張 華，陳志東，徐潤龍，林煒偉，梁明浩

（廣東省環(huán)境輻射監(jiān)測中心，廣州，510000）

環(huán)境γ輻射劑量率測量是全國輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和輻射源環(huán)境監(jiān)測的主要項(xiàng)目之一，目前該項(xiàng)目常用的探測器有電離室、閃爍體探測器、具有能量補(bǔ)償?shù)腉-M計(jì)數(shù)管等。不同類型探測器的宇宙射線響應(yīng)值差別較大，在監(jiān)測結(jié)果中應(yīng)予扣除［1］。

為驗(yàn)證“輻射測量儀的宇宙射線響應(yīng)和校準(zhǔn)系數(shù)的陸地測算”方法［2］、加強(qiáng)區(qū)域間的學(xué)習(xí)交流、查找分析不同探測器測量結(jié)果的差異，2020年12月廣東省環(huán)境輻射監(jiān)測中心（GERC）組織全國部分省級輻射監(jiān)測單位和臺山核電合營有限公司共10家單位進(jìn)行環(huán)境γ輻射劑量率測量比對及宇宙射線響應(yīng)測量。本文給出了該次比對的方法及結(jié)果。

1 測量儀器及測量點(diǎn)位

參加本次比對的10家單位攜帶3種不同型號的儀器共16臺，所有儀器均在校準(zhǔn)有效期內(nèi)，為便于后續(xù)的比較分析，按照1～16對所有儀器進(jìn)行編號。

測量過程參照GB/T 14583-93《環(huán)境地表γ輻射劑量率測定規(guī)范》［3］進(jìn)行。本次比對選取道路、草地各2個測量點(diǎn)進(jìn)行測量，另外在廣東河源萬綠湖進(jìn)行儀器的宇宙射線響應(yīng)測量，在GERC粵西分部“輻射檢驗(yàn)場”［4］進(jìn)行宇宙射線響應(yīng)及系數(shù)的間接測量。具體測量點(diǎn)位為：

（1）粵西分部院內(nèi)測量點(diǎn)17個，包括：輻射檢驗(yàn)場15個，草地1個，道路1個；

（2）河源萬綠湖測量點(diǎn)3個，包括：水面1個，道路1個，草地1個。

其中，道路測量點(diǎn)均設(shè)置在道路中心線；草地、輻射檢驗(yàn)場測量點(diǎn)均遠(yuǎn)離高大樹木和建筑物；萬綠湖水面測量點(diǎn)水深大于3 m，離岸邊大于1 km，測量時(shí)儀器置于玻璃鋼船上，船體內(nèi)無壓艙石。

2 測量及計(jì)算方法

測量時(shí)氣象條件滿足GB/T 14583-93的要求，并同時(shí)記錄了地理位置和氣象條件等環(huán)境參數(shù)。

測量原始數(shù)據(jù)首先經(jīng)過Grubbs檢驗(yàn)［5］，標(biāo)記出歧離值，剔除離群值，然后求得對應(yīng)測點(diǎn)的γ輻射劑量率。

2.1 宇宙射線響應(yīng)值修正方法

考慮到經(jīng)緯度和海拔高度的影響，根據(jù)HJ/T 61-2001《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》［6］附錄B，以輻射測量儀在廣東河源萬綠湖實(shí)測得到的宇宙射線響應(yīng)值為基準(zhǔn)，修正得到該設(shè)備在本實(shí)驗(yàn)場所在地（GERC粵西分部）的宇宙射線響應(yīng)值。修正公式：

式中：

D′c0——輻射測量儀在萬綠湖水面上對宇宙射線的響應(yīng)值；

Dc0——輻射測量儀在測點(diǎn)處對宇宙射線的響應(yīng)值；

D宇、D′宇——測點(diǎn)處和萬綠湖水面處宇宙射線電離成分在低大氣層中產(chǎn)生的空氣吸收劑量率，單位為 nGy·h-1。

萬綠湖測量點(diǎn)海拔高度為110 m，輻射檢驗(yàn)場測量點(diǎn)海拔高度為26 m；粵西分部測量點(diǎn)緯度為 21°53′12″，經(jīng)度為 111°59′34″；萬綠湖測量點(diǎn)緯度為 23°47′38″，經(jīng)度為 114°35′21″。根據(jù)HJ/T 61-2001《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 》附 錄 B，D宇、D′宇分 別 為 27.5 nGy·h-1、27.9 nGy·h-1，即式（1）為：

2.2 輻射檢驗(yàn)場介紹

輻射檢驗(yàn)場位于廣東省環(huán)境輻射監(jiān)測中心粵西分部，長40 m、寬11 m。場地周圍30 m內(nèi)無高大建筑物，輻射環(huán)境相對穩(wěn)定，本底環(huán)境γ劑量率約110 nGy/h。

輻射檢驗(yàn)場用放射性物質(zhì)來源于某獨(dú)居石冶煉廠產(chǎn)生的固體廢渣，廢渣中含有較高放射性水平的238U、232Th及其子體。廢渣的核素238U、226Ra、232Th、40K 的比活度分別為 1.01×104Bq·kg-1、1.34×105Bq·kg-1、7.87×105Bq·kg-1、6.96×102Bq·kg-1。

將固體廢渣裝入圓柱形不銹鋼樣品盒（直徑10 cm，高12.5 cm）作為輻射檢驗(yàn)場的放射源，裝有廢渣的不銹鋼樣品盒表面及1 m處的劑量率分別約 10 μGy/h 和 1 μGy/h。

圖1為輻射檢驗(yàn)場示意圖，放射源（編號1A、2A、…、15A 和 1B、2B、…、15B）對稱放置，測量點(diǎn)設(shè)在對稱軸上（如圖1所示D1、D2、…、D15）。

圖1 輻射檢驗(yàn)場示意圖Fig.1 schematic diagram of radiation inspection field

2.3 輻射檢驗(yàn)場理論基礎(chǔ)及計(jì)算方法

任意兩臺輻射測量儀同點(diǎn)位測得的陸地γ輻射劑量率都應(yīng)該相等，即

式中：

Dt——測量點(diǎn)的陸地γ輻射空氣吸收劑量率；

D、Dc、k——某臺輻射測量儀在環(huán)境中的測量讀數(shù)、對宇宙射線的響應(yīng)值和該測量儀對某種放射源γ射線產(chǎn)生的空氣吸收劑量率的校準(zhǔn)因子；

D0、Dc0、k0——作為量值傳遞輻射測量儀在環(huán)境中的測量讀數(shù)、對宇宙射線的響應(yīng)值和該測量儀對某種放射源（與上述放射源類型相同）γ射線產(chǎn)生的空氣吸收劑量率的校準(zhǔn)因子。

由式（3）得：

對于任意一臺輻射測量儀器儀表，校準(zhǔn)因子都為常數(shù)；測量儀對宇宙射線的響應(yīng)值在海拔高度近似的情況下，也可近似看作常數(shù)。因此，在環(huán)境中進(jìn)行比對測量時(shí)，兩臺儀器的讀數(shù)將呈線性關(guān)系。

在上述輻射檢驗(yàn)場進(jìn)行比對測量，將比對測量數(shù)據(jù)以D0為x軸、以D為y軸作圖進(jìn)行最小二乘法線性擬合，得到擬合方程y=ax+b，則：

由式（5）、式（6）分別計(jì)算待測儀器的校準(zhǔn)系數(shù)（實(shí)驗(yàn)值）及宇宙射線響應(yīng)值。

3 結(jié)果分析與評價(jià)

本次宇宙射線響應(yīng)測量及γ輻射劑量率比對采用統(tǒng)一的記錄格式，每個點(diǎn)位記錄20組數(shù)據(jù)。

道路和草地環(huán)境γ輻射劑量率測量數(shù)據(jù)的評判，依據(jù)《利用實(shí)驗(yàn)室間比對進(jìn)行能力驗(yàn)證的統(tǒng)計(jì)方法》［7］（GB/T 28043-2019）和《能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評價(jià)指南》［8］（CNASGL02）推薦的方法；對于無指定值的比對結(jié)果，采用穩(wěn)健Z 比分?jǐn)?shù)法統(tǒng)計(jì)評價(jià)參加比對實(shí)驗(yàn)室的測量結(jié)果。利用“輻射檢驗(yàn)場”獲得的宇宙射線響應(yīng)實(shí)驗(yàn)值、校準(zhǔn)系數(shù)實(shí)驗(yàn)值結(jié)果評判，則采用絕對偏差或相對偏差評價(jià)。

穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)法公式：

式中：

yc——參加比對實(shí)驗(yàn)室的測量值；y中位值為中位值；

IQR——四分距IQR=Q3-Q1；

標(biāo)準(zhǔn)IQR為IQR×0.7413，表示標(biāo)準(zhǔn)化四分位距；

Q3——第三、四分位數(shù)，指1/4的結(jié)果數(shù)據(jù)高于該值；

Q1——第一、四分位數(shù)，指1/4的結(jié)果數(shù)據(jù)低于該值。

比對結(jié)果的評價(jià)方法：

｜Z｜≤2時(shí)，表明結(jié)果“滿意”；

2＜｜Z｜＜3時(shí)，表明結(jié)果為異常值，應(yīng)查找偏差較大的原因；

｜Z｜≥3時(shí)，表明結(jié)果“不滿意”（結(jié)果為離群值）。

3.1 宇宙射線響應(yīng)及校準(zhǔn)系數(shù)與輻射檢驗(yàn)場實(shí)驗(yàn)值比較

本次比對共有3臺RSS-131型高壓電離室、11臺FH40G型便攜式γ輻射劑量率儀、2臺6150AD型便攜式γ輻射測量儀在萬綠湖進(jìn)行宇宙射線響應(yīng)測量。測量結(jié)果按照公式（2）進(jìn)行修正，詳細(xì)結(jié)果見表1。

本次共14臺γ輻射測量儀參加了輻射檢驗(yàn)場測量，首先以儀器代碼1、儀器代碼4為傳遞儀器，然后利用式（5）、式（6）分別獲得同類型儀器的宇宙射線響應(yīng)實(shí)驗(yàn)值和校準(zhǔn)系的實(shí)驗(yàn)值，最后以表1校準(zhǔn)系數(shù)和輻射檢驗(yàn)場宇宙射線響應(yīng)值作為參考值。實(shí)驗(yàn)值與參考值比較結(jié)果見表2。

表1 萬綠湖宇宙射線響應(yīng)值及輻射檢驗(yàn)場宇宙射線響應(yīng)修正結(jié)果Table 1 Cosmic ray response measurement of Wanlu Lake and correction results of cosmic ray response of radiation inspection field

表2 宇宙射線響應(yīng)及校準(zhǔn)系數(shù)與輻射檢驗(yàn)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較Table 2 Terrestrial measurement of cosmic ray response and calibration coefficient results

由表2可見，12臺儀器校準(zhǔn)系數(shù)實(shí)驗(yàn)值與參考值相對偏差范圍為-10.1%～21.0%，10%以內(nèi)有11個，占比為92%，其中儀器代碼9相對偏差為21%；2臺高壓電離室的相對偏差最小，分別為-1.0%和0.0%。宇宙射線響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果絕對偏差范圍為 -5.2～5.5 nGy·h-1，均小于6 nGy·h-1，表明宇宙射線響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果絕對偏差較小，結(jié)果均可接受。

3.2 陸地γ輻射劑量率比對結(jié)果及分析

本次共有16臺γ輻射測量儀參加比對，得到監(jiān)測數(shù)據(jù)64個。儀器在每個測量點(diǎn)的讀數(shù)均值扣除宇宙射線響應(yīng)值、乘以校準(zhǔn)系數(shù)后，監(jiān)測結(jié)果匯總于表3。

表3 γ輻射劑量率監(jiān)測結(jié)果（nGy·h-1）Table 3 The results of γ radiation dose rate（nGy·h-1）

采用穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)法評價(jià)表3比對結(jié)果，評價(jià)結(jié)果見表4。

表4 Z比分?jǐn)?shù)值結(jié)果匯總表Table 4 Z score numerical result summary table

由表4可見，64個監(jiān)測數(shù)據(jù)中有60個數(shù)據(jù)取得滿意的比對結(jié)果，占總數(shù)的94%；4個監(jiān)測數(shù)據(jù)為異常值，分別為儀器代碼9在道路1、道路2、草地2和儀器代碼7在道路2的監(jiān)測結(jié)果。

由表3可知，儀器代碼7測量結(jié)果除草地2之外均為同點(diǎn)位最大值。其中草地2測量結(jié)果為223.1 nGy·h-1，該點(diǎn)位測量結(jié)果最大值為224.0 nGy·h-1；儀器代碼9測量結(jié)果均為同點(diǎn)位最小值。經(jīng)核實(shí)，本次參與比對的儀器校準(zhǔn)單位共有7家，其中儀器代碼7、儀器代碼9分別來自上海和湖南某檢定單位。由表2可知，儀器代碼9校準(zhǔn)系數(shù)實(shí)驗(yàn)值與參考值相對偏差為21%，因考慮是否因檢定引入系統(tǒng)誤差，故將儀器代碼7、儀器代碼9結(jié)果利用表2系數(shù)實(shí)驗(yàn)值（分別為0.90、1.17）作為校準(zhǔn)系數(shù)進(jìn)行重新計(jì)算，監(jiān)測結(jié)果見表5。

表5 γ輻射劑量率監(jiān)測結(jié)果（nGy·h-1）Table 5 The results of γ radiation dose rate（nGy·h-1）

將表5中的數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)法評價(jià)，評價(jià)結(jié)果見表6。

由表6可見，將儀器代碼7、儀器代碼9測量結(jié)果利用輻射檢驗(yàn)場系數(shù)實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行重新計(jì)算后，監(jiān)測結(jié)果Z比分?jǐn)?shù)值均＜2，即64個監(jiān)測數(shù)據(jù)均取得滿意的比對結(jié)果，占比100%。

表6 Z比分?jǐn)?shù)值結(jié)果匯總表Table 6 Z score numerical result summary table

續(xù)表

4 結(jié)論

本次共有3種型號，16臺γ輻射測量儀參加比對測量，其中14臺儀器參加輻射檢驗(yàn)場測量。對輻射檢驗(yàn)場測量計(jì)算結(jié)果采用絕對偏差、相對偏差法進(jìn)行分析和評價(jià)；對γ輻射劑量率比對結(jié)果采用穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)法進(jìn)行分析和評價(jià)。

（1）利用GERC粵西分部輻射檢驗(yàn)場進(jìn)行“輻射測量儀的宇宙射線響應(yīng)和校準(zhǔn)系數(shù)的陸地測算”，能方便、快速地計(jì)算輻射測量儀的宇宙射線響應(yīng)值，且測量結(jié)果絕對偏差較小。

（2）對于高壓電離室型較笨重、不便攜帶的儀器，通過輻射檢驗(yàn)場測量計(jì)算宇宙射線響應(yīng)值更為省時(shí)省力。

（3）16臺γ輻射測量儀64個直接測量結(jié)果的滿意占比為94%；利用輻射檢驗(yàn)場傳遞間接獲得實(shí)驗(yàn)系數(shù)后，64個測量結(jié)果的滿意占比為100%。不同儀器因檢定單位不同，校準(zhǔn)系數(shù)可能帶來測量誤差，造成了可疑的比對結(jié)果。利用輻射檢驗(yàn)場測量能查找及解決測量結(jié)果不可比的問題。