天然本底辐射主要由宇宙射线和陆地γ射线组成。在普通本底地区, 宇宙射线的剂量率约占天然本底辐射外照射剂量率的(30 ~ 40)% ^[1]。我国幅员辽阔, 地磁纬度λ_m南以海南岛(7.3°N)北以黑龙江漠河(42°N)计, 跨越34. 7°N, 恰处宇宙射线纬度效应较大区域^[2]。同时, 各种不同的剂量率仪对宇宙射线的响应值(以下简称宇响值)差别较大, 以高气压电离室的响应值作为归一因子, 其他类型仪器对宇宙射线的响应因子约为0. 75 ~ 0. 91^[3]。因此测算天然陆地γ辐射水平时, 其准确性在很大程度上取决于对宇宙射线响应值的扣除。国标《环境地表γ辐射剂量率测定规范》^[4]中对宇宙射线的测量作了详细的规定。但依据该规范中的要求, 每台仪器均应在水深大于3m距岸大于1km的淡水湖面上测量。而且仪器损坏修复后, 也要在水面测宇响值, 这对大多数单位来说是难以做到的。

在全国环境天然贯穿辐射水平调查(1983 - 1990)期间, 许多单位均建立了稳定辐射场^[5], 笔者提出利用稳定辐射场(以下简称稳定场), 对仪器的宇响值进行测量。

1 测量仪器和方法 1.1 仪器

选用灵敏度较高的高气压电离室作为对稳定场进行长期测量的仪器。所选仪器为中国原子能科学院研制的YB-Ⅱ型高气压电离室, 平能量响应范围60keV~8M eV, 灵敏度因子14. 6 ×10^-16Ah/nGy。同时用其他类型的仪器进行比对测量, 以验证本方法的有效性。所用仪器有:山东省即墨市微机应用研究所制造的2台JW 3104型便携式微电脑X - γ剂量率仪, 能量响应25keV ~ 3M eV; 3台北京核仪器厂制造的BH 3103A型X - γ剂量率仪, 能量响应25keV ~ 3M eV。以上仪器均在中国计量院或上海计量院的检定有效期内。

1.2 稳定辐射场的建立

首先要选择一台灵敏度高并对宇宙射线响应好的仪器, 其宇宙射线响应值应按国标要求在淡水面上测定。稳定辐射场选在人为活动影响小, 周围条件比较稳定之处。我们将稳定场选在江苏省辐射环境监测管理站的楼顶(以下简称1#场), 以YB - Ⅱ高气压电离室作为基准仪器, 对稳定场的天然贯穿辐射剂量率长期测量并扣除仪器的宇响值。取其长期测量的平均值作为辐射场的参考值, 反映稳定场的陆地γ辐射剂量率水平。

1.3 利用稳定场值估算其他仪器宇响值

假设在稳定场以基准仪器长期测得陆地γ辐射剂量率平均值为D(nGy/h), 宇响值未知的仪器在稳定场中测得剂量率值为D(nGy /h), 则该台仪器在稳定场中的宇响值估算为:

(1)

该公式虽然简单, 但稳定场参考值的建立需要长期坚持测量, 前期的工作量较大。但稳定场建立后, 其他仪器测宇响值则相当方便。

1.4 宇响值修正

在用淡水面处宇响值实测结果换算到稳定场处的宇响值时, 须进行经纬度和海拔高度的修正。其关系式为^{[2, 6]} :

(2)

式2中D_水是淡水面处仪器的宇响值; D_稳是修正后稳定场处的仪器的宇响值; D_稳宇是稳定场处宇宙射线经验公式计算值, D_水宇是淡水面上宇宙射线经验公式计算值。以上各值的单位均为nGy /h。

其中D_稳宇和D_水宇的按下面的经验公式计算^{[2, 6]} :

(3)

(4)

式中:I₀是λ_m =0和h =0时的宇宙射线电离量值, 离子对·cm³·s^-1; h是计算点的海拔高度, m; λ_m是计算点的地磁纬度, °N; 由计算点的地理纬度λ和地理经度φ按下式计算:

(5)

2 估算结果验证

为了验证用稳定场估算宇响值是否可靠, 将前述多台仪器各自估算出的宇响值与全国环保系统γ辐射剂量率比对时实测数据以及江苏省辐射站在连云港石梁河水库的实测数据进行比较, 结果列于表 1。

以上数据中, 因四川的经纬度和海拔与江苏省差别较大, 其水面实测宇响值修正到稳定场处的宇响值时有差别, 其他实测值与修正值的差别小于1nGy /h。对以上数据中估计值与修正后的实测值进行成对数据检验, 成对数据差X_i =D_估i -D_稳i, 则假设H₀:μ_X =0, H₁ :μ_X ≠ 0。在水平α=0. 05下, 经t检验|t| =2. 09 < t_{0. 025} =2. 45, H₀成立。说明在95%置信水平下, 未发现用稳定场来估算仪器的宇响值与实测法结果差别有显著性。

3 讨论

这种方法实质上是把稳定场的陆地γ辐射剂量当做本底予以扣除。一般情况下, 陆地γ辐射剂量在天然辐射外照射剂量中占56%左右, 这就造成这种方法的误差较大。如果所选稳定辐射场的剂量率较低, 测量误差会有所减少。但这种方法在实际工作中比较简便, 依据前文比对结果来看, 与湖面实测值比较接近。考虑到许多单位很难找到符合国标要求的淡水湖, 那么建立一个稳定辐射场, 对新买仪器进行宇响值测量, 还是有一定意义的。同时稳定辐射场还可做为检验仪器稳定性的手段, 并可利用它评估仪器状态对监测数据的影响^[7]。本方法实质上是给稳定辐射场多增添了一项使用功能, 同时并没有增加额外工作量。从这个意义上讲, 还是值得推广的。