不同辐射监测仪器对宇宙射线响应值的测量

不同辐射监测仪器对宇宙射线响应值的测量

韩明远,蒲元平,徐琎,曹海涛

四川省核工业辐射测试防护院(四川省核应急技术支持中心  四川 成都 610000

摘要：根据《环境辐射剂量率测量技术规范》（HJ 1157—2021）在进行环境辐射剂量率测量时，应扣除仪器对宇宙射线的响应部分。本文使用2种辐射监测设备BH3103B型便携式X-γ剂量率仪和AT1123型X、γ辐射剂量当量率仪，通过对相同条件下的宇宙射线响应值的测量，再选取固定地点采用扣除宇宙射线的方法进行验证监测对比，从而得出不同辐射监测设备对宇宙射线响应的差异，为以后环境辐射剂量率监测过程中扣除宇宙射线的响应部分提供数据支持。

关键词： 环境；辐射剂量率监测；辐射监测仪器；宇宙射线响应值；对比

用于环境辐射剂量率监测的常用探测器有：电离室、闪烁探测器、具有能量补偿的G-M计数管和半导体探测器等[1]，本监测实验使用的2种辐射监测设备：BH3103B型便携式X-γ剂量率仪和AT1123型X、γ辐射剂量当量率仪均为闪烁探测器。在正常的天然辐射环境中，宇宙射线是天然辐射环境本底的主要组成部分，约占天然辐射环境本底外照射剂量率的40%[2]。宇宙射线的大小会随着海拔高度和地磁纬度的变化而变化，同时还会受到太阳活动周期的影响[3]。而不同的仪器对宇宙射线的响应不同。通过不同辐射监测仪器对宇宙射线响应值的监测，得到不同监测设备在同一监测条件下对宇宙射线的响应值，在以后环境监测工作中便可以通过计算扣除该监测仪器相应的宇宙射线响应值，使不同仪器的监测数据更具有可比性、科学性和准确性。

一．监测仪器

本次监测实验各选取2台BH3103B型便携式X-γ剂量率仪和AT1123型X、γ辐射剂量当量率仪，其技术参数如表1：

表1-1：监测仪器参数表

注：本次监测实验的监测时间均在表1-1中仪器检定证书的有效日期内进行。

二．监测依据

根据《环境辐射剂量率测量技术规范》（HJ 1157—2021）中5.4.3的要求：在进行环境辐射剂量率测量时，应扣除仪器对宇宙射线的响应部分。可在水深大于3m，距岸边大于1km的淡水水面上测量，仪器应放置于对读数干扰小的木制、玻璃钢或橡胶船体上，船体内不能有压舱石。测量仪器的宇宙射线响应及其自身本底时，在读数间隔为10s时应至少读取或选取50～100个读数，也可选取仪器自动给出的平均值，或使读数平均值统计涨落小于1%。[1]

根据《辐射环境监测技术规范》（HJ/61-2021）中8.6.1的要求：在测量环境γ辐射空气吸收剂量率时，仪器读数中包含探测器对宇宙射线电离成分的响应值，不同类型探测器的宇宙射线响应值差别较大，在监测结果中应予扣除，否则监测结果无法比较，也不能进行剂量评价。扣除该响应值的方法是在广阔的淡水湖（库）水面上，要求水深大于3m，距岸边大于1km的水面上测量，水由于湖库水体基本屏蔽了地球的陆地γ辐射，监测点处仪器对宇宙射线的响应值近似等于测量仪器对宇宙射线的响应值（监测点处仪器对宇宙射线的响应值中还包含仪器自身本底、水中天然放射性核素产生的γ射线、空气中氡、钍子体的γ射线等影响，但对于一般环境监测应用，其影响可以忽略）。如果测点的海拔高度、经纬度与湖（库）水面相差不大：海拔高度差别≤200m，经度差别≤5°，纬度差别≤2°，监测点处仪器对宇宙射线的响应值可以不进行修正。[4]

《电离辐射环境监测与评价》一书中也给出：现场测量宇宙射线通常在水深大于3m，距岸边大于1km的内陆湖泊和水库的开阔水面上的木船、玻璃钢或橡胶船体上中进行[5]。

三．监测点位和条件

本次宇宙射线的响应值监测首先选在四川省凉山彝族自治州西昌市邛海水面的木船上，监测时天气：晴，温度：24℃~27℃，相对湿度：53%~62%，海拔高度：1.5km，地理经度：102.31602927，地理纬度：27.81507271，距西南岸边1184m，距东北岸边1330m，水深>3m。

监测完邛海水面返回到岸边后，在邛海西南侧岸边选取一个开阔固定位置进行地表γ辐射剂量率监测，选取点位周围30m没有高大建筑物，监测时天气：晴，温度：27℃~28℃，相对湿度：51%~63%，海拔高度：1.5km，地理经度：102.30360366，地理纬度：27.79911575。

本次监测实验除在琼海水面及岸边监测外，另选取2处地方进行监测。

一处选在四川省凉山彝族自治州冕宁县牦牛坪选矿厂大门外空地，选取点位周围30m没有高大建筑物，监测时天气：晴，温度：18℃~20℃，相对湿度：41%~44%，海拔高度2.7km，地理经度：101.98526116，地理纬度：28.44545274。

一处选在四川省成都市新都区三河街道锦门公园内草坪上，选取点位周围30m没有高大建筑物，监测时天气：晴，温度：28℃~30℃，相对湿度：67%~70%，海拔高度0.5km，地理经度：104.12997443，地理纬度：30.77818031。

四．监测内容

本次监测实验所有监测点均使用4台监测设备进行测量，在仪器稳定后各间隔10秒读取50个数据，取平均值。根据计算公式得出邛海水面的宇宙射线响应值及其他各监测点扣除宇宙射线响应值的环境辐射剂量率，并进行比较分析。

五．计算公式

根据《环境辐射剂量率测量技术规范》（HJ 1157—2021）中5.5的要求：环境γ辐射剂量率测量结果按照下方公式计算[1]:

式中：——测点处环境γ辐射空气吸收剂量率值，Gy/h；

——仪器检定/校准因子；

——仪器检验源效率因子[=A0/A(当0.9≤≤1.1时，对结果进行修正；当<0.9或>1.1时，应对仪器进行检修，并重新检定/校准)，其中A0、A分别是检定/校准时和测量当天仪器对同一检验源的净响应值(需考虑检验源衰变校正)；如仪器无检验源，该值取1]；

——仪器测量读数值均值(空气比释动能和周围剂量当量的换算系数参照JJG393-2018，使用137Cs和60Co作为检定/校准参考辐射源时，换算系数分别取1.20Sv/Gy和1.16Sv/Gy)，Gy/h[6]；

——建筑物对宇宙射线的屏蔽修正因子，楼房取0.8，平房取0.9，原野、道路取1；

——测点处宇宙射线响应值(由于测点处海拔高度和经纬度与宇宙射线响应测量所在淡水水面不同，需要对仪器在测点处对宇宙射线的响应值进行修正)，Gy/h。[5]

根据《辐射环境监测技术规范》（HJ61-2021）[5]中附录D的宇宙射线响应值修正方法，修正公式如下：

式中：——仪器在测点处对宇宙射线的响应值；

、——分别为测点处和湖(库)水面处宇宙射线电离成分在低大气层中产生的空气吸收剂量率，nGy/h；

——仪器在湖(库)水面上对宇宙射线的响应值。

和的经验计算公式如下：

式中：——计算点所在海平面处宇宙射线电离成分所致空气吸收剂量率，nGy/h；

——计算点的海拔高度，km；

——计算点的地磁纬度，。

地磁纬度由计算点的地理纬度和地理经度φ按下式计算：

六．监测结果

本次监测实验仪器使用137Cs作为检定/校准参考辐射源，换算系数取1.20Sv/Gy，仪器检验源效率因子均取1，建筑物对宇宙射线的屏蔽修正因子均取1。根据实际监测结果并根据计算公式对结果进行修正，得出4台监测设备的邛海水面的宇宙射线响应值及其他各监测点扣除宇宙射线响应值的环境辐射剂量率如下：

表6-1  邛海水面宇宙射线响应值监测结果

表6-2邛海岸边环境辐射剂量率监测结果

注：测点处的海拔高度、经纬度与琼海水面相差不大，测点处仪器对宇宙射线的响应值可以不进行修正。

表6-3  牦牛坪选矿厂环境辐射剂量率监测结果

表6-4  锦门公园环境辐射剂量率监测结果

七．监测结论

从表6-1可以看出同类型仪器对宇宙射线的响应值基本一致，相对误差最大值为3.22%，不同类型仪器对宇宙射线的响应值差距较大，相对误差最大值为41.94%，其中BH3103B型便携式X-γ剂量率仪对宇宙射线的响应值较小，AT1123型X、γ辐射剂量当量率仪对宇宙射线的响应值大。

从表6-2~表6-4可以看出不同监测仪器扣除宇宙射线的响应部分后，在不同监测点的环境辐射剂量率监测结果数据差距较小，相对误差最大值为5.13%，说明在扣除监测仪器相应的宇宙射线响应值后，环境辐射剂量率监测结果基本一致，使不同仪器的监测结果具有可比性。

综上所述，监测仪器对宇宙射线电离成分的响应值是环境辐射剂量率的重要组成部分，在日常进行环境辐射剂量率监测时应当扣除其中的宇宙射线响应值部分，宇宙射线响应值的计算结果符合宇宙射线随海拔增高而增大的趋势，计算中发现经纬度对宇宙射线响应值的影响相对较小，但仍需要监测点的经纬度来计算，从而判断取30或是32。因为宇宙射线响应值也会受到太阳活动周期的影响，在以后的监测过程中最好每年都对环境辐射剂量率监测仪器进行宇宙射线响应值的水面监测。

参考文献：

[1]生态环境部.环境辐射剂量率测量技术规范：HJ 1157—2021 [S].2021

[2]联合国原子辐射效应科学委员会.电离辐射源与效应[M].山西:西科学技术出版社，2002:109

[3]金花，岳清宇.中国大陆地区居民所受宇宙射线剂量估算[J].原子能科学技术，1989,23(6):9-15

[4]生态环境部.辐射环境监测技术规范：HJ/61-2021[S].2021

[5]潘自强.电离辐射环境监测与评价[M].北京:原子能出版社，2009:256

[6]国家市场监督管理总局.便携式X、γ辐射周围剂量当量(率)仪和监测仪:

JJG393-2018[S].2018