中子活化分析与被动计数在环境放射性测量中的对比研究及其在熔盐堆环境影响评估中的应用

为解决环境放射性测量中传统被动γ射线计数法耗时久、样本需求大的问题，研究人员对比了中子活化分析(NAA)与被动计数法在土壤样本中测定238U、232Th和40K活度的性能。研究表明NAA可显著缩短检测周期，为美国Abilene Christian University熔盐堆项目的环境评估提供高效方案。

　　

在环境放射性监测领域，传统被动γ射线计数法虽被广泛应用，但其长达18-36小时的检测周期和严苛的样本平衡要求（如²²⁶Ra需等待30天达到衰变平衡），严重制约了大批量样本分析的效率。这一问题在美国Abilene Christian University计划建设的100千瓦熔盐反应堆（Molten Salt Reactor）环境评估中尤为突出——放射性核素分布的高度不均匀性要求快速、准确的检测手段来评估²³⁸U、²³²Th和⁴⁰K等关键核素的环境影响。

来自国外研究团队（作者单位未明确标注）的Nicholas Kaitschuck等人在《Journal of Environmental Radioactivity》发表的研究，创新性地将中子活化分析(NAA)这一多元素分析技术引入环境放射性测量领域。研究人员通过对比NAA与被动计数法对德克萨斯州10米深土壤样本的检测数据，证实NAA能在保持数据可靠性的前提下，将分析效率提升数倍，为核设施环境影响声明(EIS)提供了突破性的解决方案。

关键技术方法包括：1) 采集10米深土壤样本并制备成100克均质化样本；2) 使用高纯锗探测器(HPGe)进行被动γ射线计数，检测²¹⁴Bi、²⁰⁸Tl等衰变子体特征峰；3) 通过反应堆中子辐照实现NAA，测定²³⁹Np（反映²³⁸U含量）等核反应产物。

【Sample preparation】
研究人员将钻取的土壤样本分层研磨至250μm粒径，确保样本均匀性。这种精细处理有效降低了γ射线自衰减效应（尤其对²¹⁰Pb的46.5 keV低能γ射线），为两种方法的公平对比奠定基础。

【Passive counting using gamma-ray spectrometry】
采用20克样本的标准化几何条件进行检测，发现被动计数需依赖²²⁶Ra-²²²Rn衰变链（半衰期1630年）的长期平衡，这导致检测周期长达月计。

【Gamma ray self-attenuation】
研究揭示大质量样本（0.5kg级）中高原子序数元素会显著吸收低能γ射线，如含钡、钙的油垢样本中²²⁶Ra的186.4 keV射线衰减率可达30%，凸显NAA不受自衰减影响的优势。

【Conclusions】
NAA通过测定²³⁸U的中子俘获产物²³⁹Np，规避了被动计数法对衰变平衡的依赖，将单样本分析时间从数十天缩短至数小时。虽然采样位置差异会导致±15%的数据波动，但这对环境评估的精度要求已足够。该研究为熔盐堆等新型核设施的大规模环境监测提供了范式转换——当传统方法遭遇通量瓶颈时，核分析技术能提供更高效的替代方案。研究同时指出，对于⁴⁰K等单能γ射线发射体，被动计数仍具优势，建议根据检测目标灵活选择方法。