自1972年起, 我们就开始了对阳江天然放射性高本底地区(简称HBRA)和相邻的正常本底辐射地区(简称CA)的环境辐射水平和居民吸收剂量的调查研究工作。从1991年中国高本底辐射研究组与日本体质研究会进行了合作研究, 日本科学家与中国同行已进行了三次合作规场调查。本文仅对环境外照射辐射水平的测量方法作一些简单介绍。

在天然环境外照射辐射水平调查时, 往往采用不同的仪器和方法进行反复独立的测量, 以观察结果的可重复性, 从而保证测量结果的可靠性。高本底地区调查中, 主要采用了空气照射量率测量法, 累积剂量测量法和野外γ能谱测量法。

1 空气照射置率测量法

由于环境中的外照射辐射水平的测量主要是在野外进行, 因此, 要求测量仪器灵敏、简单、轻便、读数快等特点。FD-71、FD-3013等闪烁辐射仪就是其中一种较好的仪器。虽然它们并不是环境辐射监测的专用仪器, 其能响特性也不符合对一般通常环境X、γ辐射剂量仪的要求, 但只要利用修正的方法也可以解决由于能响特性差而带来的使测量结果偏高的问题。闪烁辐射仪的测量结果按文献所介绍的方法进行修正, HBRA的结果高于其它几种的15%左右, CA基本一致, 造成这种差异的原因, 正如文献^[2]所指出的那样, 不同地区的能谱组成是不同的, 故FD-71闪烁辐射仪的能量响应修正系数不应是一常数。通过对HBRA和CA的几种方法多次比对, 确定了适合HBRA和CA的能量响应修正因子。

在天然放射性高本底地区环境外照射辐射水平的调查中, 以FD-71闪烁辐射仪作为外照射量率的现场测量仪器, 首先对调查地区进行了大面积的野外空气照射量率的测量, 初步确定了HBRA有384个村庄, 居住在这些村庄的人数为77732人。CA有417个村庄, 人数为73684人。中日合作前, 外照射辐射水平要求给出HBRA和CA的平均值, 因此, 测量村庄的选择按地理位置层次随机抽样原则, 基本上是均匀分布。但在人口较稠密的区域适当地増加了调查村庄数。中、日合作后, 根据辐射流行病学调查的需要, 将地表外照射辐射水平所测得的结果, 按文献^[3]方法估算出调查地区居民的年吸收剂量。然后按吸收剂量分成高、中、低三组, CA仅为一组(根据分组人数配对的要求), 仅在以前的对照地区选140个村庄, 人数为27732人, 由于要进行剂量分组, 1991年我们对调查地区的天然外照射辐射水平未测量过村庄全部进行了测量, 结果列于表 1。

由表 1结果可知, 中、日合作前后的两次测量结果非常一致。合作前我们按分层抽样的方法, 仅对调查地区的部分村庄的外照射辐射水平进行了测量, 结果能反映出调查地区的居民年吸收剂量的平均值, 这种抽样方法是正确的。

由于调查地区的天然外照射辐射水平是分两次进行的, 为了比较两次测量结果是否可比, 数据能否合并使用, 我们除了在测量仪器中追朔到第一次调查时仪器的刻度条件外, 在实际调查中, 我们在HBRA选择了在第一次测量过的27个村庄、CA的1个村庄进行了再次测量, 结果列于表 2。

由表 2结果可知, 无论是按人口加权平均值, 还是算术平均, 中、日合作前后相差不超过5%, 我们认为两次测量的结果是可比的, 数据能合并使用。

每个村庄的测量户数, 按房屋地理位置的分层随机抽样, 测量户数均占村庄总户数的三分之一以上, 每户室内测量了正厅、床上、厨房; 每个村庄的室外主要选择人们经常活动的村口、巷道、水井、道路和田野(包括水田、旱土)。测量高度为离地面1m, 每个测点为三次读数的平均值。

因为天然γ福射水平随季节变化, 所以测量应尽量选择能代表当地全年平均辐射水平的季节, 各种测量方法均选在不同年份的夏末秋初季节进行。现场测量应尽量能避开大雷雨, 初雨天气中进行, 这是因为降雨(尤其是初雨、暴雨时)把空气中悬浮的²²²Rn短寿命子体(主要是指²¹⁴Po和²¹⁴Bi)冲刷到地面, 致使地表γ辐射水平增高。虽然这些核素的半衰期为30分钟左右, 但引起的吸收剂量率变化可长达几小时^[4]。

高压电离室被认为是目前测量天然环境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、测量精度高和受入射能量响应小等优点。调查中, 对FD-71型闪烁辐射仪的部分测点, 用RSS-111型高压电离室进行了比对测量^[5].

2 累积照射量测量法

在天然环境外照射辐射水平的调查中, 采用固体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。它的优点是:由于现场布放、测量周期长, 可以更客观地反映环境辐射场, 它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, 从而可以弥补用空气照射量测量只给出瞬时结果的不足。定点剂量计一般布放在居民经常活动的场所, 室内一般放在卧室的书桌抽屉里; 野外布放在距村庄建筑物50m以外的田野里, 把剂量计固定在离地面1m高处的小树或木杆上。布点原则是根据FD-71闪烁辐射仪的测量结果, 按辐射水平分组, 采用分层抽样法的方法。布放时间约2个月, 回收率在95%以上。

3 野外γ能谱测量法

采用野外γ谱仪测量调查地区的现场γ能谱, 可确定调査地区土壤中的天然放射性核素含量, 并以此能估算出单个天然放射性核素对γ辅射场照射量的贡献, 从而能进一步了解被调查地区天然辐射场的特性和辐射分布情况。它的特点是探测效应要比室内取样分析灵敏度高, 测点的代表性好。当把探测器放置在距地表 1m髙处时, 可采测到半径为10m范围内介质所放出的γ光子, 现场测贵点的数值可相当于几百平方米土壤中的天然放射性核素的含量的平均值, 这样就可以平均掉土壤中局部的不均匀, 可减少由于采样分析所带来的误差。

现场调査中, 采用了一套带微机的Nal (Te) γ谱仪测量系统^[6], 对HBRA CA分别测量了16个村庄的现场γ谱。测点选在离村庄建筑物50m以外的平坦草评或田地上, 尽量减少房屋建筑材料和岩石等对测量的干扰。

4 测量结果和分析

几种测量方法对调查地区的天然γ外照射水平测量的结果列于表 3, 表 3中的数值未包括宇宙射线对外照射水平的贡献, 主要是为了比较调查地区天然γ辅射水平的差异。考虑到调査地区的地理位置均位于北纬21°~22°, 海拔高度在15~50m范围内变动, 因而认为宇宙射线在空气中的吸收剂觉在两地区近似认为是一常数, 室外约为2.88×10^-8Gy·h^-1, 因建筑物对宇宙射线约有10%的屏蔽减弱作用, 室内约为2.59×10^-8Gy·h^-1.

在长达20多年的阳江天然放射性髙本底外照射辐射水平调查中, 有不同单位用不同的探测器和方法, 独立地在调查地区范围内不同的地点和测点数下完成的测量, 所得测量结果比较一致, 这不仅证明我们所调查地区的辐射场是比较均勻的, 各种仪器和方法的测量结果也是可比的, 我们认为用这几种方法的测量结果的算术平均值来代表调査地区的天然γ辐射水平是合理的。HBRA室内、外分别为33.13和16.51×10^-8Gy·h^-1; CA入分别为9.52和4.50×10^-8Gy·h^-1, 两地区天然γ辐射水平之比室内为3.5:1.0, 室外为3.7:1.0。通过对地质考察和土壤中天然放射性核素含量的分析, 已证实了HBRA的天然放射性本底辐射增高, 是由于附近山上花岗岩(内含独居石微粒)长期被雨水冲刷, 从而使天然放射性核素沉积于该地区的结果。对不同深度土壤中的天然放射性核素含量的分析, 表明土壤中的天然放射性核素的含量分布不随土壤深度而变化, 基本上是属于均勻分布, 这就证实了HBRA冲积物的形成已有相当长的时间了, 该地区的地表γ辐射水平的增高, 并非人为污染所致, 它是属于天然放射性高本底环境。