放射性核素的绝对测量

放射性核素的活度测量分为绝对测量和相对测量两个方面。不需要借助中间手段而可以直接测得放射性活度的方法，称为绝对测量方法。反之，需借助一中间手段（某一标准装置或标准样品） 才能测得放射性活度的方法，则称为相对测量方法。如果在一个没有借助于中间手段的测量方法中，它的一些校正所引入的测量误差，远远大于它的测量精密度，该方法也不能认为是一种绝对测量方法。
放射性活度的绝对测量方法，主要有量热法、固定立体角法、4π立体角法以及符合法四种。
量热法 量热法是最早应用的一种方法。1903年，居里夫妇就曾用量热法测得一克镭每小时释放的热量为100cal。
量热法的基本原理： 将待测放射性核素放入用一定材料做成的量热器中，辐射能被吸收而转换为热能，使量热器的温度升高。根据量热器的温度变化，可求出放射性核素的输出功率。再根据能量转换关系和已知的核素衰变参数，即可得到待测放射性核素的活度。放射性活度为A的核素，其输出功率为：

式中P、A、E分别为以瓦、居里、兆电子伏为单位的输出功率、放射性活度、每次衰变所放出射线的平均能量。在量热器中，待测放射性核素的输出功率，可用精确已知的电功率在尽可能相同的条件下加热量热器，由此推算出放射性核素的输出功率。也可用以下方程求出。

式中T_c为量热器的温度，T_e为量热器外壳的温度，P为待测放射性核素的输出功率，C为量热器的热容（已知）,K为量热器和外壳之间的导热系数（已知）,t为时间。
用量热法测量放射性活度的优点是准确度高(总不确定度可达0.1%左右)、稳定性好、操作安全，但是灵敏度低、测量时间较长。
固定立体角法 放射性核素在4π立体角中各向同性地放射出各种射线。测量在已知立体角中的射线数，经几何、吸收、散射、以及核衰变参数等校正，最后可得到待测放射性核素的放射性活度。这就是固定立体角法的基本原理。
固定立体角法中的主要校正是几何校正。一个在对称轴上的点源，对探测器间的立体角可以用以下公式计算：

式中R为探测器半径，L为测量样品至探测器的距离。根据射线类型的不同采用不同的探测器，一般有带窗的盖革或正比计数器，闪烁计数器，以及半导体探测器等。
固定立体角法测量的总不确定度，对α衰变核素可达0.1%；对放射X线的某些电子俘获核素一般为1～3%；对β衰变核素来说，由于吸收散射问题对测量的影响较大，总的不确定度为5%左右。
固定立体角绝对测量法的优点是装置简单，测量放射性活度的灵敏度较高，范围较宽；缺点是校正因子较多，测量的准确度不高。
4π立体角法 4π立体角法一般是将测量样品置入探测器中，因而基本上可测量放射性核素在4π立体角内所放射出的全部射线，并且还可减小或避免一些散射和吸收的影响，这就克服了固定立体角法中校正过多的缺点，提高了测量的准确度。
4π立体角法可分为4π气体计数法和4π液体闪烁计数法两类。
由于4π气体计数器的结构和测量对象的不同，4π气体计数法又分为若干种。4π盖革或正比计数法，主要是用4π盖革计数器或4π正比计数器测量α、β衰变的放射性核素的固体样品。4π内充气计数法是将待测的气态β-衰变的放射性核素，如3H、14C等，和4π正比计数器的工作气体混合，一起充入计数器内计数。4π高气压正比计数法，是将4π正比计数器工作气体的压力增大，从几个大气压直到几十个大气压，从而能测量一些仅放射X线和γ线的电子俘获核素的放射性活度。
4π气体计数法中影响测量准确度的主要校正是源的自吸收校正，因而，样品制备质量的优劣(如样品的厚度、均匀度、膜导电等)和测量的准确度有密切关系。一般来说，其总不确定度为1%左右。
4π液体闪烁计数法用于绝对测量的突出优点是可以直接测量含有待测放射性核素的溶液，避免了固体样品的制备以及自吸收校正等。其基本原理和方法可参见“液体闪烁测量”条。
在4π液体闪烁绝对测量法中，影响总不确定度的主要校正为零几率校正。零几率指在液体闪烁体中，放射性核素发生一次衰变，而在光电倍增管的光阴极上没有产生一个光电子，从而没有获得一个可探测信号的几率。用4π液体闪烁计数法测量放射性活度的总不确定度，对α衰变核素可达0.1%，对β衰变核素可达1%左右。
此外，还有4π NaI(Tl)、4π CsI(Tl)等4π固体闪烁计数法，但由于可测量的对象有限，准确度较差而应用不多。4π立体角绝对测量法，尽管比固定立体角法大大提高了一步，但由于自吸收和零几率校正的存在，仍限制了测量准确度的进一步提高。
符合法 本法是以概率论为基础的一种绝对测量方法。它的优点是测量值的准确度不太依赖于被测核素的核参数及探测器的探测效率等因素，因此，测量准确度高，应用也最广。
符合测量装置及一般方法参见“符合、反符合测量”条。用于放射性核素绝对测量的符合法，其基本原理可以4πβ-γ符合为例说明如下：
设No是待测核素的活度（衰变率）,Nβ、Nγ为β探测器和γ探测器的真正计数率，Nc为真正的符合计数率，Eβ、Eγ为β探测器对β线和γ探测器对γ线的探测效率。于是，
在β探测器，Nβ=No·Eβ
在γ探测器，Nγ=No·Eγ
在符合线路，Nc=No·Eβ·Eγ
解联立方程，
在实际工作中，情况要复杂得多，例如β探测器对γ线的效率往往不是零，源往往不是真正的点状源，真正的计数率需要经过几何条件、死时间、自吸收等很多因子的校正，真正的符合计数率需要经过偶然符合、符合分辨时间等因子的校正，所以在计算N₀时，需要进行一系列校正实验及运算。
根据核素衰变类型的不同，除β-γ符合外，还有γ-γ、X-γ、α-γ、X-X等不同类型的符合。根据所用探测器的不同，又可分为以4π正比计数器为探测器的各类符合方法，和以4π液体闪烁计数器为探测器的各类符合方法。对于纯β源，有利用可进行符合测量的放射性核素作示踪物的效率示踪法； 对一些衰变纲图较复杂的核素还有效率外推法可供应用，而对于某些寿命较短的同质异能跃迁核素，则可采用反符合法。
符合法测量活度的总不确定度一般在0.5%左右，最好可达0.1%。