輻射測量比對
輻射測量比對
何樂平、梁浩明
2023年7月
輻射測量的結果往往會受到多方面因素影響而存在不確定度。進行輻射測量的機構怎樣可確保測量結果是可靠呢?
為確保環境輻射監測結果的可靠性,香港天文台除了進行定期儀器校準和內部品質保證程序外,亦會參加輻射測量比對及能力測試。
自1989年開始,天文台一直參與國際及國家機構舉辦的測量比對及能力測試。至今,天文台參加了國際原子能機構(IAEA)、世界衞生組織(WHO)、英國國家物理實驗室(NPL)、中國輻射防護研究院、中國原子能科學研究院、上海市輻射環境監督站及香港的政府化驗所各自組織的比對或能力測試。
實驗室能力測試
在2022年7月,天文台參加了由 IAEA 安排的實驗室能力測試,測量水樣本的放射性核素活度,包括鈷-60、銫-134、銫-137、氚及鍶-90的活度。由於各種放射性核素的特性都各有不同,天文台需要使用多種儀器進行檢測。
天文台首先以伽馬譜法系統的高純度鍺探測器(圖一)量度樣本的伽馬射綫能譜,透過分析能譜特徵,辨別出樣本內的伽馬放射性核素,包括鈷-60、銫-134和銫-137,以及它們各自的活度。完成伽馬譜法分析後,樣本便要經過化學處理,分別提取當中的放射性核素氚及鍶-90。氚是低能量貝他放射體,需要使用液體閃爍計數器(圖二)來測量。而低本底阿爾法-貝他粒子計數系統(圖三)則用來量度純貝他放射性核素鍶-90 的活度。
放射性核素的衰變是一個隨機過程,在測量樣本的輻射水平時,必然存在某程度的不確定度。按照IAEA要求,需要評核參加機構測量結果的準確度(accuracy)及精確度(precision)。就是次實驗室能力測試,我們利用其中一個水樣本內含銫-137的測量項目來說明。
放射性核素 | 銫-137 |
天文台測量結果 (每公斤貝可) | 24.2 |
天文台測量結果不確定度 (每公斤貝可) | 0.9 |
IAEA所提供之目標值 (每公斤貝可) | 24.2 |
IAEA所提供之目標值不確定度 (每公斤貝可) | 1.5 |
相對偏差 | 0% |
組合標準不確定度(P) | 7.23% |
IAEA所提供之最大相對偏差 | 20% |
若相對偏差不大於IAEA 所提供之最大相對偏差,測量結果之準確度便視為「可接受」。
在這測量項目,相對偏差 = (天文台測量結果 – IAEA所提供之目標值) / IAEA所提供之目標值 x 100% = 0%,而IAEA所提供之最大相對偏差為20%。
若測量之組合標準不確定度P ≤ IAEA所提供之最大相對偏差及相對偏差 ≤ k*P,測量結果之精確度便視為「可接受」。k為覆蓋因子,99%置信水平時k為2.58。當中測量的組合標準不確定度可以由IAEA及天文台的測量不確定度求得: 

在這測量項目,組合標準不確定度P 為 7.23%,符合IAEA 對於精確度的要求。
因此天文台的測量結果順利通過準確度及精確度評核,而天文台的測量結果與IAEA所提供之目標值沒有任何差異,天文台在這測量項目的二百多個參與單位當中名列首位。根據IAEA公布的評估報告,天文台全部的測量結果均在可接受範圍之內,這顯示天文台的輻射實驗室測量能力符合國際標準。

圖一 伽馬譜法系統的高純度鍺探測器。

圖二 液體閃爍計數器。

圖三 低本底阿爾法-貝他粒子計數系統。
戶外環境伽馬輻射劑量率測量比對
除了實驗室測量比對,天文台亦在2023年4月參與了中國原子能科學研究院安排於九龍京士柏氣象站舉行的戶外環境伽馬輻射劑量率測量比對。其他參與單位包括內地的科研和政府機構。由於岩石及土壤含有不同的自然放射性物質,輻射水平會有自然差異。為了保證不同輻射測量儀器在同樣的測量方法和環境下也能保持可比性,比對方法是會預先選取數個測量點,當中包括草地、水泥地面及瀝青路面等不同環境。各參與機構需要在每個測量點輪流使用各自的儀器測量環境伽馬輻射劑量率,以比對儀器在不同環境下的表現(圖四及圖五)。在這次戶外測量,比對方法是在每個測量點,先計算所有參與單位的測量結果的中位數(M)和標準化四分位距﹙NIQR﹚,然後利用以下公式計算每個參與單位的Z 比分數︰ 

式中 X 是某參與單位的測量結果。Z 比分數的絕對值小於2代表對比結果與其他機構的測量結果吻合,Z 比分數的絕對值處於2至3之間代表對比結果與其他機構的測量結果有偏離,而Z 比分數的絕對值大於3則代表對比結果與其他機構的測量結果是離群值。是次比對所有參與機構的Z 比分數的絕對值都小於2,表示各機構的測量結果是吻合的。此外,各參與機構的專家亦在比對活動過程中作技術交流,分享輻射測量的工作心得。
天文台參與的輻射測量比對及實驗室能力測試結果,會在每年的「香港環境輻射監測摘要」公布。

圖四 香港天文台和其他內地機構於2023年4月在京士柏氣象站參與由中國原子能科學研究院安排的戶外環境伽馬輻射劑量率測量比對。

圖五 參與比對的人員正在設置輻射測量儀器。