石膏建筑材料放射性检测结果的不确定度评定

摘要：根据GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》和JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》等标准规定要求，对影响建筑石膏样品放射性检测结果的各相关不确定度分量进行分析、评定和量化，求出合成标准不确定度，最终给出内照射指数和外照射指数的不确定度评定报告。

关键词：建筑材料；脱硫石膏；放射性；不确定度

1 概述

GB50325-2010《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（2013年版）标准第3.1、5.2条明确规定了建筑主体材料和装修材料的放射性限量值及要求，且放射性限量检测标准GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》第3.1、3.2条也对建筑主体材料和装饰材料有规定： 必须进行放射性核素镭-226、钍-232和钾-40的放射性比活度的测定；并在对脱硫石膏、粉煤灰、建筑垃圾、市政污泥、垃圾飞灰等工业固体废弃物进行资源化利用过程中， 需对原材料及其制品进行放射性的测试，以避免射线对人体的危害。测量不确定度是表征合理地赋予被测之值的分散性， 与测量结果相联系的参数，通过CNAS认可的实验室在从事检测活动中必须能够进行不确定度的评定，又GB6566-2010标准中4.5条对放射性检测结果的测量不确定度有具体的限值要求，因此，对样品放射性结果的测量不确定度进行评定是必要的。本文对采用脱硫石膏利用轮窑余热联合制备的建筑石膏放射性检测结果进行不确定度的分析及评定，量化了各相关不确定度分量，求出了合成标准不确定度和扩展不确定度， 为建筑主体材料和装修材料的内照射指数和外照射指数的不确定度评定提供参考。

2 测量方法

2.1 测试环境

温度：（20±3）℃，湿度：≤65%。

2.2 仪器设备

低本底 NaI（MCA）多道γ能谱仪；采集软件（BH1324 型一体化微机多道分析器）；处理软件（SPAN/WinNaI碘化钠-射线谱分析软件）；标准源（中国计量科学研究院）；ϕ 75mm×70 mm样品盒；天马TD10001电子天平（0.1 g/1 000 g）；所用仪器设备均进行了计量检定。

2.3 测试步骤

检测方法参照GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》的要求进行：将样品磨细过0.16 mm筛，然后把粒径小于0.16 mm的试样放入与标准样品几何形态一致的样品盒中，且装样体积尽可能与标准源的体积相同，称重（精确至0.1 g）、密封、待测；密封保存7 d使样品中天然放射性衰变链基本达到平衡后，在与标准源测量条件相同的情况下，并使低本底多道γ能谱仪预热30 min后，采用其对放射性核素镭-226、钍-232、钾-40比活度进行测量，测量时长3.5 h。

3 数学模型

内照射指数：IRa=CRa/200

外照射指数：Ir=CRa/370+CTh/260+CK/4200

式中CRa、CTh、CK分别为样品中天然放射性核素镭-226、钍-232和钾-40的放射性比活度，单位为（Bq/kg）。

4 测量不确定度的评定

由数学模型结合测试方法分析，影响石膏建筑材料放射性测定的不确定度从A类和B类进行分析评定，主要包括以下几个方面：

4.1 A类不确定度评定

A类不确定度（检测结果的重复性引入的不确定度）的主要来源为：多道γ能谱仪的长期稳定性、石膏样品测试各道计数率的偏差、计算软件将石膏样品谱图与本底和标准源谱图拟合分析的偏差、石膏样品探头的不同位置、石膏样品本身在不同时间的放射性差异。由于A类不确定度是用统计方法来确定的，故对同一石膏样品，分成10份后进行放射性核素重复性测试，其结果如表1。

表1 石膏样品放射性核素测试结果

序号	样品质量m/g	CK/Bq·kg-1	CRa/Bq·kg-1	CTh/Bq·kg-1	IRa	Ir
1	204.1	168.58	9.07	6.13	0.05	0.09
2	204.1	196.14	8.86	6.04	0.04	0.09
3	204.2	205.63	8.89	5.97	0.04	0.10
4	204.2	213.07	8.81	6.00	0.04	0.10
5	204.3	229.92	8.77	5.93	0.04	0.10
6	204.3	231.68	8.82	5.97	0.04	0.11
7	204.0	198.02	8.82	5.95	0.04	0.09
8	204.0	187.94	8.84	5.96	0.04	0.09
9	204.4	217.34	8.89	6.02	0.04	0.10
10	204.2	206.67	8.82	5.98	0.04	0.10
均值	204.2	205.50	8.86	6.00	0.04	0.10

4.1.1 CRa 重复性测试引入的相对标准不确定度μrel,1(Ra)

由表1，经贝塞尔公式计算可得样品中核素镭-226放射性比活度CRa 单次测试的标准偏差: S(CRa)=(8.28×10-2)Bq/kg。日常测试时，对样品进行2次测量求平均，故有样品中核素镭-226放射性比活度重复性测试引入的标准不确定度（5.87×10-2）Bq/Kg，其相对标准不确定度：

4.1.2 CTh 和CK 重复性测试引入的相对标准不确定度。

同4.1.1节，样品中核素钾-40放射性比活度重复性测试引入的相对标准不确定度μrel,1(K)=6.60%，样品中核素钍-232放射性比活度重复性测试引入的相对标准不确定度μrel,1(K)=0.68%。

4.2 B类不确定度评定

4.2.1 称量时电子天平引入的相对标准不确定度μrel,2

称量过程中引入的不确定度主要是电子天平显示分辨力和重复称量两方面引入的不确定度：μc(m1)(1) ，电子天平显示分辨力引入的标准不确定度：天平的分度值为d=0.1g，以均匀分布，有=0.029g，又称取石膏样品质量需采用加量法，需称量两次，所以0.041g; （2） 重复称量引入的标准不确定度μc(m2)称量使用的十分之一电子天平， 称量重复性标准偏差SP取0.080g，， 在实际检定时重复测试6次， 则0.033g。

将上述两个标准不确定度分量进行合成，则称量时电子天平引入的标准不确定度=0.053g; 又可得其引入的相对标准不确定度=0.026%

4.2.2 多道γ能谱仪引入的相对标准不确定度μrel,3

多道γ能谱仪的不确定度是由计量检定时测量标准的不确定度和仪器本身的测试系统不确定度引入。根据中国计量科学研究院仪器检定证书，多道γ能谱仪检定所使用的锗γ谱仪活度测量标准的扩展不确定度为(1.4~5.0)% (k=3)，此评定取其上限5.0%，即k=1时，测量标准物质引入的相对标准不确定度μrel,3(δ2)=1.30%、μrel,3(δ3)=1.33%、μrel,3(δ4)=0.83%。

4.2.3 标准源引入的相对标准不确定度

根据中国计量科学研究院出具的标准源校准证书，镭-226、钍-232、钾-40活度校准结果的扩展不确定度分别为6.5 %、6.2 %、7.3 % （k=2）， 则其相对标准不确定度μrel,4(Ra)=3.25%、μrel,4(Ra)=3.10%、μrel,4(k)=3.65%。

4.2.4 解谱软件方法的相对标准不确定度μrel,5

计量机构给出的解谱软件方法的扩展不确定度为3 %（k=1），则解谱软件方法的相对标准不确定度μrel,5=3.00%。

4.2.5 样品的粒经分布差异性引入的相对标准不确定μrel,6

样品的粒经分布差异性较大，对其核素的比活度测定结果影响较大，又样品的粒经分布差异性引入的不确定度为经验值，故其相对标准不确定度μrel,6取2.00%。

4.2.6 天然放射性衰变链引入的相对标准不确定度μrel,7

因样品放射性较小，且将其密封保存7 d后样品中的天然放射性衰变链已基本达到平衡， 因此天然放射性衰变链引入的相对标准不确定度较小，其相对标准不确定度μrel,7取0.50%。

4.2.7 环境因素引入的相对标准不确定度μrel,8

日常对实验室的检测环境控制较好，使得对检测结果的影响较小，所以环境因素引入的相对标准不确定度μrel,8取1.00%。

5 合成标准不确定度

上述因素的各测量不确定度分量之间彼此独立不相关，所以将各相对标准不确定度分量进行合成，则内照射指数IRa合成相对标准不确定度为：

=5.43%

同理，外照射指数Ir合成相对标准不确定度为：

=9.94%

因此，试样中放射性IRa和Ir的标准不确定度分别为:

0.0543×0.04=0.22%

0.0994×0.10=0.99%

6 扩展不确定度

取扩展因子k=1，则IRa的扩展不确定度URa=k·μc(IRa)=0.22%，Ir的扩展不确定度Ur=k·μc(Ir)=0.99%。

7 结论及建议

a.脱硫石膏建筑石膏放射性测定结果表达：内照射指数IRa为0.04±0.00，k=1；；外照射指数Ir为0.10±0.01，k=1。

b.脱硫石膏及其制品的放射性限量极低，在对其进行资源化利用时可不再进行放射性指标的检测要求。

c.从影响放射性测定不确定度的各分量对合成标准不确定度贡献来看，标准源、解谱软件方法、多道γ能谱仪、样品的粒经分布、环境因素引入的不确定度分量较大，因此在实际测试过程中应做好标准谱库的建立，确保检测的环境条件，制备符合标准细度的样品，才能够提高检测的准确性。

---------摘自《砖瓦》2015年第8期