核電廠液態流出物中鍶-89 和鍶-90 的液閃計數快速測定

方春鳴 楊帆 郭小翠

摘 要：建立了一種核電廠液態流出物中鍶-89 和鍶-90 的分析測量方法，通過陽離子交換樹脂富集液態流出物中鍶-89 和鍶-90，以鍶樹脂分離鍶-89 和鍶-90，用低本底閃爍譜儀為測量儀器進行測量，并對相關測量條件進行分析研究。本方法簡化了核電廠液態流出物處理流程，并且能夠同時測量多個核素，滿足核電廠液態流出物中鍶-89 和鍶-90 的分析要求。

關鍵詞：液態流出物;鍶-89;鍶-90;液閃計數法

中圖分類號：O657. 4 文獻標識碼：A

鍶-89 和鍶-90 是核電廠反應堆內的重要裂變產物，是核電廠液態流出物排放時需重點關注的核素[1-2] 。目前，核電廠液態流出物中無相關的鍶-89 和鍶-90 測量標準。國內核電廠多采用萃取色層法分析液態流出物中的總鍶和釔-90，采用低本底α / β 計數器進行測量，以釔-90 的衰變率計算鍶-90 的活度濃度，以總鍶及釔-90 的衰變率差值計算鍶-89 的活度濃度[3-4] 。但該方法操作步驟多、分析周期長、化學回收率低，不利于核電廠液態流出物中鍶-89 和鍶-90 的快速測定。

液體閃爍計數對高能β 核素有較高的計數效率，該檢測技術被廣泛應用于高能β 核素的測定[5-8] 。Grahek 等人[9] 采用切倫科夫計數法測定液態流出物中鍶-89 和鍶-90，該方法探測下限較高。Lee 等人[10] 采用液體閃爍計數法測量鍶-90，并未給出同時測量鍶-89 的具體方法。本研究選擇陽離子交換樹脂富集液態流出物中的放射性鍶，使用鍶樹脂對放射性鍶進行分離和純化后，用低本底液體閃爍譜儀測量。該方法能同時分析測量液態流出物中的鍶-89 和鍶-90，較傳統分析方法提高了探測效率，縮短了檢測時間，降低了分析測量成本，實現了核電廠液態流出物中鍶-89 和鍶-90 的快速測定。

1 實驗部分

1. 1 試劑與儀器

鍶-89 標準溶液：307 Bq/ g，中國計量科學研究院;鍶-90 標準溶液：98. 6 Bq/ g，中國計量科學研究院;鐵、鎳、鉻、鋅、鈷、鍶、釔載體溶液（ 各為2. 00 mg/ mL）及鍶載體溶液（20. 00 mg/ mL），北京萬佳首化生物科技有限公司;鍶樹脂（ 二環已烷并-18-冠-6 衍生物）、DGA 樹脂（N，N，N′，N′-四-2-乙基己基二羥基乙酰胺），法國 TRISKEM公司;陽離子交換樹脂（以苯乙烯-二乙烯苯聚合物為骨架，磺酸基團為離子交換功能團），美國EICHROM 公司;Ultima Gold AB 閃爍液，美國 PE公司;硝酸、草酸，均為市售分析純。

Quantulus 1220 低本底液體閃爍譜儀（對無猝滅碳-14 源探測效率在95%以上），美國PE 公司產品;ICP-AES 電感耦合等離子體原子發射光譜儀，美國PE 公司產品。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 鍶的富集

取液態流出物樣1 L，用硝酸調節至pH = 2. 0，加入2 mL 2. 00 mg/ mL 鍶載體溶液，攪拌10 min。

準備陽離子交換柱，將交換柱固定在滴定臺上，并裝好 10 mL 陽離子交換樹脂。分別將30 mL0. 1 mol/ L 硝酸、樣品溶液以8 mL/ min 的流速依次通過陽離子樹脂。取25 mL 8 mol/ L 的硝酸以5 mL/ min 的速度通過陽離子樹脂，解吸鍶離子，收集陽離子解吸液。

1. 2. 2 鍶的分離

將鍶色層柱固定于真空抽濾箱上。分別用10 mL 8 mol/ L 的硝酸、陽離子解吸液、10 mL3 mol/ L 硝酸- 0. 05 mol/ L 草酸混合溶液以2 mL/ min 流速依次通過鍶色層柱，棄去流出液。

記錄陽離子解吸液過柱的中間時刻。用12 mL0. 05 mol/ L 硝酸溶液以1 mL/ min 流速解吸鍶色層柱，收集鍶解吸液。

1. 2. 3 鍶的測量

將鍶解吸液分別置于電熱板上加熱近干。用2. 1 mL 0. 05 mol/ L 硝酸溶液分2 次溶解，溶解液轉移至已知質量的液體閃爍瓶中，稱量得溶解液質量，記為W1 。取 0. 1 mL 溶液，用 0. 05 mol/ L 硝酸稀釋到 100 mL，用ICP-AES（電感耦合等離子體原子發射光譜法）測量鍶離子的濃度，計算鍶的化學回收率。移取18 mL 閃爍液于閃爍瓶中，加蓋密封搖勻。用酒精棉擦拭瓶壁，放入低本底液閃譜儀中，暗化30 min 后測量，測量時間為60 min。

記錄樣品測量的中間時刻，記錄儀器給出的完整β 圖譜，記錄樣品的猝滅指數。

在Quantulus 1220 低本底液體閃爍譜儀上，鍶-89 和鍶-90 實際測量的β 譜如圖1 所示。可以看出，從150 道到850 道，鍶-89 和鍶-90 及其子體釔-90 三個核素的β 譜重疊在一起，形成一個依次有2 個或3 個峰值出現的連續β 能譜分布。將從150 道到鍶-90 的β 能譜截止點700 道的區間稱為鍶-90 道或低能道，將700 道至850 道的區間稱為高能道。每次測量分別記錄樣品在兩道的計數率、樣品測量的中間時間和樣品的猝滅指數。

1. 3 鍶-89、鍶-90 及釔-90 計數效率的測定

（1）鍶-89

稱取0. 1 g 的已知活度的標準鍶-89 源放入20 mL 液閃瓶，再加入0. 2 mL 20. 00 mg/ mL 的鍶載體溶液、1. 7 mL 0. 05 mol/ L 硝酸和18 mL 閃爍液，加蓋密封搖勻，置于液閃譜儀中暗化30 min，測量60 min。

（2）鍶-90 和釔-90

準確稱取1 g 已知活度的標準鍶-90 源，加入10 mL 8 mol/ L 的硝酸、2 mL 2. 00 mg/ mL 鍶載體和1 mL 2. 00 mg/ mL 釔載體溶液，利用鍶樹脂和DGA 樹脂分別吸附和解吸鍶、釔，鍶、釔解吸液分別置于電熱板上加熱近干后，用2 mL 0. 05 mol/ L硝酸溶液溶解，加入18 mL 閃爍液，置于液閃譜儀中暗化30 min，測量60 min。

（3）標定結果

鍶-89、鍶-90 及釔-90 在不同測量道的計數效率列于表1。表中鍶-89 在低能和高能道的計數效率，分別表示為E11 和E12 。鍶-90 在低能道的計數效率，表示為E21 ，釔-90 在低能和高能道的計數效率，分別表示為E31 和E32 。

2 結果與討論

2. 1 樣品溶液與閃爍液的比例

理論上樣品溶液越少，閃爍液越多，樣品猝滅越小。若樣品溶液過少，則樣品轉移時會導致樣品損失相對加大，化學回收率降低。為確定最佳的樣品溶液與閃爍液的比例，實驗取3 個燒杯，加入12 mL 0. 05 mol/ L 硝酸、2. 00 mL 鍶載體溶液和0. 1 g 已知濃度的鍶-89 標準源，加熱蒸干。分別用1、2、3 mL 0. 05 mol/ L 硝酸溶液溶解沉淀，溶解液轉移至液閃瓶中，分別加入19、18、17 mL 閃爍液。另取3 個液閃瓶，加入0. 1 g 已知濃度的鍶-89 標準源和0. 9、1. 9、2. 9 mL 0. 05 mol/ L 硝酸及19、18、17 mL 閃爍液，用于測量探測效率。放入低本底液閃譜儀中， 暗化30 min 后測量， 測量60 min。計算鍶- 89 的回收率， 測量結果列于表2。

由表2 可知，溶解烘干樣品的溶液量由1 mL增加到3 mL，有助于提高制樣的回收率，但加入閃爍液含酸溶液越多，樣品液閃計數淬滅效應越嚴重。當比例為2 ∶ 18 時，制樣時鍶-89 的回收率在99%以上。為獲得較高的回收率， 本實驗采用2 ∶ 18 樣品溶液與閃爍液的比例。

2. 2 液閃計數與β 能譜解析

分別取0. 1 g 已知濃度的鍶-89 標準源，加入0. 2 mL 20. 00 mg/ mL 鍶載體溶液、1. 7 mL0. 05 mol/ L 硝酸，與不同閃爍液混合，置于液閃上測量，譜圖如圖2 所示，不同閃爍液的猝滅指數列于表3。

從圖2 中可以看出，測量的譜圖形狀相同，但是能道區間有差別，即不同閃爍液對鍶-89 的淬滅影響不同。從表3 中可以看出，猝滅影響UltimaGold AB

2. 3 液態流出物中鍶-89 和鍶-90 的計算通過圖1 鍶-89 和鍶-90 實際測量譜圖，可得以下關系式：

對于鍶-90，其探測下限與鍶-89 的實際活度濃度有關。當鍶-89 的實際活度濃度小于探測下限時，本底計數率為5. 63 min-1 ，本底測量時間為60 min，樣品體積為1 L，W1 為2. 1 g，W2 為2. 0 g，儀器探測效率為97. 6%， 鍶的化學回收率為85. 0%。經計算， 本方法的探測下限為0. 03Bq/ L。當鍶-89 的實際活度濃度為鍶-89 探測下限的10 倍時，鍶-89 在低能道產生的計數計入本底值，本底計數率為20. 53 min-1 ，其他參數不變。經計算，本方法的探測下限為0. 06 Bq/ L。

綜上，鍶-89 和鍶-90 方法探測下限均能滿足要求。

2. 6 準確度實驗

在1 L 核電廠液態流出物樣品中，加入不同活度的鍶-89 和鍶-90 放射源，經過上述富集分離程序，進行液閃計數后的實測結果列于表4（測得量的值已扣除實際樣品測量平均值）。

通過不同活度的鍶-89 和鍶-90 加標樣實驗，得出加標樣的加標回收率為93% ～ 103%之間，滿足《輻射環境監測技術規范》中關于放射性核素加標樣控制指標的一般要求（85. 0% ～ 115. 0%）。該方法準確度滿足要求，可用于核電廠液態流出物中鍶-89 和鍶-90 的測量分析。

2. 7 去污因子實驗

核電廠液態流出物中的55 Fe、63 Ni、51 Cr、65 Zn、58 Co、60 Co 等β 核素可能會對鍶-89 和鍶-90 的測量有干擾，在實驗中須去除這些核素。為驗證核電廠液態流出物中鍶-89 和鍶-90 的分析方法對雜質的去污能力，特開展去污因子實驗。具體實驗方法如下：將1 L 去離子水用硝酸調節pH 至2. 0，加入1 mL 鐵載體、鎳載體、鉻載體、鋅載體、鈷載體、鍶載體溶液混合均勻后，得到混合溶液，其它步驟與實驗步驟相同。用ICP-AES 測量溶液中鐵離子、鎳離子、鉻離子、鋅離子、鈷離子的濃度，測試結果列于表5。其中，去污因子為去污前后干擾離子量之比。由表5 可知，干擾元素的去污因子均大于1 000，在鍶-89 和鍶-90 的分析測量過程中，鐵、鎳、鉻、鋅、鈷這些干擾元素的放射性同位素不會對放射性鍶-89 和鍶-90 的分析測量產生影響。

2. 8 實際樣品分析

在建立了完整的實驗方法并對方法的性能指標進行驗證后，使用該方法分析了山東某核電廠兩臺機組液態流出物樣品，測量結果列于表6。

核電廠液態流出物中含有較高活度濃度的氚（105 ～107 Bq/ L）和碳-14（102 ～103 Bq/ L），而采用本方法對液態流出物實際樣品進行測量分析，鍶-89 和鍶-90 測量結果均小于探測下限，表明液態流出物中的氚和碳- 14 對本方法測量無干擾影響。

3 結論

（1）通過陽離子交換樹脂富集液態流出物中鍶-89 和鍶-90，以鍶樹脂分離鍶-89 和鍶-90，利用液閃計數對所得到的雙標記或多標記放射性核素β 能譜進行解析，可以實現對核電廠液態流出物中鍶-89 和鍶-90 的快速分析測定。

（2）樣品液閃計數猝滅———計數效率曲線的測定，可以直接用內標準法或利用具有相同同位素成分的空白樣品加標進行。

（3）由于液閃計數對于所有樣品配比和所用閃爍液一定的樣品，只要樣品的猝滅指數一致，就會給出分布相同的β 能譜。因此，樣品的測量應注意檢查被測樣品的猝滅指數，以保證每個樣品測量的準確性。

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