X射线环境水平标准装置的研究与建立*

欧向明 赵士庵 丁艳秋

X射线环境水平标准装置的研究与建立*

欧向明① 赵士庵① 丁艳秋①

目的：按照国际标准化组织(ISO)技术规范及我国现行国家标准的相关要求，在国家二级标准剂量学实验室建立用于校准X射线环境水平剂量仪的标准装置。方法：通过标准剂量仪测量不同附加过滤后的X射线束的衰减，测定标准辐射场常用的半值层及空气比释动能率，确定环境水平X射线辐射线质的有效能量和平均能量。结果：测定的辐射线质等参数与ISO和国家标准给出的技术指标误差＜2%，满足标准装置的要求。结论：建立的X射线环境水平标准装置可以用于校准环境水平辐射剂量仪、并为开展相关的研究工作提供实验条件。

X射线；环境水平；辐射线质；标准辐射场；半值层；有效能量

[First-author’s address]National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100088, China.

在开展放射诊疗建设项目职业病危害、放射防护评价等辐射检测工作时，经常需要使用环境水平X射线、γ射线辐射剂量仪(简称剂量仪)对场所的电离辐射水平进行测量。按照国家法律、法规的相关规定，此类剂量仪均属于计量器具，须按年度在国家计量认证的标准实验室完成检定或校准[1]。由于建立X射线环境水平标准装置相对于γ射线而言难度较大，因而目前国内一些标准实验室尚未建立规范的X射线环境水平标准装置，对此类环境水平剂量仪仅能提供γ射线的检定和校准服务。为了与国际标准接轨，更好地完成剂量仪的校准工作，本研究在中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所医用放射诊疗设备应用质量控制实验室(SSDL国家二级标准剂量学实验室)，按照国际标准化组织(ISO)发布的相关标准，结合我国现行的国家标准(GB)技术规范，测定了标准辐射线质、有效能量和平均能量等参考条件，完成了标准辐射场半值层和校准点空气比释动能率等基本参数的测定，建立了用于X射线环境水平辐射剂量仪的标准装置[2-5]。

1 材料与方法

1.1 X射线源

X射线源是由德国飞利浦(PHILIPS)公司生产的MG324双极恒电压高稳定度X射线机提供。该机为辐射剂量学专用X射线机型。峰值管电压60～250 kV连续可调，调节步节为0.2 kV[6]。

1.2 标准剂量仪

首先由PTW-UNIDOS标准剂量仪主机，配置体积为30 cm3标准空气电离室(Model TK30)完成不同辐射线质半值层的测量，之后更换体积为1000 cm3的球形标准空气电离室(Model LS01)完成校准参考点的空气吸收剂量率等X射线环境水平标准辐射场基本参数的测量[8]。标准剂量仪具有优良的能量响应特性，其校准因子可溯源到IAEA次级标准剂量学实验室。辐射场的长期稳定性是由LS01电离室和精密数字电流积分仪构成的测量系统完成。

1.3 附加过滤片和吸收片

本实验室测量半值层所使用的附加过滤片和吸收片是由IAEA资助，分别采用高纯度(99.9%)的铝、铜、锡及铅等金属材料压制而成，其厚度精度为10 μm[9]。

1.4 附属检测设备

构成标准装置的温度计和气压表由国家计量院和国家气象局定期地完成校准，配置的测量车、轨道和激光定位仪等附属检测装置的技术指标和性能完全满足辐射剂量学的测量要求。

1.5 半值层的测量方法

将施加在X射线管两极间的峰值电压(kVp)用来表示射线的线质，是因为管电压越高，X射线管内的电子运动速度就越快，撞击阳极靶面的能量就越高。然而，有用线束光子的有效能量与附加过滤片厚度密切相关。由于X射线机输出的光子束并不是单一的能量，而是由一个连续能谱分布的光子束组成[10]。因此，对有用X射线束辐射线质的描述需要该线束光子能谱的详细说明。测量X射线能谱需要专门的设备和知识，在绝大多数实验室很难完成。一种公认可行的方法是通过测定X射线的半值层(half-value layer，HVL)来确定其辐射特性。HVL是表示光子穿透物质能力的特征参数，在相同峰值管电压条件下，附加过滤片越厚，HVL越大，有用线束穿透能力越强。所谓半值层就是使在X射线束某一点的空气吸收剂量率减少一半时所需要的标准吸收片的厚度。在辐射剂量学测量HVL时，常采用一组厚度均匀的、高纯度的铝片或铜片做标准吸收片，使用X射线剂量仪测量出各种峰值管电压条件下的衰减曲线，内插求得HVL值[11]。

1.6 测量HVL的几何条件

依据现行国家标准推荐的几何条件完成对测量HVL所用辐射场的布放，线束的中心由专用激光准直器准直，确保电离室始终准确定位于有用线束的中心位置[4]。测量X射线环境线质半值层的几何条件设置如图1所示，为了减少在测量中HVL吸收片散射对电离室的影响，吸收片与电离室c～e间的距离应为500 mm。

图1 X射线环境线质HVL测量示意图

1.7 HVL值的测量

本研究首先按照ISO4037的L系列规范在35～240 kV内选定了35 kV、55 kV、100 kV、170 kV及240 kV5种常用峰值管电压，在X射线机控制台上设定编码依次为230～234，在b位置安放相应的附加过滤片。标准辐射场设定的辐射线质条件见表1。

表1 标准辐射场设定的辐射线质条件

在支架c处没有放置任何吸收片的条件下，使用PTW剂量仪测量出TK30型标准空气电离室的剂量率读数值，称为无衰减束(初级线束)测量值；然后依次分别将0.05～8.00 mm系列不同厚度的铝或铜吸收片放置于距X射线管靶焦点500 mm处的支架c处，在相同条件下测量并记录不同厚度吸收片的剂量率读数值。

2 测量结果及数据处理

2.1 内插法求出HVL值

根据上述每种峰值管电压条件下测量的读数值与吸收片厚度的对应关系，分别绘制衰减曲线，通过在衰减曲线上查出50%透过率所对应的标准吸收片的厚度，即得到一组相应辐射线质的HVL值。

2.2 计算查表获得有效能量和平均能量

分别根据测定的辐射线质的HVL值，通过计算和查表，分别得到相应的有效能量和平均能量[12]。

2.3 测定校准参考点的空气比释动能率

按照上述5种辐射线质，使用PTW-UNIDOS标准剂量仪主机，连接体积为1000 cm3的标准空气电离室(Model LS01)，分别测量距离X射线管焦点3.0 m处校准参考点的空气比释动能率值，完成X射线环境水平标准辐射场基本参数的测量(见表2)。

表2 X射线环境水平标准辐射场基本参数

2.4 建立常用的实用量校准参考条件

依据现行的国家标准给出的一系列X射线标准辐射场空气比释动能外照射转换系数，结合已测定的标准辐射场HVL和空气比释动能率值，分别计算获得辐射防护实用量，周围剂量当量H*(10)，以及放射工作人员个人剂量监测所需的深部个人剂量当量HP(10)和浅表个人剂量当量HP(0.07)等实验参考条件[13-14]。相关的空气比释动能外照射转换系数见表3。

表3 X射线标准辐射场空气比释动能外照射转换系数(Sv/Gy)

3 测量结果分析

(1)表2中所示的X射线标准装置的5种辐射线质的空气比释动能率值，是在距离X射线管焦点3.0 m处测得，是综合考虑尽量减少空气吸收、散射对参考点剂量测量的影响，以及LS01标准电离室的尺寸和探测灵敏度等因素后而选定。

(2)新建标准装置的空气比释动能率值，是经过分别调整5种线质的X射线管电流，使剂量率控制在平均83 μGy/h左右。可衔接已建立多年的γ射线环境水平标准装置(137Cs，662 keV，校准参考点的空气比释动能率值现为82.04 μGy/h)，方便地开展各类探测器的能量响应特性研究和剂量仪的校准工作[15]。

(3)经逐条比对国际标准化组织发布的相关标准(ISO-4037)和我国现行的国家标准(GB-12162)中：常用X射线环境水平标准辐射场的辐射线质规范，本实验室测定的辐射场特征参数与相关的标准相比差别均＜2%，符合建立标准辐射场溯源性的要求[15]。

(4)标准装置的不确定度评定，是分别按不确定度A类评定和不确定度B类评定后进行合成的扩展不确定度[16](见表4)。

表4 X射线环境水平标准装置的不确定度评定(%)

4 讨论

(1)标准建立中使用的标准吸收片除了要满足纯度和厚度误差要求之外，在测量HVL时，应尽可能选用同一组吸收片以减少累计厚度的误差，才能在数据处理后获得平滑的衰减曲线。

(2)在HVL测量中对剂量仪电离室的能量响应有比较严格要求，特别是对于X射线环境水平较宽的辐射线质能量范围(30～211 keV)，这是本研究选用能响较好的TK30电离室的主要原因。

(3)由于测量HVL值是同时进行的相对测量，故电离室测量HVL的读数值可以不做温度和气压的空气密度(Kpt)修正；但测量空气比释动能时为绝对测量，其读数值必须做空气密度(Kpt)修正。

(4)每一种新建的X射线环境水平辐射线质显示，其有效能量值与平均能量值十分接近，表2中差别最大的点L100只相差2%，其原因为重过滤条件下环境水平X射线的能量谱和剂量谱均比较窄，且两者的谱型十分接近，与国外相关的文献报道相一致[11]。

5 结语

各项检测结果表明，按照ISO相关国际标准在本实验室研究和建立的X射线环境水平标准装置，符合我国现行国家标准的要求和技术规范，可以用于国际比对、校准环境水平辐射剂量仪，并为开展相关的研究工作提供标准的实验条件。

[1]中华人民共和国主席令第28号.中华人民共和国计量法[S].全国人大常委会，1985.

[2]国家标准.GB18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].国家质量监督检验检疫总局，2002：6-7.

[3]中华人民共和国卫生部令第46号.放射诊疗管理规定[M].北京：人民卫生出版社，2006：6-9.

[4]ISO 4037.X and gamma reference radiation for calibrating dosemeters and doserate meters and for determining their response as a function of photon energy-Part3：Cablibration of area andpersonal dosemeters and the measurement of their response as a function[S].2004：1-46.

[5]国家标准.GB/T 12162.3-2004场所剂量仪和个人剂量计的校准及其能量响应和角响应的测定[S].国家质量监督检验检疫总局，2004：15-21.

[6]赵士庵，欧向明，崔广志，等.X射线照射量标准装置的研究和建立[J].中华放射医学与防护杂志，1995，15(1)：30-31.

[7]国家标准.GB/T 12162.2-2004用于校准剂量仪和剂量率仪及确定其能量响应的X和γ参考辐射第2部分：辐射防护用的能量范围附录A半值层的测量[S].国家质量监督检验检疫总局，2004-02-04.

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[13]国家职业卫生标准.GBZ 207-2008外照射个人剂量系统性能检验规范[S].中华人民共和国卫生部，2008-03-04.

[14]国家职业卫生标准.GBZ 128-2002职业性外照射个人监测规范[S].中华人民共和国卫生部，2002-04-08.

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The establishment of x-ray environmental standard calibration quality/

OU Xiang-ming, ZHAO Shi-an, DING Yan-qiu// China Medical Equipment,2014,11(1):8-11.

Objective:According to the requirement of ISO and National Standard, new X-ray environmental standard for the calibration of environmental dosimeter was established in Beijing SSDL.Methods:Half value layer and air kerma dose-rate was determined in the X-ray environmental qualities by a standard dosimeter.Results:The technical requirement of ISO and National Standard are met within 2% for the X-ray environmental standard qualities in Beijing SSDL.Conclusion:The X-ray standard radiation field can be used for the calibration of environmental dosimeters and experiment of research.

X-ray; Environmental level; Radiation qualities; Standard calibration field; Half value layer; Effective energy

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.01.003

1672-8270(2014)01-008-04

R145

A

2013-11-22

卫生行业科研专项(201002009)“辐射危害控制与核辐射卫生应急处置关键技术研究及其应用”

①中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 辐射防护与核应急中国疾病预防控制中心重点实验室 北京 100088

欧向明,男,(1964- ),本科学历，主任技师。中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 辐射防护与核应急中国疾病预防控制中心重点实验室，从事医用诊疗设备辐射防护剂量的研究工作。