天然辐射是人类所受辐射照射的最大来源，人类的实践活动和自然演变均可使之发生变化。自然演变引起的天然本底辐射变化常较缓慢。人类的实践，特别是近代工业，如核工业的发展，放射性核素的广泛应用，均有可能使天然本底辐射在短时间内发生变化。为探测人为污染，评价其影响，采取恰当的措施保护人口和环境，因此有必要研究天然本底辐射水平，将它作为一种与人工源照射相比较的基线，又可作为一种公众可接受的附加照射的度量指标。

自60年代以来，已有23个国家和地区进行了不同规模的天然放射性水平调查。在我国，1983~1985年, 卫生系统完成了以估算天然辐射所致居民剂量为目的的全国电离辐射水平调查。1983~1990年国家环境保护局组织了以全面摸清我国环境天然放射性现状水平，分布及其规律为主要目的的全国环境天然放射性水平调查。但在某些地区, 一些有着特殊意义的场所，其外照射水平可能不同于一般地区，其测定工作，还有待于在将来的工作中逐步开展。

在正常本底地区, 来自天然本底外照射的年有效剂量估计为800μSv。对一般公众, 年平均辐射剂量的28%是来自宇宙辐射和陆地γ辐射的外照射(地壳、建筑材料、和空气中的放射性核素)^[1]。本文重点讨论地球γ辐射。

1 宇宙射线

宇宙射线由来自外层空间的初级宇宙射线及它与地球大气中原子核相互作用产生的次级宇宙射线组成; 次级宇宙射线的主要成分为μ介子和电子，此外还有质子、光子和中子。宇宙射线的强度和成分随地磁纬度和高度，以及太阳活动情况的变化而变化。人类主要受次级宇宙射线照射。

联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR) 1993年报告已提出用于直接和间接(中子)电离成分的年剂量与高度之间普通关系的分析表达式。这些公式可用以估计世界各地可居住高度的宇宙射线产生的剂量。值得注意的是, 1991年，国际放射防护委员会(ICRP)对辐射权重因子作了修改, 考虑到中子能谱，这些导致来自中子的有效剂量增加约50%^[2]，目前已注意到在飞机飞行高度的宇宙射线对人体的贡献, 并已被国际组织列为职业照射的范围，我国正在研究讨论之中。

2 地球γ辐射

地球γ外照射主要来源是地层中的天然放射性物质，对人类而言，主要是土壤和建筑材料中的原生放射性核素，这些核素主要有⁴⁰K、²³⁸U系、²³²Th系，次要的有⁸⁷Rb和²³⁵U。

2.1 室外照射

在室外，人体受到的γ辐射很大一部分来自砖、石及土壤表面。辐射水平的高低，主要取决于⁴⁰K、²³⁸U系、²³²Th系等核素在土壤、岩石、建筑材料等中的浓度高低，即取决于当地的地质情况。土壤中核素浓度又取决于形成土壤的母岩类型。

影响因素:(1)高度，在一定高度范围内, 放射性核素产生的γ外照射剂量率随高度的增加而减少，且变化基本相同。Miller和Beck对一座12层高的楼房进行测量，发现陆地γ辐射和宇宙射线呈现出层与层之间明显的变化^[3]。这也说明必须在其他因素如各楼层内的建筑物布局、空间、物品、空调等设施都相同或大致相似的情况下，才能判断高度与7外照射剂量率的关系。(2)地区，由于地层中放射性物质的含量不同，不同地区地层的γ外照射量率可能有较大的变化。(3)土壤含水量和覆盖雪层，土壤中的水分越多，覆盖的雪层越厚，对辐射的屏蔽作用就越强，剂量率就越低。Giiblin和G. de Planque对纽约郊区进行了长达十年的环境辐射照射的调查，发现年与年之间的波动主要是由于每年降雨和降雪的差异。夏天少雨会使当年的年平均剂量增高；相反, 多雨雪，尤其是降雪会降低年平均外照射量^[4]。这与部分报道的室外空气中氡及其子体浓度的变化趋势是一致的^[5]。(4)空气中氡及其子体浓度变化, 使剂量率也随之变化, 一般认为对总γ辐射照射量率来说，这种变化可忽略。但作者认为在某些情况下，两者变化趋势一致，是否提示两者之间存在一定的关系，这尚有待进一步的研究。另外，国外学者多认为外照射剂量率很少随季节而变化，作者认为这是避开了雨雪天气对外照射剂量率的影响，也忽略了空气中氡及其子体浓度变化得出的结论。而我国两次大规模的天然辐射调查中，都强调了要求南方避开高温季节，北方避开高寒季节，即避免强烈的季节因素的影响。

在我国，因道路和原野与欧美发达国家情况不同, 根据一些学者的意见，将道路和原野分开，即环境陆地γ辐射，包括原野，道路和室内γ辐射。道路建设属于人类的一项实践活动，有时会降低γ辐射水平，有时会提高γ辐射水平。它完全取决于筑路材料中天然放射性核素的含量。各种道路的γ辐射水平变化范围很大，就80年代我国调查的结果，没有发现道路建设引起整个γ辐射水平的增高或降低^[6]。因此，目前对道路的研究不多。

2.2 室内照射

一般认为，与来自矿床和土壤的贡献相比，建筑材料对室内总剂量的贡献是很小的，尽管也有报道把建筑材料作为主要的贡献者。当建筑材料来自放射性工业副产品时, 如石青、飞灰等，它就成为主要的贡献者。Mark L.Maiello在对纽约东南部地区进行环境本底辐射的调查中，已证明来自土地和建筑材料辐射的室内空气剂量率的贡献^[7]。

同一地区，室内γ辐射水平的差异主要与建筑材料中天然放射性核素的含量有关, 这取决于它的种类和产地。不同建筑材料所致的平均剂量率不一样，其中, 花岗岩、浮石、凝灰岩、砖和混凝土中较高，灰泥和水泥较低, 木材和用作隔热材料的石棉、硅石棉比活度较低。人工建筑材料，如磷石膏，尾矿材料和矿渣砖等，大部分较高。目前，建筑材料中天然放射性核素的含量大小已引起了公众的关注, 尤其在住宅装修时，越来越多的人们想知道他们所选用的建筑材料中其天然放射性核素的含量是否会危害身体健康。

建筑材料是辐射源，也是防止室外辐射的屏蔽物。UNSCEAR 1993年报告中有很多例子，如在木屋和轻型预制件房屋中，这种源效应可忽略不计，而墙壁对室外辐射源的屏蔽效果也不大; 相反, 在砖石或混凝土建造的整体房屋中，室外放射的γ射线被墙有效地吸收，以致室内空气中吸收剂量率可望低于室外。室内吸收剂量率主要取决于建筑材料中天然放射性核素的放射性比活度。因此，计算使用含不同放射性的建筑材料的效应是有益的。如果利用剂量系数，就可建立一个放射性利用指数，该指数便于根据建筑材料中这三种放射性核素的不同组合来计算空气中剂量率，然后可按一所房屋的建筑材料的质量比例进行加权^[2]。

长期以来，对同一所建筑物，空气剂量率变化的原因被认为是土壤湿度变化和覆盖雪层影响的结果。日本K.Saito等对东京市区住宅进行调查，发现从9月到11月，和12月到次年3月，尽管第2阶段连续有数场大雪, 但室内剂量并未有大的差异，而室外剂量率却下降了一半。若不下雪，东京市区室内剂量率不会随季节变化而变化^[8]。这也可能与东京市民空调使用率较高有关。另外.Mark L.Maiello发现，对一般测量来说, 剂量计的位置也能影响室内空气剂量率测量值，剂量计放在建筑物或居室中的不同位置，也可得到不同的剂量率。与室外放置相比, 室内近地面水平可引起读数增高; 如在房间内移动剂量计，可引起剂量率变化^[7]。但从大多数报道的结果来看虽然某些测点处(如墙角)可能会高一些，但室内不同测点处的剂量率差别不大，约5~10%。

2.3 水面γ辐射

在自然界中，水是转移放射性物质的主要介质，它包括海域、江河、水库，以及主要的湖泊，水面γ辐射水平均低于地面γ辐射。如我国渤海、黄海、南海的平均值为0.61 × 10^-8Gyh^-1, 约为地面γ辐射水平的8%, 江河水面上的γ辐射水平，约为地面的11%^[5]。为了测量宇宙射线或排除其对仪器测量γ外照射剂量率的响应，常常选择水较深，距岸1000m以上的大水面进行测量，因为深水域能屏蔽地层辐射。

3 测置仪器和方法

常使用的测童环境γ辐射水平的仪器有：热释光剂量计、高压电离室、闪烁辐射仪等。高压电离室被认为是目前测量天然外照射辐射水平的一种较为理想的仪器, 因为它具有灵敏度高，长期稳定性好，测量精度高和受人射能量响应小等优点，可利用它直接测量，但在大规模普查的情况下, 受携带不方便等的限制，常用其作为次级标准仪器进行刻度辐射仪。

如何获得γ辐射剂量率呢？γ辐射剂量率仪表的读数值是宇宙射线，陆地γ辐射及自身本底贡献之和，因此应扣除宇宙射线，包括本底的贡献。闪烁型的剂量率仪，对宇宙射线的响应系数Kc低于陆地γ射线, 一般为0.5~1.0之间(以对²²⁶Ra响应系数为1计)，降低光电倍增管的增益可提高Kc值。所以每台仪器的Kc值是随其工作点而不同的，还与宇宙射线大脉冲所占的份额有关。因此, 必须逐台测定其对宇宙射线的响应。同时还要考虑到能量响应，方向响应等, 在计算数据时，必须作相应的修正。

采用固体剂量计, 如热释光剂量计进行现场定点布放是测量环境累积照射量的一种常用方法。由于现场布放，测量周期长，能客观地反映环境辐射场，可使气象条件引起的波动及辐射场随时间的变化而引起的涨落达到最小，从而弥补空气照射量只给出瞬时测量结果的不足。1984 ~1988年，卫生部应用热释光法在全国24个省市自治区进行了环境天然贯穿辐射累积剂量的调查，结果与其他调查的结果接近。

国内大规模测量天然辐射时，常采用瞬时剂量测量法，但也有一些省市同时采用3种方法, 即高压电离室结合闪烁γ辐射仪测量空气吸收剂量率，用热释光法测累积剂量, 用多道7能谱仪测土壤、岩石等物质中放射性核素的含量，将这3种方法相互比较, 有的发现热释光法的结果较最佳值(3种方法的平均值)偏低(偏低可达20%), 且偏离程序较另两者大; 有的则发现3种方法的测量结果基本符合，差别不大。根据作者实验研究中发现, 热释光法的结果较另两种方法偏低。这个问题应引起一定的重视。

4 评价

UNSCEAR 1988年报告中用系数0.7Sv. Gy^-1将空气中吸收剂量转换成有效剂量当量，它指的是成年人; 1993年又就儿童和婴儿接受的陆地γ射线照射提出了系数。就全世界平均说来，假设室内居留因子为0.8, 有了这两个数值，可结合室外(57nGy.h^-1)和室内(80nGy.h^-1)的陆地γ射线照射量估计全世界人口年加权算术平均值为0.46mSv^[2]。

在80年代, 卫生部调查的天然外照射对我国居民产生的人均年有效剂量为952μSv, 为世界均值的1.7倍，集体年有效剂量为9.6× 10⁵man·Sv, 其中天然γ辐射的贡献占72%^[9]。后分析原因认为造成数据偏高的原因主要是所用仪器(FD-71闪烁辐射仪)能量响应较大，采用的修正因子不完全合适引起的, 选点差异等也可能导致数据的差异。而环保局调查的天然外照射对我国居民产生的人均年有效剂量为810μSv, 集体年有效剂量为8.1 × 10⁵man·Sv。后来在原估算和评价的基础上，根据一些新的资料进行适当的补充和修正，得出我国居民所受天然外照射年有效剂量为857μSv, 与世界平均值(854μSv)接近, 这一结果也为UNSCEAR所接受^[2]。

用全面和动态的观点进行研究天然辐射是十分重要的。最近, 我国学者提出了用平衡的观点研究辐射水平变化的必要性，人为活动可导致居民所受辐射剂量的增加，也可使居民所受剂量减少。如中国居民在1988年, 乘飞机使所受集体剂量增加3.6 × 10¹man·Sv, 但乘轮船火车和汽车则使集体剂量减少5.36× 10²man·Sv, 居住在石煤渣砖的建筑中使剂量增加3.5 × 10³man·Sv, 但居住在混凝土建筑物中，则使集体剂量减少3.7 × 10³man·Sv^[10]。

总之，对宇宙射线和天然γ辐射的产生、影响因素、测量方法、估算和评价等的研究, 处在不断的发展之中。其中宇宙射线中子成份对人类产生的剂量，因各种原因目前还不能完全准确测量，有待于进一步研究。有效剂量转换系数、居留因子等都在不断地完善之中。