高海拔地區(qū)累積劑量法測量環(huán)境地表γ輻射劑量水平方法探討

黃超云，王海鵬，3， 楊 濤

(1.環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100089；2.西藏自治區(qū)輻射環(huán)境監(jiān)督站，拉薩 850000;3.中國原子能科學研究院，北京 102413)

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· 環(huán)境輻射 ·

高海拔地區(qū)累積劑量法測量環(huán)境地表γ輻射劑量水平方法探討

黃超云1,2，王海鵬1,2，3， 楊 濤2

(1.環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100089；2.西藏自治區(qū)輻射環(huán)境監(jiān)督站，拉薩 850000;3.中國原子能科學研究院，北京 102413)

介紹了在西藏自治區(qū)自海拔1 500m～4 500m高度范圍內，利用累積劑量方法測量環(huán)境地表γ輻射劑量的相關情況?？紤]到不同海拔高度宇宙射線強度相差較大，本文對不同點位測量數(shù)據(jù)扣除了宇宙射線響應值，并與地表環(huán)境γ輻射劑量率瞬時測量值進行比對，結果表明：在高海拔地區(qū)累積劑量法測量環(huán)境地表γ輻射劑量率時，監(jiān)測設備對宇宙射線的響應值可能遠大于環(huán)境地表γ輻射劑量率值，在數(shù)據(jù)分析中需重點考慮；累積劑量法與瞬時劑量測量數(shù)據(jù)相對偏差在15%內，符合較好。

熱釋光；累積劑量；宇宙射線；高海拔地區(qū)

地球上的生物都時刻受到自然界中存在的電離輻射的照射，這種照射稱為天然輻射照射。天然放射性核素有兩類，即原生放射性核素和宇生放射性核素，前者是在太陽系形成的初期階段生成的，后者則來自宇宙空間的宇宙射線及其感生放射性核素。原生放射性核素同地球的形成相關，地球上存在的主要是鈾、錒、釷系及40K。地球不斷地受到來自外太空的高能粒子的轟擊，這些宇宙射線與大氣組分中的原子核相互作用，產生級聯(lián)作用和次級反應，從而形成了大氣中的宇宙射線。在地面高度上，對劑量貢獻的主體是μ介子，在飛行高度上，中子、電子、正電子、光子和質子是最重要成分[1]。

環(huán)境地表γ輻射劑量的測量對象就是陸地上天然輻射射線的照射。熱釋光探測器是一種無源探測器，具有能量響應好、靈敏度高、量程范圍寬、重量輕、體積小、受環(huán)境因素影響小、測量方便、測量精度高、能重復使用等優(yōu)點，不但是個人劑量監(jiān)測的理想方法，而且在環(huán)境累積劑量監(jiān)測中更顯示了現(xiàn)場布放周期長、能客觀地反映出環(huán)境輻射場的實際情況的優(yōu)越性[2]。在高海拔地區(qū)，因為宇宙射線引起的外照射劑量值可能遠大于環(huán)境地表γ輻射劑量率值及累積劑量法、瞬時測量法采用設備對宇宙射線響應可能存在較大差異，本文重點對累積劑量法中扣除熱釋光劑量計宇宙射線響應值扣除方法進行研究，并與瞬時γ輻射劑量率測量結果進行比對。

1 儀器與方法

1.1 儀器

累計劑量測量采用BR200DⅢA型熱釋光劑量讀出器，配套BR2000B型熱釋光探測器冷卻爐、FJ-417型熱釋光照射器、BR1000型LiF(Mg、Cu、P)熱釋光探測器。其中熱釋光探測器用于X、γ、β射線劑量的測量，主要指數(shù)指標為：尺寸Φ4.5mm×0.8mm；線性范圍為10-7～12Gy；30keV～3Mev光子能量響應小于20%；發(fā)射光譜350nm；相對靈敏度40%～60%；重復性小于4%；室溫下存放一個月無明顯衰退；對室內散射日光、白熾燈光、熒光燈無明顯響應。

瞬時γ輻射劑量率測量采用FH40G型主機配FHZ672E-10型塑料閃爍體探測器的γ輻射劑量率儀，主要參數(shù)為：塑料閃爍體Φ90×90mm；測量范圍：1nGy/h～100μGy/h；48keV～4.4MeV光子能量響應小于15%。

1.2 測量方法

環(huán)境熱釋光累積劑量的測量參照GB/T 10264-2014《個人和環(huán)境監(jiān)測用熱釋光劑量測量系統(tǒng)》執(zhí)行。BR1000型TLD 測量儀器測讀條件為：加溫速率，20oC/s；預熱溫度140oC，預熱時間20s；測量溫度240oC ，測量時間20s。

因實驗室無標準鉛室及不同海拔高度鉛室內宇宙射線本底存在差異，本底劑量計在返回后即進行測量。

2 測量布點

熱釋光劑量計的現(xiàn)場布放地點要盡量能代表被測環(huán)境，所選地區(qū)要求平整、地表物質層均勻、布點周圍空曠，不受附近建筑物的屏蔽影響。熱釋光劑量計布放在離地面1.0±0.2m的高度，要避免太陽直射，應選擇在隱蔽、陰涼的地方并有防潮及避雨措施。理想的布放方法是把熱釋光劑量計放在特制的收集箱內，收集箱保持良好通風，采用低原子序數(shù)和含放射性雜質少的材料，劑量計也可掛在鐵柵欄，小樹或輕質木柱上[3]。

西藏地區(qū)是青藏高原的主體部分，由一系列巨大的山系、高原面、寬谷和湖盆組成。自然環(huán)境復雜，地形地貌多樣，基本上可分為極高山、高山、中山、低山、丘陵和平原等六種類型。海拔范圍約在1000m～8844m，5000m以上的山峰常年積雪。根據(jù)人口權重，環(huán)境保護部在西藏地區(qū)從海拔1532m～4735m范圍內選擇了15地方進行布點測量，具體見表1。

表1 測量布點及各點位宇宙射線劑量率理論計算值Tab.1 Measuring points and its theoretical cosmic ray dose rate

3 宇宙射線響應扣除

鑒于測量布點海拔高度差別較大、累積劑量法及瞬時測量所用設備宇宙射線響應差別較大，需要對測量數(shù)據(jù)分別進行宇宙射線響應扣除。

目前常用的宇宙射線劑量理論計算包括1983～1990年中國環(huán)境天然貫穿輻射水平調查中采用的宇宙射線電離成分(不包括中子成分)所致吸收劑量率的經驗式、岳清宇等通過全國各地宇宙射線電離成分的測量得到的宇宙射線與海拔之間的經驗式、黃超云等通過西藏地區(qū)宇宙射線電離成分的測量得到的宇宙射線與海拔之間的經驗式[4]、UNSCEAR 2000年報告中給出的不同海拔高度上宇宙射線光子及電離成分(不包括中子成分)劑量率經驗式。上述4種經驗公式在低海拔高度符合較好，在高海拔高度存在較大偏差。鑒于不同海拔高度宇宙射線成分差異及BR1000型LiF(Mg、Cu、P)熱釋光探測器與瞬時測量設備對β射線響應差異，本文采用UNSCEAR 2000年報告中推薦的經驗式計算宇宙射線劑量率。

BR1000型LiF(Mg、Cu、P)熱釋光探測器對宇宙射線的響應參照文獻[5]中三種熱釋光LiE(Mg，Cu，P)探測器(GR．200A型、CTLD．1000型和TLD2000型) 相對于高壓電離室的宇宙射線響應因子(0．845、0．877和0．839)。本文取三種探測器響應因子的均值。

BR1000型LiF(Mg、Cu、P)熱釋光探測器自輻照本底參照國外對GR一200A型LiF(Mg，Cu，P)的研究，約為0.7 nGy/h，可忽略[6]。

瞬時劑量測量設備的宇宙射線響應扣除采用在西藏地區(qū)實測的宇宙射線響應值，部分數(shù)據(jù)采用內插法補齊，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 瞬時劑量測量設備宇宙射線響應值Tab.2 Cosmic rays respondse value by instantaneous dose measurement instrument

4 結 果

2013年累積劑量法測量數(shù)據(jù)在80.7～169nGy/h范圍內； 2014年累積劑量法測量數(shù)據(jù)在69.2～159nGy/h范圍內。各測點兩年累積劑量法測量值與瞬時測量值相對偏差均小于15%，符合較好。檢測結果見表3。

表3 測量結果Tab.3 Measuring results

測量結果因布點周圍環(huán)境介質中放射性核素含量差異存在高低變化，變化在正常環(huán)境本底范圍內。因熱釋光劑量探測器布放高度不統(tǒng)一，部分布放在較低灌木枝條上，部分布放在較高喬木樹枝上，部分布放在院內路燈桿或柵欄上，布放高度差異導致的數(shù)據(jù)差異根據(jù)參考文獻[7]中的研究結果，不是數(shù)據(jù)差異的主要因素。

5 討 論

5.1 各點位累積劑量法與瞬時劑量測量數(shù)據(jù)相對偏差在在15%內，符合較好。

5.2 高海拔地區(qū)累積劑量法測量環(huán)境地表γ輻射劑量率時，監(jiān)測設備對宇宙射線的響應值可能遠大與環(huán)境地表γ輻射劑量率值，在數(shù)據(jù)分析中需重點考慮。

5.3 環(huán)境地表輻射場的波動會導致累積劑量法與瞬時測量數(shù)據(jù)的差異。

5.4 累積劑量與瞬時劑量測量點位不重合應該是導致數(shù)據(jù)差異的主要因素。

[1] 侯雪莉，戴 軍，陳寶維.環(huán)境熱釋光劑量計測量比對及其方法的研究[J].核電子學與探測技術，2005,25(6):772-777.

[2] 唐開勇，樊海軍，崔 輝,朱紅英，劉 正.LiF(Mg，Cu，P)熱釋光探測器在環(huán)境劑量監(jiān)測的優(yōu)越性[J].核電子學與探測技術，2012,32(8):921-924.

[3] 何 岱.環(huán)境熱釋光劑量計的測量[J].四川環(huán)境，2015，34(3)：113-116.

[4] 黃超云,林權益,樊啟慧.西藏地區(qū)宇宙射線吸收劑量率變化規(guī)律探討[J].中國科學：技術科學，2016，46(1)：1-4.

[5] 成樹林，周劍良，陳 凌，李 航，喬海濤，涂興明.熱釋光LiF(Mg，Cu，P)探測器對宇宙射線的響應[J].輻射防護通訊，2012,32(6)：32-34.

[7] 劉鴻詩.秦山核電廠外圍環(huán)境熱釋光劑量計監(jiān)測十年回顧[J].原子能科學技術，2003,37(6)：558-565.

[6] Delgado A，Gomez Ros J M，Muniz JL.Computerized Analysis of LiF GR-200 TL Signa1．Application to Dose Measurements in the μ Gy range[J]．Radiat．Prot．Dosim．，1995，60(2)：147-153．

Discussion on the Methods of Cumulative Dose Measurement for Environmental Terrestrial γ Radiation Dose Level in High Altitude Area

HUANG Chao-yun1,2,WANG Hai-pengi1,2,3, YANG Tao2

(1.Nuclear&RadiationSafetyCentre,MEP,Beijing100082,China; 2.TibetRadiationEnvironmentSupervisionStation,Lhasa851499,China;3.ChinaInstituteofAtomicEnergy,Beijing102413,China)

The cumulative dose measurement for detecting environmental terrestrial γ radiation dose level from an altitude of 1 500 meters to 4 500 meters height range in Tibet was introduced in this paper. Considering the cosmic ray intensity at different altitudes differs a lot, the measurement results of different points were deducted from the cosmic ray response values and were compared with the corresponding instantaneous measurement values of environmental terrestrial γ radiation in the paper. The results showed that in the high altitude area, the response value of the monitoring equipment to the radiation dose rate of the cosmic rays may be far larger than the corresponding instantaneous measurement value of environmental terrestrial γ radiation, and this should be mainly considered in the cumulative dose measurement for environmental terrestrial γ radiation dose level. The cumulative dose method accords well with the instantaneous dose measurement method with the relative deviation of 15%.

TLD; cumulative dose; cosmic rays; high altitude area

2016-01-14

黃超云(1973-)，男，湖南長沙人，2003年畢業(yè)于華南理工大學化工系，碩士，高級工程師，現(xiàn)從事輻射監(jiān)測與輻射防護工作。

王海鵬，13811927995@139.com。

X703

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1001-3644(2016)02-0131-04