統(tǒng)計(jì)漲落規(guī)律在輻射環(huán)境監(jiān)測工作中的應(yīng)用研究

＊張學(xué)東

（甘肅省核與輻射安全中心 甘肅 730020）

輻射監(jiān)測設(shè)備的工作原理也是通過閃爍體或高氣壓電離室對射線產(chǎn)生的初始離子對全部收集后，最終轉(zhuǎn)化為計(jì)數(shù)器所能識別的電信號，內(nèi)置算法將計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)化為日常監(jiān)測活動(dòng)使用的空氣吸收計(jì)量率。當(dāng)然，這里所轉(zhuǎn)化得到的最終監(jiān)測結(jié)果也是服從統(tǒng)計(jì)漲落規(guī)律的。本文對最終得到的監(jiān)測結(jié)果使用Grubbs準(zhǔn)則剔除可疑值后，將結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)展示。進(jìn)而得到我們監(jiān)測點(diǎn)位儀器對宇宙射線響應(yīng)值，也對我們使用的兩款主流設(shè)備性能做直觀展示，服務(wù)我們的日常工作。

1.宇宙射線監(jiān)測方案

甘肅省根據(jù)自身地域特點(diǎn)，宇宙射線監(jiān)測實(shí)施方案如下。

（1）執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：《環(huán)境γ輻射劑量率測量技術(shù)規(guī)范》（HJ 1157-2021）。

（2）監(jiān)測設(shè)備：便攜式γ劑量率儀FH40G+FHZ672E-10，高氣壓電離室RS131-200-ER0000，氣墊船（電動(dòng)），激光測距儀，GPS（帶海拔高度），溫濕度計(jì)。

（3）點(diǎn)位選擇：劉家峽水庫（E：103°17′27″，N：35°51′58″，海拔h：1724m）以上標(biāo)注的經(jīng)緯度信息滿足是離水庫岸邊一公里的監(jiān)測條件，同時(shí)考慮安全、時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。

（4）監(jiān)測計(jì)數(shù)：設(shè)備開機(jī)預(yù)熱5min，離水面高度1m，10s時(shí)間間隔讀取1個(gè)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)量為100個(gè)。

2.Grubbs準(zhǔn)則剔除可疑值

根據(jù)《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋 正態(tài)樣本離群值的判斷和處理》（GB/T 4883-2008）7.2格拉布斯檢驗(yàn)法中的計(jì)算方法。

借鑒層次分析法“九標(biāo)度”取值思想[19]，考慮因素指標(biāo)對評價(jià)目標(biāo)的突出影響程度，確定Λ的取值原則見表2。

(1)便攜式γ劑量率儀FH40G+FHZ672E-10宇宙射線響應(yīng)值測量結(jié)果處理方案

當(dāng)然，利用數(shù)據(jù)處理工具時(shí)，例如Excel中的相關(guān)函數(shù)處理起來，效率會(huì)更高更便捷。在有表1的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之后，1～100個(gè)測值需放入同一列（本例中放入B5：B104），方便后續(xù)的數(shù)組計(jì)算。

C5:C104我們放測量值統(tǒng)計(jì)量，公式為：T=ABS(B5-AVERAGE($B$5:$B$104))/STDEV($B$5:$B$104)，從C5行依次向下拖至C104。

查詢Grubbs檢查臨界值T（n，a）表，n=100，a=0.05（95%置信水平），T（100，0.05）=3.207，放入D5:D104（合并居中）。

E5:E104列寫入數(shù)值比較T ≤3.207的判斷語句“=IF(C5<=$D$5,1,0)”，從E5依次拖至E104。

F5:F104寫入漢字轉(zhuǎn)換語句，變更直觀的識別剔除信息“=IF(E5=1,‘否’,‘是’)”，由F5拖至F104。

這樣，凡是在剔除信息顯示“是”字樣的，都是需要剔除的數(shù)據(jù)。實(shí)際工作中我們發(fā)現(xiàn)，做1次剔除工作已能夠滿足統(tǒng)計(jì)規(guī)律，可以進(jìn)行下一步宇宙射線響應(yīng)值測量計(jì)算。

G5:G104寫入剔除計(jì)算平均值函數(shù)“=ad(AVERAGEIF(F5:F104,‘否’,B5:B104),3,3,0)”，其中這里ad函數(shù)為VBA工程自行編寫的有效位數(shù)“四舍六入五單雙”數(shù)據(jù)修約規(guī)則（合并居中）。

H5:H104寫入標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)組計(jì)算公式“{=ad(STDEV(IF(F5:F104=‘否’,B5:B104)),2,2,0)}”（合并居中）。這里為什么要強(qiáng)調(diào)是數(shù)組公式的原因，是因?yàn)椴樵兎翘蕹龜?shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算必須用數(shù)組才能實(shí)現(xiàn)（合并居中）。

I5:I104寫入平均值乘以設(shè)備校準(zhǔn)因子的數(shù)據(jù)處理公式“=ad(G5×H2,3,3,0)”，其中H2單元格寫入設(shè)備當(dāng)年溯源后的校準(zhǔn)因子1.21（合并居中）。

J5:J104寫入標(biāo)準(zhǔn)偏差修正公式“=ad(H5×H2,2,2,0)”（合并居中）。

以上我們得到該設(shè)備當(dāng)次測量的宇宙射線響應(yīng)值為20.6±1.6nSv/h。

(2)高氣壓電離室RS131-200-ER0000宇宙射線響應(yīng)值測量結(jié)果處理方案

使用表1的計(jì)算模版，獲得RS131-200-ER0000型號設(shè)備的宇宙射線響應(yīng)值結(jié)果為55.8±2.2nGy/h（其中該設(shè)備校準(zhǔn)因子為1.02）。

表1 FH40G+FHZ672E-10宇宙射線響應(yīng)值測量結(jié)果（單位：nSv/h）

續(xù)表

3.高斯分布數(shù)據(jù)展示與設(shè)備性能評價(jià)

在做高斯分布數(shù)據(jù)處理展示時(shí)，我們用的是原始測量數(shù)據(jù)，這樣后續(xù)的數(shù)據(jù)使用會(huì)更加直觀可靠。

這里我們需要在表格中預(yù)先處理幾個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括組個(gè)數(shù)R5=100、組距R6=(R9-R8)/(R5-1)、上下線與中心值距離R7=4、組坐標(biāo)下限R8=G5-R7×H5、組坐標(biāo)上限R9=G5+R7×H5。以表1數(shù)據(jù)為例，組個(gè)數(shù)（R5=100）、組距（R6=0.105）、上下線與中心值距離（R7=4）、組坐標(biāo)下限（R8=11.8）、組坐標(biāo)上限（R9=22.2）。

這樣我們得到正態(tài)曲線分布處理綜合數(shù)據(jù)表，Excel數(shù)據(jù)區(qū)域?yàn)長5：P104。組坐標(biāo)為L5=R8，L6=R8+$R$6，拖至L104即可；頻數(shù)M5=COUNTIF(B$5:B$104,"<="&L5)，拖至M104；正態(tài)曲線N5=NORM.DIST(L5,$G$5,$H$5,FALSE)，拖至N104，95%置信上限O5:O104=$G$5+2*$H$5，95%置信下限P5:P104=$G$5-2*$H$5。

利用以上數(shù)據(jù)，以組坐標(biāo)為橫坐標(biāo)，頻數(shù)、正態(tài)曲線數(shù)據(jù)為縱坐標(biāo)繪制展示圖，如圖1所示。

圖1 FH40G+FHZ672E-10宇宙射線測量正態(tài)分布圖

同樣，利用表2數(shù)據(jù)我們可以得到RS131-200-ER0000高氣壓電離的宇宙射線測量正態(tài)分布圖，其中95%置信上限為59.1，置信下限為50.3。如圖2所示。

表2 RS131-200-ER0000宇宙射線響應(yīng)值測量結(jié)果（單位：nGy/h）

圖2 RS131-200-ER0000宇宙射線測量正態(tài)分布圖

綜上結(jié)果可以看出，所用的兩種型號設(shè)備測量結(jié)果很好的滿足高斯分布規(guī)律，且在95%置信水平上下限的比較中，監(jiān)測結(jié)果非常集中，表現(xiàn)出了很好的儀器性能。所得監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

4.日常測點(diǎn)處宇宙射線計(jì)算

通過以上處理方法，我們得到的是單臺設(shè)備在水面處的宇宙射線響應(yīng)值，但實(shí)際工作中，實(shí)際陸地測點(diǎn)的宇宙射線響應(yīng)值由于地理環(huán)境限制，無法通過監(jiān)測得到。這時(shí)我們就需要將測點(diǎn)處的宇宙射線依據(jù)水面測得的宇宙射線響應(yīng)值進(jìn)行修正計(jì)算得到。依據(jù)方法《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ 61-2021）附錄D“宇宙射線響應(yīng)值修正方法”，采用以下公式：

擬以某點(diǎn)位紅崖山水庫（E:102°53′23″，N:38°23′07″，海拔高度h:1408m）為例，理論計(jì)算RS131-200-ER0000高氣壓電離的監(jiān)測結(jié)果。通過文中修正公式可以計(jì)算得到D宇=43.42nGy/h（紅崖山水庫水面處宇宙射線電離成分在低大氣層中產(chǎn)生的空氣吸收劑量率），D/宇=47.63nGy/h（劉家峽水庫水面處宇宙射線電離成分在低大氣層中產(chǎn)生的空氣吸收劑量率），D/c=55.8nGy/h（劉家峽水庫點(diǎn)位實(shí)測值），得到該儀器在紅崖山水庫測點(diǎn)處的宇宙射線響應(yīng)值應(yīng)為Dc=50.9nGy/h。這與該設(shè)備在紅崖山水庫水面測點(diǎn)實(shí)際測值51.2±2.2nGy/h極為接近。以上Excel數(shù)據(jù)處理與標(biāo)準(zhǔn)有效結(jié)合，并在實(shí)際工作中能夠得到有效應(yīng)用，計(jì)算方法正確并得到有效性驗(yàn)證，對具體工作有很強(qiáng)的指導(dǎo)性作用。

5.結(jié)論

（1）能夠很好滿足高斯分布規(guī)律的輻射環(huán)境監(jiān)測用設(shè)備，具有良好的設(shè)備性能，能夠保障并滿足日常監(jiān)測活動(dòng)需要，所得監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確可靠。文中介紹使用的圖形化處理界面可以及時(shí)了解并掌握儀器在具體工作時(shí)的狀態(tài)，方便進(jìn)行設(shè)備性能判斷。

（2）根據(jù)HJ 1157-2021標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)際測點(diǎn)的環(huán)境γ輻射劑量率最終修正結(jié)果需扣除儀器對宇宙射線的響應(yīng)值。而本文介紹的利用Excel編寫的數(shù)據(jù)處理工具，能夠很好的與標(biāo)準(zhǔn)要求相契合，理論計(jì)算測點(diǎn)處的宇宙射線響應(yīng)值修正結(jié)果可靠，方便日常宇宙射線響應(yīng)值監(jiān)測工作的數(shù)據(jù)處理，能夠確保環(huán)境γ輻射劑量率的準(zhǔn)確行。