环境γ辐射剂量率比对及宇宙射线响应测量结果与分析

2022-10-27陈志东徐润龙林炜伟梁明浩

核安全 2022年5期

张华，陈志东，徐润龙，林炜伟，梁明浩

（广东省环境辐射监测中心，广州，510000）

环境γ辐射剂量率测量是全国辐射环境质量监测和辐射源环境监测的主要项目之一，目前该项目常用的探测器有电离室、闪烁体探测器、具有能量补偿的G-M计数管等。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［1］。

为验证“辐射测量仪的宇宙射线响应和校准系数的陆地测算”方法［2］、加强区域间的学习交流、查找分析不同探测器测量结果的差异，2020年12月广东省环境辐射监测中心（GERC）组织全国部分省级辐射监测单位和台山核电合营有限公司共10家单位进行环境γ辐射剂量率测量比对及宇宙射线响应测量。本文给出了该次比对的方法及结果。

1 测量仪器及测量点位

参加本次比对的10家单位携带3种不同型号的仪器共16台，所有仪器均在校准有效期内，为便于后续的比较分析，按照1～16对所有仪器进行编号。

测量过程参照GB/T 14583-93《环境地表γ辐射剂量率测定规范》［3］进行。本次比对选取道路、草地各2个测量点进行测量，另外在广东河源万绿湖进行仪器的宇宙射线响应测量，在GERC粤西分部“辐射检验场”［4］进行宇宙射线响应及系数的间接测量。具体测量点位为：

（1）粤西分部院内测量点17个，包括：辐射检验场15个，草地1个，道路1个；

（2）河源万绿湖测量点3个，包括：水面1个，道路1个，草地1个。

其中，道路测量点均设置在道路中心线；草地、辐射检验场测量点均远离高大树木和建筑物；万绿湖水面测量点水深大于3 m，离岸边大于1 km，测量时仪器置于玻璃钢船上，船体内无压舱石。

2 测量及计算方法

测量时气象条件满足GB/T 14583-93的要求，并同时记录了地理位置和气象条件等环境参数。

测量原始数据首先经过Grubbs检验［5］，标记出歧离值，剔除离群值，然后求得对应测点的γ辐射剂量率。

2.1 宇宙射线响应值修正方法

考虑到经纬度和海拔高度的影响，根据HJ/T 61-2001《辐射环境监测技术规范》［6］附录B，以辐射测量仪在广东河源万绿湖实测得到的宇宙射线响应值为基准，修正得到该设备在本实验场所在地（GERC粤西分部）的宇宙射线响应值。修正公式：

式中：

D′c0——辐射测量仪在万绿湖水面上对宇宙射线的响应值；

Dc0——辐射测量仪在测点处对宇宙射线的响应值；

D宇、D′宇——测点处和万绿湖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，单位为 nGy·h-1。

万绿湖测量点海拔高度为110 m，辐射检验场测量点海拔高度为26 m；粤西分部测量点纬度为 21°53′12″，经度为 111°59′34″；万绿湖测量点纬度为 23°47′38″，经度为 114°35′21″。根据HJ/T 61-2001《辐射环境监测技术规范》附录 B，D宇、D′宇分别为 27.5 nGy·h-1、27.9 nGy·h-1，即式（1）为：

2.2 辐射检验场介绍

辐射检验场位于广东省环境辐射监测中心粤西分部，长40 m、宽11 m。场地周围30 m内无高大建筑物，辐射环境相对稳定，本底环境γ剂量率约110 nGy/h。

辐射检验场用放射性物质来源于某独居石冶炼厂产生的固体废渣，废渣中含有较高放射性水平的238U、232Th及其子体。废渣的核素238U、226Ra、232Th、40K 的比活度分别为 1.01×104Bq·kg-1、1.34×105Bq·kg-1、7.87×105Bq·kg-1、6.96×102Bq·kg-1。

将固体废渣装入圆柱形不锈钢样品盒（直径10 cm，高12.5 cm）作为辐射检验场的放射源，装有废渣的不锈钢样品盒表面及1 m处的剂量率分别约 10 μGy/h 和 1 μGy/h。

图1为辐射检验场示意图，放射源（编号1A、2A、…、15A 和 1B、2B、…、15B）对称放置，测量点设在对称轴上（如图1所示D1、D2、…、D15）。

图1 辐射检验场示意图Fig.1 schematic diagram of radiation inspection field

2.3 辐射检验场理论基础及计算方法

任意两台辐射测量仪同点位测得的陆地γ辐射剂量率都应该相等，即

式中：

Dt——测量点的陆地γ辐射空气吸收剂量率；

D、Dc、k——某台辐射测量仪在环境中的测量读数、对宇宙射线的响应值和该测量仪对某种放射源γ射线产生的空气吸收剂量率的校准因子；

D0、Dc0、k0——作为量值传递辐射测量仪在环境中的测量读数、对宇宙射线的响应值和该测量仪对某种放射源（与上述放射源类型相同）γ射线产生的空气吸收剂量率的校准因子。

由式（3）得：

对于任意一台辐射测量仪器仪表，校准因子都为常数；测量仪对宇宙射线的响应值在海拔高度近似的情况下，也可近似看作常数。因此，在环境中进行比对测量时，两台仪器的读数将呈线性关系。

在上述辐射检验场进行比对测量，将比对测量数据以D0为x轴、以D为y轴作图进行最小二乘法线性拟合，得到拟合方程y=ax+b，则：

由式（5）、式（6）分别计算待测仪器的校准系数（实验值）及宇宙射线响应值。

3 结果分析与评价

本次宇宙射线响应测量及γ辐射剂量率比对采用统一的记录格式，每个点位记录20组数据。

道路和草地环境γ辐射剂量率测量数据的评判，依据《利用实验室间比对进行能力验证的统计方法》［7］（GB/T 28043-2019）和《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》［8］（CNASGL02）推荐的方法；对于无指定值的比对结果，采用稳健Z 比分数法统计评价参加比对实验室的测量结果。利用“辐射检验场”获得的宇宙射线响应实验值、校准系数实验值结果评判，则采用绝对偏差或相对偏差评价。

稳健Z比分数法公式：

式中：

yc——参加比对实验室的测量值；y中位值为中位值；

IQR——四分距IQR=Q3-Q1；

标准IQR为IQR×0.7413，表示标准化四分位距；

Q3——第三、四分位数，指1/4的结果数据高于该值；

Q1——第一、四分位数，指1/4的结果数据低于该值。

比对结果的评价方法：

｜Z｜≤2时，表明结果“满意”；

2＜｜Z｜＜3时，表明结果为异常值，应查找偏差较大的原因；

｜Z｜≥3时，表明结果“不满意”（结果为离群值）。

3.1 宇宙射线响应及校准系数与辐射检验场实验值比较

本次比对共有3台RSS-131型高压电离室、11台FH40G型便携式γ辐射剂量率仪、2台6150AD型便携式γ辐射测量仪在万绿湖进行宇宙射线响应测量。测量结果按照公式（2）进行修正，详细结果见表1。

本次共14台γ辐射测量仪参加了辐射检验场测量，首先以仪器代码1、仪器代码4为传递仪器，然后利用式（5）、式（6）分别获得同类型仪器的宇宙射线响应实验值和校准系的实验值，最后以表1校准系数和辐射检验场宇宙射线响应值作为参考值。实验值与参考值比较结果见表2。

表1 万绿湖宇宙射线响应值及辐射检验场宇宙射线响应修正结果Table 1 Cosmic ray response measurement of Wanlu Lake and correction results of cosmic ray response of radiation inspection field

表2 宇宙射线响应及校准系数与辐射检验场实验结果比较Table 2 Terrestrial measurement of cosmic ray response and calibration coefficient results

由表2可见，12台仪器校准系数实验值与参考值相对偏差范围为-10.1%～21.0%，10%以内有11个，占比为92%，其中仪器代码9相对偏差为21%；2台高压电离室的相对偏差最小，分别为-1.0%和0.0%。宇宙射线响应实验结果绝对偏差范围为 -5.2～5.5 nGy·h-1，均小于6 nGy·h-1，表明宇宙射线响应实验结果绝对偏差较小，结果均可接受。

3.2 陆地γ辐射剂量率比对结果及分析

本次共有16台γ辐射测量仪参加比对，得到监测数据64个。仪器在每个测量点的读数均值扣除宇宙射线响应值、乘以校准系数后，监测结果汇总于表3。

表3 γ辐射剂量率监测结果（nGy·h-1）Table 3 The results of γ radiation dose rate（nGy·h-1）

采用稳健Z比分数法评价表3比对结果，评价结果见表4。

表4 Z比分数值结果汇总表Table 4 Z score numerical result summary table

由表4可见，64个监测数据中有60个数据取得满意的比对结果，占总数的94%；4个监测数据为异常值，分别为仪器代码9在道路1、道路2、草地2和仪器代码7在道路2的监测结果。

由表3可知，仪器代码7测量结果除草地2之外均为同点位最大值。其中草地2测量结果为223.1 nGy·h-1，该点位测量结果最大值为224.0 nGy·h-1；仪器代码9测量结果均为同点位最小值。经核实，本次参与比对的仪器校准单位共有7家，其中仪器代码7、仪器代码9分别来自上海和湖南某检定单位。由表2可知，仪器代码9校准系数实验值与参考值相对偏差为21%，因考虑是否因检定引入系统误差，故将仪器代码7、仪器代码9结果利用表2系数实验值（分别为0.90、1.17）作为校准系数进行重新计算，监测结果见表5。