① γ輻射劑量率的測定
環境地表γ輻射劑量率是指田野、道路、森林、草地、廣場以及建築物內，地表上方一定高度處(通常為1m)由周圍物質中的天然核素和人工核素發出的γ射線產生的空氣吸收劑量率。吸收劑量表示單位質量物質所接受或吸收的平均輻射能量。吸收劑量的定義用公式表示為:吸收劑量 單位為Gy。 是質量為dm的物質吸收的電離輻射的平均能量。
γ輻射空氣吸收劑量率儀主要有電離室型環境γ輻射空氣吸收劑量率儀、塑料閃爍探測器的環境γ輻射空氣吸收劑量率儀、具有能量補償的計數管型環境γ輻射空氣吸收劑量率儀以及具有能量補償的熱釋光劑量計。
(1)技術要求
本法主要使用專用γ輻射劑量率儀器進行測量，要求測量環境地表γ輻射劑量率的儀表應具備以下主要性能和條件:
a.量程范圍。低量程1×10-8～1×10-5Gy·h-1;高量程1×10-5～l×10-2Gy·h-1。
b.相對固有誤差:<15%。
c.能量響應:50keV～3MeV相對響應之差<30%(相對137Cs參考γ輻射源)。
d.角響應:0°～180°R/R≥0.8(137Csγ輻射源)(R，角響應平均值;R，刻度方向上的響應值)。
e.溫度:-10～+40℃(即時測量儀表)，-25～+50℃(連續測量儀表)。
f.相對濕度:95%(+35℃)。
儀器使用前要到校準實驗室進行校準。
(2)儀器類型
用於環境γ輻射劑量率測定的儀器按探測器分類主要有電離室、閃爍探測器和計數管3種類型。
A.電離室。電離室是靈敏體積內充有適當氣體的電離輻射探測器。探測器一般有高壓極、收集極和保護極。高壓極、收集極間加有高壓電場。此電場不足以引起氣體放大，但能夠把電離輻射在靈敏體積內產生的離子電荷收集到電極上，供測量系統進行測量。環境γ放射性測量使用的電離室一般採用球形或圓柱形，見圖66.23。電離室環境γ輻射空氣吸收劑量儀的系統組成如圖66.24所示。為提高靈敏度並縮小電離室體積，一般在靈敏體積內充有25～35kPa的高壓氣體，成為高氣壓電離室。
技術特點與存在問題。
a.常壓電離室用於環境γ輻射劑量測查的優點是結構簡單、能量響應好，缺點是靈敏度較低。在使用中，為提高靈敏度需要將靈敏體積做大，使儀器較為笨重，不便攜帶;常壓電離室的靈敏度隨溫度氣壓的變化較大。測量時必須攜帶氣壓計，隨時進行溫度、氣壓修正。
圖66.23 球形電離室示意圖
圖66.24 高氣壓電離室典型測量電路
b.高氣壓電離室用於環境γ輻射劑量測量的優點是由於充氣壓力高，測量靈敏度高於常壓電離室;由於其密封特性好，不需要進行溫度、氣壓修正，使用方便。存在的問題是在100keV以下電離室壁吸收會使讀數偏低，增加壁厚可加強對低能放射性的吸收，改善電離室的低能響應，但縮小了電離室能量響應的范圍。80keV以下的低能射線份額需要進行修正。
B.閃爍探測器。閃爍探測器主要有塑料閃爍體探測器和NaI晶體探測器
閃爍探測器是一種對於電離輻射靈敏的探測器。當電離輻射與閃爍體物質相互作用時，閃爍體物質的原子、分子被電離或激發，被電離或激發的原子、分子退激時，一部分電離、激發能量以光放射性形式釋放，形成閃爍光。閃爍光被收集到光電轉換器件上，發出光電子，產生輸出信號。閃爍體發出的閃爍光與電離輻射的能量和空氣比釋動能有關。閃爍探測器的原理結構示意如圖66.25。閃爍體探測器一般由閃爍體和光電轉換器件組成。通常閃爍體通過光導與光電倍增管組成一體裝入避光的暗盒中。
圖66.25 閃爍探測器原理結構示意圖
塑料閃爍體是有機閃爍物質在塑料中的固熔體，屬於有機閃爍體。環境γ輻射空氣吸收劑量儀採用的閃爍體主要是能量響應較好的塑料閃爍體或在塑料閃爍體中加一定量的錫或在閃爍體外表面塗上一層ZnS(Ag)，使探測器的能量響應得到改善。
NaI(Tl)閃爍探測器具有靈敏度高的優點，由於其能量響應較差，所測量的數值偏差較大，在環境測量中已很少使用。也有經過技術改造後將其用於環境測量的。
技術特點與存在問題。
a.採用塑料閃爍體的儀器在25keV～1.3MeV范圍內能量響應可達±10%，對於3MeV以上宇宙射線的高能量脈沖輻射易於出現飽和。其對於高能輻射的響應不好。
b.採用NaI(Tl)閃爍探測器的儀器對宇宙射線的響應小，而對低能量的γ射線響應過大。
c.由於光電倍增管的溫度特性不好，使儀器隨溫度變化的特點十分明顯。
C.高靈敏計數管。
圖66.26 閃爍體探測器原理結構示意圖
計數管是一種氣體電離探測器，被探測的射線進入計數管靈敏體積內引起氣體電離，生成正、負離子。後者在被電極收集過程中受電場加速獲得足夠能量，並再次使氣體電離，即產生氣體放大。放大終止後，在電場作用下正離子鞘向陰極漂移在陽極上感應出一
個電壓脈沖。計數管在一定的工作電壓下輸出脈沖幅度相同，而與入射粒子能量、種類等無關。計數管輸出的電壓脈沖接入脈沖計數電路即可進行測量。若將脈沖計數率與計量率關系對應建立，就可以進行環境放射性空氣吸收劑量測量。測量系統的原理電路如圖66.26所示。
技術特點與存在問題。
a.計數管用於環境γ輻射空氣吸收劑量測定具有系統簡單、易於小型化的特點，可形成攜帶型現場測量儀器;同時其性能穩定，環境適應性好。它存在自身本底高、靈敏度較低、對低能響應大、需要進行能量平衡等缺點。
b.一般情況下，可用於環境水平測量的計數管自身本底大多在每分鍾20～50個脈沖，約為40～100nGy/h。
(3)儀器的選擇
由於高氣壓電離室對高能的宇宙射線響應好，由於其電離室壁是不銹鋼材料，故對陸地輻射低於50keV的低能響應較差。塑料閃爍探測器低能區響應好，高能區響應差。所以，專業實驗室常選擇塑料閃爍體探測器和高氣壓電離室儀器共同進行環境測量，以實現互補。
各類環境γ輻射空氣吸收劑量儀的對比見表66.14。
表66.14 各類環境γ輻射空氣吸收劑量儀的對比
續表
(4)測量方法
環境地表γ輻射劑量率測量方式分兩種。
a.即時測量。用各種γ劑量率儀直接測量出點位上的γ輻射空氣吸收劑量率瞬時值。
b.連續測量。在核電廠等大型核設施的環境固定監測點上，測量從本底水平到事故的環境輻射場空氣吸收劑量率的連續變化值。布設在固定監測點位上的熱釋光劑量計測出一定間隔時間內環境輻射場的累積劑量值。
(5)測量步驟
兩種測量方法的測量程序都應按儀器校準、天然本底測量、測量點的確定、測點測量4個步驟進行。
A.儀器檢查和校準。使用儀器前後，應認真檢查，通常用監督源檢查儀器的工作狀態，確認其狀態正常，方可使用。當儀器沒有監督源時，可採用固定條件下的狀態檢查。
將儀器放置在一個固定地點上(室內、外均可)。由於雨雪天測量時本底值將明顯降低，因此，室外測點應避免雨雪天測量。要求測點周圍沒有外來放射性干擾。長期測量該點的本底讀數值，每次測量取10個讀數，計算平均值Db，並繪出Db變化曲線。每次測量的10個讀數的平均值與長期觀測該點的平均值Db相對變化小於10%，則視為儀器正常，方可對儀器進行校準。
較好的辦法是找一個空曠地帶(距附近高大建築物30m以上，高1.5m的地面上)，放置一兩個與測量對象核素和能量相似的標准源(Ra源即可)，將儀器探測器與源處於同一水平線，按式(66.58)建立不同I與儀器讀數的關系曲線(橫坐標表示已知劑量率，縱坐標表示儀器讀數)。減去儀器本底後，使曲線通過原點，橫坐標與曲線的夾角為α，儀器讀數與cotα的乘積即為校準後的某點劑量率。
岩石礦物分析第三分冊有色、稀有、分散、稀土、貴金屬礦石及鈾釷礦石分析
式中:R為源中心距探測器中心的距離;A為源的γ常數，1mg鐳源距探測器1m處A為825×71.667fC/(kg·s);I為以γ單位表示的劑量率。
B.天然本底的測量。在進行γ輻射劑量率測量時需扣除儀表對宇宙射線的響應部分。不同儀表對宇宙射線的響應不同，可根據理論計算，或在水深大於3m，距岸邊大於1000m的淡水面上測量或與對宇宙射線響應已知的儀表比較得出。環境γ輻射空氣吸收劑量本底測量一般在室外選點，測量點應距離附近高大建築物30m以上的空曠地帶(最好在土地上)，距地面100cm處進行測量。測量10個讀數，計算平均值和平均值的標准偏差。
C.測量點的確定。測量的目的決定於測量點位置的布設。在一般建築材料和建築物內進行環境檢測時，應按照測量目的和源項的照射途徑，以及人群活動情況分別確定測量點位的布設。建築材料測量應按照檢測模型情況，將測量點設置在模型中央。探測器距模型表面50～100cm。
全國性或一定區域內的環境γ輻射本底調查，對同一網格點的建築物、道路和原野(城市中的草坪和廣場)，γ輻射劑量率的測量可同時進行。
D.測量。
a.室內測量。要考慮建築物的類型和層次。測量點一般選擇在室內中央，距地面100cm處進行測量。若出現測量值異常時，則應按照100cm間距進行網格劃分測量，以確定異常點的位置。距離牆壁應大於100cm。
b.室外測量。在城市中的道路、草坪和廣場測量時，測點距附近高大建築物的距離需大於30m，並選擇在道路和廣場的中間地面上1m處。
測量點應距離附近高大建築物30m以上，距地面100cm處進行測量。室外環境地表測量時應考慮到降雨、降雪，以及氡、釷射氣的析出與擴散、地面植被情況等因素的影響。所在山地丘陵地區還應注意到岩石露頭的影響。
(6)劑量估算
環境γ輻射對居民產生的有效劑量當量可用下式進行估算:
岩石礦物分析第三分冊有色、稀有、分散、稀土、貴金屬礦石及鈾釷礦石分析
式中:He為有效劑量當量，Sv;Dγ為環境地表γ輻射空氣吸收劑量率，Gy·h-1;K為有效劑量當量率與空氣吸收劑量率比值，本方法採用0.7Sv·Gy-1;t為環境中停留時間，h。