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应急监测中样本有无放射性的讨论 宋卓人 1 王 芳 2 戴海炎 1 刘岳州 1 葛永铭 1 张为民 1 刘文高 1 1. 杭州市环境监测中心站, 杭州 310007; 2. 杭州鸿仪四方辐照科技有限公司, 杭州 310030 摘要 利用统计学方法提出了如何在应急监测中判断样本有无放射性, 并结合实际监测做出了具体应用 。 关键词 辐射监测; 统计分布; 判断极限; 探测下限 A DISCUSSION OF SAMPLES WITH OR WITHOUT RADIOACTIVITY IN EMERGENCY MONITORING Song Zhuoren1 Wang Fang2 Dai Haiyan1 Liu Yuezhou1 Ge Yongming1 Zhang Weimin1 Liu Wengao1 1. Hangzhou EnvironmentalMonitoring Center Station, Hangzhou 310007, China; 2. Hangzhou Hongyisifang Radiation Technology Co. , Ltd, Hangzhou 310030, China Abstract This dissertation combining with actual work gives a discussion on how to judge samples with or without radiaoactivity by using statistical s in emergency monitoring. Keywordsradioactive monitoring;statistical distribution; judgment limit;detection lower limit 0 引言 杭州市环境监测中心站自成立辐射室以来进行 过多次应急辐射事故监测和涉及放射源 、 射线装置单 位的的飞行检测 ,在这些应急监测中都要对被测样本 做出是否存在放射性的判定, 本文则提供一种思路来 讨论如何判断被测样本是否存在放射性 。 1 测量结果数据的组成 测量数据的总计数 Nr包括本底计数 Nb和被测 环境样本的净计数 N0, NrNbN0, 本底计数是周 围环境中没有存在明显放射性物质时的仪器显示的 计数 ,在应急监测时经常表现为低水平放射性测量, 其中净计数相对较小 ,测量数据受本底影响很大。 本底计数的来源主要有以下几种 1 宇宙射线 。宇宙射线进入大气会产生一些初 级射线以及次级射线 ,这些射线会对探测器与其周边 的物质产生电离和激发从而使得仪器产生计数。 2 天然存在的放射性核素。天然岩石 、 泥土以及 建筑材料中所使用的板材、水泥、砖块中存在有微量 的U 系、 Th 系 40 、 K 等放射性核素,这些放射性核素也 会引起仪器计数 。 3 屏蔽材料和探测器中的放射性核素。用做辐 射防护用的铅中会伴随有 210Pb和 Ra , 钢材中含有少 量的 60Co等 。碘化钠探头中因为存在有钠元素 ,通常 钠元素会伴随有 40K,气体探测中可能会含有85Kr等 。 4 电子仪器的电子学噪声。探测器的放大电路 和运算电路中由于电子学的噪声而引起的虚假计数。 测量中 ,需要尽量减小本底计数对总体计数的影 响,在本底计数影响无法消除的情况下 , 需采取统计 检验的方法对测量的数据进行判定 。 2 测量数据的统计分布和误差 2. 1 核衰变的统计学分布 在 t 0 的时刻有 N0个衰变常数为 λ的原子 核, 在一个很短的 Δt 时间内未衰变的核素概率为 qΔt1-λ Δt , 经过一个较长的时间 t t nΔt 之后 未发生衰变的概率见式 1 lim x ※∞ 1 -λt n n e - λ t 1 由 n 重贝努利试验模型得知, 在 t 时间内发生核 衰变数为 n 的概率符合二项式分布见式 2 p n C n N0p n 1 -pN0-n N0 N0-n n 1 -e - λ tn e- λ tN0- n 2 可以求得 p n 的数学期望 m N0p N0 1 -e - λ t 方差 σN0p 1-p N0 1 - e -λ t e- λ t 112 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期 当 m 1时,二项式分布可简化为正态分布见式 3 p n 1 2πm e - n-m 2 2m 3 其中 m δ 2 。 由以上可以推出 ,当对被测样本进行一个较长的 时间的累积测量时, 在宏观上仪器的计数满足或近似 满足正态分布。 2. 2 样品净计数的统计学分布 两个独立的符合正态分布的样本的数学期望之 差也符合正态分布, 通过 2. 1节的结论可以得出测量 结果的净计数 N0也是符合正态分布 。 2. 3 有本底的放射性测量的相对误差 在放射性测量中样本的真值实际上经常是不可 预知的 ,只能用测量值的平均值代替真值 ,用标准偏 差作为对测量误差的估计 。 假设仪器在 tr和 tb时间内所测得的计数和本底 计数分别为 Nr和 Nb, 则测量的净计数率计算见 式 4 n0nr-nb Nr tr -N b tb 4 通过误差合成公式求得净计数率的相对误差计 算见式 5 ε nr tr n b tb n0 5 2. 4 统计检验 2. 4. 1 第一类错误与第二类错误 在统计假设中当假设检验拒绝实际上成立的零 假设时,所犯的错误称为第一类错误 拒真 ,其概率 用 α 表示 ; 当假设检验接受实际上不成立的零假设 时, 所犯的错误称为第二类错误 , 其概率用 β 表示 存伪 。 α在概率统计中称之为“显著水平” , β 为 “检验功效” 。在环境样品的放射性测量中第一类错 误则表现为将不含有放射性的样品判断为含有放射 性,第二类错误则表现为将含有放射性的样品判断为 不含有放射性, 但由于在单次统计检验中第一类错误 和第二类错误是相互矛盾的 α β1 , 如果过分的 减少“拒真”的概率, 则“存伪”的概率必然会增大。 通常认为, 当单位时间内环境样品的净计数 N0≤ 0 时可以判断该环境样品是不含放射性的 , 由 2. 2 节中可知 N0的计数符合正态分布规律 ,为了避 免发生第一类错误, 在正态分布曲线上选取一个小的 概率 α 并求得这个小概率所对应的积分数值, 如果 N0小于这个数值, 则认为 Nr和 Nb差异不显著并以 1-α 的概率接受该环境样品不具有放射性的推论。 2. 4. 2 显著性水平 显著性水平通常可以分为三级 , α 0. 05 时为差 异不显著, 0. 01 Kα, Kβ时, 取 Kα Kβ 1. 645, 得 ε ≈ 30。 3 实际监测中的应用 以表 2 杭州市环境监测中心站 2008 年对某无损 检测公司的储源库的监测结果为例, 监测结果见 表2。 表 2 X -γ辐射剂量率现状监测结果 监测点位 源库 外侧 源库 门外 1 号源坑 上方 5号源坑 上方 9 号源坑 上方 X- γ剂量率 nSvh- 1 270300760490500 以源库外侧的测量结果作为本底值, 令 α 0. 05, β0. 05 则 LC1. 645 2 270 23. 2 nSv h ; LDLC1. 645 2 270 46. 5 nSv h 。 计算其余监测点位的净计数 , 可以得出结论 源 库门外基本没有放射性泄漏的 ,1号源坑上方, 5号源 坑上方,9 号源坑上方,皆有不同程度的放射性泄漏, 对工作人员 ,在源库外侧则是相对安全的 。 4 结论 以显著性水平为 0. 05 作为判断标准得出当被测 样品的净计数小于判断极限的时候可以以 95的把 握确定样品没有放射性, 当被测样品的净计数大于探 测下限的时候可以以 95的把握确定样品存在放射 性。如果被测物的净计数处于判断极限和探测下限 之间的时候 ,对于样品是否含有放射性则需要谨慎判 断。对于应急辐射事故的环境判断, 取0. 25 μ Sv h作 为环境本底的保守估计 ,30作为误差估计, 可以以 0. 43 μ Sv h作为有无放射性泄漏的快速估计 。 参考文献 [ 1] 吴治华. 原子核物理实验方法[ M] . 北京 原子能出版社, 1997. [ 2] 凌球, 郭兰英. 核电站辐射测量技术[ M] . 北京 原子能出版社, 2001. [ 3] 宋妙发, 强亦忠. 核环境学基础[ M] . 北京 原子能出版社, 1999. [ 4] A D 亚历山大洛夫. 数学 它的内容, 方法和意义[ M] . 北京 科学出版社, 2003. [ 5] HJ T 61-2001 辐射环境监测技术规范[ S] . [ 6] GB 18871-2002 电离辐射防护与辐射源安全基本标准[ S] . 作者通信处 宋卓人 310013 杭州市杭大路 4 号 环境监测中心站 电话 0571 87973916 E -mail szr1983sohu. com 2009- 03-09 收稿 114 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期