在测量饮用水中的总α放射性时，根据测量时用来校准效率的标准源不同，总α放射性测量分为用电镀源校准的有效厚度法(又称厚样法)、用α标准溶液(α粉末标准源)校准的比较法或厚源法。国际上根据样品源质量厚度的不同将总α的测定方法赋予了不同的定义，如薄源法主要针对应急水样和放射性废水样品，其铺样厚度要求不超过5A mg/cm^2[1-3]，厚源法通常推荐铺样厚度至少为10A mg/cm^2[4](A为样品盘面积，cm²)。

由于α射线的自吸收特性，总α放射性测量方法都对铺样厚度有着严格的要求，有效厚度法要求测量时样品盘中样品源的质量厚度必须等于或大于α粒子在样品中的有效厚度δ，有效厚度是指在样品的最底层所射出的α粒子，垂直穿透样品层及其表面后，其剩余能量刚好能触发仪器且被仪器记录下来的那一层样品的厚度^[5]。δ的值不仅与α粒子的能量有关，也与仪器和测量条件有关，需通过实验测定；厚源法和比较法则要求用来刻度效率的标准源厚度、几何分布等与待测样品源一致。

本研究针对不同厚度的标准源和样品源，通过实验讨论了制源厚度对效率和计数率的影响，以提高方法的准确性和可操作性，为我国相关标准的修订提供技术支撑。

材料与方法

1. 仪器：低水平α/β测量仪(BH1227型，样品盘直径4.5 cm，北京核仪器厂)。

2. 标准物质：钚标准平面源，表面发射率为1.346×10³(min·2πsr)^-1，²⁴¹Am粉末标准源，比活度10.3 Bq/g，均来源于中国计量科学院；²⁴¹Am标准溶液，比活度124.55 Bq/ml，来源于美国国家标准与技术研究院(NIST)；天然铀标准溶液，比活度10.08 Bq/ml，由中国原子能科学研究院用U₃O₈标准物质(GBW04201)制备而来。

3. 测量方法：取1 L水样加入20 ml浓硝酸酸化，置于电热板上微沸蒸发至50 ml后加入1 ml浓硫酸，然后置于沙浴上加热至干，放入马弗炉中350℃灰化1 h后储存于干燥器中冷却，将残渣研磨成粉末后在测量盘上均匀铺样制备成样品源，进行α计数测量^[6]，测量时间均设置为100 min/次×10次。

4. 研究方法

(1) 研究质量厚度对探测效率的影响：将²⁴¹Am标准物质粉末制备成一系列质量厚度为2A~20A mg/cm²的标准源，测量总α计数，根据已知活度计算相应的探测效率，绘制质量厚度与探测效率关系图。

(2) 测定有效厚度：在自来水中分别加入²⁴¹Am和天然铀标准溶液，制备成样品源进行测量。以样品源的质量厚度(mg/cm²)为横坐标，净计数率为纵坐标作图，绘制α自吸收曲线，分别延长自吸收曲线的斜线段和水平线段，其交会点所对应的质量厚度即为样品源的有效厚度δ(mg/cm²)。

(3) 研究质量厚度对计数的影响：取某地区地下水制备成一系列质量厚度为2A~20A mg/cm²的样品源，每种质量厚度做4组平行实验，以α净计数率为纵坐标，质量厚度为横坐标，绘制样品质量厚度与α净计数率的关系曲线。

5. 计算公式：按有效厚度法公式(1)及厚源法公式(2)计算。

$ {A_\mathit{\alpha }}{\rm{ = }}\frac{{4W({\mathit{n}_{\rm{x}}} - {\mathit{n}_0}) \times 1.02}}{{F\mathit{\eta }V\mathit{\delta }S}} $

(1)

$ {A_\mathit{\alpha }}{\rm{ = }}\frac{{W({\mathit{n}_{\rm{x}}} - {\mathit{n}_0}) \times 1.02}}{{{\mathit{\varepsilon }_\mathit{\alpha }}FmV}} $

(2)

式中，A_α为水中总α放射性活度浓度，Bq/L；W为水样残渣的总质量，mg；n_x为样品源的α计数率，s^-1；n₀为仪器的α本底计数率，s^-1；F为α放射性回收率；η为α电镀源在仪器2π方向的计数效率；V为水样的体积，L；δ为样品源的有效厚度，mg/cm²；S为样品盘面积，cm²；1.02为水样加入硝酸的体积修正系数；4为样品源2π方向表面逸出的α粒子数等于有效厚度层内α衰变数的1/4的校正系数。ε_α为仪器测量标准源的α计数效率，s^-1·Bq^-1；m为制备样品源的水样残渣的质量，mg。

结果

1. 粉末标准源质量厚度对探测效率的影响：由于α粒子存在自吸收现象，探测效率会随着质量厚度发生变化，因此需要制备一系列不同厚度的标准源，绘制质量厚度与探测效率关系图。该校正曲线并无精确的数学模型，对该效率曲线进行拟合后，发现与幂函数模型拟合程度较好，R²＞0.99，拟合曲线方程为y=0.425 4x^-0.744(R²=0.990 2)，见图 1。Fernández Timón等^[7]使用蒙特卡罗模拟评估典型α计数器对²⁴¹Am粒子的探测效率，根据该数学模型来说明自吸收对质量厚度的依赖性，模拟得出的效率曲线与本研究一致。

2. 测定有效厚度：结果见图 2。实验测得有效厚度δ₁=4.31 mg/cm²(²⁴¹Am)，δ₂=4.02 mg/cm²(U)。上述两种标准物质测得的有效厚度值均与GB 5749标准中推荐的经验值δ=4 mg/cm²接近。

3. 样品源质量厚度对计数的影响：测量结果见图 3。α计数率在质量厚度为2A~5A mg/cm²时近似处于线形增长趋势，随着质量厚度的不断增加，>5A mg/cm²时，样品源计数率基本不变，考虑到铺样均匀性和易操作性，在实际水样分析时铺样质量厚度一般取10A mg/cm²。

4. 有效厚度法与厚源法的比较：分别根据有效厚度法式(1)及厚源法式(2)计算由同一水样制得的样品源在不同质量厚度下的总α放射性活度浓度，结果见表 1。有效厚度法中有效厚度δ取4 mg/cm²，α电镀源效率为79.32%(使用钚标准平面源测量得出)。

通过比较两种方法的计算结果得知，对于同一样品源，质量厚度在7~20 mg/cm²得到的结果均较为稳定，而在10 mg/cm²时二者的测量结果最为一致。

讨论

一般来说，饮用水中总α放射性测量的标准源主要基于被检测水中可能含有的放射性核素去选择，标准源和样品源的制备应尽可能在厚度、核素分布和能量等方面一致。但是往往待测水样成分复杂，无法事先得知其含有的放射性污染核素种类，因此，在大多数情况下，标准源选取单一的放射性核素，同时需考虑自吸收校正。人工放射性核素通常选择²⁴¹Am和²³⁹Pu，但²³⁹Pu中可能存在的²⁴¹Pu的干扰，且高纯度的²³⁹Pu提取较为困难，²⁴¹Am的γ射线或其对β串道的干扰；天然放射性通常选择天然铀标准物质，但需要确定其同位素丰度数据才能从铀的浓度值计算出准确的活度值。国际标准化组织(ISO)推荐总α测量的标准源是²⁴¹Am和²³⁹Pu，并优先选用前者^[4]。美国环境保护署(EPA)推荐使用天然铀、²³⁰Th以及²⁴¹Am^[2-3]。综合考虑，选择²⁴¹Am和天然铀标准溶液，及其与水蒸发残渣具有相同或相近的化学成分及物理状态的标准物质粉末作为总α放射性测量校准的标准物质。

在饮用水的总α放射性测量中，厚度亦是影响分析结果的重要因素，包括水样的有效厚度、样品源的质量厚度及标准源的质量厚度。样品源的质量厚度影响着净计数率，而标准源的质量厚度影响着仪器的α计数效率，这些都会对最终结果起决定性作用。采用粉末标准源计算探测效率，当粉末标准源质量厚度在2A~7A mg/cm²时，探测效率在25%~10% 变化较大，质量厚度>9A mg/cm²时，质量厚度对探测效率的影响较小。虽然可以根据相同铺样厚度的标准源对样品计数进行校正，但若标准源质量厚度低于7A~9A mg/cm²时，探测效率随着铺样量变化范围较大，为减少样品源与标准源因质量厚度差异导致的探测效率的偏差，分析过程中应尽可能选择>9A mg/cm²铺样厚度。而对于有效厚度法，铺样厚度则一定要大于有效厚度，并且为了避免铺样不均匀，以及操作方便性，铺样厚度一般大于2个有效厚度^[8]。

在本研究中，²⁴¹Am和天然铀两种标准物质测得的有效厚度值均与经验值δ=4 mg/cm²基本一致，水样的质量厚度达到10 mg/cm²时，能同时满足有效厚度法和厚源法对铺样厚度的要求，且两种方法的测量结果在此质量厚度下最为一致。综上所述，为减少因样品源质量厚度不同引起的总α计数率偏差、因标准源质量厚度不同所致的探测效率的偏差，在分析水中总α放射性时，建议将铺样厚度统一为10A mg，这也与ISO要求一致。

利益冲突  无

作者贡献声明  钱宇欣负责实验操作、数据汇总分析及文章撰写；尹亮亮、谢雨晗负责样品制备和数据分析；吉艳琴负责方案设计、组织并指导实验研究、数据分析及论文修改