高海拔地区累积剂量法测量环境地表γ辐射剂量水平方法探讨

黄超云，王海鹏，3， 杨 涛

(1.环境保护部核与辐射安全中心，北京 100089；2.西藏自治区辐射环境监督站，拉萨 850000;3.中国原子能科学研究院，北京 102413)



· 环境辐射 ·

高海拔地区累积剂量法测量环境地表γ辐射剂量水平方法探讨

黄超云1,2，王海鹏1,2，3， 杨 涛2

(1.环境保护部核与辐射安全中心，北京 100089；2.西藏自治区辐射环境监督站，拉萨 850000;3.中国原子能科学研究院，北京 102413)

介绍了在西藏自治区自海拔1 500m～4 500m高度范围内，利用累积剂量方法测量环境地表γ辐射剂量的相关情况。考虑到不同海拔高度宇宙射线强度相差较大，本文对不同点位测量数据扣除了宇宙射线响应值，并与地表环境γ辐射剂量率瞬时测量值进行比对，结果表明：在高海拔地区累积剂量法测量环境地表γ辐射剂量率时，监测设备对宇宙射线的响应值可能远大于环境地表γ辐射剂量率值，在数据分析中需重点考虑；累积剂量法与瞬时剂量测量数据相对偏差在15%内，符合较好。

热释光；累积剂量；宇宙射线；高海拔地区

地球上的生物都时刻受到自然界中存在的电离辐射的照射，这种照射称为天然辐射照射。天然放射性核素有两类，即原生放射性核素和宇生放射性核素，前者是在太阳系形成的初期阶段生成的，后者则来自宇宙空间的宇宙射线及其感生放射性核素。原生放射性核素同地球的形成相关，地球上存在的主要是铀、锕、钍系及40K。地球不断地受到来自外太空的高能粒子的轰击，这些宇宙射线与大气组分中的原子核相互作用，产生级联作用和次级反应，从而形成了大气中的宇宙射线。在地面高度上，对剂量贡献的主体是μ介子，在飞行高度上，中子、电子、正电子、光子和质子是最重要成分[1]。

环境地表γ辐射剂量的测量对象就是陆地上天然辐射射线的照射。热释光探测器是一种无源探测器，具有能量响应好、灵敏度高、量程范围宽、重量轻、体积小、受环境因素影响小、测量方便、测量精度高、能重复使用等优点，不但是个人剂量监测的理想方法，而且在环境累积剂量监测中更显示了现场布放周期长、能客观地反映出环境辐射场的实际情况的优越性[2]。在高海拔地区，因为宇宙射线引起的外照射剂量值可能远大于环境地表γ辐射剂量率值及累积剂量法、瞬时测量法采用设备对宇宙射线响应可能存在较大差异，本文重点对累积剂量法中扣除热释光剂量计宇宙射线响应值扣除方法进行研究，并与瞬时γ辐射剂量率测量结果进行比对。

1 仪器与方法

1.1 仪器

累计剂量测量采用BR200DⅢA型热释光剂量读出器，配套BR2000B型热释光探测器冷却炉、FJ-417型热释光照射器、BR1000型LiF(Mg、Cu、P)热释光探测器。其中热释光探测器用于X、γ、β射线剂量的测量，主要指数指标为：尺寸Φ4.5mm×0.8mm；线性范围为10-7～12Gy；30keV～3Mev光子能量响应小于20%；发射光谱350nm；相对灵敏度40%～60%；重复性小于4%；室温下存放一个月无明显衰退；对室内散射日光、白炽灯光、荧光灯无明显响应。

瞬时γ辐射剂量率测量采用FH40G型主机配FHZ672E-10型塑料闪烁体探测器的γ辐射剂量率仪，主要参数为：塑料闪烁体Φ90×90mm；测量范围：1nGy/h～100μGy/h；48keV～4.4MeV光子能量响应小于15%。

1.2 测量方法

环境热释光累积剂量的测量参照GB/T 10264-2014《个人和环境监测用热释光剂量测量系统》执行。BR1000型TLD 测量仪器测读条件为：加温速率，20oC/s；预热温度140oC，预热时间20s；测量温度240oC ，测量时间20s。

因实验室无标准铅室及不同海拔高度铅室内宇宙射线本底存在差异，本底剂量计在返回后即进行测量。

2 测量布点

热释光剂量计的现场布放地点要尽量能代表被测环境，所选地区要求平整、地表物质层均匀、布点周围空旷，不受附近建筑物的屏蔽影响。热释光剂量计布放在离地面1.0±0.2m的高度，要避免太阳直射，应选择在隐蔽、阴凉的地方并有防潮及避雨措施。理想的布放方法是把热释光剂量计放在特制的收集箱内，收集箱保持良好通风，采用低原子序数和含放射性杂质少的材料，剂量计也可挂在铁栅栏，小树或轻质木柱上[3]。

西藏地区是青藏高原的主体部分，由一系列巨大的山系、高原面、宽谷和湖盆组成。自然环境复杂，地形地貌多样，基本上可分为极高山、高山、中山、低山、丘陵和平原等六种类型。海拔范围约在1000m～8844m，5000m以上的山峰常年积雪。根据人口权重，环境保护部在西藏地区从海拔1532m～4735m范围内选择了15地方进行布点测量，具体见表1。

表1 测量布点及各点位宇宙射线剂量率理论计算值Tab.1 Measuring points and its theoretical cosmic ray dose rate

3 宇宙射线响应扣除

鉴于测量布点海拔高度差别较大、累积剂量法及瞬时测量所用设备宇宙射线响应差别较大，需要对测量数据分别进行宇宙射线响应扣除。

目前常用的宇宙射线剂量理论计算包括1983～1990年中国环境天然贯穿辐射水平调查中采用的宇宙射线电离成分(不包括中子成分)所致吸收剂量率的经验式、岳清宇等通过全国各地宇宙射线电离成分的测量得到的宇宙射线与海拔之间的经验式、黄超云等通过西藏地区宇宙射线电离成分的测量得到的宇宙射线与海拔之间的经验式[4]、UNSCEAR 2000年报告中给出的不同海拔高度上宇宙射线光子及电离成分(不包括中子成分)剂量率经验式。上述4种经验公式在低海拔高度符合较好，在高海拔高度存在较大偏差。鉴于不同海拔高度宇宙射线成分差异及BR1000型LiF(Mg、Cu、P)热释光探测器与瞬时测量设备对β射线响应差异，本文采用UNSCEAR 2000年报告中推荐的经验式计算宇宙射线剂量率。

BR1000型LiF(Mg、Cu、P)热释光探测器对宇宙射线的响应参照文献[5]中三种热释光LiE(Mg，Cu，P)探测器(GR．200A型、CTLD．1000型和TLD2000型) 相对于高压电离室的宇宙射线响应因子(0．845、0．877和0．839)。本文取三种探测器响应因子的均值。

BR1000型LiF(Mg、Cu、P)热释光探测器自辐照本底参照国外对GR一200A型LiF(Mg，Cu，P)的研究，约为0.7 nGy/h，可忽略[6]。

瞬时剂量测量设备的宇宙射线响应扣除采用在西藏地区实测的宇宙射线响应值，部分数据采用内插法补齐，具体数据见表2。

表2 瞬时剂量测量设备宇宙射线响应值Tab.2 Cosmic rays respondse value by instantaneous dose measurement instrument

4 结 果

2013年累积剂量法测量数据在80.7～169nGy/h范围内； 2014年累积剂量法测量数据在69.2～159nGy/h范围内。各测点两年累积剂量法测量值与瞬时测量值相对偏差均小于15%，符合较好。检测结果见表3。

表3 测量结果Tab.3 Measuring results

测量结果因布点周围环境介质中放射性核素含量差异存在高低变化，变化在正常环境本底范围内。因热释光剂量探测器布放高度不统一，部分布放在较低灌木枝条上，部分布放在较高乔木树枝上，部分布放在院内路灯杆或栅栏上，布放高度差异导致的数据差异根据参考文献[7]中的研究结果，不是数据差异的主要因素。

5 讨 论

5.1 各点位累积剂量法与瞬时剂量测量数据相对偏差在在15%内，符合较好。

5.2 高海拔地区累积剂量法测量环境地表γ辐射剂量率时，监测设备对宇宙射线的响应值可能远大与环境地表γ辐射剂量率值，在数据分析中需重点考虑。

5.3 环境地表辐射场的波动会导致累积剂量法与瞬时测量数据的差异。

5.4 累积剂量与瞬时剂量测量点位不重合应该是导致数据差异的主要因素。

[1] 侯雪莉，戴 军，陈宝维.环境热释光剂量计测量比对及其方法的研究[J].核电子学与探测技术，2005,25(6):772-777.

[2] 唐开勇，樊海军，崔 辉,朱红英，刘 正.LiF(Mg，Cu，P)热释光探测器在环境剂量监测的优越性[J].核电子学与探测技术，2012,32(8):921-924.

[3] 何 岱.环境热释光剂量计的测量[J].四川环境，2015，34(3)：113-116.

[4] 黄超云,林权益,樊启慧.西藏地区宇宙射线吸收剂量率变化规律探讨[J].中国科学：技术科学，2016，46(1)：1-4.

[5] 成树林，周剑良，陈 凌，李 航，乔海涛，涂兴明.热释光LiF(Mg，Cu，P)探测器对宇宙射线的响应[J].辐射防护通讯，2012,32(6)：32-34.

[7] 刘鸿诗.秦山核电厂外围环境热释光剂量计监测十年回顾[J].原子能科学技术，2003,37(6)：558-565.

[6] Delgado A，Gomez Ros J M，Muniz JL.Computerized Analysis of LiF GR-200 TL Signa1．Application to Dose Measurements in the μ Gy range[J]．Radiat．Prot．Dosim．，1995，60(2)：147-153．

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

黄超云(1973-)，男，湖南长沙人，2003年毕业于华南理工大学化工系，硕士，高级工程师，现从事辐射监测与辐射防护工作。

王海鹏，13811927995@139.com。

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A

1001-3644(2016)02-0131-04