不同輻射監(jiān)測設(shè)備對宇宙射線響應(yīng)值的探討

陳曉云 徐云鳳 龍 庚

(黔東南州輻射環(huán)境監(jiān)測站，貴州 凱里 556000)

宇宙射線，指的是來自于宇宙中的一種具有相當大能量的帶電粒子流(質(zhì)子、中子、光子、介子等)，它是天然本底輻射的重要組成部分。在進行環(huán)境地表γ輻射劑量率的測量中，我們所監(jiān)測的數(shù)據(jù)中是包含有儀器對宇宙射線的響應(yīng)值的，在出具陸地γ輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)時，需扣除設(shè)備對宇宙射線響應(yīng)的影響[1]，其結(jié)果的準確性與儀器對宇宙射線響應(yīng)值的扣除有很大關(guān)系。

宇宙射線強度隨海拔高度和地磁緯度的變化而變化，還受太陽活動周期的調(diào)制[2]，不同海拔高度、不同經(jīng)緯度的宇宙射線空氣吸收劑量率都不相同。不同的γ輻射測量儀由于探測器材質(zhì)、體積、電子學(xué)處理方式和響應(yīng)時間等因素不同，其在不同輻射場中對宇宙射線的響應(yīng)也就不同[3]。所以有必要對黔東南州各縣(市)的宇宙射線空氣吸收劑量率進行監(jiān)測和估算，獲得儀器對黔東南州地區(qū)不同縣(市)宇宙射線的響應(yīng)值，在扣除相應(yīng)儀器的宇宙射線響應(yīng)值后，使不同測量系統(tǒng)得到的陸地環(huán)境γ輻射劑量率一致，以保障輻射環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性、科學(xué)性和可比性。

1 測量儀器及方法

1.1 測量儀器

黔東南州不同海拔高度水面宇宙射線空氣吸收劑量率測量使用了2臺我國常用的兩種儀器，其技術(shù)參數(shù)如表1。測量儀器在投入使用前都經(jīng)過了國防科技工業(yè)電離輻射一級計量站——核工業(yè)放射性計量測試中心的檢定/校準，測量工作在檢定/校準有效期內(nèi)進行。

表1 宇宙射線空氣吸收劑量率監(jiān)測儀器技術(shù)參數(shù)表

1.2 測量方法

1.2.1 測量依據(jù)

GB/T14583-93《環(huán)境地表γ 輻射劑量率測定規(guī)范》[1]中5.6.2規(guī)定了儀器對宇宙射線的響應(yīng)測量時需在水深大于3m，距岸邊大于1 km的淡水面上進行。

《電離輻射環(huán)境監(jiān)測與評價》[4]也指出：儀器對宇宙射線響應(yīng)現(xiàn)場測量通常在水深大于3m，距岸邊大于1 km的內(nèi)陸湖泊和水庫的開闊水面上的木船、玻璃鋼或橡膠材質(zhì)的船體中進行。

1.2.2 點位選擇

根據(jù)測量點經(jīng)緯度、海拔等不同條件，在黔東南州內(nèi)選擇了5個水庫，分別為獨洞水庫、塘沖水庫、遠口、東湖、三板溪水庫，測量水庫經(jīng)緯度等相關(guān)參數(shù)見表2。

表2 宇宙射線空氣吸收劑量率監(jiān)測點位明細表

1.2.3 測量要求

由于黔東南州湖庫多為狹長型，監(jiān)測時盡量選擇在湖庫中心進行，測量時每10s記錄一個數(shù)值，連續(xù)記錄50～100個數(shù)據(jù)，取其平均值為該點的測量值。測量乘坐的船只應(yīng)選取木質(zhì)、玻璃鋼或橡膠材質(zhì)的船體，測量時人遠離監(jiān)測探頭，探頭伸出船體，盡量靠近水面，最大限度的減少測量誤差。正常測量均選擇天氣晴朗的情況下進行。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

(1)水面處儀器對宇宙射線響應(yīng)值的修正

式中：D′c—儀器在湖(庫)水面上對宇宙射線的響應(yīng)值，nGy/h；

k—周圍劑量當量率與吸收劑量率的轉(zhuǎn)換因子，取1.21。

(2)陸地測點處儀器對宇宙射線的響應(yīng)值Dc的修正處理[5]

式中：D′c—儀器在湖(庫)水面上對宇宙射線的響應(yīng)值；

Dc—儀器在陸地測點處對宇宙射線的響應(yīng)值；

式中：I0—λm=0、h=0時的宇宙射線電離量值，單位為I，它隨太陽11年活動周期而變化，1984—1989年6年實測的平均值為(1.70±0.07)離子對/(cm3·s)；

h—計算點的海拔高度，m；

λm—計算點的地磁緯度，°N；由計算點的地理緯度λ和地理經(jīng)度φ按下式計算：

sinλm=sinλ·cos11.7°+cosλ·sin11.7°·cos(φ-291°)

(3)有效數(shù)字和修約規(guī)則

《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T61-2001)[1]中規(guī)定，在計算過程中一般可多留幾位有效數(shù)字位數(shù)。最終報告結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)，須限制在合理范圍內(nèi)，即實際的相對誤差與有效數(shù)字位數(shù)反映的相對誤差限要相當；對一般環(huán)境水平的測量結(jié)果，有效數(shù)字取2～3位，誤差的有效數(shù)字位數(shù)取1～2位。實際檢測工作中還應(yīng)考慮測量儀器的精密度、準確度和讀數(shù)誤差。

2 測量結(jié)果

黔東南州不同海拔高度水面宇宙射線響應(yīng)測量結(jié)果列于表3，由監(jiān)測結(jié)果可見：兩臺不同設(shè)備在同一海拔高度和經(jīng)緯度時其對宇宙射線的響應(yīng)值不同，6150AD-b較高而FH40G較低，相對偏差為29.2%。6150AD-b高靈敏度環(huán)境級γ劑量率儀水面宇宙射線空氣吸收劑量率響應(yīng)測量值范圍為23～28nGy/h，F(xiàn)H40G高靈敏度環(huán)境級γ劑量率儀水面宇宙射線空氣吸收劑量率響應(yīng)測量值范圍為10.2～15.7nGy/h。

表3 不同海拔高度水面宇宙射線監(jiān)測結(jié)果

為了驗證雨天是否對宇宙射線響應(yīng)值的測量存在影響[1]，在錦屏縣三板溪水庫進行了下雨天的宇宙射線空氣吸收劑量率的監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果列于表4，由監(jiān)測結(jié)果可見：6150AD-b高靈敏度環(huán)境級γ劑量率儀宇宙射線響應(yīng)測量平均值為41nGy/h，F(xiàn)H40G高靈敏度環(huán)境級γ劑量率儀宇宙射線響應(yīng)測量平均值為27.3 nGy/h。較同一測量地點晴天的測量值高約18 nGy/h，說明雨天測量時對實際測量結(jié)果影響較大。

表4 雨天宇宙射線響應(yīng)監(jiān)測結(jié)果

3 結(jié)果分析

通過表3中不同儀器在同一經(jīng)緯度和海拔高度的水庫上進行的宇宙射線響應(yīng)值測量結(jié)果可以看出：不同的γ輻射劑量率儀對宇宙射線的響應(yīng)不同，6150AD-b高靈敏度環(huán)境級γ劑量率儀對宇宙射線響應(yīng)值較FH40G高靈敏度環(huán)境級γ劑量率儀高，大約高出10 nGy/h左右。

下雨天宇宙射線響應(yīng)值測量結(jié)果與正常天氣測量結(jié)果比較見表5，由表可看出，6150AD-b高靈敏度環(huán)境級γ劑量率儀下雨天的監(jiān)測結(jié)果比正常情況下的測值高出78%，F(xiàn)H40G高靈敏度環(huán)境級γ劑量率儀下雨天的監(jiān)測結(jié)果比正常情況下的測值高出167%。由此可見，下雨天由于受空氣中氡子體的影響，會導(dǎo)致宇宙射線空氣吸收劑量率監(jiān)測結(jié)果偏高，實際測量中應(yīng)避開下雨天測量。

表5 高靈敏度環(huán)境級γ劑量率儀晴雨天宇宙射線響應(yīng)監(jiān)測結(jié)果比較

4黔東南州各縣(市)不同海拔高度設(shè)備宇宙射線響應(yīng)值

表6 湖(庫)水面處宇宙射線空氣吸收劑量率計算結(jié)果列表

表7 黔東南州各縣市設(shè)備對宇宙射線響應(yīng)值計算結(jié)果列表 單位：nGy/h

綜上所述，在環(huán)境地表γ輻射劑量率的測量中，γ輻射劑量率監(jiān)測儀的讀數(shù)不僅包括陸地γ輻射還包括儀器本底和儀器對宇宙射線的響應(yīng)部分等，為了準確獲得到陸地γ外輻射空氣吸收劑量率，應(yīng)扣除設(shè)備宇宙射線的貢獻。不同儀器對宇宙射線的響應(yīng)值隨測量點經(jīng)緯度、海拔的不同而變化，在實際測量工作中應(yīng)根據(jù)對應(yīng)測點處的經(jīng)緯度、海拔高度以及附近水面同一儀器所測得的宇宙射線空氣吸收劑量率響應(yīng)值，計算出測點處設(shè)備對宇宙射線的響應(yīng)，以扣除設(shè)備宇宙射線的影響，得到實際測點陸地環(huán)境γ輻射劑量率。

陸地環(huán)境γ輻射劑量率[7]的計算見下式：

Dt=k(D-Dc)

式中：Dt為陸地環(huán)境γ輻射劑量率，單位為nGy/h；

k為儀器校準因子，一般由計量檢定部門給出；

D為γ輻射測量儀在環(huán)境輻射場中的空氣吸收劑量率，單位為nGy/h；

Dc為測量儀器在陸地測點處對宇宙射線的響應(yīng)值，單位為nGy/h。

通過儀器對黔東南州水庫水面宇宙射線空氣吸收劑量率的測量、不同海拔高度結(jié)果的計算，得到了6150AD-b高靈敏度環(huán)境級γ劑量率儀和FH40G高靈敏度環(huán)境級γ劑量率儀在黔東南州各縣(市)對宇宙射線的響應(yīng)值，為今后進行輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測過程中扣除該設(shè)備對宇宙射線的響應(yīng)提供了數(shù)據(jù)的有力支撐，確保監(jiān)測工作中數(shù)據(jù)的科學(xué)性、準確性和可靠性。