眼晶体热释光剂量Hp(3)测量系统校准方法*

上海市计量测试技术研究院

0 引言

近年来眼晶体剂量Hp(3)在国内外受到越来越多的关注，眼晶体热释光剂量计在国内疾控、放射卫生以及核技术研究与利用机构的应用日益增多，国际辐射防护委员会（ICRP）将眼晶体剂量的年剂量限值从150 mSv调整为20 mSv。然而目前我国个人剂量监测以及量值溯源体系主要针对深部剂量当量Hp(10)和皮下剂量当量Hp(0.07)。长期以来Hp(3)测量校准技术能力的空缺阻碍了个人剂量监测与评价技术体系的进一步发展与完善，有必要开展眼晶体热释光剂量计测量校准技术专题研究，完善我国辐射防护领域剂量监测量值溯源技术体系。

本项研究依托上海市计量测试技术研究院防护水平X、γ辐射空气比释动能率标准装置，参照JJG 593-2016《个人和环境监测用X、γ辐射热释光剂量测量系统》，探索眼晶体剂量Hp(3)的测量校准技术方法。

1 实验方案

1.1 试验用模体

眼晶体热释光剂量测量的关键在于专用的人体头部模体以及空气比释动能 与眼晶体剂量当量Hp(3)的转换系数。个人剂量监测常用的模体为（30×30×15 cm3）的水箱，模拟人体躯干部位，体积达到13 500 cm3，厚度为15 cm。对于人体的头部来说，该模体体积太大、太薄，并且边角效应明显，不适用于模拟人体头部。文献调研显示，目前国内外眼晶体剂量相关研究主要采用的模体为直径20 cm、高20 cm的正圆柱体，材质为有机玻璃。本项研究制作了两个外壁厚度为2 mm、高度20 cm、直径20 cm的正圆柱模体，里面充纯水，如图1所示。另外还制作了两个直径20 cm，高20 cm的实心有机玻璃模体，用于比较。

图1 眼晶体热释光剂量系统所用模体

1.2 空气比释动能Ka到眼晶体剂量当量Hp (3)的转换系数

空气比释动能Ka到眼晶体剂量当量Hp(3)的转换系数 的确定主要参考欧盟的ORAMED（Optimization of Radiation protection for MEDical staff-医务人员辐射防护最优化）计划中使用的转换系数，由德国联邦物理技术研究院（PTB）采用高20 cm，直径20 cm的正圆柱体作为模体，通过实验和蒙卡计算得到，欧洲核能机构包括英国公众辐射安全中心、意大利国家新技术能源和可持续发展中心、法国贝克勒尔实验室和比利时核能研究中心等机构采用该系数。本研究也采用该数据，详见表1。

表1 空气比释动能到剂量当量Hp(3)的转换系数（正圆柱体体模中空气比释动能到剂量当量的转换系数hP,K (3)的推荐值）

1.3 眼晶体热释光Hp (3)的约定值的确定

眼晶体热释光Hp(3)的约定值按式（1）计算。

式中：Hp(3) —— 眼晶体剂量当量；

hk—— 空气比释动能 到眼晶体剂量当量Hp(3)的转换系数；

Ka—— 空气比释动能

空气比释动能 的测量标准为上海市计量测试技术研究院防护水平X、γ辐射空气比释动能率标准装置，量值溯源到国家基准。

2 校准测量方法

参照JJG 593-2016，作眼晶体热释光剂量计的校准测量实验。

由于国内目前没有开展眼晶体热释光剂量Hp(3)剂量的测量校准工作，用户的数据无法溯源。为此在实验之前需先作刻度，就是通过给眼晶体热释光剂量计照射一定数值的剂量，根据这个已知剂量的眼晶体热释光剂量计对读出系统进行刻度，在此基础上参照个人监测用Hp(10)热释光剂量计的校准方法，对眼晶体热释光剂量计进行线性、校准因子和能量响应测量。

校准之前先作热释光片子筛选，选取均匀性好于95%的剂量片进行校准，且要满足95%的置信水平，在满足置信水平的情况下每组最好选取10个剂量计，最好准备10组。将剂量计的参考点放置在校准测量点上，参考方向正对射束方向；参考剂量当量Cr,0 :Hp(3)的取值范围为1～10 mSv，推荐3 mSv（137Cs辐射源）。校准测量方法如下：

用6组剂量计（组号为i）进行照射，Hp(3)各组辐照剂量和参考辐射，如表2所示。

采用第1组作为刻度组，照射剂量为1 mSv，在测读其他组之前先作线性刻度，将校准因子刻度到读出器中。用式（2）计算每一组剂量计的相对误差Ii，按照式（3）计算校准因子 。

式中：Ci—— 第i组剂量计的剂量当量约定值；

—— 第i组剂量计的指示平均值;

Ki——第i组参考辐射的校准因子

准备4组剂量计（i= 1, 2, 3, 4），参考辐射从窄谱系列的过滤X射线中选取合适的能量（推荐采用N-60，N-80，N-100，N-150这四组），所需的转换系数可从GB/T 12162.2-2004中获得。照射的剂量尽可能相同，且剂量当量约定值在1～10 mSv之间，计算出每一组剂量计的平均值和 标准偏差si，按照式（4）计算能量响应R，按照式（5）计算能量响应的校准因子Ki。

式中：Ki—— 第i组参考辐射的能量响应校准因子

3 实验结果

3.1 实验条件

辐照能量范围为60 keV～1.5 MeV，线性组采用137Cs放射源，能量响应组采用X射线窄谱，管电压为 N-60 kV，N-80 kV，N-100 kV，N-150 kV，N-200 kV 5组能量；本底组10个剂量计，眼晶体热释光剂量计总共11组，编号1～110，照射情况见表3。

表3 眼晶体热释光剂量计照射分组表

照射时眼晶体热释光剂量计放置在模体正前方，与射线入射方向垂直，由于模体为圆柱体，采取激光准直法确定位置，将模体放置在平台上，由两束激光分别从装置的X轴和Y轴穿过模体，如果激光光线不发生偏移则完成了位置的对准。如图2所示。

图2 模体对准示意图

确定位置后，由于平台定位是在模体的中心，而眼晶体热释光剂量计是放置在模体的前端，所以考虑模体的半径10 cm，以及眼晶体的等效深度3 mm，平台需往后延伸997 mm。

眼晶体热释光剂量计筛选时，退火温度240 ℃，稳定加热15 min，等剂量片冷却之后装入由有机玻璃制成的平板内均匀铺开，无重叠，在均匀的辐射场中照射1 mSv的剂量，以测读结果中间值为标准，选择差异在5%以内的眼晶体热释光剂量计用于测量试验。

将经筛选的剂量计装到用眼晶体组织等效材料制作的眼晶体剂量计盒中，眼晶体热释光剂量片和剂量盒见图3。照射的空气比释动能率和照射时间见表4。

图3 眼晶体热释光剂量计和剂量盒

表4 眼晶体热释光剂量计实验照射时间

3.2 校准测量结果

1）137Cs辐射源校准因子Kf，见表5。

表5 137Cs辐射源校准因子

2）相对误差：-13.4%。

3）能量响应因子Kf，见表6。

对比测试采用同一批眼晶体热释光剂量计（10片，本底10片），分别采用两种模体进行照射，试验结果见表7。

表7 两种模体的对比测试结果

根据表7可以看出，分别得到两种模体的数值间的偏差，在统计涨落的范围之内，可以忽略，从实用性的角度，宜使用壁厚2 mm的空心有机玻璃注水模体。

3 结语

Hp(3)眼晶体热释光剂量计与Hp(10)个人热释光剂量计原理和材质相同，校准时照射条件也相同，在校准测量时可以使用同一台数据读出系统，校准项目及测量的方法可以参照JJG 593-2016，但须采用不同的模体以及空气比释动能Ka与眼晶体剂量当量Hp(3)的转换系数。

眼晶体热释光剂量计的片子比个人剂量监测用热释光剂量计的片子要小，而且薄，这是为了更加接近眼晶体的组织等效。个人剂量监测用热释光剂量计的校准使用的是高度30 cm，宽度30 cm，厚度15 cm的有机玻璃水箱，模拟的是人体的躯干部分；眼晶体热释光剂量计的校准使用高20 cm，直径20 cm的正圆柱体，模拟的是人体的头部部分，既可以是有机玻璃实心模体，也可以采用注水模体。

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