先后10次被欧盟通报存在有非法辐照问题。

因为辐照具有很好的灭菌效果，很多企业放松了对中间过程的卫生控制，细菌病毒严重超标的产品拉去辐照一下“达标”，所以有没有标准的产品都去辐照，而且是辐照的剂量比较大。由于监管部门监管不力，不科学辐照，甚至违法辐照比较突出。比如，我国标签法和食品辐照管理办法中都有规定辐照食品应有标识，但很难在我国市场上看到有标识的辐照食品。消费者的知情权得不到保护，给消费者的安全埋下了隐患，同时对一些合法经营的企业也造成了不公平。辐照食品的管理中标识的问题已得到欧盟的重视，其影响很可能类似于对转基因食品的要求一样波及全球，而标识管理中很重要的就是辐照食品的鉴定方法，我国急需建立这方面的标准，以便于加强对国内和进口产品的管理。

三、60Co辐照中药存在安全隐患

我国的中药辐照杀菌研究，开始于20世纪六十年代，七十年代后期由国家科委牵头组织科研、教学、生产和检验等单位，进行了60Co辐照中药的研究。卫生部1997年发布了《60Co辐照中药灭菌剂量标准》(内部试行)的通知（卫药发[1997]第38号）(简称标准，下同)，文件规定此标准仅用于供国内流通中药的杀菌，60Co辐照仅是中药灭菌的辅助手段，各级卫生行政部门要按照有关法规监督“标准”的执行，防治滥用辐照灭菌。近年来随着微生物限度检查载入《中华人民共和国药典》，很多企业为解决微生物超标的不合格药品，纷纷采用60Co辐照方法对中成药制剂进行灭菌处理。

60Co辐射灭菌机理是，当微生物受到辐照后，产生直接和间接两种作用共同作用的结果。直接作用学说认为，细胞核尤其是DNA被直接击中，导致死亡；间接作用学说认为，细胞内含有大量的水分，水吸收辐射能之后，发生辐射化学反应，产生的H+、OH－、eaq-。、H02-等活性粒子和生命物质(蛋白质、酶)发生作用，使细胞生活所必需的结构或物质发生变化，从而引起细胞死亡。辐射穿透力极强，尤其是Y射线。因此无须打开包装，可直接照射整体包装物品。操作简便，速度快，比较经济。这也是不少药厂采用60Co灭菌的原因所在。

和辐照食品一样，辐照药品也存在同样的安全问题，不同的是中药成分更为复杂，如果使用不当，辐照药品存在更多的安全隐患。通过收集相关文献资料和走访专业人员，把几个突出的问题介绍给大家。

1、成分影响

美国Upjohn公司生产的眼药膏是最先在商业上采用辐射消毒的。伹这一技术推广到其他药品就出人意料之外的缓慢，这是由于在液体体系中，例如注射剂和别的溶液，经电离辐照后能产生各种活性成分，主要是游离基。它能对药品中的主要成分起很大的影响．而影响的性质又难于预测。

BaslyJP等采用HPLC和ESR研究舒喘宁的辐射降解，发现在25 kGy的剂量下舒喘宁有2％的降解，而其溶液状态的辐照消毒灭菌在技术上是不可行的，因为其产生的自由基会持续加剧其降解。Kimura S等采用O5～8OkGy剂量辐照胰液素制品，发现其淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等活性下降了50％～95％。

从辐照过的固态硫酸阿托品中发现了4个辐解产物并鉴别了其中的2个；从辐照过的硫酸阿托品水溶液中，发现了4个辐解产物，鉴别了其中一个。发现盐酸杜冷丁的水溶液辐照后生成有毒的辐解产物，同时失去镇痛解痉作用。

各种脂溶性维生素，对辐射的敏感性差异显著，维生素E是脂溶性维生素中对辐射最敏感的化合物。

水溶性维生素中，维生素B1对辐射最不稳定。维生素C很容易被氧化而破坏，它的辐射的敏感性与它对氧化和受热过程一样，浓度愈稀愈容易被破坏。

纵览国外药品的辐射灭菌研究工作，可以看到：

药品受到电离辐射(60co－r射线，高能电子束等）照射，在固态时多数是稳定的．少数分解也不严重。水溶液几乎都受到严重破坏。迄今已报道的“未见分解”的研究结果中，几乎都未给出分析检测限，这就限制了比较实际的估价辐照药品的质量。实际上药品吸收10kGy左右的剂量后，都会生成少量的辐解产物。 绝大却分工作部没有辐解产物的定量数据，对辐解产物的鉴定工作更是稀少。只有很少数的工作考虑到了毒性和药理的分析或估价。总的说，已有的研究工作，一方面对辐照过的药品所发生的化学变化给予了一定的感性知识；伹另一方面对更为重要的卫生安全问题的贡献却是很少的。

中药辐照灭菌过程中有效成份到底损失了多少这辐射分解损失的成份变成了什么化合物它对人、畜有没有毒害 国内的研究还不够深入，有些研究人员从不同角度人员做了一些研究工作，收集整理如下：

封秀娥用10KGY辐照中药珍珠、天竺黄，发现氨基酸含量大幅度降低；用10kGy辐照大黄，有效成分总葸醌含量明显减少。

资料报道，辐照剂量504kGy辐照时，党参的维生素B 1、B2和粗蛋白有下降趋势，苦杏仁中的苦杏仁甙有下降趋势。吴季兰等采用模式体系方法深入研究了中草药的辐解效应，发现Ba、Mn、Ca、Sr、Cu、Ni等元素的离子浸出率随吸收剂量增大有较明显变化，其中Cu、Ni增加更为显著。随着含水量(o～4 5％)增加，有效成分黄岑甙、龙胆苦甙、甘草酸、总蒽醌的辐解效应(1OkGy)增加。

黄志勇等采用8kGy辐照蜂花粉灭菌后， 蜂花粉中的维生素C和过氧化氢酶的活性都降低3 0％以上。付晏昆等研究得出的自然干燥法生产的螺旋藻藻条粉和人工喷雾干燥法辐照藻粉的吸收量分别是101 kGy和29kGy，但辐照会损失螺旋藻的胡萝卜素，101 kGy和29kGy的辐照分别减少螺旋藻粉的胡萝卜素含量的40％和15％。

关于辐解产物，国家有关部门也曾组织课题进行研究，由于辐解产物的研究涉及到仪器设备要求比较高，我国“八•五”、“九•五”期间仅仅研究了甘草酸、麻黄素、蜂蜜等1O种中药单体水溶液的辐解产物。研究结果认为：①中药材有效成份的辐解主要是水的间接作用引起的，因此含水量愈大有效成份的辐解也增大；②从己鉴定的辐解产物来看，尚未发现对人、畜有毒有害的产物；③由于研究的品种不多，研究也不够深入，如甘草酸水溶液辐照后用高效液相色谱可分离出4个辐解产物，但这4个未知产物的化学结构还不能确定。因此，辐解产物研究仍需继续深入地进行。

WHO规定辐照灭菌物品的吸收剂量不得大于10kGy。如何科学地来确定辐射剂量，曾经是个有争议的题目。各个国家之间，对允许的剂量标准有不同看法。但是对于辐解产物的出现都是肯定的，有的已经肯定辐解产物的有毒性，有的还再研究中。相对于西药，中药辐解产物的研究还没有系统的进行过，所以中药辐照应该慎重对待。

2、疗效影响

有报道，用1O kGy剂量辐射中药秦艽，发现对其镇痛、降压等药理作用无影响，但其抗炎作用基本消失。当辐射剂量降低至5kGy时，其抗炎作用无明显改变 。李敏岚等研究了辐射剂量与板蓝根抗内毒素作用的关系，发现20 kGy以上的剂量辐照使板蓝根失去抗内毒素的作用，而lO kGy以下的剂量不会产生明显影响。

3、外观影响

据报道辐照灭菌会使某些样品的颜色改变（往往加深），如盐酸麻黄碱和盐酸青藤碱，变色比较明显。底噻咪松片和卡托普利糖衣片经5kGy照射8小时后，两种片剂的颜色由辐照前的白色变为辐照后的粉红色。辐照剂量超过10kGy时，对全天麻胶囊的外观有影响。

4、对包装的影响

有文献报道，在进行铝箔PVC复合压板包装的胶囊药品辐照应用中，剂量超过8kGy后，PVC颜色变黄。汪辉亮等研究了高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)辐照(0～250kGy)后黄度的变化，发现前者比后者更易变色，经不同剂量辐照的PE的黄度均随存放时间增加而降低。有资料报道在5kGy以上剂量辐照下，一般使玻璃变灰变褐，使聚乙烯塑料变成淡灰色，也有塑料变成淡红色，这种变色与剂量成正相关，玻璃变色可以褪色，阳光下褪色更快，但不能100％褪去。

四、目前我国中药辐照灭菌的突出问题

尽管辐照中药存在如此之多的问题，但中药辐照仍发展的如火如荼，有专家估计2005年是中药辐照已超过2万吨。制药企业为何对辐照趋之若鹜？在繁荣发展的道路上又存在哪些问题呢？对此我们收集了大量资料，并多次咨询内蒙古大唐药业的相关技术人员，总体来看，目前主要存在一下几点：

1、辐照剂量严重超标

美国药典规定高剂量有效灭菌为2．5kGy，中剂量为1 kGy，低剂量为0．2～O．4kGy。我国卫生部的标准规定辐照中药最高耐受剂量为：散剂、片剂3 kGy；丸剂5kGy；中药原料粉6kGy。

据苏德模等人对中成药辐照灭菌德研究结果表明：散剂经2 kGy辐射，细菌数降低在90％以上。蜜丸经辐射后细菌数降低：2 kGy为78％－85％；4 kGy为85－93％；5 kGy为87－96％；6 kGy为89－97％ 。

若按照《药品生产质量管理规范》（GMP），所用药材使用前按规定进行拣选、整理、洗涤等前处理加工，生产过程控制在不同洁净级别的厂房内，就能把微生物的含量控制在一定范围内，如果微生物含量超标，再辅以适宜的灭菌方法，是能保证药品卫生质量的。比如含原生药粉的丸剂，国家规定的微生物限度为每克不超过3万个，若前处理后微生物含量为20万个，用6kGy辐照的辐照剂量，把微生物降低89－97％，即为06--22万个，就能符合标准。

由于中药原材料种类多，药材前处理难以标准化，操作复杂，费时、费人、成本较高，很多企业往往在这个环节上出问题，致使微生物含量严重超标，有时多达几百万。如果去辐照的话，因为初始菌群数含量严重超标，不使用大剂量难以达到灭菌要求，辐照厂家为了商业利益，就加大辐照剂量，据业内人士讲，有时辐照吸收剂量高达几十个kGy。

辐照剂量越高，灭菌效果越好，而且灭菌时间也能缩短，于是辐照中心和药厂就一拍即合，心照不宣地使用大剂量辐照。有的药厂发现了辐照灭菌的捷径后，就放松了对原材料的处理，也放松了对中间环节的过程控制，导致产品微生物严重超标。有的药厂药材就省去拣选、整理、洗涤等前处理环节，不管中间的污染有多严重，造好药后拉去大剂量辐照一下，就万事大吉了。有的辐照前地微生物含量达到几千万，甚至不可计数。由于辐照灭菌的终极威力能给药厂带来诸多利益，比如省事、省时、省钱，所以药厂趋之若鹜。大剂量辐照造成的危害远远抵制不了金钱对辐照中心的诱惑。

美国药典也指出对生产的早期和中间阶段进行监测，重点是原料，尤其是动、植物来源和天然矿物质原料，它们往往含有在后期生产过程中不易杀灭的有害微生物。我国药典也对中药的原料、辅料及生产环节中的质量控制提出严格的标准。在卫生部的标准里也对辐照中药应具备的条件进行要求：“41待辐照灭菌的中药必须符合法定药品标准”。卫生部关于食品辐照里面也有这么一规定：“第十六条 食品（包括食品原料）的辐照加工必须按照规定的生产工艺进行，并按照辐照食品卫生标准实施检验，凡不符合卫生标准的辐照食品，不得出厂或者销售。

严禁用辐照加工手段处理劣质不合格的食品。”可见，并不是什么产品都可以辐照，并不是辐照就可以代替前面过程的卫生控制。

卫生部标准规定：60Co辐照仅是中药灭菌的辅助手段，各级卫生行政部门要按照有关法规监督“标准”的执行，防治滥用辐照灭菌。但是这个辅助手段在很多药厂那里已经变成灭菌方法的不二选择，并把辐照灭菌当作“最终灭菌”的秘密武器。

宇宙射线分为两类：一是原宇宙线，是

来自地球

以外的高能

带电粒子

，其中约有915%是

质子

，78%是氦核（α粒子），其余是碳（C）、氮（N）、氧（O）及铁（Fe）等重

原子核

，

能量

极高，可达1020

电子

伏特以上。二是次级宇宙射线，由于宇宙射线进入

大气层

后，和

空气

中原子核发生碰撞，引起核的分裂并产生一系列其他

粒子

，通过这些粒子与

周围

物质的相互作用及自身的转变，形成次级宇宙射线，其

成分

中有一半以上是μ子，这部分

射线

穿透本领很大，能透入深水和地下，称“硬性部分”。另一部分主要是电子和

光子

，穿透本领较小，称“软性部分”。由于初级宇宙射线能量极高，

生物

到大气层外时，就可能受到它的伤害或影响，同时它能引起许多目前无法用人工实现的

核反应

和

基本粒子

转变过程。又因为它可能与

太阳

和某些

恒星

的活动以及各种

地球物理现象

有密切关系，故对宇宙射线的研究意义重大。

1897年卢瑟福发现，铀射线由两种成分组成，一种是易被吸收的射线，他称之为α射线；另一种是穿透性强的射线，他称之为β射线．同时他还根据实验预言，可能存在一种穿透能力更强的射线，这就是后来发现的并由他命名的γ射线．

自然界存在的射线是哪几种分别是什么

天然放射性来源

⑴宇宙射线由初级宇宙射线和次级宇宙射线组成。初级宇宙射线是指从外层空间射到地球大气的高能辐射，主要成分为质子(83%～89%)、α粒子(10%～15%)及原子序Z≥3的轻核和高能电子(1%～2%)，这种射线能量很高，可达10^20MeV以上。初级宇宙射线与地球大气层中的原子核相互作用，产生的次级粒子和电磁辐射称为次级宇宙射线。

⑵天然放射性同位素

自然界中天然放射性核素主要包括以下三个方面：

①宇宙射线产生的放射线核素。如14N(n,T)12C反应产生的氚，14N(n,P)12C反应产生的14C；

②天然系列放射性核素。这种系列有三个，即铀系，其母体是238U；锕系，其母体是235U；钍系，其母体是232Th。

③自然界中单独存在的核素。

什么是“放射线”？？

放射线

不稳定元素衰变时，从原子核中放射出来的有穿透性的粒子束，分甲种射线、乙种射线、丙种射线，其中丙种射线贯穿力最强。

放射线是什么？

贝克勒耳发现了放射线，居里夫妇又作出了新的贡献。放射线本身究竟是什么呢？这正是当时科学界最关注的大问题。下面我们来讲一下另一位伟大的物理学家卢瑟福的工作。

1895年，就在伦琴发现X射线的那一年，年轻的卢瑟福从新西兰远渡重洋来到英国，到有名的卡文迪许实验室学习和工作。汤姆逊热情地欢迎了他。

一开始，他研究刚发现的X射线。当贝克勒耳发现放射线以后，在汤姆逊的建议下，卢瑟福立即转而研究放射线。

卢瑟福把铀装在铅罐里，罐上只留一个小孔，铀的射线只能由小孔放出来，成为一小束。他用纸张、云母、玻璃、铝箔以及 各种厚度的金属板去遮挡这束射线，结果发现铀的射线并不是由同一类物质组成的。其中有一类射线只要一张纸就能完全挡住，他把它叫做“软”射线；另一类射线则穿透性极强，几十厘米厚的 铝板也不能完全挡住，他把它叫做“硬”射线。

正在这时候，居里夫妇发现了镭，并且用磁场来研究镭的射 线。结果发现在磁场的作用下，射线分成两束。其中一束不被磁 场偏转，仍然沿直线进行，就像X射线那样；另一束在磁场的作 用下弯曲了，就像阴极射线一样。

用磁场研究射线，在卡文迪许实验室里可是拿手好戏，实验 室主任汤姆逊在不久之前就是利用磁场、电场来研究阴极射线而 发现电子的。居里夫妇的研究情况传到了英国，卢瑟福立刻用更 强的磁场来研究铀（这时他手中还没有新发现的镭）的射线。

结果，铀的射线被分开了，不是两股，而是三股。新发现的 一股略有弯曲，卢瑟福把它叫做a（阿耳法）射线；那一股弯曲得 很厉害的叫做p（贝他）射线；不被磁场弯曲的那一股叫做Y（伽 玛）射线。

卢瑟福分别研究了三种射线的穿透本领。结果是：

a射线的穿透本领最差，它在空气中最远只能走7厘米。一薄 片云母，一张005毫米的铝箔，一张普通的纸都能把它挡住。

p射线的穿透本领比a射线强一些，能穿透几毫米厚的铝片。

Y射线的穿透本领极强，13厘米厚的铅板也只能使它的强 度减弱一半。

这三种射线是什么物质呢？

居里用汤姆逊研究阴极射线的方法去测定了R射线，证明了R 射线和阴极射线性质一样，是带阴电的电子流，只不过速度更快 一些。

y射线和X射线类似，都是波长非常短的电磁波。

a射线是什么呢？一时还不清楚。

由于a射线和R射线在磁场中弯曲的方向相反，显然a射线带的电荷和p射线正相反，a射线应该是带阳电（正电）荷的粒子流。

卢瑟福用了几年时间专心研究a射线，最后才证明a射线是 失去两个电子的氦原子（氦离子）流。

众所周知，放射线、放射性物质是有害的。究竟对人体有哪些危害呢？

人体受到放射线的照射，随着射线作用剂量的增大，有可能随机地出现某些有害效应。例如它可能诱发白血病、甲状腺癌、骨肿瘤等恶性肿瘤；也可能引起人体遗传物质发生基因突变和染色体畸变，造成先天性畸形、流产、死胎、不育等病症。不过，这种情况发生的机率很低，其危险度一般没有超过目前人们可以接受的范围。

在事故情况下，如果人体所受射线的剂量达到一定程度，就可能出现一些明确的预期的有害效应。如人体眼晶体一次受到2戈瑞以上的X或γ射线的照射，在3周以后就可能出现晶状体混浊，形成白内障；人体皮肤受到不同剂量的照射，可分别出现脱毛、红斑、水泡及溃疡坏死等损害；另外，还可能引起贫血、免疫功能降低、寿命缩短以及内分泌和生殖机能失调等。

当人体在短时间（数秒至数

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Pb-Free中PB是什么含义呢

Pb是化学元素铅的符号

pb-free是不含铅的意思

核的放射线有什么危害

提起核能放射线，一般人均对它产生一种恐惧感，尤其是某一些对放射线一知半解的“环保人士”。我想其中最主要的原因是由第二次世界大战时丢在日本广岛与长畸的两颗原子弹所产生的恐怖景像所引起因此使得人无不“谈核色变”。

然而，大家并不了解，在世界能源几近枯竭的今天，我们若能将核能善加的利用，加上周密的防护措施，它不但可提供人类最清洁价贱的能源，并可以做为医疗，以及农业改良与科学研究极佳的工具。也许有人想到放射线对人体的伤害。的确，放射线对人有极大的危险性，它可破坏人体的组织，也会引起恶性肿瘤等。但在近年来，无论是在操作技术或防护设施均有极大的进步、核子反应炉中放射线外泄的机率已大为减少。即使有微量的辐射线外漏，其对环境所产生的影响亦不及一般石油，煤碳，天然气所造成污染的千分之一要知道，环境最主要的污染源乃是石油与煤炭径交通与工业利用后所排出的废气。至于放射线污染，若和工业的煤烟废气相比，只要我们对放射线的来源以及产生的原理有所认识，就知道它是微不足道了。不但如此，并可将它利用在我们生活之中。因此就在此将放射的真象给大家加以介绍。

一、放射线的来源及构成：

我们都知道，地球上一切的活动，以及生物生命的运转均需要一种力量，即所谓“能”(energy)。目前我们所使用的能可说是百分之九十九均直接或间接来自太阳，只有极少部份是近代人所发现的核能(nulear energy)。实在说，太阳所产生的能亦为一种“辐射”能，包括了光与热。我们利用这种太阳辐射能有两种方式，一种是直接的，包括：“热”可以维持四周环境的温度，使我们正常生活，其次，可使水份蒸发至大气，遇冷成雨，除供生活所需之水外，并产生位能供灌溉发电等。此外，“光”可以照亮四周的黑暗，使我们能以自由的活动。另一种方式则是间接的，植物的叶子，内含叶绿素，这种叶绿素吸收太阳的辐射能，将水和CO2变成葡萄糖而将能量储存起来。这种储存的能在生物体内（包括动物和植物）经呼吸作用将糖分解而将能释放以供生物体内一切活动所用。未用完的能则以其他方式储存在体内，包括脂油等。动物无法行光合作用，只能以植物为食物，间接的利用太阳辐射能。至于今日一切工业、交通等所使用的燃料（石油与煤碳）均为上古时动物（石油）与植物（煤碳）的遗体，它也是来自太阳的辐射能。因此可知，地球上若没有太阳提供的辐射能源，则一切的活动立刻停止。

虽然我们了解到，世界上所使用的能源均是直接或间接来自太阳。但是在廿世纪初，伟大的科学家爱因斯坦却有一重要的发现。此发现是说，一切的物质中，其本身内部就蕴藏着大量的能。因此构成物质的原子，若将其内部能量释放，其数值实非我们所能想像。而且他认为物质就是能量所构成，同时质能可以互换。并利一公式来表示质能之间的关系，即：

E＝MC2

E：energy，M：质量，C：光速

当一原子被撞击而产生分裂，除产生大量的能量外，并产生某一些放射线。亦即我们所谓的“核能”。

二、放射线的发现：

提到放射线的发现，应回溯到十九世纪的末期，那时科学家对电已经有相当的认识。在德国有一位电磁学家名叫栾琴(Rontgen)。在一次实验中，偶而使用阴极射线撞击－金属靶，结果产生了一种电磁波。这种电磁波并能穿过他的手，将手内的骨骼影像显示在萤光板上，而且能使软片感光洗成照片。于是他称这种电磁波称为X-ray(X－光)。不久，这种X－光就被利用在医疗上。在以后的几年，随着物理学与化学的进步，科学家对放射线有了更深的了解。并发现，许多原子量很重的元素，他们的同位素亦有X－光的产生。所谓同位素(isotope)就是在周期表同

α 放射源是所有能够发生α 衰变的原子核（即从核内放出氦离子，自身的原子序数向前移二，质量数减四）

例如：U-238就是α 放射源，因为U-238 => Th-234 + α

β 放射源是所有能够发生β 衰变的原子核（由于中子变成质子，亏损部分变为电子逃逸）

例如：Th-234就是β 放射源，因为Th-234 => Pa-234 + β

γ 放射源是所有能够发生γ 衰变的原子核（由于某种原因，放出的一种波长很短电磁波，本人知识有限，还在研究）

例如：Tl-208 => Po-212 + γ（为什么会质量增加呢？）

Fr-223 => Th-227 + γ

Pb-211 => At-215 + γ（为什么会质量增加4呢？）核子密度仪或者核子仪是核子密度/湿度检测仪的简称，是利用同位素放射原理实时检测土工建筑材料的密度和湿度的电子仪器。核子密度通常安装有一个密封的 10毫居里的铯137伽玛源和一个密封的50毫居里的镅241/铍中子源，仪器中还安装有密度和湿度两种射线探测器，分别与伽玛源和中子源共同对被测材料的密度和湿度进行测量。 工业上一些水泥厂、选煤厂等使用的厚度计、料位计、密度计及核子秤等也使用同类的放射性同位素，但这类仪器所使用的放射源的活度一般为十到五百个居里，是土木工程上使用的核子仪的一千倍到五万倍，两者完全不在一个数量级上。两类仪器虽然名称相似，而且采用近似的检测原理，但它们的使用方式、防护方法和应用目的完全不同。

编辑本段核子密度仪的基本检测功能和检测方法

核子仪用于施工现场快速地检测建筑材料的湿密度（总密度）和含水量（湿度）。完成一次检测通常只需要1分钟或更短时间。不同品牌和厂家的仪器功能各不相同。有的仪器只检测密度或只检测湿度，多数品牌的仪器可以同时检测密度和湿度。 注2：核子仪通过检测被测材料中含有的所有元素的原子量总和来计算被检测材料的总密度(湿密度)，所以仪器的密度检测不受被检测材料的颗粒大小、级配、均匀度，以及物理状态、化学成分等方面的影响。除非被测材料的化学组成与常规材料有很显著的不同，通常情况下核子仪密度检测结果不需要进行校正。 核子仪测量湿度时，测量的是被测材料中所有的氢原子，在大多数土壤和骨料中，氢原子存在于自由水中。但是蛇纹石、黏土、有机体和石灰处理的土壤含有结合水，这些材料中的结合水对仪器检测材料的含水率有轻微影响。这个问题可以通过非常简便的在仪器中输入水分偏置量的方法进行校正。 对于各种土壤和没有凝固的水泥混凝土等材料，通常采用透射法。这个方法是在被检测材料中用钢钎钻一个垂直的检测孔，然后将仪器的探测杆伸入到被检测材料中，在各个深度上检测材料的密度和湿度。对于石头、混凝土等不能造孔的材料，通常采用反射法。这个方法是将仪器放置于被检测材料的表面，根据被检测材料的厚度和种类采用适应的检测档位，直接检测材料的密度、压实度等指标。 除了以上两种基本检测方法，有的核子仪具备更多和更强大的检测功能，比如MC-3C和MC-4C核子仪的反射法有BS和AC两个档位，分别用于不同的检测材料和检测要求，可以对任意厚度的面层材料等进行精准检测。

编辑本段核子仪可以检测的建筑材料和适用的检测领域

通常核子仪都可以用于检测各种类型的土壤、石头、土石混合物等土工材料。有些仪器可以检测水泥混凝土，但很多仪器不能检测沥青混合料和层厚比较小的混凝土材料。 注3：通常核子仪检测土工材料时，被测材料必须有一定的厚度和足够大的体积，否则没有足够多的射线计数用于计算密度或湿度。沥青混合料通常在铺筑时每层的厚度都不会超过7-8厘米。仪器在检测时射线会穿透这个层厚而同时检测了其它材料，这样仪器的检测结果就不仅仅是我们希望检测的薄层材料的密度，而是不同层厚的材料的共同的密度。除非仪器设计人员专门为这种检测目的进行程序上和检测技术上的改造而设置薄层检测功能，否则仪器就不能用于检测薄层的沥青混合料和其它混凝土材料。 核子仪可以用于公路的地基、基层和面层、铁路路基、水库堤坝、机场跑道以及港口、发电厂、高等级赛车跑道、高层建筑等土木工程的现场施工的质量控制、监理检测、工程验收。核子仪可以用于各种土木工程的养护检测及各种研究和开发。用于实验室和工程试验区段可以快速、准确获取各项施工参考数据。 注4：由于核子仪检测的准确、快速、安全和低成本，目前在压实度检测方面没有任何其他方法可以取代核子仪。尤其在使用沥青混凝土和水泥混凝土的工程项目上，没有核子仪的应用，要保证工程的质量和施工效率是不可能做到的。所以在世界范围内，核子仪被及其广泛地应用于几乎所有的大型和重要的土木工程项目。

编辑本段核子密度仪的发展历史

第二次世界大战以后，许多国家由于战后重建和经济发展的需要，都陆续进行大规模的基础设施建设。世界各地的许多研究组织，研究利用核技术测定建筑材料的密度、含水量以及其它指标，以保证工程项目的质量和建设速度。 在1968年以前，只有一种标准方法用于现场测定土壤和集料的密度—灌沙法。这种设备的操作人员必须在地面挖一个洞，在洞中填满沙子，计算出密度，然后取一个试样到实验室测定含水量。这个方法对于每次检测都要花费半个小时的时间，操作人员需要避免许多出现差错的原因，并且这种检测方法是破坏性的--因为留下了一个必需修复的洞。含水量的检测结果要在第二天试样烘干了以后才会得到。1968年以前，也只有一种标准方法用于现场测定沥青路面密度。在路面中用钻孔法得到一个芯样。把取芯试样带回实验室，用天平称取重量，并测量出它的体积。然后计算出密度，也就是重量除以体积。 到了1968年，美国坎贝尔（CPN）公司率选将便携式密度/湿度检测仪进行了商业化生产，并将仪器销售给美国各州的公路部门和私营的检测公司。核子仪对放射源进行了充分的防护，使核子密度检测技术与其它检测技术一样安全。到了1972年，核子仪在硬件设计和软件应用方面有了显著的改进。便携式核子仪可以对于土壤和沥青混凝土路面进行高精度的快速检测，并且核子仪可以消除由于土壤类型或化学成分不同导致的检测偏差。新的仪器设计，完全使用了高效能的现代电子技术，这使仪器变得轻便、可靠并易于操作。80年代以后，核子仪安装了可以进行现场编程微处理器，可以直接从显示器读取测量结果，从而更大地减少了操作人员的现场检测的工作量。 在过去的三十多年时间里，核子仪用于土工材料的密度和湿度检测已在世界范围内得到认可，并成为业界的标准检测方法。

编辑本段核子密度仪的分类

浅层核子仪

—浅层核子仪又称为表层核子仪。当我们提到核子仪时，通常是指测量深度为30厘米的浅层核子密度/湿度检测仪，如MC-3C型和MC-4C型核子仪。在公路、铁路及水利大坝等土木工程的施工中应用最为广泛和市场上最常见的就是这种浅层核子仪。本文介绍的核子仪主要是指这种浅层核子仪。

分层核子仪

(双杆核子仪)—分层核子仪又称为中层核子仪，测量深度为60-90厘米, 如MC-S-24和MC-S-36型核子仪。分层核子仪有两根检测杆，所以有的地方称作双杆核子仪，其放射源和检测器分别放置于两根不同的探杆的端部, 沿水平层面逐层检测被压实材料, 一般应用于压实层较厚的情况, 特别适用于碾压混凝土（RCC）工程项目的压实检测。

深层核子仪

—深层核子仪的测量深度为数米至数百米深，如501DR核子密度仪和503DR中子水分仪。深层核子仪一般用于深层填埋材料的密度和含水率检测, 还有定点长期监测公路、铁路路基、堤坝、护坡等的密度和含水率的变化以及用于检测水中的含沙量和含泥量。

沥青含量核子仪

—核子沥青含量检测仪用于无污染、快速检测沥青混合料中的沥青含量，代表性的型号有AC-2R沥青含量测试仪。

其它核子仪

—除了以上各种仪器以外，被称作核子仪的还有用于土壤水分检测的中子水分检测仪和用于化工管道绝热层中隐藏水分检测的核子管道水分检测仪等，比如MCM-2管道检测仪。

编辑本段核子密度/湿度检测仪的工作原理

1 总密度(湿密度)检测原理

一个密封的10毫居里铯-137伽玛源向土壤等被测材料放射伽玛射线，穿透被检测材料的射线会被仪器中的密度检测管检测到。如果材料的密度较低，材料吸收的伽玛射线较少，那么在一定时间内较多的伽玛射线就会穿过材料，检测管的计数将较高：反之，如果材料的密度较高，高密度的材料吸收了更多的伽玛射线，那么在同样时间内就会有较少的伽玛射线穿过材料，检测管的计数将较低。 伽玛射线在被测材料中的穿透、反射和被吸收等行为只与被测材料中的组成成分的所有原子的原子核的质量相关。核子仪测量的总密度实际是单位体积的土工材料总的原子量。只有当被测材料的总的原子量发生变化时，核子仪的检测结果才相应地发生变化。

2水分（湿度）检测原理

一个密封的50毫居里镅241/铍中子源向土壤等被测材料放射高能中子射线，高能中子与氢原子碰撞后，迅速失去能量而变成低能中子，而其它任何种类的原子都不能象氢原子那样显著减少高能中子的能量。被测材料中的湿度越高，水分含量就越高，氢原子就越多，当中子射线穿过时，将产生更多的低能中子；同样的原因，当被测材料较干时，产生的低能中子数目就较少。仪器中的湿度检测管只检测低能中子。低能中子计数越高，表示被测材料的湿度越高；反之，低能中子计数越低，表示湿度越低。核子仪测量的是地表到地表以下10公分的材料的平均含水率。 核子仪在进行密度和水分测量时，分别使用不同的放射源，不同的射线接受器，不同的数据计算系统，所以密度和水分两个检测系统相互独立，其检测数据也互不影响。

编辑本段核子仪的标准计数和检定（标定）

标准计数—放射源衰减、周围环境变化和本底辐射都会影响仪器的检测数据。每天或检测环境发生变化后，将仪器放置标准计数块上进行计数，获得新的计数参比结果，可以清除以上因素对检测结果的影响。标准计数使用的工具是标准计数块。标准计数块为一小型的长方体塑料块，简称标准块。其密度和含有的氢元素都是稳定不变的。标准块厚度为51厘米或76厘米，面积相当于核子仪底座的面积。每台仪器都有自己对应的标准块。 核子密度仪的检定—核子仪之所以能够准确检测材料的密度和湿度是因为核子仪在制造时经过了检定。检定的具体方法是将仪器依次对一组密度高低不同的标准材料块（检定块）进行检测，建立射线数量和标准密度值之间的对应关系。在坐标图上，将不同的射线计数与标准密度之间的对应的点连接起来就会得到一条检定曲线，即在仪器的射线计数率与材料测试结果（密度和湿度）之间建立了适当的对应关系。检定数据可以以图、表和等效系数等方式表示出来或贮存在仪器里面，以用于将计数率换算成材料的密度值。 每一台核子仪在出厂时，都应该已经检定过了。现存仪器经过可能影响仪器结构的维修后，必须进行检定。所以最多每隔一年就应该使用标准密度和湿度材料对仪器的检定进行验证或重新建立检定关系。如果验证发现核子仪的检测结果与标准材料的密度或湿度之间的差异已经不符合检测要求，需要重新建立新的检定关系。

编辑本段核子仪的安全性

由于核子仪采用了放射原理测量密度和湿度，很多人因为不了解放射源的活度大小和人体允许接受的剂量多少和正确理解，只要一听说是放射源，就产生恐惧感，不敢使用仪器。其实我们无论身处何地，环境中都有本底辐射，我们在日常生活中无时无刻都不可能避免辐射。 手提式核子秘密/湿度土壤检测仪的商业应用已经超过35年之久，目前大约有数万台核子仪在全世界范围内应用于土木工程、地质学、农业和环境检测中。 核子仪的拥有者和使用者要遵守政府主管部门制定的法律和规定。这可能包括需要获得许可证以及操作员要学习如何正确使用仪器。核子仪操作人员可以使用个人剂量检测装置监测受到的剂量，最常用的是剂量胶片。没有任何核子仪操作人员受到的放射线剂量超过国际辐射防护委员会的5雷姆/年的职业界限。实际上，操作员受到的只是这个界限的很小的一部分，少于我们从自然界获得本底辐射的年平均值。从未有案例表明由于使用核子密度仪而受到长期或短期辐射伤害。与我们经常忽视的吸烟、饮酒等日常行为给我们带来的危害相比，核子仪对身体的影响是微乎其微的。从来没有发生过密封放射源由于物理损坏或火灾等原因产生泄漏，即使每年都有一些核子仪在野外施工中被意外严重毁坏，从没有发生过对操作人员和普通公众发生污染的事故。 通过专门的设计，核子仪的表面剂量率低于操作人员或是公众需进行特别防护的水平，运输车辆或检测的位置不需要进行公告。不需要配备任何附加的防护衣服和装置。 每个国家都会有主管的政府部门对放射性产品进行严格的检测，已确认其安全性。中国环保部门和商检部门对每台正规进口到中国的仪器都要进行严格检测，通过检测的仪器必然符合安全规定和要求，用户可以放心使用。只要购置的是政府主管部门批准和认可的核子仪并且是将仪器用于正常的检测，绝不可能对操作人员造成任何危害。

编辑本段核子仪检测法与其它密度湿度检测方法

核子仪检测方法适应于检测任何粒径、级配、组成成分和组成结构的土壤、石头等材料。美国ASTM 国际标准D2922-04《用核子法现场检测土和土石混合物密度的标准检测方法（浅层）》规定：本试验方法可快速、无损地现场测定土壤和岩石的密度。适用于施工质量控制、土壤和岩石等工程的验收试验，并可用于研究和开发。试验的无损特性允许在同一个试验点进行多次重复检测。 ASTM D2922、D2950《用核子法现场检测沥青混凝土的密度的标准方法》和C1040《用核子法现场检测混凝土密度的标准方法》等标准认为目前并没有任何其它检测土壤、岩石、沥青混合料、混凝土等材料的密度检测方法具有足够高的准确度可以与核子法进行对比。如果被检测材料的化学成分与常规材料有非常显著的不同，可以采用这种材料按照规定制备一个用于现场校准的材料块，按照严格的步骤进行检测、称重并计算后用于对核子仪的实际检测结果进行调整。 ASTM 标准D3017《用核子法现场测定土壤和岩石含水量(浅层) 》规定：核子仪适用于在现场采用快速、非破坏性技术测量土壤和岩石中的含水量。可应用于建设、研究开发过程中对压实的土壤及岩石进行质量控制和验收检验。本方法的非破坏性的特性允许对单个检测点上进行多次重复测量，并对其结果进行统计分析。如果被检测材料含有的结合水或有机质比常规的土壤多，需要与烘干法等进行对比试验。 所以通常情况下，检定合格的核子仪可以准确检测材料的密度和湿度，并不需要与其它检测方法进行对比。由于对一些不确定因素的疑虑和历史等各个方面的原因，我国的一些行业标准要求使用核子仪时，无论是密度检测还是湿度检测，都要求使用传统的密度、湿度检测方法对核子仪的检测进行对比试验。 但是对试样获取方法、对比试验的具体程序等方面没有具体的要求和指导。所以不同的领域，不同的技术人员按照自己对对比试验的理解进行的对比试验往往各不相同，其中很多情况都是不正确的。测量密度和湿度的传统方法有很多，各自适用于不同的检测材料，所以对于不同的检测材料，必须选择适当的方法与核子仪进行对比。比如对细粒土、粗粒土、土石混合物、沥青混合料、水泥混合料以及岩石等不同的材料必须根据情况选择适当的正确的方法与核子仪进行对比。进行对比试验时，核子仪法和传统方法检测的试样必须一致。如果被检测材料的试样不同，即使用同一种方法让不同的操作人员进行对比试验，两个人的检测结果可能相差很远。

编辑本段核子密度仪优势

将核子密度仪与灌沙法或其它破坏性检测方法相比较，其优势是显而易见的，主要包括：

无损检测

A核子仪检测土壤，只需要检测表面平滑，钻一个直径为20毫米的检测孔。这样小的孔不需要修补。对于灌沙法的检测，需要挖一个直径为150毫米的洞， 这样大的洞必需回填修补。 B对于沥青路面，只需要路面平整，核子仪就可以用反射法进行检测。但取芯法，一定会给路面留下一个必须修补的孔洞。

准确性

A核子仪对位于放射源与探测器之间的材料总重量进行响应，检测不受被检测材料中的化学的、矿物的或质地成分的影响。检测非常正确性，无论材料是否均匀，或颗粒是粗是细。 B被检测的土壤土壤体积很大，检测结果的代表性更好。对于检测深度为8英寸（20CM）透射密度检测，试样体积大约为25立方英尺。而灌沙法检测，试样体积大约为10立方英尺。 C核子仪在标准的、固定的、数值不变的土壤和岩石校准块或可以溯源到真实土壤的其它标准的密度、湿度材料块上进行校准。检测规程推荐每隔一到二年进行一次校准。操作员可以每天用标准计数块进行标准计数，以检测仪器的校准状况和检测功能。

检测的速度

一次仪器检测的全部过程耗时不到5分钟，相对于灌沙法或取芯法大约30分钟完成一次检测，核子仪允许进行更多的检测并对项目的质量进行统计分析。 简单和安全的操作 A操作员几乎不可能有潜在的错误。仪器进行检测只需要最低限度的指令。仪器自动计算和显示检测结果并给出单位。不同于灌沙法检测，高湿度和施工设备的震动不会影响在附近的核子仪的准确性。 B不同于灌沙法操作员，核子仪操作员所有时间可以站立，如果有危险接近，他能安全地观察正在移动的施工设备，如果有危险，可以迅速离开。

“实时”检测

核子仪在压路机通过后几分钟就可以显示检测结果。可以立即对是否需要增加碾压进行指导，可以帮助及时调整施工方法以保证获得所需要结果。