从芬兰图尔库到全球实验室:液闪黄金基准的传承与新生
近日,生态环境部发布《关于公开征求〈环境 γ辐射剂量率的测量氟化锂(镁、铜、磷)热释光累积法(征求意见稿)〉等25项国家生态环境标准意见的通知》,一次性征求意见的25项标准中,液体闪烁计数法相关标准高达7项,包括水质碳-14测定、核设施气态/液态流出物氚测量、铁-55分析、锶-89/90切伦科夫计数法、碳-14气态流出物测量以及应急水中总α放射性快速测定等关键方法,标志着液体闪烁计数技术在国内核监测与环境检测领域进入新一轮标准化高潮。
在这7项含液闪验证数据的标准中,我们对所有验证记录进行了逐条梳理——41条有效设备记录中,出现频率最高的仪器只有一个:Quantulus 1220,占比高达36.6%。从辽宁省核与辐射监测中心到福建福清核电,从广东省环境辐射监测中心到江苏核电,来自芬兰图尔库的Quantulus 1220,是国内大部分液闪标准测试数据的输出源头,堪称中国液闪标准体系的事实基准。
一、Quantulus 1220:一个时代的黄金基准
1. 小城孕育经典:Quantulus 1220 研发溯源力
Quantulus 1220诞生于上世纪80年代的芬兰图尔库(Turku)——这座坐落于波罗的海沿岸的北欧小城,凭借WALLAC公司的核测量技术积淀,为世界贡献了一台堪称传奇的超低本底液体闪烁计数器。
2. 碾压级本底抑制,成为 IAEA 标配基准仪器
它的设计哲学今天看来依然令人叹服:重达630公斤的被动铅屏蔽体,配合主动塑料闪烁体反符合探测器,构成了“被动+主动”双重屏蔽的经典架构。这一设计使1220在氚(³H)测量中实现了低于0.8 CPM的超低本底计数率,这在当时乃至此后很长一段时间内,都是全世界液闪测量的性能天花板。凭借这一压倒性的本底抑制能力,Quantulus 1220迅速成为国际原子能机构(IAEA)同位素水文实验室、各国核监测中心及顶级环境实验室的黄金配置。在随后的三十余年里,它参与了数以万计的地下水定年、核设施流出物监测、环境放射性调查项目,其测量数据被写入无数标准、规范与方法学论文。正如IAEA与Hidex联合发表于2024年的最新研究论文所指出的那样:“Quantulus 1220数十年来一直是超低水平³H分析的基准仪器。”
二、从图尔库到新加坡:一段不应被遗忘的质量变迁
1. 产线易地,品控分化
尽管Quantulus 1220成就斐然,但其命运在21世纪初发生了转折。WALLAC公司先是被EG&G收购,随后辗转并入PerkinElmer(PE)旗下。伴随着制造基地从芬兰图尔库迁移至新加坡,业界开始注意到一个令人遗憾的变化:新加坡生产的1220在性能一致性、本底稳定性和长期可靠性上,均不及原产芬兰的版本。这并非个别用户的感受,而是逐渐沉淀为行业内的普遍认知。
2. 机型落幕,需求空缺
2010年代初,PE正式宣布Quantulus1220停产。这台曾经定义了“超低本底液闪”的仪器,带着三十余年的辉煌与遗憾,退出了历史舞台。
3. 新品短板,难追前代
然而,它留下的不仅是技术遗产——更是一个空白的市场缺口。1220的用户群体遍布全球核监测、环境检测、水文地质与计量实验室,这些机构在1220停产后,面临着一个尴尬的现实:市面上没有一款能够真正替代1220的超低本底液闪仪器。PE后续推出的6220、5110TR等型号,在屏蔽设计上做出了简化,更多使用主动屏蔽来降低本底(GCT+BGO),本底分布图太过单一,性能与1220存在客观差距;而其他厂商的产品,在本底抑制这一核心指标上也始终未能比肩。
三、图尔库的火种不灭:HIDEX与ULLA的诞生
1. 故事并未终结于1220的停产
在1220的诞生地——芬兰图尔库,一群来自原WALLAC技术团队的工程师并未随公司流转而离开。他们深知,真正的超低本底液闪测量,需要的不仅是电子学算法的进步,更离不开物理屏蔽的扎实设计。2022年,在他们创立的Hidex Oy公司,新一代超低本底液闪计数器——HIDEX ULLA™(Ultra-Low-Level-Analyzer)正式问世。ULLA继承了1220最核心的设计理念,并在此基础上完成了全方位的技术跃迁:
2. 同源同构的屏蔽体系
ULLA同样采用了足够重量的被动铅屏蔽 + 主动塑闪反符合探测器的双重屏蔽架构,确保本底抑制能力不逊于、甚至超越原版1220。IAEA与Hidex联合测试的结果显示:ULLA在优化条件下实现了0.58 CPM的氚本底,与1220时代的数据一脉相承。
3. 从相对测量到绝对活度测量(TDC
这是ULLA相对于1220最本质的技术跨越。1220依赖标准源和淬灭校正曲线进行效率校准——本质上是相对测量。ULLA则内置了TDCR(三管双符合比)绝对活度测量技术,通过三路PMT的双符合与三符合计数率之间的数学关系,直接推算绝对探测效率,无需标准源即可获得样品的绝对活度。这一升级使测量结果从“依赖标准量值溯源”变为“可独立自证”,从根本上提升了计量的严谨性
4. α/β脉冲形状甄别的重大升级
1220虽然具备一定的α/β分辨能力,但限于当时的电子学架构,其性能与灵活性远不及ULLA。ULLA的α/β PSA(脉冲形状甄别)技术逐脉冲记录衰减时间信息,生成“计数-道址-衰减时间”三维数据文件,可在测量结束后对每个脉冲进行回溯性判别。即使面对未知核素或前期分类误差,也可通过调整PLI阈值精确修正,无需重新制样或复测——这在1220时代是不可想象的。上图为Hidex的液闪使用2D/3D图形工具进行α/β射线的区分的示意图,其中:x坐标为道址,y坐标为PLI,z坐标为计数(以不同颜色表示大小)。
四、一个时代的延续
2024年,IAEA同位素水文学实验室的Lorenzo Copia与Hidex合作,在《Applied Radiation and Isotopes》期刊上发表了ULLA的系统评估论文。结论清晰而有力:“ULLA在测量超低水平氚浓度方面表现出色,展现了极高的精密度和准确度……该系统在长时间段内的稳定性保证了其在常规超低水平³H分析中的可靠性。”
从1980年代的WALLAC Quantulus 1220,到2023年的HIDEX ULLA,四十年间,技术在变,制造商在变,但不变的是那座名为图尔库的芬兰小镇——全球液闪黄金基准的诞生之地,如今又成为液闪新纪元的起点。对于中国的核监测、环境检测与计量实验室而言,当25项新建液闪标准即将落地实施,当原有的1220机群已陆续进入超期服役阶段,来自同样血脉、同样工艺土壤的HIDEX ULLA,或许正是那个让“黄金基准”得以延续的选择。
