輻射劑量監測用熱釋光劑量計的校準*

歐向明 范瑤華*

在輻射防護領域，輻射危害評價來源于對輻射劑量的正確估算，輻射劑量學在輻射防護的輻射劑量評價中具有重要地位[1]。熱釋光劑量計(thermoluminescence dosimeter，TLD)及其測量系統是用于電離輻射監測手段之一，為了加強放射診療工作的管理，保證醫療質量和醫療安全，貫徹落實《放射診療管理規定》[2]以及保障放射診療工作人員的健康權益，多年來，全國各省市的疾病預防控制中心及各類檢測機構遵照相關的國家標準[3]和檢測規范，開展了大量的個人劑量監測工作及輻射工作場所的環境監測，并取得了顯著的成績[4]。接受電離輻射照射的TLD經測量系統加熱后，其發光量與照射量之間具有良好的線性關系，是TLD能夠用于電離輻射劑量測量的基本原理[5-6]。

在電離輻射劑量測量原理中，TLD測量方法是一種相對測量，對TLD測量值的正確解讀，取決于對其的校準[7]。為此，中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所放射診療質量控制實驗室[8]依據國家輻射防護標準[9]推薦的防護量，采用國際原子能機構(International Atomic Energy Agency，IAEA)援助的TK-30型標準電離室[10]和RD-98智能型診斷X射線劑量儀[11]作為標準儀器，選用北京光潤意通輻射檢測設備有限公司生產的TLD，根據外照射光子個人監測用TLD的校準概念、校準方法[12-13]重點研究校準參考輻射的約定真值、劑量當量/空氣比釋動能換算系數，以及校準因子等項內容[14-15]對常用的國產TLD的線性[16]及能量響應等特性進行分析[17]。

1 TLD的校準

1.1 校準概念

在TLD應用中“校準”常被稱做“刻度”或“標定”，校準是在受控的標準實驗條件下，定量確定劑量計讀數與被測量值關系的全部過程[18]。獲得一組未經校準的TLD讀數無任何實際意義，TLD未經校準這一環節，則是未給TLD讀數賦值。在TLD校準中如果采用不同的約定真值，對TLD相同讀數的解讀將不同。

1.2 校準因子k

校準因子k是劑量計要刻度的約定真值H，除以劑量計的讀數M所得的商，其計算為公式1：

式中H為約定真值，M為同組TLD讀數的平均值。

在首次TLD校準因子的確定中，TLD的校準因子是通過在標準實驗條件下照射一條校準曲線(刻度曲線)所完成[18]。將TLD分成若干組(通常為5～7組)，用不同約定值Hi照射TLD，獲得若干組TLD讀數的平均Mi值，然后采用最小二乘方法或多組值Ni平均值法獲得校準因子。

1.3 約定真值

在TLD校準中，有兩類量常被認為是約定真值的量，一個為物理量，另一個為實用量。

(1)物理量。物理量主要包括空氣比釋動能Ka、空氣吸收劑量Da和照射量X。在校準TLD中，物理量的約定真值是采用標準儀器所測得[19]。在輻射防護領域的光子外照射中，可以認為空氣比釋動能Ka、空氣吸收劑量Da和照射量X在數值上的關系：即1 Gy/Ka=1 Gy/Da=114.2 R/X。

(2)實用量。主要包括個人劑量當量Hp(d)、周圍劑量當量H*(d)和定向劑量當量H'(d)。在放射防護中通常使用有效劑量與組織和器官劑量等防護量做為劑量限值和劑量約束的基本量。但是防護量是不可直接測量，因此，早在1985年國際輻射單位與測量委員會(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)推薦了4個實用量做為放射防護評價的量。雖然目前已經歷30多年的發展，但用可測的實用量作為對防護量的一種合理近似估計的原則仍未改變[20]。所謂合理的近似估計可以理解為即不低估又不過分高估，實用量即可實測，又可通過蒙特卡羅等方法計算模擬。對標準劑量學實驗室而言，為了簡化和方便溯源的目的，大多數標準實驗室給出的實用量約定真值是通過國際標準化組織(International Organization for Standardization，ISO)、ICRU、國際輻射防護委員會(International Commission on Radiological Protection，ICRP)以及我國的國家標準《用于校準劑量儀和劑量率儀及確定其能量響應的X和Y參考輻射第3部分：場所劑量儀和個人劑量計的校準及其能量響應和角響應的測定》(GB/T 12162.3-2004)[16]推薦的參考條件下的換算系數hp(d)確定。X射線窄束條件和常用γ射線在零度入射角的換算系數見表1。

表1 窄束X射線和γ射線的換算系數

1.4 個人劑量當量換算系數hp(d)

在過去曾把個人劑量當量分為深部劑量當量，Hp(d)和淺部劑量當量，Hs(d)。現在ICRU為了簡化的目的，只用個人劑量當量Hp(d)這一概念。d代表體表深度，根據體表深度 Hp(d)又可分為Hp(10)、Hp(0.07)及Hp(3)。

(1)Hp(10)。適用于評價體表10 mm下深度的器官和組織，在多數條件下適用于有效劑量的評價。一般而言，被監測光子輻射場如果弱貫穿輻射，如＜20 keV的光子所占比例不明顯時，只監測Hp(10)即可。

(2)Hp(0.07)。適用于評價體表下0.07 mm深度的皮膚組織，主要測量弱貫穿輻射占主導地位的光子輻射場。按通常的原則，0.07 mm的深度只適用皮膚及肢端劑量計，因而在校準方法中將涉及到注意事項和適用的體模。

(3)Hp(3)。適用于評價體表下3 mm深度的眼晶體組織，Hp(3)的評價只有在特定條件下方可涉及。

2 TLD的校準方法

TLD的校準工作要求在標準劑量學實驗室完成，通常為一年校準一次。做常規校準時，可以在有刻度條件的實驗室完成。

2.1 校準參考輻射源

X射線窄束的參考輻射TLD校準，有關其他條件下的參考輻射請參考文獻[21]。只有在參考輻射條件下(除低能外)文獻推薦的換算系數誤差才可以認為不會＞2% ，見表2。

2.2 校準點

已知約定真值的點。在校準中應將TLD的參考點與校準點重合，且射線的入射方向與劑量計的夾角已知，一般把射線垂直入射TLD視為0°角。

2.3 校準模體

在校準環境監測用TLD時不用模體。校準點的約定真值用周圍劑量當量H*(10)表示，在校準個人劑量監測用TLD時，需要用模體，這一點特別需要強調[22]。校準Hp(10)TLD的模體本應該采直徑為300 mm的ICRU組織等效球模體。但是，為了在保證精度的前提下足夠簡化，采用目前ISO推薦的水板模體，以滿足校準要求。ISO推薦的水板體模尺寸為300 mm×300 mm×150 mm，壁材料為聚甲基丙烯酸甲酯(poly methyl methacrylate，PMMA)，前壁厚2.5 mm，其他壁厚10 mm，內部充蒸餾水。模體充水后應放置足夠的時間，以便達到溫度平衡。在用Hp(0.07)校準時，對于指環TLD，應使用ISO棒模；對于腕部和踝部佩帶的TLD，應使用ISO柱模；當設計測量Hp(0.07)劑量計佩帶在軀干，采用ISO水板模體上的換算系數時，應注意在實踐中由于衣服對低能光子的吸收，Hp(0.07)的實際值可能顯著不同于劑量計測量值。

表2 窄束系列X射線參考輻射的TLD校準

2.4 標準劑量學輻射場

校準TLD的劑量學輻射場應符合ISO推薦的輻射線質，校準點用可溯源的標準劑量儀測量獲得空氣比釋動能約定真值[17]。之所以規定了符合要求的劑量學輻射場，特別是X射線輻射場，其主要原因是：無論對于H*(10)的換算系數，還是對于Hp(10)和Hp(0.07)的換算系數，都是在給定條件下所獲得，這一點值得引起注意。有時盡管X射線輻射束的平均能量相同，但由于有不同的線束過濾，導致的X射線譜的較大差別，會引起換算系數大的誤差，需在校準時避免[23]。此外，在有模體校準時， 應考慮被校準TLD距輻射源的距離要足夠遠，以便使得照射野的尺寸大于模體尺寸[24]。

3 TLD的校準結果

3.1 射線線質和校準點的選定

在用X射線校準T LD時，標準實驗室采用ISO4037推薦的N系列X射線線質，即輻射防護工作中常用的X射線窄束重過濾系列。γ射線一般選用放射性核素源鈷60(60Co)或銫137(137Cs)。在過去有使用鐳226(226Ra)核素源，現在由于其能量復雜等原因不推薦使用。校準點選擇在距源1～3 m的射束軸線上。

3.2 校準點處的空氣比釋動能

用標準劑量儀器測量校準點處的空氣比釋動能，標準實驗室采用IAEA援助的TK-30型標準電離室和RD-98智能型診斷X射線劑量儀作為標準儀器，測量校準點處的空氣比釋動能值，經過能量響應、方向性、量程等校準因子修正后，最后確定校準點空氣比釋動能約定真值Ka。在X射線機輸出量不穩定的情況下，要用監督電離室測量X射線輸出量并歸一。用個人劑量當量、周圍劑量當量換算系數確定校準點處的Hp(10)和H*(10)的約定真值，采用計算的方法獲得，即為公式2和公式3：

式中Hp(10)為個人劑量當量值；H*(10)為周圍劑量當量值，Ka為空氣比釋動能值；hp(10)為個人劑量當量轉換系數；h*(10)為周圍劑量當量轉換因子。

3.3 校準點處的約定真值

根據獲得校準點處的約定真值，方便計算出照射每組TLD劑量值所需要的時間。當校準區域監測用TLD時，將TLD直接放置在校準點，使TLD參考點與校準點重合，不使用任何模體；當校準個人監測用TLD時，應將TLD放置在ISO推薦的模體前并使TLD參考點與校準點重合。

4 結論

照射時被校準TLD應滿足電子平衡，尤其在用60Co、137Cs放射源照射時，TLD的平衡厚度分別為4.0 mm、1.5 mm PMMA。在校準個人監測用TLD時需要用水模體，主要考慮到佩帶人體對TLD反散射的貢獻。不同型號的TLD由于能響的原因對反散射的響應可能不同，因而單純通過計算很難獲得可靠結果。劑量當量轉換因子除了與射線的能量有關，還與入射方向有關，本研究只列出了窄束X射線0°時的轉換因子，有關單能及更復雜的能量的射線、不同入射角度的轉換因子，可查閱文獻[25]。在以實驗室間比對為目的的TLD校準中，應采用無模體的照射方式，并用校準點處的空氣比釋動能為約定真值，以避免由于線質能量不同使用不同換算系數帶來的誤差[26]。然而，在以評價個人劑量為目的的校準，需要強調在模體條件下校準，并正確選用換算。

本研究結果表明，無論從空氣中照射還是在板體模上照射，中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所放射診療質量控制實驗室的TLD校準條件，符合目前國內外相關標準及規范，可用于放射診療機構的輻射防護檢測，以及放射工作人員的個人劑量監測。