沙連茂

(中國輻射防護(hù)研究院, 山西 太原 030006)

·特約來稿·

輻射環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)合理性評價中的問題探討

沙連茂

(中國輻射防護(hù)研究院, 山西 太原 030006)

對輻射環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)合理性評價中探測限附近的數(shù)據(jù)、監(jiān)測結(jié)果趨勢的分析和實驗室分析過程控制中的相關(guān)問題進(jìn)行分析和探討，提出了意見和建議。

環(huán)境監(jiān)測；輻射；合理性評價；測量數(shù)據(jù)

在輻射環(huán)境監(jiān)測中按照方案設(shè)計可以獲得一定數(shù)量的樣本數(shù)據(jù)，并據(jù)此對總體做出推斷。判斷環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)及其推斷結(jié)論合理性的依據(jù)很多，主要是看其在統(tǒng)計學(xué)上和專業(yè)知識上是否合理。不同的領(lǐng)域，衡量的側(cè)重點會有所不同。對計量工作來說，準(zhǔn)確性、一致性、溯源性和法制性是其基本特性?，F(xiàn)就有關(guān)輻射環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)合理性評價中的有關(guān)問題進(jìn)行探討。

1 探測限附近的數(shù)據(jù)

在環(huán)境放射性監(jiān)測過程中，會獲得大量探測限附近、甚至小于探測限的數(shù)據(jù)。美國能源部設(shè)施環(huán)境放射性監(jiān)督導(dǎo)則[1]將這類環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)描述為：“不對稱和混合分布，連同極端值和低于探測限值的存在是環(huán)境放射性監(jiān)督數(shù)據(jù)的通常特征。具有這種特征的監(jiān)督數(shù)據(jù)的分析和隨后的報告是不容易的，或者說是不能按常規(guī)處理的?！?/p>

1.1 探測限附近測量結(jié)果的不確定度

圖1示出探測限附近測量結(jié)果在置信度95%和99%時的不確定度曲線， 圖中LQ為定量測定限，Ld為探測限。

圖1 置信度95%和99%時探測限附近測量結(jié)果的不確定度

由圖1可見，Ld附近測量結(jié)果的不確定度可以達(dá)到±100%，所以只要數(shù)據(jù)的偏差是不帶方向性的，測量結(jié)果在較大的離散度下漲落也不足為奇。有的質(zhì)保計劃規(guī)定輻射環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的誤差要控制在5%～10%以內(nèi)，在一般情況下難以實現(xiàn)。在同樣條件下獲得的數(shù)據(jù)組中未發(fā)現(xiàn)異常值，而發(fā)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)組精度太好的情況，所得χ2(卡方)值明顯偏低，反映出有的監(jiān)測人員可能對低水平測量結(jié)果在較大的離散度下漲落不太理解，誤以為這是不正?，F(xiàn)象，有的甚至對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行“修正”。 例如在輻射環(huán)境監(jiān)測比對活動中，曾不時出現(xiàn)“有選擇性的記錄變化不大的數(shù)據(jù)值”的問題，這是缺乏客觀、隨機(jī)地記錄測量數(shù)據(jù)的基本素質(zhì)和實事求是科學(xué)態(tài)度的表現(xiàn)。

1.2 采用判斷限作為測量結(jié)果的評價標(biāo)準(zhǔn)

探測限Ld是反映一種特定測量(包括方法、儀器、樣品特征等)的技術(shù)指標(biāo)，用于評述一種測量的檢測能力，是評價輻射環(huán)境監(jiān)測方法合理性的一個重要參數(shù)，而不是用于表述測量結(jié)果。判斷限Lc通常用于檢驗測量結(jié)果是否在統(tǒng)計上與本底有顯著性差異，又稱判斷閾(decision threshold)。探測限Ld可以判“有”,但不能判”無”。如果有一個活度為Ld的樣品，由于測量的統(tǒng)計誤差，測量結(jié)果>Ld的概率只有約50%，

根據(jù)Ld的定義，若取β=0.05，可理解為如果樣品的放射性期望值達(dá)到了Ld，那么可以(事先)斷言若采用該測量裝置，樣品的計數(shù)結(jié)果會有95%的概率≥Lc(注意：不是有95%的概率≥Ld)，而

實際操作中可保守地認(rèn)為判斷限等于探測限的一半。鑒于Lc在數(shù)值上比Ld小，因此，采用Lc作為評判測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)比單純用

還要明確，測量一個樣品的探測限、判斷限和測量若干個樣品平均值的探測限、判斷限是有差別的。例如，對同一樣品重復(fù)測量100次，其探測限、判斷限便降低為原來的1/10。

1.3 小于判斷限的數(shù)據(jù)的報告

如何報告

美國NBS提出報小于水平Lt[4]：

Lt=R+Kσs

(1)

式中：R——樣品的凈計數(shù)率；K——單側(cè)置信因子，在95%的置信度下K=1.645；σs——樣品測量的標(biāo)準(zhǔn)差。

此法具有嚴(yán)格的統(tǒng)計學(xué)依據(jù)，報出的水平與測量結(jié)果“掛鉤”，在20世紀(jì)80年代我國進(jìn)行的食品放射性水平調(diào)查處理數(shù)據(jù)時，曾采用了這種方法。

近年來歐盟對小于判斷限的核電廠排放流出物的監(jiān)測結(jié)果提出新的建議書[2004/2/Euratom],提出測量結(jié)果低于判斷閾的，結(jié)果可以保守地以判斷閾的一半來替代。如不斷重復(fù)測量的結(jié)果都低于判斷閾時，可合理地認(rèn)為真值就是零，即排放水中不存在此種放射性核素。我國在核電廠流出物監(jiān)測中正在參考此建議書[5]。

1.4 提供樣本容量和標(biāo)準(zhǔn)差(或不確定度)信息

輻射環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)相當(dāng)一部分都是處于探測限附近，為了反映測量的精確度，報告測量結(jié)果時，不僅要提供結(jié)果的平均值，還要提供樣本容量和標(biāo)準(zhǔn)差(或不確定度)。對于多個樣品重復(fù)測量的結(jié)果，還要提供超出判斷限的樣品數(shù)占總樣品數(shù)比率的信息。通過樣本估計總體時，樣本容量n的大小反映了估計的可靠程度。

(1)樣本容量大小不僅關(guān)系到結(jié)果的偏差能否接受，且影響統(tǒng)計檢驗的實際意義。在統(tǒng)計檢驗中，n大小也直接影響檢驗結(jié)果的可靠性；

(2)在等精度的重復(fù)測量中樣本容量的大小反映樣本均值的精度。

標(biāo)準(zhǔn)差，也是測量結(jié)果的不確定度，又稱標(biāo)準(zhǔn)不確定度。測量的不確定度是表征合理地賦予被測量值的分散性、與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。從詞義上理解，意味著對測量結(jié)果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度，是定量說明測量結(jié)果質(zhì)量的一個參數(shù)。放射性測量的泊松均方差和高斯標(biāo)準(zhǔn)差的計算較為簡單。關(guān)于化學(xué)分析結(jié)果不確定度的評定，中國實驗室認(rèn)可委員會已于2001年頒布了不確定度的評估指南[6]，應(yīng)按照指南的要求去進(jìn)行不確定度的評定。對照“指南”的要求，一些文章中存在的問題有：數(shù)學(xué)模式與不確定度的來源相互之間缺乏聯(lián)系，存在“兩張皮”的現(xiàn)象，即有的分量脫離數(shù)學(xué)模式中的參數(shù)隨意評定結(jié)果的不確定度。應(yīng)當(dāng)緊緊圍繞數(shù)學(xué)模式的參數(shù)，逐個分析、評定，最后按模式中各參數(shù)的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行不確定度的合并。

圖2 平均值的標(biāo)準(zhǔn)差隨樣本容量的變化

1.5 探測限附近測量數(shù)據(jù)的有效性

測量數(shù)據(jù)的有效性可以用某測量系統(tǒng)在當(dāng)時的測量條件下預(yù)期能測到最小凈計數(shù)期望值μN=Ld的把握度(1-β)來評價，(1-β)被稱之為檢驗規(guī)則的功效。β在統(tǒng)計學(xué)上稱為犯第二類錯誤的概率，即樣品實際上含有放射性(μN>0)，卻被判為不含放射性(μN=0)的概率。實際計算時可按下式獲得Uβ值。

Uβ=(ns-Lc)/σs

(2)

式中：Uβ——標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量；ns——樣品的凈計數(shù)率；Lc——判斷限；σs——樣品計數(shù)測量的標(biāo)準(zhǔn)差。

按式(2)計算出Uβ值后，便可以在數(shù)理統(tǒng)計表中查得β值，從而做出把握度1-β的估計。表1列出采用3種不同測量方案對一個樣品進(jìn)行計數(shù)時獲得的Lc、Uβ和(1-β)值。從中可看出，即使其獲得的凈計數(shù)率相同，均為0.15 cpm,但由于本底或測量時間不同，所得結(jié)果的把握度是有差別的，有的甚至差別很大。

表1 凈計數(shù)率相同、測量方案不同時的Lc、Uβ和(1-β)值

由于必然性因素(核設(shè)施的排放)的影響總是和偶然性(包括低水平放射性環(huán)境樣品的采樣、制樣、分析和測量過程中存在的誤差)因素的影響糾纏在一起，只有排除偶然性因素的影響，才能做出是否受核設(shè)施的排放這一必然性因素影響的判斷。

因此需要強(qiáng)調(diào),從事核設(shè)施本底調(diào)查工作所采用的方法和技術(shù)應(yīng)當(dāng)具有比常規(guī)工作更好的靈敏度和可靠性，獲得更為有效的測量數(shù)據(jù),而不要僅滿足于 “測量結(jié)果

2 監(jiān)測結(jié)果趨勢的分析

首先考慮，一組數(shù)據(jù)的范圍值是否在合理范圍內(nèi)。在沒有外來源或其他特殊因素存在時，將范圍值與文獻(xiàn)報道的環(huán)境和地理條件類似的同類數(shù)據(jù)范圍比較，如發(fā)現(xiàn)超出合理范圍，便有可能在監(jiān)測中存在缺陷。這類檢查，還應(yīng)包括其他不合理數(shù)據(jù)的檢查，如數(shù)據(jù)的有效數(shù)字的位數(shù)偏差太大，平均值超出范圍值；單個核素的活度濃度超過總放射性的活度濃度；在核電站運行期間，人工核素在遠(yuǎn)區(qū)明顯大于近區(qū)；鈾/鐳比例不合理；全球沉降的人工核素和某些大氣沉降的天然核素在樣品中的活度濃度比不合理等?？傊?，還要根據(jù)專業(yè)知識，更有效地利用數(shù)理統(tǒng)計方法來發(fā)現(xiàn)問題。

2.1 判斷監(jiān)測結(jié)果之間是否存在顯著差異的問題

在測量條件相對穩(wěn)定的情況下，同一點不同時間的樣品數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)滿足正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布，對歷年周期為月或季的測量數(shù)據(jù)，可采用質(zhì)控圖方法檢驗。此外，也可檢查各年間的成對比較是否有顯著性差異，若發(fā)現(xiàn)某些年度間或與本底調(diào)查結(jié)果比較存在顯著性差異，則說明這些年度間或存在不同污染源的影響，或監(jiān)測中存在缺陷。應(yīng)當(dāng)注意比較不同樣本結(jié)果之間的差異是否顯著，不能僅看其平均值，還要看其不確定度。有的文章在比較不同江河、或不同采樣點、或同一采樣點不同時間的環(huán)境介質(zhì)放射性核素的活度濃度時，僅根據(jù)其平均值就排列出其活度濃度的高低順序，事實上如果考慮不確定度，其置信區(qū)間是深度重復(fù)交叉的，看不出它們之間存在顯著性差異。檢查2組數(shù)據(jù)平均值的置信區(qū)間是否相重疊，在樣品數(shù)較少時很有用。2組數(shù)據(jù)若能看作來自同一總體，則其均值的置信區(qū)間不能是分離的。

某篇文章對2007—2015年某主要江河的枯水期和豐水期放射性核素水平進(jìn)行比較，所得數(shù)據(jù)見表2。作者僅僅依據(jù)平均值的差別就認(rèn)為226Ra、40K、90Sr、總α枯水期和豐水期之間差別非常顯著。但是，根據(jù)表2提供的枯水期和豐水期的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差,其置信區(qū)間都是高度重合的，看不出“差別非常顯著”。

表2 枯水期和豐水期放射性核素水平比較

另篇關(guān)于土壤中232Th含量的文章，說某地區(qū)的測量值大于全國調(diào)研值，但該地區(qū)3個點平均測量值為49.7 Bq/kg, 單次測量標(biāo)準(zhǔn)差11.6 Bq/kg。而全國土壤中232Th的含量為(49.1±27.6) Bq/kg。顯然，該地區(qū)的測量值與全國調(diào)研值并無顯著性差異。

當(dāng)各年間測量條件及環(huán)境條件相同時，各年間的成對比較應(yīng)該不會有顯著性差異，一旦發(fā)現(xiàn)存在顯著性差異，說明這些年度間或有新的污染源影響，或監(jiān)測中存在缺陷。在進(jìn)行統(tǒng)計檢驗時，成對比較法比成組比較法要靈敏得多；總體均值未見差異時，還要觀測各點各年間是否有顯著性差異。當(dāng)發(fā)現(xiàn)各年間存在顯著性差異時，應(yīng)當(dāng)查明原因，不要輕易放過。曾有一篇水體調(diào)查的文章，發(fā)現(xiàn)多年來某河水中238U、232Th、226Ra、40K、137Cs活度濃度均有上升趨勢， 尤其是鈾，與全省江河相比，該河段不僅高于全省江河，比1987年此點位參考范圍水平高出近9倍。但作者只滿足于其遠(yuǎn)低于我國規(guī)定的露天水源的限制濃度，并未查明原因，給公眾一個交代。

還有一篇關(guān)于地表水中238U測量的文章，檢測數(shù)值很不穩(wěn)定，同一斷面不同年份的數(shù)值最大相差41倍。作者認(rèn)為其原因可能是采集到較多的懸浮物，這有可能，但作者又以“檢測數(shù)據(jù)最大值沒有超過本底水平的3倍以上”為由，試圖大事化小。從238U的監(jiān)測結(jié)果看，有幾個特別低的結(jié)果基本上都出現(xiàn)在2011年。例如，某壩2010年為46.35 mBq/L，而2011年上半年突變?yōu)?.7mBq/L; 某大橋2010年為79 mBq/L, 2011年突變?yōu)?.9 mBq/L; 還有一橋2010年為67 mBq/L, 2011年突變?yōu)?.6 mBq/L。這里是否存在監(jiān)測技術(shù)方面的原因，也需要作者認(rèn)真自查。

2．2 全球沉降的人工核素和某些大氣沉降的天然核素在樣品中的活度濃度比是否合理

一些大氣沉降的天然放射性核素,如210Pb和7Be等，在一定條件下和全球沉降的人工核素在雨水、沉降灰、土壤和茶葉等樣品中的活度濃度往往呈一定的比例關(guān)系。

210Pb是天然鈾-鐳放射系中的氡子體，氡從地殼逸出到大氣中衰變生成一系列子體，其中210Pb是壽命較長的核素，與全球沉降的人工核素90Sr、137Cs和239Pu等一起沉降到地表。1990年曾分析過北京、太原、石家莊和濟(jì)南表層土壤中137Cs、239Pu、241Am 與210Pb的沉積量[7]，圖3中僅顯示出137Cs 與210Pb 在土壤表面的沉積量關(guān)系圖。

圖3 137Cs 與210Pb 在土壤表面的沉積量

分析結(jié)果表明，地表土壤中210Pb、137Cs、239Pu、241Am沉積量的比例大約為4∶1∶0.02∶0.007。了解樣品中核素間的大致比值，除了用來評價測量結(jié)果的可靠性外，也有助于采樣計劃的制定。例如，可以通過γ譜法對土壤樣品用非破壞性測量方法獲得210Pb和137Cs的含量，按照上述比例關(guān)系估計土壤中241Am和239Pu的大致含量，以便采取足夠量的樣品用于超鈾核素的分析，才能獲得有效的數(shù)據(jù)。

采樣的代表性往往很難被定量，因為不知道“真值”，但在實際測量數(shù)據(jù)的支持下，應(yīng)用科學(xué)的方法可以對數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行估計，做出定性說明。某些情況下，像7Be這樣的天然放射性核素也能助一臂之力。

7Be 為大氣層中宇宙射線與氮氧相互作用的產(chǎn)物，半衰期53.3 d， 產(chǎn)率: 0.081 原子/cm2· s。7Be在對流層空氣中濃度為1.04×10-2Bq/m3,雨水中平均濃度約0.7×10-2Bq/L。它能附著在落下灰和雨水上而成為樣品時效性的有用指示劑。一般情況下，在同一時期現(xiàn)場采集的茶葉中7Be 的含量應(yīng)當(dāng)如人工核素137Cs那樣有相關(guān)關(guān)系。在田灣核電站申請裝料許可證階段環(huán)境輻射本底調(diào)查期間，測得2001年6月8日采集的云臺山和花果山的云霧茶中137Cs的含量均為(0.23±0.01) Bq/kg，但是，7Be的含量差別很大，云臺山云霧茶中7Be的含量為(44±10)Bq/kg，而花果山的云霧茶中7Be卻異常得低，含量<0.3 Bq/kg。質(zhì)量保證小組對其時效性提出質(zhì)疑。后經(jīng)調(diào)查確認(rèn)，該批花果山的云霧茶不是采樣人員親臨茶場摘采，而是為了“省事”，從茶葉店中購買的一年前的茶葉包裝商品。由于137Cs的半衰期較長，活度濃度幾乎不變；而7Be的半衰期比137Cs短得多，只有53.3 d，經(jīng)過1年多的時間，已基本衰變完了。這樣，用γ譜儀未能測出7Be，而137Cs的含量基本正常。這表明該茶葉樣品不能代表此時期的茶葉產(chǎn)品。

2.3 樣品中個別核素的活度與總放射性水平關(guān)系

一般而言，個別核素的活度濃度是不會超出總活度濃度水平，否則，其中2者之一必定存在問題。有一篇關(guān)于稀土廠排放廢水中總α和天然放射性核素的報告，2008年處理后水樣的總α放射性濃度為0.026 Bq/L，還沒有單個核素226Ra的濃度水平(0.056 Bq/L)高；同樣,某廠2009年處理后水樣的總α放射性濃度為0.027 Bq/L, 還沒有單個核素238U的水平(0.067 Bq/L)高；2009年削減斷面水樣的總α放射性濃度為0.042 Bq/L, 比單個核素238U水平(0.063 Bq/L)還低。

但是，在考慮含鉀量高的樣品中的總β水平與40K的活度濃度時會出現(xiàn)例外情況。在不少生物樣品中，能放射出β輻射的核素有鈾釷的衰變子體、40K及微量的90Sr和137Cs等，其中40K的含量最高，其活度濃度比其他核素大約高出2個數(shù)量級以上。從40K衰變綱圖可知，每衰變一次，有約89%的概率放射出β輻射。通常40K的活度濃度是通過γ譜儀、原子吸收分光光度計或化學(xué)方法測定，而其總β放射性的活度是通過β計數(shù)器測定的，因此，40K的活度濃度與總β輻射水平的比值為1.12，即總β放射性的活度僅為40K的活度濃度的89%。例如,一些南方水果、蔬菜的總β與40K比值為0.75～1.05，平均值為0.88[8]。

2.4 變量之間相關(guān)性的判斷

在環(huán)境放射性監(jiān)測工作中，經(jīng)常會遇到相互間存在一定聯(lián)系的變量?；貧w分析和相關(guān)分析是處理變量間相關(guān)關(guān)系的有力工具。其中的相關(guān)分析是研究變量之間的相關(guān)性及其密切程度。但在通過測量獲得各種變量之后，要判斷其是否相關(guān)，相關(guān)密切程度如何，并不是僅僅用肉眼的觀察所能解決的，而是需要運用數(shù)理統(tǒng)計方法。

表3是某篇文章作者報告的關(guān)于土壤氡濃度、表面氡析出率和土壤含水率檢測數(shù)據(jù)。作者通過表3數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)土壤表面氡析出率與土壤含水率存在著負(fù)相關(guān)性，即土壤含水率越大，氡析出率越小，這是正確的。但又認(rèn)為，土壤氡濃度與氡析出率沒有明顯的相關(guān)性，這是欠妥的。如果按表3的數(shù)據(jù)作土壤氡濃度和氡析出率之間的相關(guān)圖(見圖4)，2者之間的相關(guān)性非常明顯。除2010年12月8日的氡濃度(3 740 Bq/m3)太高外,其他各點的負(fù)相關(guān)性都很明顯。反映出氡析出率越高，留在土壤中的氡濃度就越低。其相關(guān)系數(shù)已大于顯著性相關(guān)臨界值r0.05/2,6-2。

表3 土壤氡濃度、表面氡析出率和土壤含水率的檢測數(shù)據(jù)

圖4 土壤氡濃度和氡析出率之間的相關(guān)性

其次，作者還認(rèn)為，土壤氡濃度與含水率沒有明顯的相關(guān)性，這也欠妥。如果按表3的數(shù)據(jù)作圖(見圖5)，土壤氡濃度和土壤含水率之間的正相關(guān)性也很明顯， 隨著土壤含水率的增加，土壤中氡濃度也相應(yīng)增加。其實這一趨勢與作者曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)的“土壤表面氡析出率與土壤含水率存在著負(fù)相關(guān)性”有密切聯(lián)系，即土壤含水率越大，氡析出率越小，使得土壤中氡濃度也相應(yīng)增加。同樣，其相關(guān)系數(shù)也已大于顯著性相關(guān)臨界值r0.05/2,6-2。

圖5 土壤氡濃度和含水率之間的相關(guān)性

2.5 測量項目之間相關(guān)性的分析

環(huán)境樣品中不同測得量之間或不同同位素或核素活度之間的比值，在一定條件下具有相關(guān)性。當(dāng)時間或空間等環(huán)境條件發(fā)生變化后，這一比值也可能會隨之發(fā)生變化。通過測量它們之間比值及其變化，有助于輻射環(huán)境監(jiān)測結(jié)果合理性的評價。

2.5.1 原野γ輻射劑量率與土壤中天然放射性核素40K、238U和232Th含量的關(guān)系

扣除宇宙射線貢獻(xiàn)后的原野γ輻射水平，是由陸地土壤中的放射性核素產(chǎn)生。為了通過土壤中的放射性核素來估算γ輻射的空氣吸收劑量率，文獻(xiàn)[9]推薦過不同形式的Beck公式，當(dāng)土壤采樣布點具有充分的代表性時，估算陸地γ輻射水平的1993年Beck公式是：

Dγ=CKfK+CUfU+CThfTh

(3)

式中：Dγ——γ輻射空氣吸收劑量率，nGy/h;CK、CU、CTh——40K、238U和232Th在土壤中的比活度，Bq/kg；fK、fU、fTh——40K、238U和232Th的劑量系數(shù)，(nGy·h-1)/(Bq·kg-1),其值分別為0.041 7，0.462，0.060 4。

由于在自然環(huán)境中實際情況與假設(shè)的條件并不完全相同，估算結(jié)果與實際結(jié)果會存在一定的差異。在基本滿足公式的條件下，若實測值與計算值相差超過30%，則至少有一種方法不可靠。表4為2000年4月—2002年3月在某核電站周圍9處測得的原野γ輻射的空氣吸收劑量率[10]。

表4 原野γ輻射的空氣吸收劑量率實測結(jié)果(D實測) nGy/h

為了核查上述實測結(jié)果D測，通過相應(yīng)9個測點土壤中40K、238U和232Th的比活度(Bq/kg)，分別計算各點γ輻射的空氣吸收劑量率，并與表4的實測值進(jìn)行比較，結(jié)果示于表5。結(jié)果表明，2者相差未超過25%。

表5 原野γ輻射的空氣吸收劑量率實測結(jié)果與計算結(jié)果的比較(D計算)

2.5.2 土壤樣品中238U和226Ra比活度的關(guān)系

238U和226Ra同屬238U衰變系列，在無外部因素作用的情況下，這2種放射性核素處于放射性平衡，如原礦石，其中238U和226Ra的比活度相等。

自然界中土壤由成土母巖風(fēng)化形成，或由于河水沖積而成。盡管土壤形成初期階段238U和226Ra的平衡關(guān)系可能受到破壞，但如果土壤形成后長期未受到雨水、地表水或地下水侵蝕等外部因素的影響，這種平衡關(guān)系會被重新建立。

對于地表土壤、水庫底泥或海底泥，由于雨水的沖刷和淋洗、地表水或海水的浸泡，使這種平衡關(guān)系受到不同程度的影響，因而這些樣品中238U和226Ra的比活度不一定相等。由于這些外在因素的作用差異很大，在不同地區(qū)的土壤樣品中238U和226Ra的比活度的比值也很不相同。但總的來說，238U的比活度高于226Ra的比活度。就地表土而言，雨水沖刷和淋洗越多，238U和226Ra的比活度可能差別越大。如果有酸雨的淋洗，也可能出現(xiàn)226Ra的比活度高于238U的情況。由于海底泥比水庫底泥所經(jīng)歷的化學(xué)過程更復(fù)雜，因此前者的比值一般比后者大。表6列出部分土壤中238U和226Ra的比活度及其比值。

2.5.3 陸地介質(zhì)樣品中137Cs和90Sr比活度的差異

137Cs和90Sr均是裂變產(chǎn)物，半衰期分別為30年和28年，環(huán)境中的殘留量來自全球進(jìn)行的核試驗的散落物。在核爆中137Cs的產(chǎn)額比90Sr高，產(chǎn)額比為1.6∶1.0。137Cs與土壤中的礦物質(zhì)結(jié)合得非常牢固，植物根部對其吸收很少，而90Sr則易于被吸收。因此地表土壤中137Cs的含量會明顯高于90Sr，

表6 某核電站周圍部分土壤中238U和226Ra的比活度和比值(2000年)

隨著時間的推移，這種差距會不斷擴(kuò)大。表7列出某核電站周圍部分土壤中137Cs和90Sr的比活度及其比值，為了比較，同時列出1個水庫底泥和1個海洋沉積物中137Cs和90Sr的比活度及其比值。由表7可見，表層土壤中137Cs的含量明顯高于90Sr，其比值為3.1～7.7。水庫底泥和海洋沉積物中137Cs和90Sr的比活度差別較小，可能是在水和海水的作用下，部分137Cs溶于水中，使137Cs的比活度減少，而90Sr在沉積物中的比活度卻變化不大。

表7 某核電站周圍部分土壤和沉積物中137Cs和90Sr的比活度和比值 (2000—2001年)

由于植物易于吸收90Sr，因此一般情況下，植物樣品中137Cs的含量會低于90Sr；但是另一方面，由于土壤中90Sr比137Cs衰減得快，因此當(dāng)土壤中的90Sr衰減到很小時，盡管植物易于吸收90Sr，但在長期未進(jìn)行核試驗和未發(fā)生核事故的情況下，隨著時間的推移，同種植物中90Sr的比活度和137Cs的比活度會逐漸接近，在某一時刻會相等，甚至?xí)l(fā)生反向變化，即90Sr的比活度低于137Cs的比活度。尤其是從水田中生長的水稻，由于稻田中的90Sr被水反復(fù)浸取和洗脫，其含量比137Cs減少得更快，所以常常發(fā)現(xiàn)不少地區(qū)的大米90Sr的比活度低于137Cs。 表8 列出部分植物中90Sr和137Cs的比活度及其比值[11]。

表8 我國部分植物中90Sr和137Cs的比活度及其比值(1982—1985年)

3 實驗室分析過程控制中的一些問題

在分析實驗室管理中，要求首先應(yīng)識別并確定過程，然后及時發(fā)現(xiàn)和排除檢測過程中的異常變異，使上一過程的變異不要帶到下一過程中去，以保證過程的穩(wěn)定性和檢測質(zhì)量的一致性。在控制技術(shù)中，統(tǒng)計技術(shù)是識別、分析和控制異常變異的重要手段。用控制技術(shù)進(jìn)行過程控制稱為統(tǒng)計過程控制，其重要手段是控制圖，它一直是各實驗室普遍存在的薄弱環(huán)節(jié)。

3.1 質(zhì)量控制圖的繪制

質(zhì)量控制圖常用來反映分析測量過程中所用儀器和分析測量操作是否處于質(zhì)量控制狀態(tài)，例如，對測量裝置長期穩(wěn)定性的檢驗，為繪制好控制圖，必須有一定數(shù)量的預(yù)備數(shù)據(jù)。按輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[12]規(guī)定，建立一張本底或效率的控制圖，需要20個以上的常規(guī)測量數(shù)據(jù)，由這些數(shù)據(jù)計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。然后，以計數(shù)率為縱坐標(biāo)，以日期為橫坐標(biāo)作圖，在平均值處引一條水平線，再分別在平均值加、減兩倍標(biāo)準(zhǔn)差的地方引出兩條水平的控制線。以此控制圖檢查以后在該測量條件下獲得的本底或效率是否在控制范圍內(nèi)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時，對儀器進(jìn)行調(diào)整，重新繪制控制圖。按照類似的方法，同樣可以繪制出空白控制圖、準(zhǔn)確度控制圖、平行樣控制圖和回收率控制圖，等等。但是在實際工作中有時會發(fā)現(xiàn)如下問題：

(1)一些單位為了應(yīng)付檢查，沒有按規(guī)范要求，在常規(guī)分析測量之前積累20個以上的測量數(shù)據(jù)，繪制出控制圖。而是將儀器或分析測量運行中獲得的實際測量數(shù)據(jù)計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，計算控制限。這種把運行中獲得的數(shù)據(jù)既當(dāng)“運動員”又當(dāng)“裁判員”的方法，除了制造“符合質(zhì)控要求”的假象之外，對質(zhì)量控制起不到任何作用；

(2)有些“質(zhì)量控制圖”沒有控制限、警告限等界線。例如有一個平行樣偏差控制圖，實際上只是一個“平行樣偏差變化圖”。圖中的縱坐標(biāo)是“相對標(biāo)準(zhǔn)偏差”，含義不明確，應(yīng)是相對偏差；橫坐標(biāo)叫“平行樣個數(shù)”也不合適，應(yīng)是平行樣序號。例如偏差達(dá)18.3%的是第8號平行樣,而不是平行樣個數(shù)為8，因為每一次的平行樣個數(shù)只為2。

3.2 化學(xué)回收率與加標(biāo)回收率

在大多數(shù)的放化分析過程中，待測核素不可避免地會受到一定的損失。為此必須建立一種測定化學(xué)回收率的方法來估計這種損失，并對測量結(jié)果進(jìn)行校正。

化學(xué)回收率又稱化學(xué)產(chǎn)額，其主要用于分析過程中對待測核素的損失量進(jìn)行校正，通常要求其不低于50%。但是，最重要的是要求回收率必須穩(wěn)定，同時產(chǎn)品必須達(dá)到所需要的化學(xué)純度與放射性純度。對于一個訓(xùn)練有素的分析人員，經(jīng)多次操作后回收率會穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。如果某次分析中獲得的回收率太低，應(yīng)當(dāng)舍棄這次分析結(jié)果。反之，超過正常范圍的回收率也是不可取的，這是操作失誤或者在原始樣品中有載體物質(zhì)存在的先兆。雖然人們總是希望獲得高的化學(xué)回收率和高的產(chǎn)品純度，但是往往很難兩全其美。當(dāng)兩者發(fā)生矛盾時，常常是稍稍犧牲高的回收率來達(dá)到高的純度。

測定化學(xué)回收率時要根據(jù)待測核素的特性和實驗室的條件選擇適當(dāng)?shù)姆椒?。目前常用的是穩(wěn)定性同位素載體法和放射性同位素作為示蹤劑的放射測量法。

采用事前預(yù)定的固定回收率去校正測量結(jié)果會帶來很大的系統(tǒng)誤差。在分析土壤中238Pu時，初期由于缺乏238Pu的同位素，采用事前實驗確定的0.70作為固定回收率對分析結(jié)果進(jìn)行校正。后來獲得236Pu后，采用其做示蹤劑測定了628個試樣的全程回收率，并將其繪制成直方圖,結(jié)果示于圖6。由圖6可見，全程回收率近似正態(tài)分布，最小值為0.10，最大值為0.91，平均值為0.48，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.20。如果采用原先預(yù)定的回收率0.70去校正分析結(jié)果，將會帶來很大的誤差。

圖6 用236Pu做產(chǎn)額示蹤劑測得的238Pu回收率

國內(nèi)環(huán)境放化分析領(lǐng)域較為流行一種叫“加標(biāo)回收率”,在一些質(zhì)量保證計劃中要求“加標(biāo)回收率控制在95%～105%以內(nèi)”。這種提法和要求不嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)。在放射化學(xué)中，所謂“加標(biāo)回收率”，意即回收的放射性活度與加入的放射性活度之比值，將其控制在95%～105%以內(nèi)。在90Sr和137Cs分析中，一般用載體回收率或放射性示蹤劑的回收率表示，并不要求一定要達(dá)到95%～105%，只要不太低但穩(wěn)定即可。

要求“加標(biāo)回收率控制在95%～105%以內(nèi)”，其“回收率”并不是真正的回收率，而是經(jīng)回收率校正后測得的放射性活度與加入的放射性活度之比值。這種要求，在國際放射化學(xué)領(lǐng)域比較罕見。在環(huán)境放化分析中，建議用準(zhǔn)確度(或與標(biāo)準(zhǔn)值的相對偏差)可能更好，“加標(biāo)回收率”95%～105%相當(dāng)于準(zhǔn)確度為±5%。

3.3 分析測量結(jié)果的比對

分析測量結(jié)果的比對包括實驗室內(nèi)不同方法、不同儀器和不同時期所得結(jié)果的內(nèi)部比對，以及不同實驗室間測量結(jié)果的外部比對。

對測量結(jié)果有重要影響的計量器具和測量儀表，應(yīng)按計量認(rèn)證要求的周期進(jìn)行檢定、校準(zhǔn)，在運行過程中繪制本底和探測效率質(zhì)控圖。還要特別注意，多數(shù)單位的輻射環(huán)境監(jiān)測的結(jié)果常常是用不同探測器、不同方法連續(xù)進(jìn)行多年獲得的。隨著儀器和方法的進(jìn)步，或儀器的更新?lián)Q代，改用新儀器或新方法是難免的，但其常給各年間的數(shù)據(jù)分析增加一個新的不一致因素。一個有效地防止結(jié)果不一致方法就是選擇一定數(shù)量的有代表性的點或保留樣品，作新、舊的比對測量，以保持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)可比性。如果在發(fā)現(xiàn)新、舊數(shù)據(jù)存在顯著差異后，才想到可能是儀器或元件、方法變化所致，再作這類比對測量已幾乎不可能了。因此，保存一部分樣品或建立相對穩(wěn)定的環(huán)境輻射場，對于保持監(jiān)測結(jié)果的穩(wěn)定性和溯源性是十分必要的。

實驗室能力驗證是利用實驗室間比對確定實驗室的檢測能力的活動，實際上它是為確保實驗室維持較高的檢測水平而對其能力進(jìn)行考核、監(jiān)督和確認(rèn)的一種驗證活動。要想發(fā)現(xiàn)和確定實驗室分析測量所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，僅靠實驗室自身的質(zhì)量控制，往往是十分困難的，參加能力驗證計劃，可為實驗室提供評價其出具數(shù)據(jù)可靠性和有效性的客觀證據(jù)，從而增加公眾對其能力的信任。作為實驗室來說，還可通過能力驗證的外部措施，補(bǔ)充實驗室內(nèi)部的質(zhì)量控制程序。

我國開展不同輻射環(huán)境測量實驗室間測量結(jié)果的比對工作大約可追溯到20世紀(jì)80年代，對提高實驗室檢測能力起到了重要作用。這類比對工作最好由權(quán)威計量機(jī)構(gòu)組織，要求比較嚴(yán)格，以達(dá)到實驗室的測量結(jié)果與國際權(quán)威實驗室間具有可比性。

1985年以后，中國輻射防護(hù)研究院在李德平院士的指導(dǎo)下參加了由世界衛(wèi)生組織國際放射性參考中心(WHO IRC)、國際原子能機(jī)構(gòu)分析質(zhì)量控制服務(wù)處(IAEA AQCS)等部門組織的國際比對，受到國際組織的好評，被IRC 主席譽(yù)為一流實驗室。此后，中輻院低本底放射性實驗室的歷屆領(lǐng)導(dǎo)，都堅持了這一傳統(tǒng)，2000年以來每年繼續(xù)參加美國能源部環(huán)境測量實驗室質(zhì)保項目(EML-QAP)和愛達(dá)華放射性環(huán)境科學(xué)實驗室混合分析能力評估項目(RESL-MAPEP)質(zhì)控樣品測量與分析活動，比對樣品包括土壤、蔬菜和空氣濾膜等，對保持實驗室長期處于質(zhì)量控制狀態(tài)，起到了很好的作用。

參加國內(nèi)外的比對活動，要求參比單位和人員具有長遠(yuǎn)的眼光，不要為短期的功利主義或經(jīng)濟(jì)效益所左右。此外，比對的結(jié)果不太可能總是百分之百滿意，暴露出問題是好事，不要輕易地追查個人責(zé)任或與某種利益掛鉤，其不利于調(diào)動實驗室人員參加比對的積極性，相反還會滋長掩蓋問題或弄虛作假的壞作風(fēng)。

曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)國內(nèi)某行業(yè)組織的一次有幾十個實驗室參加的測量比對中，對開展測量比對的目的缺乏正確的認(rèn)識，不是為了發(fā)現(xiàn)問題，找到解決問題的方法，改進(jìn)今后的工作，而是為了顯示各單位的結(jié)果都很“滿意”，彼此“高度一致”。 從比對報告可以看出，比對測量并不是由各家獨立完成，而是“各單位監(jiān)測數(shù)據(jù)一律經(jīng)比對技術(shù)組一一校核匯總完成”。這有點像考生的考卷都要一一經(jīng)過監(jiān)考老師校核無誤后才能交卷一樣。難怪列出的結(jié)果都能做到100%的“滿意”！

實驗室間測量結(jié)果的比對是分析過程控制的一種形式，其出發(fā)點是預(yù)防不合格，而不是為了證明過程的正確。2000年中國輻射防護(hù)研究院與某分包方共同承擔(dān)了核電站運行前本底調(diào)查任務(wù)。調(diào)查工作開始前，雙方進(jìn)行過土壤中90Sr的分析比對，但是采用的比對樣品是摻標(biāo)樣品，90Sr的比活度較高(0.75 Bq/g)，分析的取樣量必然較少，因而實際土壤中大量存在的210Bi對分析的干擾未得到充分暴露。這說明當(dāng)時在指導(dǎo)思想上并沒有把發(fā)現(xiàn)問題和解決問題放在首位，而是把共同取得業(yè)主的認(rèn)可、通過比對證明雙方的方法和結(jié)果都沒有問題看得很重要。這種指導(dǎo)思想的不恰當(dāng)便造成實施方法不正確，因而掩蓋了矛盾，錯過了時機(jī)。后來雙方與中國原子能院合作，共同采集瞬時平行的土壤作為比對樣品，問題才被發(fā)現(xiàn)并得到解決。

[1] 國務(wù)院環(huán)境保護(hù)委員會.國外輻射防護(hù)規(guī)程匯編5:環(huán)境放射性監(jiān)測規(guī)定[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1981:122-332.

[2] 國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會. 電離輻射測量探測限和判斷閾的確定:EJ/T 1204—2006[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[3] HERBERT L, VOLCHOK E D. EML Procedures Manual[M].26thEdition HASL-300,1983.

[4] LOCHAMV J C.The minimum detectable concept[M]. NBS 75thanniversary symposium,NBS,1981.

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[6] 中國實驗室認(rèn)可委員會，化學(xué)分析中不確定度的評估指南[M].北京：中國計量出版社，2001.

[7] 沙連茂，山本政儀， 小村和久，等.中國幾個地區(qū)土壤中239,240Pu、241Am和137Cs 等放射性核素的測定[J].環(huán)境科學(xué)，1991：12(6)：58.

[8] 莫光華，黃乃明.環(huán)境輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)的相關(guān)性[C]//核安全與輻射環(huán)境安全專業(yè)委員會,中國核學(xué)會輻射防護(hù)學(xué)會.全國放射性流出物和環(huán)境監(jiān)測與評價研討會論文匯編.杭州，2003:459-464.

[9] 聯(lián)合國原子輻射效應(yīng)科學(xué)委員會.電離輻射源與效應(yīng)[M].北京：原子能出版社，1993.

[10] 中國輻射防護(hù)研究院.田灣核電站申請資料許可證階段環(huán)境輻射本底調(diào)查報告[R].2002.

[11] 張景源,諸洪達(dá).中國食品放射性及其所致內(nèi)劑量[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1989.

[12] 國家環(huán)境保護(hù)總局.輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范：HJ/T 61—2001[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

欄目編輯 李文峻

Some Problems of Reasonableness Evaluation on Radiation Environmental Monitoring Data

SHA Lian-mao

(ChinaInstituteforRadiationProtection,Taiyuan，Shanxi030006,China)

Some problems of reasonableness evaluation on radiation environmental monitoring data were discussed in this paper. The discussion would be centre on date near by limit of detection, trend analyses of monitoring results and analytical process control in laboratories.

Environmental monitoring; Radiation; Reasonableness evaluation；Measured date

10.3969/j.issn.1674-6732.2017.03.001

2017-01-18

沙連茂(1937—)，男，研究員，大學(xué)本科，從事輻射環(huán)境監(jiān)測工作。

X830.3；X837

B

1674-6732(2017)03-0001-10