个人剂量仪的现状与发展

陈灿 邵建文 许照乾 毛定立

（浙江省计量科学研究院，浙江杭州 310018）

个人剂量仪的现状与发展

陈灿 邵建文 许照乾 毛定立

（浙江省计量科学研究院，浙江杭州 310018）

个人剂量仪是用于监测电离辐射对人体照射的剂量当量率和剂量当量的电子仪器仪表，辐射探测器是剂量仪的核心元器件，本文分析了各种探测器的优缺点，着重介绍了半导体探测器在剂量仪中的应用现状，同时根据半导体技术与工艺的发展以及物联网概念、应用需求，提出了个人剂量仪的发展方向。

个人剂量仪 半导体探测器 物联网

电离辐射是一切能引起物质电离的辐射总称。其种类很多，如X射线、γ射线、电子、中子、质子等，主要特点是波长短、频率高和能量高。与物质相互作用会产生物理、化学和生物效应，得以广泛应用于科学技术研究、核动力、核燃料、工农业生产、生物学、医疗卫生保健、军事国防、环境防护等各领域和部门；同时放射性核素也广泛存在于自然界中：如大气、土壤以及矿产中等。因此在利用电离辐射的同时，我们也面临着危害，因为电离辐射有很强的穿透性和高能量，能引起细胞化学平衡的改变，某些改变会引起癌变，还会在人体组织内释放能量，导致细胞死亡或损伤。因此国家有关部门制定了《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》（中华人民共和国国务院令第449号）和《放射诊疗管理规定》（中华人民共和国卫生部令第46号）规定对放射诊疗的设备的放射性能质量保证、工作场所的放射防护必需进行定期检测评价，并结合《放射工作人员职业健康管理办法》（中华人民共和国卫生部令第55号）规定对放射工作人员进行个人剂量监测，以加强放射诊疗工作的管理，保证医疗质量和安全，保障放射诊疗工作人员、患者和公众的健康权益。所以要合理有效利用电离辐射，同时保障接触电离辐射人员安全，就需要对电离辐射进行测量，了解电离辐射的强度从而进行相应防护。

1 个人剂量仪

剂量仪是测量电离辐射剂量的设备，广泛应用于存在电离辐射的环境中辐射剂量的测量，用来监测设备的状态、环境的辐射量以及保障工作人员进行个人安全防护监测及放射性提示，在实际需求中有非常重要的作用。特别是医学射线诊断治疗过程中工作人员、病人所受剂量的实时检测，已经越来越受到重视，将来必将成为必不可少的指标。

其中个人剂量仪是主要用来监测X射线和γ射线对人体照射的剂量当量率和剂量当量的电子仪器仪表。常用的个人防护剂量仪有热释光剂量计、报警仪及直读式剂量仪等，这其中热释光剂量计作为最基本的剂量测量器件而广泛使用，其体积小重量轻，可在身体多处佩戴，但是其无法实时了解剂量数据而是需要在专门的读出仪上读取累积剂量数据；报警仪只能在剂量达到额定阈值时进行报警；其他常用个人防护剂量仪一般称为智能电子个人剂量仪，大多可以实时读取剂量数据并设定阈值进行报警，作为一种小型而有效的辐射防护仪器，在实际使用极为重要。

表1

2 个人剂量仪常用探测器

剂量测量原理：射线（高速带电粒子如α、β、质子，不带电粒子如X射线、γ射线、中子）与物质相互作用会产生各种效应：如电离效应、荧光效应、感光效应、契伦柯夫效应等。射线探测器即按上述的探测原理中所产生的某一效应，将射线能量转换成可被记录的电信号，因此实质上它是一种能量转换器。

根据与物质相互作用效应不同可以用不同的测量方法和仪器，我们常用的有气体电离探测器（电离室、盖革-弥勒计数管等）、闪烁计数器和半导体探测器等。表1是常用探测器的优缺点：

剂量仪的性能主要由所使用探测器的性能决定。鉴于上表所述半导体探测器的优点，PIN半导体探测器近年来在辐射监测仪表方面特别是个人剂量仪上越来越广泛的应用［1-5］，随着其性能与工艺不断提高和完善，使得在个人剂量仪探测器方面有了更多的选择。各厂家也正在不断实验新型的灵敏面积更大、性能价格比更高的PIN半导体探测器，相信会对个人剂量仪的物理性能会有很大的改善。

由于防护剂量仪一般所受剂量较小（产生信号强度较小），同时半导体探测器的能响较差，因此剂量仪的电路特别是探测器后积分电路设计也极为重要；同时由于个人剂量仪一般为佩戴式，需要在性能与体积重量间找到平衡。

3 个人剂量仪国内外研究现状和发展趋势

因个人剂量仪应满足体积小、使用简单、可批量生产等要求，特别是满足灵敏度、能响以及信息化的要求，从而适合于辐射防护级测量，导致高性能产品较少。

3.1 国内产品应用、研制现状

由于工艺和技术的原因，国内对于高精度、便携式剂量仪的研制能力普遍比较弱，且多采用精度较低、能量响应线性较差、不稳定的GM（盖革-弥勒）计数管作为探测器。国内自主剂量仪研发能力及产品占有率较高的有中国辐射防护研究院下属的核仪器研发中心，代表产品有F J系列（探测器是经补偿型盖勒-穆勒计数管）、SDM2000（硅半导体探测器）、SPD100（光电二极管半导体探测器）等。

现在国内市场上的高端X射线剂量仪以国外品牌为主，代表性的剂量仪有芬兰的R A D-6 0（硅（晶体）二极管）、白俄罗斯的POLIMASTER的PM系列（旧款常用盖革-穆勒计数管，现用碘化铯（CsI）闪烁晶体探测器）、美国RAE的PRM系列（碘化铯（CsI）闪烁晶体及其他半导体探测器）以及日本ALOKA的PDM系列（硅半导体探测器）等，这些产品具有比较好的可靠性、稳定性和功能。

剂量仪主要用来监测X射线和γ射线，能量响应根据探测器不同也会不同，如使用GM计数管则能响一般在（0.05～1.5）MeV，半导体探测器则能响可以上升至3MeV甚至更高；但使用不同的高压以及特殊的信号处理电路，GM计数管也可以拓展能响范围，如白俄罗斯的PM1621能响范围10keV～20MeV。

3.2 个人剂量仪的发展趋势

近年来随着半导体技术以及电子技术的快速发展，个人剂量仪也越来越多使用半导体探测器，并向着能量响应范围广、线性好；测量范围广、准确度高；可探测辐射种类多，包括X射线、γ射线、中子等；小型化并降低重量，便于长时间携带；能耗低，使用小型电池的同时增加使用时间；智能化（如可以进行数据传输、记录以经济剂量管理）等方向发展。

而其中剂量仪与物联网技术的结合（如可进行数据传输等功能），是最近的研究热点。利用该技术可全方位监测工作人员所受的剂量情况，方便建立剂量档案。如任何人的实时、累计剂量，甚至在每个位置处所受的具体剂量等数据。从中可以得到每个位置处的剂量变化情况以及回溯人员何时何地受到大剂量的辐射，排查隐情，保障安全。

现有不少国外厂家都推出了类似的产品，例如POLIMASTER的PM1621等可使用红外线传输数据，RAE的PRM-1200可使用接触式、红外线、无线来传输数据，而其PRM-3040使用蓝牙传输数据。国内也有相应的产品［6］，如中国辐射防护研究院研制的蓝牙通讯个人剂量仪。该个人剂量报警仪使用卤素计数管，可监测X、γ辐射引起的累积个人剂量当量和个人剂量当量率。测量数据和工作时间等可存储在剂量仪内且掉电不丢失，并可由蓝牙通讯方式传输至读出器和中心计算机。剂量仪有两种工作方式，既可配合读出器和计算机联机工作， 也可单机独立运行。该类产品在大型辐射区域环境内特别适用，如医院、军队、核电站等。

4 结语

综上所述，从个人剂量仪的重要性、使用的普遍性可见未来智能式个人剂量仪的发展和应用空间会更加广阔。

虽然国内对于个人剂量仪有一定的研究，也开发了一系列优秀产品，但是目前国内的仪器由于工艺和技术的原因，还存在着一些缺点，尤其是核电站主要依靠进口仪器；同时物联网的概念也刚刚起步，有相应功能的产品也屈指可数；国外类似的个人剂量监测系统发展时间较长、功能多，但存在价格昂贵、订货周期长、维护复杂等问题。因此非常有必要开展相关产品的研究开发，丰富我们的个人剂量仪产品，让其保障我们生产、生活的安全。

［1］刘正山，邓长明，张志勇，程昶.PIN半导体探测器在个人剂量仪中的应用研究.核电子学与探测技术，2005，25（6），661-663.

［2］赵士安，欧向明.RD-98半导体探测器的剂量学特性研究.中国辐射卫生，2004，13（1），71-72.

［3］刘正山，张志勇，程昶等.半导体探测器个人剂量计及其性能测试.辐射防护通讯，1999，19（1），3-6.

［4］罗平安，刘启礼，汪如桂，周春芝.DM91个人剂量仪半导体探测器性能研究.第十届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集，99-101.

［5］刘正山，张志勇，程昶等.半导体探测器个人剂量计的实验研究.98年全国辐射防护学术研讨会论文汇编，1-6.

［6］李正才，宿小辉，金宇等.蓝牙通讯个人剂量仪及其管理系统的研制.核电子学与探测技术，2008，28（5），1041-1044.