上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

0 引言

近年來(lái)眼晶體劑量Hp(3)在國(guó)內(nèi)外受到越來(lái)越多的關(guān)注，眼晶體熱釋光劑量計(jì)在國(guó)內(nèi)疾控、放射衛(wèi)生以及核技術(shù)研究與利用機(jī)構(gòu)的應(yīng)用日益增多，國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)（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(guó)個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)以及量值溯源體系主要針對(duì)深部劑量當(dāng)量Hp(10)和皮下劑量當(dāng)量Hp(0.07)。長(zhǎng)期以來(lái)Hp(3)測(cè)量校準(zhǔn)技術(shù)能力的空缺阻礙了個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)體系的進(jìn)一步發(fā)展與完善，有必要開展眼晶體熱釋光劑量計(jì)測(cè)量校準(zhǔn)技術(shù)專題研究，完善我國(guó)輻射防護(hù)領(lǐng)域劑量監(jiān)測(cè)量值溯源技術(shù)體系。

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

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)用模體

眼晶體熱釋光劑量測(cè)量的關(guān)鍵在于專用的人體頭部模體以及空氣比釋動(dòng)能 與眼晶體劑量當(dāng)量Hp(3)的轉(zhuǎn)換系數(shù)。個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)常用的模體為（30×30×15 cm3）的水箱，模擬人體軀干部位，體積達(dá)到13 500 cm3，厚度為15 cm。對(duì)于人體的頭部來(lái)說(shuō)，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(xiàn)調(diào)研顯示，目前國(guó)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(jī)玻璃。本項(xiàng)研究制作了兩個(gè)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(gè)直徑20 cm，高20 cm的實(shí)心有機(jī)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(dòng)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(dòng)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?xì)W盟的ORAMED（Optimization of Radiation protection for MEDical staff-醫(yī)務(wù)人員輻射防護(hù)最優(yōu)化）計(jì)劃中使用的轉(zhuǎn)換系數(shù)，由德國(guó)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(guò)實(shí)驗(yàn)和蒙卡計(jì)算得到，歐洲核能機(jī)構(gòu)包括英國(guó)公眾輻射安全中心、意大利國(guó)家新技術(shù)能源和可持續(xù)發(fā)展中心、法國(guó)貝克勒爾實(shí)驗(yàn)室和比利時(shí)核能研究中心等機(jī)構(gòu)采用該系數(shù)。本研究也采用該數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表1。

表1 空氣比釋動(dòng)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(dòng)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(jì)算。

式中：Hp(3) —— 眼晶體劑量當(dāng)量；

hk—— 空氣比釋動(dòng)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(dòng)能

空氣比釋動(dòng)能 的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院防護(hù)水平X、γ輻射空氣比釋動(dòng)能率標(biāo)準(zhǔn)裝置，量值溯源到國(guó)家基準(zhǔn)。

2 校準(zhǔn)測(cè)量方法

參照J(rèn)JG 593-2016，作眼晶體熱釋光劑量計(jì)的校準(zhǔn)測(cè)量實(shí)驗(yàn)。

由于國(guó)內(nèi)目前沒(méi)有開展眼晶體熱釋光劑量Hp(3)劑量的測(cè)量校準(zhǔn)工作，用戶的數(shù)據(jù)無(wú)法溯源。為此在實(shí)驗(yàn)之前需先作刻度，就是通過(guò)給眼晶體熱釋光劑量計(jì)照射一定數(shù)值的劑量，根據(jù)這個(gè)已知?jiǎng)┝康难劬w熱釋光劑量計(jì)對(duì)讀出系統(tǒng)進(jìn)行刻度，在此基礎(chǔ)上參照個(gè)人監(jiān)測(cè)用Hp(10)熱釋光劑量計(jì)的校準(zhǔn)方法，對(duì)眼晶體熱釋光劑量計(jì)進(jìn)行線性、校準(zhǔn)因子和能量響應(yīng)測(cè)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(jìn)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(gè)劑量計(jì)，最好準(zhǔn)備10組。將劑量計(jì)的參考點(diǎn)放置在校準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)上，參考方向正對(duì)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(cè)量方法如下：

用6組劑量計(jì)（組號(hào)為i）進(jìn)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(cè)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(jì)算每一組劑量計(jì)的相對(duì)誤差I(lǐng)i，按照式（3）計(jì)算校準(zhǔn)因子 。

式中：Ci—— 第i組劑量計(jì)的劑量當(dāng)量約定值；

—— 第i組劑量計(jì)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(jì)（i= 1, 2, 3, 4），參考輻射從窄譜系列的過(guò)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(jì)算出每一組劑量計(jì)的平均值和 標(biāo)準(zhǔn)偏差si，按照式（4）計(jì)算能量響應(yīng)R，按照式（5）計(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 實(shí)驗(yàn)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(gè)劑量計(jì)，眼晶體熱釋光劑量計(jì)總共11組，編號(hào)1～110，照射情況見(jiàn)表3。

表3 眼晶體熱釋光劑量計(jì)照射分組表

照射時(shí)眼晶體熱釋光劑量計(jì)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(tái)上，由兩束激光分別從裝置的X軸和Y軸穿過(guò)模體，如果激光光線不發(fā)生偏移則完成了位置的對(duì)準(zhǔn)。如圖2所示。

圖2 模體對(duì)準(zhǔn)示意圖

確定位置后，由于平臺(tái)定位是在模體的中心，而眼晶體熱釋光劑量計(jì)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(tái)需往后延伸997 mm。

眼晶體熱釋光劑量計(jì)篩選時(shí)，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(jī)玻璃制成的平板內(nèi)均勻鋪開，無(wú)重疊，在均勻的輻射場(chǎng)中照射1 mSv的劑量，以測(cè)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(jì)用于測(cè)量試驗(yàn)。

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

圖3 眼晶體熱釋光劑量計(jì)和劑量盒

表4 眼晶體熱釋光劑量計(jì)實(shí)驗(yàn)照射時(shí)間

3.2 校準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果

1）137Cs輻射源校準(zhǔn)因子Kf，見(jiàn)表5。

表5 137Cs輻射源校準(zhǔn)因子

2）相對(duì)誤差：-13.4%。

3）能量響應(yīng)因子Kf，見(jiàn)表6。

對(duì)比測(cè)試采用同一批眼晶體熱釋光劑量計(jì)（10片，本底10片），分別采用兩種模體進(jìn)行照射，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 兩種模體的對(duì)比測(cè)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(jì)漲落的范圍之內(nèi)，可以忽略，從實(shí)用性的角度，宜使用壁厚2 mm的空心有機(jī)玻璃注水模體。

3 結(jié)語(yǔ)

Hp(3)眼晶體熱釋光劑量計(jì)與Hp(10)個(gè)人熱釋光劑量計(jì)原理和材質(zhì)相同，校準(zhǔn)時(shí)照射條件也相同，在校準(zhǔn)測(cè)量時(shí)可以使用同一臺(tái)數(shù)據(jù)讀出系統(tǒng)，校準(zhǔn)項(xiàng)目及測(cè)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(dòng)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(jì)的片子比個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)用熱釋光劑量計(jì)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(gè)人劑量監(jiān)測(cè)用熱釋光劑量計(jì)的校準(zhǔn)使用的是高度30 cm，寬度30 cm，厚度15 cm的有機(jī)玻璃水箱，模擬的是人體的軀干部分；眼晶體熱釋光劑量計(jì)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(jī)玻璃實(shí)心模體，也可以采用注水模體。

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