放射卫生  1990, Vol. 3 Issue (4): 159-161, 163  

引用本文 

王其亮, 胡爱英, 何苗挺, 宣晓兰, 代向前. 低层大气中宇宙辐射剂量率[J]. 放射卫生, 1990, 3(4): 159-161, 163.

基金项目

国家自然科学基金资助项目

文章历史

收稿日期:1990-06-26
低层大气中宇宙辐射剂量率
王其亮 , 胡爱英 , 何苗挺 , 宣晓兰 , 代向前     
卫生部工业卫生实验所, 北京
摘要:用RSS-11型高压电离室和FD-71型闪烁辐射仪, 联合测量了不同的海面、湖面和民航飞机上的宇宙辐射电离成分剂量率。描述了宇宙的高度效应和纬度效应, 给出了从10°N到42°N (地磁纬度)、从海平面到9000米之间的宇宙辐射剂量率表, 并与文献报道的一些结果进行了比较。

宇宙辐射是天然辐射的重要组成部分,对居住在不同高度和不同结度的人群产生不同的字宙辐射剂量。宇宙辐射受海拔高度、地磁纬度、太阳调制和大气温度等因素的影响,但最主要的影响因素是海拔高度。地磁纬度的影响有时也不能忽视,需要修正。共余影响因素,或是随机变化,或是周期变化,在低层大气中,它们的变化幅度并不大,一般不过百分之几。

我国的大部分园土处在地磁纬度10-42°N之间,正是宇宙辐射地磁纬度效应明显的区域。国内民航飞机般也9000米以下的高度飞行。因此,本文利用实验数据,给出了地磁纬度为10-42°N海拔高度为0-9000米之间的宇宙辐射电离成分空气吸收剂量率表。

一 测最方法

宇宙辐射电离强度通常用自由空气电离率(I),自由空气吸收剂量率或粒子通量密度等表示,自由空气吸收剂量率单位(Gyh-1)。1I= 1.507×10-8Gyh-1

测量仪器为美制RSS-111型高压电离室和国产FD-71型闪烁辐射仪。用两种仪器测量的目的,是为了消除少量环境Y辐射对测量数据的贡献。根据FD-71闪烁辐射仪测量天然本底辐射读数的修正公式[1]得到:

(1)

式中为用空气吸收剂量率(Gyh-1)表示的字宙辐射电离强度:为RS-111的读数(c·kg-1);为FD-71的读数(c·kg-1)。

在水面测量时,尽可能选择大水体,远离岸边,一般用木船、橡皮船或玻璃钢船,航测时仪器放在飞机的后部;尽可能减少γ辐射的影响。

二 结果与讨论

本文假定在10-42°N,在0-9000米之间的任一高度,宇宙辐射剂量率与地磁纬度呈直线关系。由在不同地磁纬度的海平面、3000米、600米和9000米测量的数据,通过直线回归得到以下回归方程:

(2)
(3)
(4)
(5)

式中为宇宙辐射剂量率(10-8Gyh-1),园括号中的0、3000、6000和9000为海拔高度(米);λm为地磁纬度(°N);n为样本数;r为相关系数。

利用(2)-(5)式分别计算出10°N、15°N 20°N、25°N、30°N、35°N、40° N和42°N的宇宙辐射剂量率。文献[1]表明,在0- -8260米的范围,在42°N和53°N两个地磁纬度,宇宙辐射剂量率为相同的数据,直到9300米的高度,两个地磁纬度的宇宙辐射剂量率才有7%的变化。由此本文近似认为在9000米以下,42°N以上宇宙辐射剂量率不随地磁纬度变化。设42°N的宇宙辐射剂量宰为1,算出其余地磁纬度的宇宙辐射剂量率相对值。图 1为不同地磁纬度宇宙辐射剂量率的相对值随海拔高度的变化曲线。由图可见,对给定的地磁纬度,宇宙辐射相对值与高度呈直线关系。通过直线回归得到以下回归方程:

图 1 宇宙辐射相对值与海拔高度的关系
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)

其中CRV为宇审辐射相对值,园括号中的10-40为地磁纬度(°N);h为海拔高度(米);n和r同(2)-(5)式。

图 2为字由温射剂量率的实验值及其随海拔高度变化的曲线(图中3000、6000和9000米为(3)、(4)、(5)式的计算值),并与Lowder等在美国42°N和53°N(1969-1970,太阳活动最强)测量的结果[1]行行了比较。上述回归方程和图 1图 2部分地反映了宇宙辐射剂量率空间变化的情况。在研究的范围内,宇宙辐射剂昼率随海拔高度和地磁纬度的增加而增加,海拔越高,地磁纬度对宇宙福射的影响越大。

图 2 宇宙辐射剂量率随海拔高度的变化

1.剂量率表:由图 2可得到入m≈20°N时不同海拔高度(0—9000米)的宇宙辐射剂量率。从(6)—(12)式可得到不同地磁纬度和不同海拔高度的宇宙辐射相对值。由此,可以获得10—42°N和0—9000米的宇宙辐射剂量率表(表 1)。

表 1 (宇宙辐射剂量率表10-8·Gyh-1

2.结果比较:由于没有标准的宇宙辐射场存在,国家也没有测量宇宙辐射的基准,所以,要精确测量宇宙辐射剂量率并合理地估计出测定结果的总不确定度是不现实的。利用与国内外文献比较的方法,表明本工作所得结果的可行性。

表 2所列为本方法测定结果与文献[2]测定结果的比较。二者比值在0.95—1.12之间,比值的平均值为1.035,标准差为0.070。

表 2 实测值比较

表 3为本工作(λm=42°N,1983-1985)与Lowder(λm=42°N-53°N,1969-1970)实测结果[1]的比较。二者比值在0.99-1.16之间,比值平均值为1.05,标准差为0.058.本工作稍高于Lowder的结果是因为各自测量的年份不同,本工作是在太阳活动最大和最小之间的年份测量的。太阳对宇宙辐射的调制幅度与海拔高度有关,由于在低海拔太阳调制的幅度较小,所以,0-700米三点本工作比Lowder的结果有1%的偏低,可能是测量误差引起的。从3170米以上七个点,本工作较明显的高于Lowder的结果,这是与太阳调制作用相吻合的。

表 3 本工作与Lowder实验值的比较

本工作与有关文献计算值的比较。除了文献[1]为λm=43°N以外,其余均为λm=32°N,其剂量率数据也均为介于太阳活动最大与最小之间的宇宙辐射剂量率。在0-1500米,本工作与文献[2·3]基本一致,在2000米以上,本工作越来越明显的高于文献[2·3]的计算值,造成这种差别的原因有待进一步研究。

本工作与文献[1]计算值相比,除9000米一点外,本工作比文献[1]系统高4-22%。二者比值在0.99-1.22之间,比值的平均值为1.12,标准差为0.07.应当注意文献[1]本身已经指出,由于在计算中引入的近似,致使高估了11公里以上的数据,而低估了低层大气中的数据(可偏低10%),这样可解释本工作与文献[1]数据差别的部分原因。

三 结束语

对3000、6000和9000米的航测数据,扣除了飞机上少量γ辐射的贡献。由仪器在An-24型飞机内前后不同位置的读数,表明飞机前部存在人工γ辐射源,但其对飞机后部的影响是较小的。因为FD -71自身本底约为1.03×10-10c·kg-1·h-1,对宇宙辐射响应约为15%,所以,飞机上的γ辐射对FD-71读数的贡献约为3.43×10-10c·kg-1·h-1,估计飞机本身的γ辐射空气吸收剂量事约为1 × 10-8Gyh-1

从防护剂量学的角度考虑,对宇宙辐射剂量率并不要求很高的精度,人们所关心的是宇宙辐射随时间变化的平均值。考虑到本文(λm=42N)与Lowder(42°N-53°N)测量年份的不同,二者数据基本相符,本工作与O'Brien的计算结果[1]的差异也可得到部分的解释。但与本文引证的其余文献报道,在2000米以上时还有程度不等的出入,有待进一步研究。

根据上述有关文献报道,海拔高度在0-9000米之间,本文假定λm从10°N到42°N近似为宇宙辐射随地磁纬度增加而线性增加的“变化区”,在λm < 10°N和λm > 42° N的区域,近似为字宙辐射不随λm变化而变化的“坪台区”。这样假定可能会引入一定的误差,但计算表明,如果以λm < 13°N的区域为宇宙辐射的“坪台区”,那么表 1mλ≈10°N时的宇宙辐射则稍有低估,在海平面、3000、6000和9000米将分别低估1.0%、1.6%、4.0%和6.5%。而在λm=42°N时的数据已与文献进行了比较。

(本文承蒙任天山教授审阅,特此致谢。)

参考文献
[1]
W.M. Lowder and K.O'Brien.Cosmic-ray dose rates in the atmasphere. HASL-254, 1972.
[2]
岳清宇, 金花. 低大气层中宇宙射线电离量的测量[J]. 辐射防护, 1988, 8(6): 401.
[3]
卜万成. 低大气层宇宙射线绝对电离量的估算[J]. 辐射防护通讯, 1989, 6: 1.