127Xe定量方法开发与国际比对研究：破解核爆炸监测中的干扰难题

为解决非裂变产物127 Xe对国际监测系统(IMS)中裂变产物氙同位素(131m Xe等)定量分析的干扰问题，美国爱达荷国家实验室等团队通过中子活化富集126 Xe制备127 Xe样本，开发了高纯锗探测器(HPGe)与β-γ符合计数两种定量方法，验证了自吸收校正的有效性。该研究为核爆炸监测数据准确性提供了关键技术支撑，并探索了127 Xe作为质控材料的潜力。

　　

在核爆炸监测领域，国际监测系统(IMS)通过检测大气中四种裂变产物氙同位素(^131m
Xe、^133m
Xe、¹³³
Xe和¹³⁵
Xe)来识别违规核试验。然而近年来，美国橡树岭国家实验室附近首次检测到非裂变来源的轻氙同位素¹²⁷
Xe，其β-γ符合特征谱与IMS监测目标同位素存在严重重叠，可能导致误判。更棘手的是，现代高灵敏度监测设备（如SAUNA-III）的普及使得这类干扰风险显著增加。

为破解这一难题，美国爱达荷国家实验室联合AWE等机构开展了一项开创性研究。团队通过中子活化富集¹²⁶
Xe（纯度99.94%）制备¹²⁷
Xe样本，将其分发给不同实验室进行方法开发。研究采用两种核心技术：高纯锗探测器(HPGe)γ能谱分析和IMS标准β-γ符合计数系统。通过建立自吸收校正模型（尤其针对氙气体积依赖性效应），首次实现了¹²⁷
Xe的精准定量。

¹²⁷
Xe生产环节显示，华盛顿州立大学1MW TRIGA反应堆通过¹²⁶
Xe(n,γ)¹²⁷
Xe反应成功制备样品，同时发现高能中子还会产生干扰同位素¹²⁵
Xe。HPGe探测器效率研究中，团队选择145keV（γ1）和203keV（γ2）特征峰进行分析，通过Ortec GammaVision软件进行峰面积计算，对重叠峰实施解卷积处理。

比对结果令人振奋：两种方法测得的活度浓度差异仅0.1%，验证了自吸收校正模型的可靠性。特别值得注意的是，β-γ系统在A3（172keV）和A5（375keV）区域的计数效率表现出显著体积效应，当样品体积从1mL增至5mL时，符合计数损失达30%。HPGe谱分析还观察到级联γ射线相加效应，203keV峰面积因145keVγ射线叠加而增大约5%。

这项发表于《Applied Radiation and Isotopes》的研究具有三重里程碑意义：首次建立¹²⁷
Xe标准化定量方法，证实其作为IMS质控参考物质的可行性；揭示轻氙同位素对现有监测算法的干扰机制，为算法升级提供数据支撑；开发的自吸收校正模型可推广至其他稀有气体核素分析。正如通信作者Michael Foxe强调，随着核医学设施增多，¹²⁷
Xe的环境本底监测将成为保障CTBT履约质量的新挑战。