天然辐射对人类的辐射危害一直是联合国原子辐射效应科学委员会(United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, UNSCEAR)所关注的问题之一。天然中子是天然辐射的组成成分之一，对不同地区辐射水平的贡献有所不同^[1]。环境中的天然中子辐射水平随海拔高度增加而增加^[2-3]，同时与所在地区地质条件、周围环境等多种因素相关。西藏地区可居住范围海拔高度在约1000~5000 m之间，地磁纬度在北纬18°~21°之间。由于西藏地区具有较高的海拔，宇宙射线及天然中子辐射水平高于低海拔地区，导致当地居民受到较高水平的照射。因此，有必要对西藏地区的天然中子水平进行调查和评价，了解居民受照射情况，同时也为资源开发、工农业生产、核技术利用、环境保护等提供必要的基础数据。

1 评价方法 1.1 天然中子所致居民剂量的评价方法

本工作采用的居民剂量评价方法，主要基于两台产自德国型号分别为LB 6411和LB 123的中子探测器的现场测量数据^[4]，考虑有效剂量-能谱修正系数f_E、屏蔽因子f_s、室内居留因子f_r后，得出居民所受天然中子照射的年平均有效剂量E。评价采用的计算公式如下：

$ \begin{align} &E={{f}_{E}}\cdot \left[ {{f}_{r}}\cdot {{{\dot{H}}}^{*}}{{\left( 10 \right)}_{indoor}}+\left( 1-{{f}_{r}} \right){{{\dot{H}}}^{*}}{{\left( 10 \right)}_{outdoor}} \right] \\ &\cdot \left( 365\cdot 24h \right)~ \\ &或E={{f}_{E}}\cdot \left[ {{f}_{r}}\cdot {{f}_{s}}+\left( 1-{{f}_{r}} \right) \right]\cdot {{{\dot{H}}}^{*}}{{\left( 10 \right)}_{outdoor}}\cdot \\ &\left( 365\cdot 24h \right) \\ \end{align} $

1)

其中，$ {{{\dot{H}}}^{*}}{{\left( 10 \right)}_{indoor}}$为使用上述类型探测器测得的室内中子周围剂量当量率，$ {{{\dot{H}}}^{*}}{{\left( 10 \right)}_{outdoor}}$为使用上述类型探测器测得的室外中子周围剂量当量率。式(1)中的中子周围剂量当量率使用对测量数据的拟合公式${{{\dot{H}}}^{*}}{{\left( 10 \right)}_{outdoor, h}}=7.29{{e}^{0.00054h}} $ (式中${{{\dot{H}}}^{*}}{{\left( 10 \right)}_{outdoor, h}} $，的单位为nSv/h；h为海拔高度，单位为m)进行计算，该拟合公式在西藏地区海拔高度为2000~5000 m的主要居住区，与实地调查结果的相对标准偏差在20%以内。

1.2 有效剂量-能谱修正系数

考虑到天然中子包含快中子以下成分以及100~200 MeV的相对论中子成分，一些文献中给出两部分中子在天然中子所造成的人员有效剂量中所占比例各约50%^[2-3]。本工作中采用的中子探测器LB6411对15 MeV以下的中子能较好探测(能量响应曲线如图 1所示)^[5-6]，而对能量在100~200 MeV的中子探测效率过低。因此，使用该仪器测得的中子周围剂量当量率应考虑一个有效剂量-能谱修正系数，以正确反映人员所受到的剂量。基于多球中子谱仪实地测量数据的分析结果，对于西藏地区的天然中子辐射场，1 MeV附近中子对居民有效剂量的贡献约为35%，100 MeV附近中子的贡献约为60%，几百keV以下中子的贡献约为5%^[4]。考虑到本次调查所选中子周围剂量当量仪对100 MeV附近中子响应偏低，需要对其结果进行修正。根据多球中子谱仪对天然中子能谱的测量结果，对通过天然中子能谱计算得到的天然中子有效剂量率与使用该仪器测得的中子周围剂量当量率进行比较，分析结果表明，本工作采用的中子周围剂量当量仪有效剂量-能谱修正系数值取为1.67(范围为1.5~2.2)较为合适，该处理方法与Munehiko等^[7-8]以及刘建忠等^[9]的处理方法类似，该取值的相对标准偏差约为30%。

1.3 屏蔽因子

西藏地区城镇居民主要居住于2~4层楼房。假定当地居民的工作、生活从1层至最高层平均分布，不同高度楼房的平均屏蔽因子计算结果见表 1。为简化计算，对西藏地区城镇居民统一采用高度为3层的楼房的屏蔽因子值为0.76，这一处理对当地居民室内平均屏蔽因子的真实值所带来的总体误差不超过8%。

对于西藏地区的乡村居民，多数居住在简易平房和二层楼房。虽然他们居住的楼层较低，但有相当一部分为屏蔽层较厚的砖石结构房屋，现场测量结果表明其屏蔽因子甚至可以低于0.7。综合考虑屏蔽效果较差的其它类型住房结构，本工作中取屏蔽因子为0.8，误差约为10%。

1.4 室内居留因子

按UNSCEAR 2000^[1]及潘自强等^[10]采用的方法，对西藏地区城镇居民的室内居留因子取为0.8，对乡村居民的室内居留因子取为0.7。

1.5 剂量计算公式

根据以上分析，(1)式中考虑各种修正因子后，剂量评价采用的计算公式如下：

$ \left\{ \begin{align} &E=1.18\times {{10}^{4}}\cdot {{f}_{E}}\cdot {{{\dot{H}}}^{*}}{{\left( 10 \right)}_{outdoor, h}}, 城镇居民 \\ &E=1.26\times {{10}^{4}}\cdot {{f}_{E}}\cdot {{{\dot{H}}}^{*}}{{\left( 10 \right)}_{outdoor, h}}, 乡村居民 \\ \end{align} \right. $

2)

其中，E为天然中子所致年有效剂量(nSv/a)，$ {{{\dot{H}}}^{*}}{{\left( 10 \right)}_{outdoor, h}}$采用对实地调查数据的拟合公式(3)进行计算，具体参见徐勇军等人的工作^[4]。

$ {{{\dot{H}}}^{*}}{{\left( 10 \right)}_{outdoor, h}}=7.29{{e}^{0.00054h}} $

3)

根据误差传递理论，考虑中子周围剂量当量率拟合公式的误差及各修正因子的误差后，使用公式(2)计算的天然中子所致居民有效剂量的总误差约为35%。

2 结果

按照西藏自治区各地区所辖市县的人口数^[11-12]加权后，西藏各地区居民所受的天然中子年平均有效剂量计算结果见表 2。由表 2可见，城镇居民所受天然中子有效剂量略低于乡村居民，这是由于城镇居民室内居留因子值较高，在中子剂量率稍高的室外停留时间较短，另一方面其室内屏蔽因子也略低于乡村居民，故所受天然中子剂量相对略低。那曲地区由于平均海拔最高(3900~4700 m)，居民所受天然中子年平均有效剂量最大为0.98 mSv/a；林芝地区平均海拔最低(1100~3000 m)，居民所受年平均有效剂量最低为0.42 mSv/a。按各地区人口数加权后，西藏地区居民所受天然中子年平均有效剂量为0.75 mSv/a，误差0.26 mSv/a，约相当于海拔高度在3900 m附近居民所受天然中子的年平均有效剂量，是世界范围平均值0.1 mSv/a^[1]的8倍。

3 结论

考虑能谱修正、屏蔽因子等因素后，首次对西藏地区居民所受天然中子年平均有效剂量进行了初步评价。评价结果表明，那曲地区由于海拔最高，居民所受天然中子年平均有效剂量最大为0.98 mSv/a；林芝地区海拔最低，其值最低为0.42 mSv/a。按不同地区人口分布加权后，得到西藏地区居民所受天然中子年平均有效剂量为(0.75±0.26)mSv/a，约相当于海拔高度3900 m附近居民所受天然中子的年平均有效剂量，约是世界范围平均值0.1 mSv/a的8倍。