天然辐射源是人类所受辐射照射的最大来源，也是联合国原子辐射效应科学委员会一直关注的问题之一^[1]。天然辐射源包括环境贯穿辐射、氡及宇生核素的内照射等。环境贯穿辐射在地球表面无处不在，是人类生存环境中的重要因素之一，包括宇宙射线电离成分、中子成分以及陆地γ辐射，其水平在不同地区有较大差异，是一项值得重视和清楚了解的重要环境参数^[2]。二十世纪九十年代在国家环境保护局的统一领导下，开展了全国范围内的环境辐射水平调查，比较系统完整地回答了我国天然辐射水平的情况^[3]，其结果也提交给联合国原子辐射效应科学委员会并被收录到其有关报告。近年来，随着青藏铁路的通车，大量旅客及机车乘务人员在青藏铁路沿线活动，其所受的天然贯穿辐射照射是一项值得关注的问题。此外，从职业照射的角度来看，目前有很多来自天然源的辐射照射也被划归到职业照射的范围，如航空机组人员、部分矿山开采和矿石加工的工人以及一些在地下场所工作的人员所受到的辐射照射^[4]。对于常年在青藏铁路沿线工作的人员尤其是列车乘务人员的辐射受照水平，也是一个值得调查研究的问题。

本工作利用多重手段调查青藏铁路沿线这一地区的天然贯穿辐射水平，初步评价该地区铁路从业人员（如乘务人员）及旅客所受剂量，从而保护从业人员及旅客的身体健康，可为监管部门提供依据。

1 材料与方法 1.1 测量仪器 1.1.1 高气压电离室

采用美国通用电气公司生产的RSS-131型高气压电离室，对空气吸收剂量率的测量范围为B.G.~100 mGy/h，温度范围为−25~50 ℃；校准因子为0.9655，扩展不确定度为6%。

1.1.2 碘化纳剂量率仪

采用日本阿洛卡公司生产的MAR-1561U型碘化钠剂量率仪，对空气吸收剂量率的测量范围为B.G.~100 mGy/h，能量范围为50 KeV～3 MeV，温度范围为−10~40 ℃；校准因子为0.90，扩展不确定度为5%。

1.1.3 中子周围剂量当量测量仪

采用德国伯托科技公司生产的LB6411型中子探测仪，对中子周围剂量当量率的测量范围为B.G.~100 mSv/h，温度范围为− 10~50 ℃；校准因子为1.0，扩展不确定度为12%。

1.2 测量地点

测量总体分为2个阶段，第一阶段从西宁到拉萨沿途选择15个典型地点进行测量，由于青藏铁路整体海拔高度在2200～5300 m，地点选取过程中充分考虑海拔因素，按照海拔每升高500 m选择2～3个测量地点的原则进行选择，具体测量点信息见表1。第二阶段测量地点为拉萨到西宁的火车车厢内，测量结果用于评价旅客以及乘务人员所受辐射剂量，同时与室外测量结果进行比对从而验证测量方法可靠性。

1.3 测量方法

宇宙射线电离成分与陆地γ成分的测量采用高气压电离室与碘化钠剂量率仪相结合的方法在距离空旷地面1 m高度处直接测量。本工作采用的碘化钠剂量率仪对宇宙射线电离成分的响应近乎为零，所以其测量到的主要是陆地γ成分；高气压电离室可同时测量到宇宙射线电离成分与陆地γ成分且其对宇宙射线和陆地γ的响应近似为1∶1，两者相减可得到宇宙射线电离成分响应值^[5-11]。中子成分的测量相对独立，测量过程中借鉴国内外相关工作中采用的技术路线^[12-15]，将中子周围剂量当量率仪放置距离空旷地面1 m处直接测量。

2 结　果 2.1 第一阶段测量结果

测量开始之前，高气压电离室、碘化钠剂量率仪、中子周围剂量当量率仪均预热30 min，每个测量点测量时间为60 min。经测量，15个测量点陆地γ辐射水平范围为21.5～246.6 nGy/h，宇宙射线电离成分辐射水平范围为79.8～225.5 nGy/h，中子辐射水平范围为24.5～101 nSv/h，详细测量结果见表2。

2.2 第二阶段测量结果

第二阶段测量在从拉萨到西宁的火车车厢内进行，测量结果用于初步评价旅客以及乘务人员所受天然贯穿辐射剂量。火车从拉萨出发前半小时将高气压电离室、碘化钠剂量率仪、中子周围剂量当量率仪进行调试及预热，火车出发后开始测量直至火车到达西宁火车站时停止测量。期间电离室10 s记录一次数据，用于计算宇宙射线电离成分和γ辐射所致剂量；中子周围剂量当量率仪10 min记录一次数据，用于计算中子所致剂量。

基于测量结果，得到火车乘务人员和旅客受到的宇宙射线电离成分以及天然γ有效剂量为：

$ {E}_{\gamma + r}=0.7\times \sum _{n=1}^{8400}\frac{{V}_{n}}{360}=2.55\;{\mu }\mathrm{S}\mathrm{v} $

(1)

其中，n为测量次数，共计8400次，V_n为测量值，360为小时和测量时间（10 s）的转换系数，0.7为空气吸收剂量与有效剂量转换系数。

火车乘务人员和旅客受到的中子有效剂量为：

$ {E}_{n}=\sum _{n=1}^{140}\frac{{V}_{n}}{6}=2.27\mathrm{\mu }\mathrm{S}\mathrm{v} $

(2)

其中，n为测量次数，共计140次，V_n为测量值，6为小时和测量时间（10 min）的转换系数。

综上，旅客和乘务人员乘坐一次从拉萨到西宁（约22 h）的火车受到的天然贯穿辐射有效剂量为4.82 μSv。测量过程中，A类不确定度取标准偏差，B类不确定度取仪器检定证书中给出的不确定度，经计算其相对不确定度为13%。

2.3 测量结果准确性验证

本工作通过与经验公式比较以及测量方法可靠性验证2个方面对本次测量工作准进行探索。

联合国原子辐射效应科学委员会给出了不同海拔高度上宇宙射线剂量率公式为：

$ D={D}_{0}(0.21{e}^{-1.649h} + 0.79{e}^{0.4528h}) $

(3)

其中，D₀推荐值为32 nGy/h，公式中h为测量地点的海拔高度，单位为km^[1]。

中国原子能科学研究院岳清宇等^[16]通过对全国各地宇宙射线电离成分的测量得到的宇宙射线剂量率与海拔高速之间的经验公式为：

$ D={D}_{0}\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}(7.27\times {10}^{-5}\times {h}^{1.184}) $

(4)

其中D₀推荐值为32 nGy/h，h为测量地点的海拔高度，单位为m。

为验证本次测量结果的准确性，对测量得到的不同海拔高度的宇宙射线剂量率与上述经验公式进行了比较，结果见图1。

图1中绿色和红色曲线分别为联合国原子辐射效应科学委员会和中国原子能科学研究院岳清宇等^[16]给出的宇宙射线电离成分随海拔的变化规律，蓝色散点为本次实验测量值。3次测量结果总体比较接近，但考虑到测量过程中的地磁纬度、气象条件、太阳活动差异等因素的存在，各测量点的结果略有差异，在测量的海拔高度范围内最大差异不超过8%。

与此同时，为验证测量的可靠性，本工作在从拉萨到西宁的火车上选取3个与野外测量点对应的点位进行宇宙射线电离成分测量，通过车厢内外测量值计算得到的屏蔽因子大致相同，说明此次测量方法可靠性较高，具体测量结果见表3。

3 讨　论

本工作利用高气压电离室、碘化钠剂量率仪以及中子周围剂量当量率仪对青藏铁路沿线15个不同海拔高度的典型测量点以及拉萨到西宁的火车车厢内的天然贯穿辐射水平进行测量。基于室外测量结果，得到青藏铁路沿线陆地伽马辐射水平范围为21.5～246.6 nGy/h，宇宙射线电离成分辐射水平范围为79.8～225.5 nGy/h，中子辐射水平范围为24.5～101 nSv/h，测量结果与其他工作相比吻合度较高^[7,17]。基于车厢内测量结果，得到旅客和乘务人员乘坐一次从拉萨到西宁的火车受到的天然贯穿辐射有效剂量为4.82 μSv，相对不确定度为13%。同时，本工作从与经验公式比较以及测量方法可靠性验证2个方面证明了测量方法的准确性，测量结果可用于初步评价该地区铁路从业人员（如乘务人员）及旅客所受剂量，为监管部门提供依据。