關(guān)鍵詞：宇宙射線響應(yīng);γ 輻射劑量率;測量載體;浮筒平臺;冰面;玻璃鋼船

中圖分類號：X830. 2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

近年來，我國核能與核技術(shù)產(chǎn)業(yè)尤其是核電產(chǎn)業(yè)安全有序快速發(fā)展，根據(jù)《中國核能發(fā)展報告2024》藍(lán)皮書顯示，2023年新開工核電機組數(shù)創(chuàng)近五年最高水平，總裝機容量位居全球第一。截至目前，我國商運核電機組共55 臺， 總裝機容量5703萬千瓦，居全球第三;在建及已核準(zhǔn)核電機組38臺，總裝機容量4 480 萬千瓦，預(yù)計到2035年前后，我國核電裝機規(guī)模將達(dá)到2億千瓦左右[1] 。核能越來越廣泛的應(yīng)用給環(huán)境監(jiān)測及監(jiān)管機構(gòu)輻射環(huán)境監(jiān)測與監(jiān)管能力提出了更高的要求[2] 。γ輻射劑量率監(jiān)測是輻射環(huán)境監(jiān)測中的一項非常重要的監(jiān)測項目，廣泛應(yīng)用于核電預(yù)警監(jiān)測、輻射環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查等場景?！遁椛洵h(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ 61—2021）[3] 中明確要求，核設(shè)施、核技術(shù)利用等在運行前、運行中和退役后都需要進(jìn)行周圍輻射環(huán)境監(jiān)測，其中γ 輻射劑量率監(jiān)測是關(guān)鍵監(jiān)測項目。

宇宙射線是環(huán)境天然輻射的主要組成部分，約占天然本底輻射外照射劑量率的40%，隨著地表海拔高度增加，宇宙射線對外照射的貢獻(xiàn)也持續(xù)增加[4] 。根據(jù)《環(huán)境γ 輻射劑量率測量技術(shù)規(guī)范》（HJ 1157—2021）[5] 要求，在進(jìn)行環(huán)境γ 輻射劑量率測量時，應(yīng)扣除儀器對宇宙射線的響應(yīng)部分。不同測量儀器因敏感體積、能量轉(zhuǎn)換方式和能量響應(yīng)等因素不同，宇宙射線響應(yīng)測量結(jié)果存在較大差異，因此在進(jìn)行γ 輻射劑量率測量時有必要扣除測量儀器對宇宙射線的響應(yīng)部分，以盡可能降低測量誤差，使各監(jiān)測數(shù)據(jù)有可比性[6-12] 。

按照《環(huán)境γ 輻射劑量率測量技術(shù)規(guī)范》[5] 要求，在進(jìn)行儀器宇宙射線響應(yīng)測量時，須將儀器放置于對讀數(shù)干擾小的木制、玻璃鋼或橡膠船體上，船體內(nèi)不能有壓艙石。而在實際宇宙射線響應(yīng)測量過程中，由于測量地點、測量條件、安全限制、儀器數(shù)量和測量人員數(shù)量等方面的原因，很難找到理想的測量載體。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，越來越難找到木制小船來進(jìn)行宇宙射線響應(yīng)測量實驗，而出于經(jīng)濟性、安全性、可操作性等多方面考慮，某些機構(gòu)在進(jìn)行宇宙射線響應(yīng)測量時，往往直接采用帶壓艙石的、易尋到的玻璃鋼船作為載體。但是這種測量載體由于其內(nèi)含有未知性質(zhì)的壓艙石，有可能會導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確，并不能滿足《環(huán)境γ 輻射劑量率測量技術(shù)規(guī)范》的要求。為了滿足實際工作需要，需尋找一種測量載體來替代傳統(tǒng)的木船等測量載體，以滿足測量工作的現(xiàn)實需求，使測量結(jié)果更準(zhǔn)確，進(jìn)而提高γ輻射劑量率測量的準(zhǔn)確性。

1方案

1. 1測量方法

按照《環(huán)境γ 輻射劑量率測量技術(shù)規(guī)范》[5] 要求，開展宇宙射線響應(yīng)測量時，要選取水深大于3 m，距岸邊大于1 km 的淡水湖面作為測量點位。本次實驗選取浙江省寧波市東錢湖、吉林省松原市查干湖、四川省成都市三岔湖3 個滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的湖泊湖心處進(jìn)行測量。測量時，天氣為晴朗、無風(fēng)或微風(fēng)條件，實驗中設(shè)置多種不同類型的測量載體。將測量儀器放置于測量載體上，儀器探頭中心位置距測量載體地面1. 5 m，測量儀器的宇宙射線響應(yīng)值，每10s讀取一個計數(shù)，每組測量100個計數(shù)，取平均值計算測量結(jié)果。

1. 2測量載體與點位

選取玻璃鋼船、小木船、浮筒平臺和冰面4 種測量載體，在3個點位開展實驗，測量點位基本情況列于表1。其中：1號測量場景測量時使用便攜式高純鍺譜儀測量了船舶甲板處γ 能譜，使用便攜式NaI（Tl）探測器測量了船舶甲板處及湖面水下0.5m 處γ 能譜。便攜式高純鍺譜儀測量時間為9000s，便攜式NaI（Tl） 探測器測量時間為1800s。

玻璃鋼船選擇租用當(dāng)?shù)刂行⌒陀^光游覽用船，長度10～20 m，使用時未去除船內(nèi)壓艙石。壓艙石主要作用是用于穩(wěn)定船的重心，一般放置于船的底部，材料通常為巖石、混凝土或鐵塊。小木船選擇租用當(dāng)?shù)匦⌒陀未?，長度約為5 m，船體主要材料為木質(zhì)。浮筒平臺由水上碼頭浮筒搭建而成，其材質(zhì)為聚乙烯塑料，這種水上浮筒廣泛應(yīng)用于水上碼頭、浮橋等場景，具有承重力強、平衡性好、組裝靈活等特點，本工作搭建了一個7m×7m的水上浮筒平臺用以進(jìn)行宇宙射線響應(yīng)測量。冰面選擇吉林省松原市查干湖冬天凍結(jié)的冰面，測量時間為1月下旬，冰面厚度1m以上。

1. 3儀器

高氣壓電離室和塑料閃爍體探測器是輻射監(jiān)測領(lǐng)域最常用的探測儀器，本次研究選用RSS -131型高氣壓電離室和FH40G+FHZ672E-10型塑料閃爍體探測器開展實驗，實驗儀器均在檢定/ 校準(zhǔn)有效期內(nèi)，檢定/校準(zhǔn)結(jié)果均為合格，儀器基本情況列于表2。

2測量結(jié)果與分析

宇宙射線響應(yīng)測量結(jié)果及宇宙射線電離成分所致空氣吸收劑量率理論計算結(jié)果列于表3。1號測量場景便攜式高純鍺譜儀測量結(jié)果如圖1所示，便攜式NaI（Tl）探測器測量結(jié)果列于表4。

由表3可知，不同類型的儀器的宇宙射線響應(yīng)值存在明顯的區(qū)別。高氣壓電離室（RSS-131）測得的宇宙射線響應(yīng)測量值更加接近測量點位宇宙射線電離成分所致空氣吸收劑量率值理論計算值，而塑料閃爍體探測器（FH40G+FHZ672E-10）測得的宇宙射線響應(yīng)測量值顯著低于測量點位宇宙射線電離成分所致空氣吸收劑量率值理論計算值。數(shù)據(jù)修正后，高氣壓電離室宇宙射線響應(yīng)測量值范圍為33. 4～41. 4 nGy/ h，塑料閃爍體探測器宇宙射線響應(yīng)測量值范圍為8. 7～12. 6 nGy/ h。這與探測器類型的差異有關(guān)[6-12] ，塑料閃爍體探測器能量響應(yīng)范圍較窄，對能量較高的射線探測效果較差，而天然宇宙射線正好屬于能量較高的射線。

4種測量載體上的各儀器宇宙射線響應(yīng)測量結(jié)果存在差異。數(shù)據(jù)修正后，4號、5號測量場景中小木船與浮筒平臺上各儀器的宇宙射線響應(yīng)測量結(jié)果比較接近，且較1 ～ 3 號測量場景玻璃鋼船上測量結(jié)果低，高氣壓電離室測量值分別為33. 4nGy/ h、33. 9 nGy/ h，塑料閃爍體探測器測量值分別為9. 3nGy/ h、8. 9 nGy/ h。6號測量場景冰面載體上塑料閃爍體探測器測量值為8. 7 nGy/ h，與4號、5號測量場景小木船、浮筒平臺上同儀器測量結(jié)果接近;但高氣壓電離室測量值為38. 1 nGy/ h，高于4號、5號測量場景小木船、浮筒平臺上同儀器測量結(jié)果。這可能與高氣壓電離室測量原理有關(guān)，高氣壓電離室為氣體探測器，可能易更受到環(huán)境溫度的影響。測量時環(huán)境溫度條件處于較極端情況，雖然仍處于高氣壓電離室的許可使用范圍內(nèi)，但其測量結(jié)果受到了環(huán)境溫度條件的影響，出現(xiàn)了一定的偏差。1～3 號測量場景測量了3 組不同測量點位的高氣壓電離室、塑料閃爍體探測器宇宙射線響應(yīng)值，高氣壓電離室測量值分別為37. 3 nGy/ h、41. 4 nGy/ h、35. 3 nGy/ h，塑料閃爍體探測器測量值分別為12. 3 nGy/ h、12. 6 nGy/ h、11. 0 nGy/ h，相較于小木船、浮筒平臺上同儀器測量值更大。其測量結(jié)果可能受到了船體內(nèi)壓艙石的影響，且由于幾組測量場景所使用的船舶不同，各組測得的宇宙射線響應(yīng)測量結(jié)果之間也存在明顯差異。綜合來看，各儀器宇宙射線響應(yīng)測量結(jié)果在不同測量載體呈以下規(guī)律：玻璃鋼船gt;冰面≥小木船≈浮筒平臺。

同一儀器在不同經(jīng)緯度及海拔的測量點位測量結(jié)果有差別，同一儀器在6 組不同測量場景的數(shù)值變化趨勢與宇宙射線電離成分所致空氣吸收劑量率理論計算值變化趨勢一致，且海拔越高、緯度越高，儀器的宇宙射線響應(yīng)值越大，實驗與理論吻合。

3結(jié)論

進(jìn)行γ 輻射劑量率測量儀器的宇宙射線響應(yīng)測量時，選擇合適的測量載體非常重要，含壓艙石的玻璃鋼船是目前較為主流的選擇，但使用含壓艙石的玻璃鋼船會導(dǎo)致測量結(jié)果偏高。小木船是一種合適的測量載體，但是隨著時代發(fā)展已經(jīng)逐步被淘汰，幾乎很難尋找;且由于宇宙射線響應(yīng)測量點位環(huán)境條件苛刻，須選取水深大于 3m，距岸邊大于1 km 的淡水湖泊，這就導(dǎo)致若是選擇小木船作為測量載體，存在一定的安全隱患;此外，目前宇宙射線響應(yīng)測量多采用比對測量，小木船承載能力有限，不便于多組儀器、多人員同時測量。冰面是一種仍然有待驗證的測量載體，本次研究中塑料閃爍體探測器（FH40G+FHZ672E-10）測量結(jié)果與小木船測量結(jié)果一致，符合預(yù)期，但高氣壓電離室（RSS-131） 測量結(jié)果較高，這可能是受到測量點位溫度條件的影響，具體原因及影響大小還有待進(jìn)一步驗證，但北方地區(qū)的監(jiān)測工作者仍然可以選擇符合測量條件的冰面作為塑料閃爍體類型探測器的宇宙射線響應(yīng)值測量載體;此外，使用冰面作為測量載體時需充分考慮測量時冰層厚度、天氣、溫度等環(huán)境安全條件。浮筒平臺采用塑料聚乙烯材質(zhì)浮筒搭建而成，測量效果與小木船一致且經(jīng)濟性、安全性較好、搭建靈活，同時還適合多儀器、多人員同時比對測量，解決了目前宇宙射線響應(yīng)測量工作的現(xiàn)實難題，是目前進(jìn)行宇宙射線響應(yīng)測量的最佳選擇。

同時，在監(jiān)測工作中，還應(yīng)根據(jù)儀器宇宙射線響應(yīng)測量點位和監(jiān)測對象所處經(jīng)緯度、海拔不同，對宇宙射線響應(yīng)值進(jìn)行修正。