輻射劑量射線響校準(zhǔn)

1、輻射劑量射線響校準(zhǔn)     本文作者：廖建華、張偉珠、賴力明、莫光華、 黃乃容      單位： 廣東省環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)中心不同的環(huán)境輻射測(cè)量?jī)x因敏感體積、能量轉(zhuǎn)換方式和能量響應(yīng)等因素不同，其在不同輻射場(chǎng)中的校準(zhǔn)因子和對(duì)宇宙射線的響應(yīng)1也就存在差異。在進(jìn)行陸地環(huán)境輻射空氣吸收劑量率測(cè)量時(shí)，為使不同測(cè)量系統(tǒng)能得到一致的結(jié)果，分別確定輻射測(cè)量?jī)x器的空氣吸收劑量率校準(zhǔn)因子和宇宙射線的響應(yīng)是必需的基礎(chǔ)性工作。陸地環(huán)境輻射空氣吸收劑量率可用式（1）表示：Dt=k（D-Dc）（1）式中，Dt為陸地環(huán)境輻射空氣吸收劑量率，

2、nGy/h；D為輻射測(cè)量?jī)x在環(huán)境輻射場(chǎng)中的空氣吸收劑量率，nGy/h；Dc是輻射測(cè)量?jī)x對(duì)宇宙射線的響應(yīng)值，nGy/h；k為輻射測(cè)量?jī)x對(duì)226Ra源射線產(chǎn)生的空氣吸收劑量率的校準(zhǔn)因子。對(duì)于環(huán)境輻射測(cè)量?jī)x器，校準(zhǔn)因子k一般由計(jì)量檢定部門給出，刻度標(biāo)準(zhǔn)源應(yīng)選擇226Ra源。Dc可以在幾乎只有宇宙射線輻射場(chǎng)中（如具有一定深度和面積的水庫(kù)或湖面上）測(cè)得。但由于測(cè)量?jī)x器每隔一段時(shí)間或維修后都必須重新確定k和Dc，而測(cè)量宇宙射線的場(chǎng)所又獨(dú)特，因此，無論是儀器刻度還是測(cè)定對(duì)宇宙射線的響應(yīng)都是繁瑣和花錢的工作，特別是車載輻射巡測(cè)儀，由于其笨重和拆裝麻煩，直接刻度和測(cè)定對(duì)宇宙射線的響應(yīng)值更是困難。本文通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)

3、，在得到一臺(tái)輻射測(cè)量?jī)x（量值傳遞儀器）的校準(zhǔn)因子和對(duì)宇宙射線的響應(yīng)后，可以通過在天然環(huán)境輻射場(chǎng)中的比對(duì)測(cè)量，間接確定其他輻射測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)因子和對(duì)宇宙射線響應(yīng)值。這種方法簡(jiǎn)單、可行、易于操作，可節(jié)省成本，特別是對(duì)不便于進(jìn)行異地刻度和宇宙射線響應(yīng)測(cè)量的環(huán)境輻射測(cè)量設(shè)備，如車載設(shè)備、固定安裝的設(shè)備和大型設(shè)備等。1RSS-131環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)儀的校準(zhǔn)因子和對(duì)宇宙射線的響應(yīng)RSS-131環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)儀（以下簡(jiǎn)稱RSS-131）為美國(guó)通用電器公司生產(chǎn)的高壓電離室，其性能穩(wěn)定。量程范圍1R/h10R/h，能量響應(yīng)范圍60keV10MeV，在環(huán)境水平劑量率時(shí)（10R/h）誤差±5%。RSS-131的校

4、準(zhǔn)因子在廣東省輻射劑量計(jì)量檢定站檢定，在226Ra源的標(biāo)準(zhǔn)輻射場(chǎng)中，校準(zhǔn)因子為0.99（10-8Gy/h）。1.1RSS-131在萬綠湖對(duì)宇宙射線的響應(yīng)RSS-131對(duì)宇宙射線的響應(yīng)選擇在廣東省河源市萬綠湖上測(cè)定，測(cè)量點(diǎn)緯度為23°4745.6，經(jīng)度為114°3628.1，海拔為110m，水深超過50m，離岸大于1800m。測(cè)量日期為2009年12月3日，天氣晴，氣溫19。RSS-131放置在小木船上，小木船用繩索牽引，距離測(cè)量人員約17m，測(cè)量時(shí)間從上午102603開始，103733結(jié)束，持續(xù)11分33秒。RSS-131對(duì)宇宙射線空氣吸收劑量率的測(cè)量結(jié)果見圖1，其平均值為

5、35.7nGy/h，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.5nGy/h。當(dāng)測(cè)量位于湖面，水深度大于30m，離岸大于1km，陸地輻射可以忽略。此外測(cè)量時(shí)測(cè)量人員離開儀器約17m，因而人體的影響也可忽略。所以RSS-131對(duì)宇宙射線響應(yīng)的測(cè)量只考慮水體中40K（萬綠湖中40K的濃度2為37.5Bq/m3）、空氣中氡及其子體和儀器本底的影響，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)計(jì)算1,4其貢獻(xiàn)分別為0.0016nGy/h、0.105nGy/h和0.24nGy/h。這樣，在扣除這些因素影響后，RSS-131在萬綠湖對(duì)宇宙射線空氣吸收劑量率的實(shí)測(cè)修正值應(yīng)為.1.2RSS-131對(duì)宇宙射線的響應(yīng)因子宇宙射線電離成分（不包括中子貢獻(xiàn)）在低大氣層中產(chǎn)生的空

6、氣吸收劑量率可以用經(jīng)驗(yàn)公式2計(jì)算：式中，h為測(cè)點(diǎn)的海拔高度，m；m為測(cè)點(diǎn)的地磁緯度，°N，由測(cè)點(diǎn)的地理緯度和地理經(jīng)度按式（3）計(jì)算：I0為m0、h0時(shí)的宇宙射線電離量值，單位為I，即1離子對(duì)/cm3s，它隨太陽11年活動(dòng)周期而變化。表1列出了19841989年的I0值1，2009年的I0值與1987年相同，2010年的I0值與1988年相同，依此類推。在萬綠湖測(cè)量點(diǎn)，地理緯度、經(jīng)度和海拔高度分別為23.796°、114.608°和110m。這樣計(jì)算得該測(cè)點(diǎn)的宇宙射線電離成分產(chǎn)生的空氣吸收劑量率為28.4nGy/h，所以RSS-131對(duì)宇宙射線的響應(yīng)因子為28.4/

7、35.35=0.803。1.3RSS-131在廣東沿海地區(qū)對(duì)宇宙射線的響應(yīng)本文進(jìn)行的比對(duì)測(cè)量在廣東沿海地區(qū)進(jìn)行，其緯度變化范圍為21.5°24.5°，經(jīng)度變化范圍為110°117°，這樣范圍的經(jīng)緯度變化，m的計(jì)算結(jié)果都小于13°（9.80°12.86°）。根據(jù)式（2），對(duì)計(jì)算沒有影響，都等于0.127。比對(duì)測(cè)量的海拔高度變化為131m。為簡(jiǎn)化起見，這里取加權(quán)平均海拔14m，代入式（3）計(jì)算得，在廣東沿海地區(qū)宇宙射線電離成分產(chǎn)生的空氣吸收劑量率為27.9nGy/h，因此RSS-131對(duì)宇宙射線的響應(yīng)值為27.9/0.803=3

8、4.7nGy/h。2輻射測(cè)量?jī)x的宇宙射線響應(yīng)和校準(zhǔn)因子的間接校準(zhǔn)及檢驗(yàn)2.1輻射測(cè)量?jī)x的宇宙射線響應(yīng)和校準(zhǔn)因子的間接校準(zhǔn)的原理在環(huán)境中，不論用什么儀器測(cè)量，理論上所測(cè)得的陸地輻射空氣吸收劑量率相等，即：式中，D、Dc、k分別為某臺(tái)輻射測(cè)量?jī)x在環(huán)境中的測(cè)量讀數(shù)、對(duì)宇宙射線的響應(yīng)值和該測(cè)量?jī)x對(duì)226Ra源射線產(chǎn)生的空氣吸收劑量率的校準(zhǔn)因子；Do、Dco、ko分別為作為量值傳遞輻射測(cè)量?jī)x在環(huán)境中的測(cè)量讀數(shù)、對(duì)宇宙射線的響應(yīng)值和該測(cè)量?jī)x對(duì)226Ra源射線產(chǎn)生的空氣吸收劑量率的校準(zhǔn)因子。由式（4）可得：對(duì)于任何輻射測(cè)量?jī)x，其校準(zhǔn)因子為常數(shù)，而且其對(duì)宇宙射線的響應(yīng)值在海拔高度變化不大的情況下幾乎不變，也可

9、以看作常數(shù)，因此在環(huán)境中進(jìn)行比對(duì)測(cè)量時(shí)，兩臺(tái)儀器的讀數(shù)將成線性關(guān)系。如果在環(huán)境中進(jìn)行比對(duì)測(cè)量的點(diǎn)數(shù)足夠，且劑量率范圍夠大（如大于200nGy/h），則可以將比對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)以Do為X軸、以D為Y軸作圖進(jìn)行線性擬合，得擬合方程y=ax+b，從而得到方程組：在Dco和ko已知的情況下，由式（6）、式（7）可求出Dc和k。2.26150閃爍體探測(cè)器輻射測(cè)量?jī)x的宇宙射線響應(yīng)和校準(zhǔn)因子的間接校準(zhǔn)選擇美國(guó)進(jìn)口的6150閃爍體探測(cè)器輻射測(cè)量?jī)x（以下簡(jiǎn)稱6150）與RSS-131在廣東沿海進(jìn)行比對(duì)測(cè)量4。測(cè)點(diǎn)數(shù)為26對(duì)，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖2所示。由圖2可見，a=1.1543，b=-8.0369。解方

10、程組（6）、（7）得Dc=32.0、k=0.86。2.3BH3103B便攜式X-劑量率儀的宇宙射線響應(yīng)和校準(zhǔn)因子的間接校準(zhǔn)選擇國(guó)產(chǎn)BH3103B(#23)便攜式X-劑量率儀（以下簡(jiǎn)稱BH3103B）與RSS-131在廣東廣州、珠海、陽江地區(qū)進(jìn)行比對(duì)測(cè)量。測(cè)量點(diǎn)數(shù)為19對(duì)，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，a=0.9354，b=-13.648。解方程組（6）、（7）得Dc=18.8、k=1.06。2.4輻射測(cè)量?jī)x的宇宙射線響應(yīng)和校準(zhǔn)因子的間接校準(zhǔn)方法的檢驗(yàn)把兩種儀器送到廣東省輻射劑量計(jì)量檢定站進(jìn)行檢定，6150檢定校準(zhǔn)因子為0.88、BH3103B是1.06，與間接校準(zhǔn)的校準(zhǔn)因

11、子的相對(duì)偏差分別為-2%和0。2010年8月6日把以上兩種儀器拿到廣東省河源市萬綠湖上進(jìn)行宇宙射線響應(yīng)的測(cè)定，測(cè)量點(diǎn)與2009年12月3日用RSS-131對(duì)宇宙射線的響應(yīng)測(cè)量時(shí)的位置基本一致，測(cè)量結(jié)果列于表2。儀器在萬綠湖測(cè)量位于湖面，水深度大于30m，離岸大于1km，陸地輻射可以忽略。此外儀器本底影響很小可忽略。測(cè)量時(shí)測(cè)量人員離開儀器約2m，因而人體的影響也可忽略。對(duì)于水體中40K（萬綠湖中40K的活度濃度2為37.5Bq/m3）、空氣中氡及其子體的影響，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)計(jì)算1,3其貢獻(xiàn)分別為0.0016nGy/h、0.105nGy/h。這樣，在扣除這些因素影響后，6150和BH3103B兩種儀器在萬綠湖對(duì)宇宙射線空氣吸收劑量率的實(shí)測(cè)修正值B分別為;比對(duì)測(cè)量在廣東沿海地區(qū)進(jìn)行，其緯度變化范圍為21.5°24.5°，經(jīng)度變化范圍為110°117°，取加權(quán)平均海拔為14m，與之前一致。因測(cè)量在2010年進(jìn)行，I0值為1.72。從表2可見：兩臺(tái)儀器對(duì)宇宙射線的理論響應(yīng)和校準(zhǔn)因子基本與間接校準(zhǔn)的結(jié)果是一致的。3結(jié)束語從節(jié)省成本的角度出發(fā)，環(huán)境輻射測(cè)量?jī)x，特別是車載輻射巡測(cè)儀的校準(zhǔn)因子和對(duì)宇宙射線響應(yīng)的間接校準(zhǔn)