1.3 - 利用萃取闪烁体与脉冲形状甄别技术实现α、β、γ辐射的分离

1.3 - 利用萃取闪烁体与脉冲形状甄别技术实现α、β、γ辐射的分离

2026年02月26日

目前用于放射性核素分离的萃取剂已发展出多种形式，包括萃取色谱柱（EICHROM、TRISKEM）、选择性盘式过滤材料（3M Empore）、液态萃取闪烁体（3M EMPORE）以及塑料闪烁体微球（巴塞罗那大学研发）。

溶剂萃取的基本原理及重要放射性核素的萃取特性详见[Moebius and Moebius 2012]文献，相关萃取剂信息可参考表6。萃取色谱法的详细说明见第2.2.1.5章和2.3.2章，塑料闪烁体微球技术详见第2.3.3章。

本手册中涉及的分析流程（如针对镭、氡、铀、锶、镍、铁和钚的检测方法）大部分都将溶剂萃取作为核心分离步骤。

在萃取闪烁体中，选择性萃取剂与闪烁液混合在一起。测量前，需将萃取闪烁体与待测水相接触，主要承担选择性分离和/或富集α辐射体的功能。放射性核素的分离与测量的样品制备可在单个分析步骤中完成。

组合使用不同特性的萃取闪烁体，可建立核电站中锕系元素的快速测定，相关方法参见[Bickel et al. 1992]、[Lauria et al. 1987]、[Möbius and Yang 1989]及[Yang et al. 1990, 1991]。针对水环境样品中天然放射性核素（氡、镭、铅、钋）的萃取闪烁体分析流程，在《液体闪烁谱分析手册》[Moebius and Moebius 2012]中有详细阐述，也可参考[Möbius et al. 1993]和[Yang et al. 1992]文献。市售萃取闪烁体产品汇总于表2。

基于HDEHP萃取闪烁体的铀同位素分析方法见第2.2章。

有机体系的萃取闪烁体还具有优良的α/β脉冲形状甄别能力（参见图6、15、16）。

表2：市售萃取闪烁体（3M EMPORE）

脉冲形状甄别（PSD）技术基于α与β/γ脉冲持续时间的本质差异。α 射线具有较高的比电离能力，在液态闪烁体系中，其能量无法完全传递给闪烁分子，导致α能谱向低道数偏移并且整个能谱峰形展宽，最终使得α能谱出现在中高能β辐射体的能区范围内（图13）。因此混合放射性核素会使能谱变得复杂。

通过分析闪烁过程中光子发射的时间特性，可观察到两个不同区段：主要部分呈现纳秒级的快速指数衰减，另一组分则因三重态跃迁产生数十微秒级的慢速脉冲衰减。这两种衰减的分布比例与辐射类型密切相关，电离密度越高的粒子其慢衰减成分占比越大。因此α辐射以慢衰减成分为主，而β和γ辐射则以快衰减成分为主。

电子学脉冲形状甄别通过设置时间门控，将持续时间长30-40纳秒的α脉冲信号单独采集至特定道宽（图4）。最佳PSD甄别水平可通过多道分析器的脉冲可视化功能进行优化。理想的α/β甄别要求脉冲信号不受闪烁液、淬灭效应及电子学记录系统的干扰。尽管该技术早在1986年就已发表[McDowell 1986, 1991, 1994]，但实现α道β干扰低于0.1%的商用液闪计数器近二十年才趋于成熟。当前商用LS计数器的α/β甄别性能因制造商而异，均采用脉冲持续时间与脉冲幅度双重分析机制。

图4：α与β/γ信号脉冲持续时间及其在多道分析器中的表征

图5：含氡有机样品的α/β-PSD能谱

α/β甄别的计数器校准方案详见第2.1.3章。

参考文献

[1] Bickel M., Möbius S., Kilian F. and Becker H. 1992: Investigations on a rapid method for the estimation of alpha activity content in nuclear power plant primary coolant; Radiochimica Acta 57 (1992) 141-151.

[2] Lauria D. C., Möbius S. and Keller C. 1987: Messung von a-Strahlern durch extrahierende Szintillatoren; Wiss. Abschlußber. 22. Internat. Seminar Univ. Karlsruhe, Karlsruhe: pp 55-66.

[3] McDowell W. J. 1986: Alpha counting and spectrometry using liquid scintillation methods; National Academy of Sciences – National Research Council, Nuclear Science Series; Radiochemistry Techniques. Report NAS-NS-3116, pp 88-89.

[4] McDowell W.J. and McDowell B.L. 1991: Liquid scintillation alpha spectrometry: a method for today and tomorrow; in: H. Ross et al. “Liquid Scintillation Counting and Organic Scintillators”, pp 105-122, Lewis Publishers, Chelsea, Michigan.

[5] McDowell W. J. and McDowell B. L. 1994: Liquid Scintillation Alpha Spectrometry, CRC Press, Boca Raton, Florida.

[6] Möbius S. and Yang D. 1989: Neue Wege zur Bestimmung von Alpha-Strahlern; GIT Zeitschrift für das Laboratorium 8 (1989) 1013-1014.

[7] Möbius S., Kamolchote P. and Roeksbutr W. 1993: Use of extractive scintillation and pulse shape analysis for environmental alpha-assay; The Science of the Total Environment 130/131 (1993) 467-471.

[8] Möbius S., Kamolchote P., Ramamonjisoa T. L. and Yang M. 1993: Rapid detemination of Ra, Rn, Pb and Po in water using extractive liquid scintillation; in: J.E.Noakes et al., “Proceedings Liquid Scintillation Spectrometry 1992”, pp 413-416, Radiocarbon 1993, Tucson.

[9] Moebius S. and Moebius T. L. 2012: Handbook of Liquid Scintillation Spectrometry, DGFS e.V. and Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe 2012.

[10] Yang D., Zhu Y., Möbius S. and Keller C. 1990: Simultaneous determination of alpha and beta-emitting nuclides by liquid scintillation counting; J. Radioanal. Nucl. Chem., Letters 144(1) (1990) 63-71.

[11] Yang D., Zhu Y. and Möbius S. 1991: Rapid method for alpha counting with extractive scintillator and pulse shape analysis; J. Radioanal. Nucl. Chem., Articles 147(1) (1991) 177-189.

引用信息： 

HIDEX公司官网：https://www.hidex.com/hidex-methods/introduction/separation-of-alpha-beta-gamma-radiation-by-extractive-scintillators-and-pulse-shape-discrimination

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