眼晶體熱釋光劑量Hp(3)測量系統(tǒng)校準(zhǔn)方法*

上海市計量測試技術(shù)研究院

0 引言

近年來眼晶體劑量Hp(3)在國內(nèi)外受到越來越多的關(guān)注，眼晶體熱釋光劑量計在國內(nèi)疾控、放射衛(wèi)生以及核技術(shù)研究與利用機構(gòu)的應(yīng)用日益增多，國際輻射防護委員會（ICRP）將眼晶體劑量的年劑量限值從150 mSv調(diào)整為20 mSv。然而目前我國個人劑量監(jiān)測以及量值溯源體系主要針對深部劑量當(dāng)量Hp(10)和皮下劑量當(dāng)量Hp(0.07)。長期以來Hp(3)測量校準(zhǔn)技術(shù)能力的空缺阻礙了個人劑量監(jiān)測與評價技術(shù)體系的進一步發(fā)展與完善，有必要開展眼晶體熱釋光劑量計測量校準(zhǔn)技術(shù)專題研究，完善我國輻射防護領(lǐng)域劑量監(jiān)測量值溯源技術(shù)體系。

本項研究依托上海市計量測試技術(shù)研究院防護水平X、γ輻射空氣比釋動能率標(biāo)準(zhǔn)裝置，參照J(rèn)JG 593-2016《個人和環(huán)境監(jiān)測用X、γ輻射熱釋光劑量測量系統(tǒng)》，探索眼晶體劑量Hp(3)的測量校準(zhǔn)技術(shù)方法。

1 實驗方案

1.1 試驗用模體

眼晶體熱釋光劑量測量的關(guān)鍵在于專用的人體頭部模體以及空氣比釋動能 與眼晶體劑量當(dāng)量Hp(3)的轉(zhuǎn)換系數(shù)。個人劑量監(jiān)測常用的模體為（30×30×15 cm3）的水箱，模擬人體軀干部位，體積達到13 500 cm3，厚度為15 cm。對于人體的頭部來說，該模體體積太大、太薄，并且邊角效應(yīng)明顯，不適用于模擬人體頭部。文獻調(diào)研顯示，目前國內(nèi)外眼晶體劑量相關(guān)研究主要采用的模體為直徑20 cm、高20 cm的正圓柱體，材質(zhì)為有機玻璃。本項研究制作了兩個外壁厚度為2 mm、高度20 cm、直徑20 cm的正圓柱模體，里面充純水，如圖1所示。另外還制作了兩個直徑20 cm，高20 cm的實心有機玻璃模體，用于比較。

圖1 眼晶體熱釋光劑量系統(tǒng)所用模體

1.2 空氣比釋動能Ka到眼晶體劑量當(dāng)量Hp (3)的轉(zhuǎn)換系數(shù)

空氣比釋動能Ka到眼晶體劑量當(dāng)量Hp(3)的轉(zhuǎn)換系數(shù) 的確定主要參考歐盟的ORAMED（Optimization of Radiation protection for MEDical staff-醫(yī)務(wù)人員輻射防護最優(yōu)化）計劃中使用的轉(zhuǎn)換系數(shù)，由德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）采用高20 cm，直徑20 cm的正圓柱體作為模體，通過實驗和蒙卡計算得到，歐洲核能機構(gòu)包括英國公眾輻射安全中心、意大利國家新技術(shù)能源和可持續(xù)發(fā)展中心、法國貝克勒爾實驗室和比利時核能研究中心等機構(gòu)采用該系數(shù)。本研究也采用該數(shù)據(jù)，詳見表1。

表1 空氣比釋動能到劑量當(dāng)量Hp(3)的轉(zhuǎn)換系數(shù)（正圓柱體體模中空氣比釋動能到劑量當(dāng)量的轉(zhuǎn)換系數(shù)hP,K (3)的推薦值）

1.3 眼晶體熱釋光Hp (3)的約定值的確定

眼晶體熱釋光Hp(3)的約定值按式（1）計算。

式中：Hp(3) —— 眼晶體劑量當(dāng)量；

hk—— 空氣比釋動能 到眼晶體劑量當(dāng)量Hp(3)的轉(zhuǎn)換系數(shù)；

Ka—— 空氣比釋動能

空氣比釋動能 的測量標(biāo)準(zhǔn)為上海市計量測試技術(shù)研究院防護水平X、γ輻射空氣比釋動能率標(biāo)準(zhǔn)裝置，量值溯源到國家基準(zhǔn)。

2 校準(zhǔn)測量方法

參照J(rèn)JG 593-2016，作眼晶體熱釋光劑量計的校準(zhǔn)測量實驗。

由于國內(nèi)目前沒有開展眼晶體熱釋光劑量Hp(3)劑量的測量校準(zhǔn)工作，用戶的數(shù)據(jù)無法溯源。為此在實驗之前需先作刻度，就是通過給眼晶體熱釋光劑量計照射一定數(shù)值的劑量，根據(jù)這個已知劑量的眼晶體熱釋光劑量計對讀出系統(tǒng)進行刻度，在此基礎(chǔ)上參照個人監(jiān)測用Hp(10)熱釋光劑量計的校準(zhǔn)方法，對眼晶體熱釋光劑量計進行線性、校準(zhǔn)因子和能量響應(yīng)測量。

校準(zhǔn)之前先作熱釋光片子篩選，選取均勻性好于95%的劑量片進行校準(zhǔn)，且要滿足95%的置信水平，在滿足置信水平的情況下每組最好選取10個劑量計，最好準(zhǔn)備10組。將劑量計的參考點放置在校準(zhǔn)測量點上，參考方向正對射束方向；參考劑量當(dāng)量Cr,0 :Hp(3)的取值范圍為1～10 mSv，推薦3 mSv（137Cs輻射源）。校準(zhǔn)測量方法如下：

用6組劑量計（組號為i）進行照射，Hp(3)各組輻照劑量和參考輻射，如表2所示。

采用第1組作為刻度組，照射劑量為1 mSv，在測讀其他組之前先作線性刻度，將校準(zhǔn)因子刻度到讀出器中。用式（2）計算每一組劑量計的相對誤差I(lǐng)i，按照式（3）計算校準(zhǔn)因子 。

式中：Ci—— 第i組劑量計的劑量當(dāng)量約定值；

—— 第i組劑量計的指示平均值;

Ki——第i組參考輻射的校準(zhǔn)因子

準(zhǔn)備4組劑量計（i= 1, 2, 3, 4），參考輻射從窄譜系列的過濾X射線中選取合適的能量（推薦采用N-60，N-80，N-100，N-150這四組），所需的轉(zhuǎn)換系數(shù)可從GB/T 12162.2-2004中獲得。照射的劑量盡可能相同，且劑量當(dāng)量約定值在1～10 mSv之間，計算出每一組劑量計的平均值和 標(biāo)準(zhǔn)偏差si，按照式（4）計算能量響應(yīng)R，按照式（5）計算能量響應(yīng)的校準(zhǔn)因子Ki。

式中：Ki—— 第i組參考輻射的能量響應(yīng)校準(zhǔn)因子

3 實驗結(jié)果

3.1 實驗條件

輻照能量范圍為60 keV～1.5 MeV，線性組采用137Cs放射源，能量響應(yīng)組采用X射線窄譜，管電壓為 N-60 kV，N-80 kV，N-100 kV，N-150 kV，N-200 kV 5組能量；本底組10個劑量計，眼晶體熱釋光劑量計總共11組，編號1～110，照射情況見表3。

表3 眼晶體熱釋光劑量計照射分組表

照射時眼晶體熱釋光劑量計放置在模體正前方，與射線入射方向垂直，由于模體為圓柱體，采取激光準(zhǔn)直法確定位置，將模體放置在平臺上，由兩束激光分別從裝置的X軸和Y軸穿過模體，如果激光光線不發(fā)生偏移則完成了位置的對準(zhǔn)。如圖2所示。

圖2 模體對準(zhǔn)示意圖

確定位置后，由于平臺定位是在模體的中心，而眼晶體熱釋光劑量計是放置在模體的前端，所以考慮模體的半徑10 cm，以及眼晶體的等效深度3 mm，平臺需往后延伸997 mm。

眼晶體熱釋光劑量計篩選時，退火溫度240 ℃，穩(wěn)定加熱15 min，等劑量片冷卻之后裝入由有機玻璃制成的平板內(nèi)均勻鋪開，無重疊，在均勻的輻射場中照射1 mSv的劑量，以測讀結(jié)果中間值為標(biāo)準(zhǔn)，選擇差異在5%以內(nèi)的眼晶體熱釋光劑量計用于測量試驗。

將經(jīng)篩選的劑量計裝到用眼晶體組織等效材料制作的眼晶體劑量計盒中，眼晶體熱釋光劑量片和劑量盒見圖3。照射的空氣比釋動能率和照射時間見表4。

圖3 眼晶體熱釋光劑量計和劑量盒

表4 眼晶體熱釋光劑量計實驗照射時間

3.2 校準(zhǔn)測量結(jié)果

1）137Cs輻射源校準(zhǔn)因子Kf，見表5。

表5 137Cs輻射源校準(zhǔn)因子

2）相對誤差：-13.4%。

3）能量響應(yīng)因子Kf，見表6。

對比測試采用同一批眼晶體熱釋光劑量計（10片，本底10片），分別采用兩種模體進行照射，試驗結(jié)果見表7。

表7 兩種模體的對比測試結(jié)果

根據(jù)表7可以看出，分別得到兩種模體的數(shù)值間的偏差，在統(tǒng)計漲落的范圍之內(nèi)，可以忽略，從實用性的角度，宜使用壁厚2 mm的空心有機玻璃注水模體。

3 結(jié)語

Hp(3)眼晶體熱釋光劑量計與Hp(10)個人熱釋光劑量計原理和材質(zhì)相同，校準(zhǔn)時照射條件也相同，在校準(zhǔn)測量時可以使用同一臺數(shù)據(jù)讀出系統(tǒng)，校準(zhǔn)項目及測量的方法可以參照J(rèn)JG 593-2016，但須采用不同的模體以及空氣比釋動能Ka與眼晶體劑量當(dāng)量Hp(3)的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

眼晶體熱釋光劑量計的片子比個人劑量監(jiān)測用熱釋光劑量計的片子要小，而且薄，這是為了更加接近眼晶體的組織等效。個人劑量監(jiān)測用熱釋光劑量計的校準(zhǔn)使用的是高度30 cm，寬度30 cm，厚度15 cm的有機玻璃水箱，模擬的是人體的軀干部分；眼晶體熱釋光劑量計的校準(zhǔn)使用高20 cm，直徑20 cm的正圓柱體，模擬的是人體的頭部部分，既可以是有機玻璃實心模體，也可以采用注水模體。

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