黃超云，王海鵬，3， 楊 濤

(1.環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心，北京 100089；2.西藏自治區(qū)輻射環(huán)境監(jiān)督站，拉薩 850000;3.中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京 102413)

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· 環(huán)境輻射 ·

高海拔地區(qū)累積劑量法測(cè)量環(huán)境地表γ輻射劑量水平方法探討

黃超云1,2，王海鵬1,2，3， 楊 濤2

(1.環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心，北京 100089；2.西藏自治區(qū)輻射環(huán)境監(jiān)督站，拉薩 850000;3.中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京 102413)

介紹了在西藏自治區(qū)自海拔1 500m～4 500m高度范圍內(nèi)，利用累積劑量方法測(cè)量環(huán)境地表γ輻射劑量的相關(guān)情況?？紤]到不同海拔高度宇宙射線強(qiáng)度相差較大，本文對(duì)不同點(diǎn)位測(cè)量數(shù)據(jù)扣除了宇宙射線響應(yīng)值，并與地表環(huán)境γ輻射劑量率瞬時(shí)測(cè)量值進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果表明：在高海拔地區(qū)累積劑量法測(cè)量環(huán)境地表γ輻射劑量率時(shí)，監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)宇宙射線的響應(yīng)值可能遠(yuǎn)大于環(huán)境地表γ輻射劑量率值，在數(shù)據(jù)分析中需重點(diǎn)考慮；累積劑量法與瞬時(shí)劑量測(cè)量數(shù)據(jù)相對(duì)偏差在15%內(nèi)，符合較好。

熱釋光；累積劑量；宇宙射線；高海拔地區(qū)

地球上的生物都時(shí)刻受到自然界中存在的電離輻射的照射，這種照射稱為天然輻射照射。天然放射性核素有兩類，即原生放射性核素和宇生放射性核素，前者是在太陽(yáng)系形成的初期階段生成的，后者則來(lái)自宇宙空間的宇宙射線及其感生放射性核素。原生放射性核素同地球的形成相關(guān)，地球上存在的主要是鈾、錒、釷系及40K。地球不斷地受到來(lái)自外太空的高能粒子的轟擊，這些宇宙射線與大氣組分中的原子核相互作用，產(chǎn)生級(jí)聯(lián)作用和次級(jí)反應(yīng)，從而形成了大氣中的宇宙射線。在地面高度上，對(duì)劑量貢獻(xiàn)的主體是μ介子，在飛行高度上，中子、電子、正電子、光子和質(zhì)子是最重要成分[1]。

環(huán)境地表γ輻射劑量的測(cè)量對(duì)象就是陸地上天然輻射射線的照射。熱釋光探測(cè)器是一種無(wú)源探測(cè)器，具有能量響應(yīng)好、靈敏度高、量程范圍寬、重量輕、體積小、受環(huán)境因素影響小、測(cè)量方便、測(cè)量精度高、能重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，不但是個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)的理想方法，而且在環(huán)境累積劑量監(jiān)測(cè)中更顯示了現(xiàn)場(chǎng)布放周期長(zhǎng)、能客觀地反映出環(huán)境輻射場(chǎng)的實(shí)際情況的優(yōu)越性[2]。在高海拔地區(qū)，因?yàn)橛钪嫔渚€引起的外照射劑量值可能遠(yuǎn)大于環(huán)境地表γ輻射劑量率值及累積劑量法、瞬時(shí)測(cè)量法采用設(shè)備對(duì)宇宙射線響應(yīng)可能存在較大差異，本文重點(diǎn)對(duì)累積劑量法中扣除熱釋光劑量計(jì)宇宙射線響應(yīng)值扣除方法進(jìn)行研究，并與瞬時(shí)γ輻射劑量率測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。

1 儀器與方法

1.1 儀器

累計(jì)劑量測(cè)量采用BR200DⅢA型熱釋光劑量讀出器，配套BR2000B型熱釋光探測(cè)器冷卻爐、FJ-417型熱釋光照射器、BR1000型LiF(Mg、Cu、P)熱釋光探測(cè)器。其中熱釋光探測(cè)器用于X、γ、β射線劑量的測(cè)量，主要指數(shù)指標(biāo)為：尺寸Φ4.5mm×0.8mm；線性范圍為10-7～12Gy；30keV～3Mev光子能量響應(yīng)小于20%；發(fā)射光譜350nm；相對(duì)靈敏度40%～60%；重復(fù)性小于4%；室溫下存放一個(gè)月無(wú)明顯衰退；對(duì)室內(nèi)散射日光、白熾燈光、熒光燈無(wú)明顯響應(yīng)。

瞬時(shí)γ輻射劑量率測(cè)量采用FH40G型主機(jī)配FHZ672E-10型塑料閃爍體探測(cè)器的γ輻射劑量率儀，主要參數(shù)為：塑料閃爍體Φ90×90mm；測(cè)量范圍：1nGy/h～100μGy/h；48keV～4.4MeV光子能量響應(yīng)小于15%。

1.2 測(cè)量方法

環(huán)境熱釋光累積劑量的測(cè)量參照GB/T 10264-2014《個(gè)人和環(huán)境監(jiān)測(cè)用熱釋光劑量測(cè)量系統(tǒng)》執(zhí)行。BR1000型TLD 測(cè)量?jī)x器測(cè)讀條件為：加溫速率，20oC/s；預(yù)熱溫度140oC，預(yù)熱時(shí)間20s；測(cè)量溫度240oC ，測(cè)量時(shí)間20s。

因?qū)嶒?yàn)室無(wú)標(biāo)準(zhǔn)鉛室及不同海拔高度鉛室內(nèi)宇宙射線本底存在差異，本底劑量計(jì)在返回后即進(jìn)行測(cè)量。

2 測(cè)量布點(diǎn)

熱釋光劑量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)布放地點(diǎn)要盡量能代表被測(cè)環(huán)境，所選地區(qū)要求平整、地表物質(zhì)層均勻、布點(diǎn)周?chē)諘纾皇芨浇ㄖ锏钠帘斡绊?。熱釋光劑量?jì)布放在離地面1.0±0.2m的高度，要避免太陽(yáng)直射，應(yīng)選擇在隱蔽、陰涼的地方并有防潮及避雨措施。理想的布放方法是把熱釋光劑量計(jì)放在特制的收集箱內(nèi)，收集箱保持良好通風(fēng)，采用低原子序數(shù)和含放射性雜質(zhì)少的材料，劑量計(jì)也可掛在鐵柵欄，小樹(shù)或輕質(zhì)木柱上[3]。

西藏地區(qū)是青藏高原的主體部分，由一系列巨大的山系、高原面、寬谷和湖盆組成。自然環(huán)境復(fù)雜，地形地貌多樣，基本上可分為極高山、高山、中山、低山、丘陵和平原等六種類型。海拔范圍約在1000m～8844m，5000m以上的山峰常年積雪。根據(jù)人口權(quán)重，環(huán)境保護(hù)部在西藏地區(qū)從海拔1532m～4735m范圍內(nèi)選擇了15地方進(jìn)行布點(diǎn)測(cè)量，具體見(jiàn)表1。

表1 測(cè)量布點(diǎn)及各點(diǎn)位宇宙射線劑量率理論計(jì)算值Tab.1 Measuring points and its theoretical cosmic ray dose rate

3 宇宙射線響應(yīng)扣除

鑒于測(cè)量布點(diǎn)海拔高度差別較大、累積劑量法及瞬時(shí)測(cè)量所用設(shè)備宇宙射線響應(yīng)差別較大，需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)分別進(jìn)行宇宙射線響應(yīng)扣除。

目前常用的宇宙射線劑量理論計(jì)算包括1983～1990年中國(guó)環(huán)境天然貫穿輻射水平調(diào)查中采用的宇宙射線電離成分(不包括中子成分)所致吸收劑量率的經(jīng)驗(yàn)式、岳清宇等通過(guò)全國(guó)各地宇宙射線電離成分的測(cè)量得到的宇宙射線與海拔之間的經(jīng)驗(yàn)式、黃超云等通過(guò)西藏地區(qū)宇宙射線電離成分的測(cè)量得到的宇宙射線與海拔之間的經(jīng)驗(yàn)式[4]、UNSCEAR 2000年報(bào)告中給出的不同海拔高度上宇宙射線光子及電離成分(不包括中子成分)劑量率經(jīng)驗(yàn)式。上述4種經(jīng)驗(yàn)公式在低海拔高度符合較好，在高海拔高度存在較大偏差。鑒于不同海拔高度宇宙射線成分差異及BR1000型LiF(Mg、Cu、P)熱釋光探測(cè)器與瞬時(shí)測(cè)量設(shè)備對(duì)β射線響應(yīng)差異，本文采用UNSCEAR 2000年報(bào)告中推薦的經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算宇宙射線劑量率。

BR1000型LiF(Mg、Cu、P)熱釋光探測(cè)器對(duì)宇宙射線的響應(yīng)參照文獻(xiàn)[5]中三種熱釋光LiE(Mg，Cu，P)探測(cè)器(GR．200A型、CTLD．1000型和TLD2000型) 相對(duì)于高壓電離室的宇宙射線響應(yīng)因子(0．845、0．877和0．839)。本文取三種探測(cè)器響應(yīng)因子的均值。

BR1000型LiF(Mg、Cu、P)熱釋光探測(cè)器自輻照本底參照國(guó)外對(duì)GR一200A型LiF(Mg，Cu，P)的研究，約為0.7 nGy/h，可忽略[6]。

瞬時(shí)劑量測(cè)量設(shè)備的宇宙射線響應(yīng)扣除采用在西藏地區(qū)實(shí)測(cè)的宇宙射線響應(yīng)值，部分?jǐn)?shù)據(jù)采用內(nèi)插法補(bǔ)齊，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 瞬時(shí)劑量測(cè)量設(shè)備宇宙射線響應(yīng)值Tab.2 Cosmic rays respondse value by instantaneous dose measurement instrument

4 結(jié) 果

2013年累積劑量法測(cè)量數(shù)據(jù)在80.7～169nGy/h范圍內(nèi)； 2014年累積劑量法測(cè)量數(shù)據(jù)在69.2～159nGy/h范圍內(nèi)。各測(cè)點(diǎn)兩年累積劑量法測(cè)量值與瞬時(shí)測(cè)量值相對(duì)偏差均小于15%，符合較好。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 測(cè)量結(jié)果Tab.3 Measuring results

測(cè)量結(jié)果因布點(diǎn)周?chē)h(huán)境介質(zhì)中放射性核素含量差異存在高低變化，變化在正常環(huán)境本底范圍內(nèi)。因熱釋光劑量探測(cè)器布放高度不統(tǒng)一，部分布放在較低灌木枝條上，部分布放在較高喬木樹(shù)枝上，部分布放在院內(nèi)路燈桿或柵欄上，布放高度差異導(dǎo)致的數(shù)據(jù)差異根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]中的研究結(jié)果，不是數(shù)據(jù)差異的主要因素。

5 討 論

5.1 各點(diǎn)位累積劑量法與瞬時(shí)劑量測(cè)量數(shù)據(jù)相對(duì)偏差在在15%內(nèi)，符合較好。

5.2 高海拔地區(qū)累積劑量法測(cè)量環(huán)境地表γ輻射劑量率時(shí)，監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)宇宙射線的響應(yīng)值可能遠(yuǎn)大與環(huán)境地表γ輻射劑量率值，在數(shù)據(jù)分析中需重點(diǎn)考慮。

5.3 環(huán)境地表輻射場(chǎng)的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致累積劑量法與瞬時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)的差異。

5.4 累積劑量與瞬時(shí)劑量測(cè)量點(diǎn)位不重合應(yīng)該是導(dǎo)致數(shù)據(jù)差異的主要因素。

[1] 侯雪莉，戴 軍，陳寶維.環(huán)境熱釋光劑量計(jì)測(cè)量比對(duì)及其方法的研究[J].核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2005,25(6):772-777.

[2] 唐開(kāi)勇，樊海軍，崔 輝,朱紅英，劉 正.LiF(Mg，Cu，P)熱釋光探測(cè)器在環(huán)境劑量監(jiān)測(cè)的優(yōu)越性[J].核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2012,32(8):921-924.

[3] 何 岱.環(huán)境熱釋光劑量計(jì)的測(cè)量[J].四川環(huán)境，2015，34(3)：113-116.

[4] 黃超云,林權(quán)益,樊啟慧.西藏地區(qū)宇宙射線吸收劑量率變化規(guī)律探討[J].中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué)，2016，46(1)：1-4.

[5] 成樹(shù)林，周劍良，陳 凌，李 航，喬海濤，涂興明.熱釋光LiF(Mg，Cu，P)探測(cè)器對(duì)宇宙射線的響應(yīng)[J].輻射防護(hù)通訊，2012,32(6)：32-34.

[7] 劉鴻詩(shī).秦山核電廠外圍環(huán)境熱釋光劑量計(jì)監(jiān)測(cè)十年回顧[J].原子能科學(xué)技術(shù)，2003,37(6)：558-565.

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Discussion on the Methods of Cumulative Dose Measurement for Environmental Terrestrial γ Radiation Dose Level in High Altitude Area

HUANG Chao-yun1,2,WANG Hai-pengi1,2,3, YANG Tao2

(1.Nuclear&RadiationSafetyCentre,MEP,Beijing100082,China; 2.TibetRadiationEnvironmentSupervisionStation,Lhasa851499,China;3.ChinaInstituteofAtomicEnergy,Beijing102413,China)

The cumulative dose measurement for detecting environmental terrestrial γ radiation dose level from an altitude of 1 500 meters to 4 500 meters height range in Tibet was introduced in this paper. Considering the cosmic ray intensity at different altitudes differs a lot, the measurement results of different points were deducted from the cosmic ray response values and were compared with the corresponding instantaneous measurement values of environmental terrestrial γ radiation in the paper. The results showed that in the high altitude area, the response value of the monitoring equipment to the radiation dose rate of the cosmic rays may be far larger than the corresponding instantaneous measurement value of environmental terrestrial γ radiation, and this should be mainly considered in the cumulative dose measurement for environmental terrestrial γ radiation dose level. The cumulative dose method accords well with the instantaneous dose measurement method with the relative deviation of 15%.

TLD; cumulative dose; cosmic rays; high altitude area

2016-01-14

黃超云(1973-)，男，湖南長(zhǎng)沙人，2003年畢業(yè)于華南理工大學(xué)化工系，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事輻射監(jiān)測(cè)與輻射防護(hù)工作。

王海鵬，13811927995@139.com。

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1001-3644(2016)02-0131-04