不同辐射监测设备对宇宙射线响应值的探讨

陈晓云 徐云凤 龙 庚

(黔东南州辐射环境监测站，贵州 凯里 556000)

宇宙射线，指的是来自于宇宙中的一种具有相当大能量的带电粒子流(质子、中子、光子、介子等)，它是天然本底辐射的重要组成部分。在进行环境地表γ辐射剂量率的测量中，我们所监测的数据中是包含有仪器对宇宙射线的响应值的，在出具陆地γ辐射监测数据时，需扣除设备对宇宙射线响应的影响[1]，其结果的准确性与仪器对宇宙射线响应值的扣除有很大关系。

宇宙射线强度随海拔高度和地磁纬度的变化而变化，还受太阳活动周期的调制[2]，不同海拔高度、不同经纬度的宇宙射线空气吸收剂量率都不相同。不同的γ辐射测量仪由于探测器材质、体积、电子学处理方式和响应时间等因素不同，其在不同辐射场中对宇宙射线的响应也就不同[3]。所以有必要对黔东南州各县(市)的宇宙射线空气吸收剂量率进行监测和估算，获得仪器对黔东南州地区不同县(市)宇宙射线的响应值，在扣除相应仪器的宇宙射线响应值后，使不同测量系统得到的陆地环境γ辐射剂量率一致，以保障辐射环境监测数据的准确性、科学性和可比性。

1 测量仪器及方法

1.1 测量仪器

黔东南州不同海拔高度水面宇宙射线空气吸收剂量率测量使用了2台我国常用的两种仪器，其技术参数如表1。测量仪器在投入使用前都经过了国防科技工业电离辐射一级计量站——核工业放射性计量测试中心的检定/校准，测量工作在检定/校准有效期内进行。

表1 宇宙射线空气吸收剂量率监测仪器技术参数表

1.2 测量方法

1.2.1 测量依据

GB/T14583-93《环境地表γ 辐射剂量率测定规范》[1]中5.6.2规定了仪器对宇宙射线的响应测量时需在水深大于3m，距岸边大于1 km的淡水面上进行。

《电离辐射环境监测与评价》[4]也指出：仪器对宇宙射线响应现场测量通常在水深大于3m，距岸边大于1 km的内陆湖泊和水库的开阔水面上的木船、玻璃钢或橡胶材质的船体中进行。

1.2.2 点位选择

根据测量点经纬度、海拔等不同条件，在黔东南州内选择了5个水库，分别为独洞水库、塘冲水库、远口、东湖、三板溪水库，测量水库经纬度等相关参数见表2。

表2 宇宙射线空气吸收剂量率监测点位明细表

1.2.3 测量要求

由于黔东南州湖库多为狭长型，监测时尽量选择在湖库中心进行，测量时每10s记录一个数值，连续记录50～100个数据，取其平均值为该点的测量值。测量乘坐的船只应选取木质、玻璃钢或橡胶材质的船体，测量时人远离监测探头，探头伸出船体，尽量靠近水面，最大限度的减少测量误差。正常测量均选择天气晴朗的情况下进行。

1.3 数据处理方法

(1)水面处仪器对宇宙射线响应值的修正

式中：D′c—仪器在湖(库)水面上对宇宙射线的响应值，nGy/h；

k—周围剂量当量率与吸收剂量率的转换因子，取1.21。

(2)陆地测点处仪器对宇宙射线的响应值Dc的修正处理[5]

式中：D′c—仪器在湖(库)水面上对宇宙射线的响应值；

Dc—仪器在陆地测点处对宇宙射线的响应值；

式中：I0—λm=0、h=0时的宇宙射线电离量值，单位为I，它随太阳11年活动周期而变化，1984—1989年6年实测的平均值为(1.70±0.07)离子对/(cm3·s)；

h—计算点的海拔高度，m；

λm—计算点的地磁纬度，°N；由计算点的地理纬度λ和地理经度φ按下式计算：

sinλm=sinλ·cos11.7°+cosλ·sin11.7°·cos(φ-291°)

(3)有效数字和修约规则

《辐射环境监测技术规范》(HJ/T61-2001)[1]中规定，在计算过程中一般可多留几位有效数字位数。最终报告结果的有效数字位数，须限制在合理范围内，即实际的相对误差与有效数字位数反映的相对误差限要相当；对一般环境水平的测量结果，有效数字取2～3位，误差的有效数字位数取1～2位。实际检测工作中还应考虑测量仪器的精密度、准确度和读数误差。

2 测量结果

黔东南州不同海拔高度水面宇宙射线响应测量结果列于表3，由监测结果可见：两台不同设备在同一海拔高度和经纬度时其对宇宙射线的响应值不同，6150AD-b较高而FH40G较低，相对偏差为29.2%。6150AD-b高灵敏度环境级γ剂量率仪水面宇宙射线空气吸收剂量率响应测量值范围为23～28nGy/h，FH40G高灵敏度环境级γ剂量率仪水面宇宙射线空气吸收剂量率响应测量值范围为10.2～15.7nGy/h。

表3 不同海拔高度水面宇宙射线监测结果

为了验证雨天是否对宇宙射线响应值的测量存在影响[1]，在锦屏县三板溪水库进行了下雨天的宇宙射线空气吸收剂量率的监测，监测结果列于表4，由监测结果可见：6150AD-b高灵敏度环境级γ剂量率仪宇宙射线响应测量平均值为41nGy/h，FH40G高灵敏度环境级γ剂量率仪宇宙射线响应测量平均值为27.3 nGy/h。较同一测量地点晴天的测量值高约18 nGy/h，说明雨天测量时对实际测量结果影响较大。

表4 雨天宇宙射线响应监测结果

3 结果分析

通过表3中不同仪器在同一经纬度和海拔高度的水库上进行的宇宙射线响应值测量结果可以看出：不同的γ辐射剂量率仪对宇宙射线的响应不同，6150AD-b高灵敏度环境级γ剂量率仪对宇宙射线响应值较FH40G高灵敏度环境级γ剂量率仪高，大约高出10 nGy/h左右。

下雨天宇宙射线响应值测量结果与正常天气测量结果比较见表5，由表可看出，6150AD-b高灵敏度环境级γ剂量率仪下雨天的监测结果比正常情况下的测值高出78%，FH40G高灵敏度环境级γ剂量率仪下雨天的监测结果比正常情况下的测值高出167%。由此可见，下雨天由于受空气中氡子体的影响，会导致宇宙射线空气吸收剂量率监测结果偏高，实际测量中应避开下雨天测量。

表5 高灵敏度环境级γ剂量率仪晴雨天宇宙射线响应监测结果比较

4黔东南州各县(市)不同海拔高度设备宇宙射线响应值

表6 湖(库)水面处宇宙射线空气吸收剂量率计算结果列表

表7 黔东南州各县市设备对宇宙射线响应值计算结果列表 单位：nGy/h

综上所述，在环境地表γ辐射剂量率的测量中，γ辐射剂量率监测仪的读数不仅包括陆地γ辐射还包括仪器本底和仪器对宇宙射线的响应部分等，为了准确获得到陆地γ外辐射空气吸收剂量率，应扣除设备宇宙射线的贡献。不同仪器对宇宙射线的响应值随测量点经纬度、海拔的不同而变化，在实际测量工作中应根据对应测点处的经纬度、海拔高度以及附近水面同一仪器所测得的宇宙射线空气吸收剂量率响应值，计算出测点处设备对宇宙射线的响应，以扣除设备宇宙射线的影响，得到实际测点陆地环境γ辐射剂量率。

陆地环境γ辐射剂量率[7]的计算见下式：

Dt=k(D-Dc)

式中：Dt为陆地环境γ辐射剂量率，单位为nGy/h；

k为仪器校准因子，一般由计量检定部门给出；

D为γ辐射测量仪在环境辐射场中的空气吸收剂量率，单位为nGy/h；

Dc为测量仪器在陆地测点处对宇宙射线的响应值，单位为nGy/h。

通过仪器对黔东南州水库水面宇宙射线空气吸收剂量率的测量、不同海拔高度结果的计算，得到了6150AD-b高灵敏度环境级γ剂量率仪和FH40G高灵敏度环境级γ剂量率仪在黔东南州各县(市)对宇宙射线的响应值，为今后进行辐射环境质量监测过程中扣除该设备对宇宙射线的响应提供了数据的有力支撑，确保监测工作中数据的科学性、准确性和可靠性。