基于固體徑跡探測的中子個人劑量計性能研究

焦巖 曹勤劍 衛曉峰 徐園 趙原 劉立業

摘 要：CR-39 固體徑跡探測器作為一款被動式的中子個人劑量計，具有方便攜帶、價格低廉、抗干擾能力強、對γ、β 射線不敏感、對快中子響應好等優點。針對新開發的一款中子個人劑量計，根據國際標準ISO 21909-1，對新型中子個人劑量計的CR-39 固體徑跡探測單元的相關性能開展了實驗研究。實驗結果表明，CR-39 固體徑跡探測器具備良好的測讀重復性、批次均勻性、劑量線性、穩定性、參考輻射場響應以及對光子不敏感的屬性，同時給出了CR-39 測量中子劑量的劑量探測下限和不確定度，為國際標準引進提供了實驗數據參考。

關鍵詞：外照射;中子;個人劑量計;CR-39

中圖分類號：TL818+ . 1 文獻標識碼：A

由于中子輻射場能譜寬、中子散射、中子劑量-注量轉換系數及中子反應截面變化大等因素，中子劑量測量與評價一直以來是個人劑量監測中的難題。與氣泡探測器和反照率熱釋光探測器相比，CR-39 固體徑跡探測器在穩定性及快中子測量方面具備明顯的優勢[1-3] 。如今，國內廣泛應用的中子個人劑量計是反照率熱釋光探測器，其最主要的缺點在于對快中子探測效率低，且在混合輻射場內中子測量信號容易被光子信號淹沒。在快中子占比高的混合輻射場內，基于CR-39 探測器的個人劑量計由于快中子響應好及對光子不敏感而具備較大的應用前景。國內有關固體徑跡探測器應用于中子探測的研究方向包括徑跡形成機制及粒子鑒別[4-7] ，探測器疊加不同材料來改善響應[8-10] ，以及劑量計的性能測試研究[11-13] 。CR-39 探測中子的實際應用在測井作業人員中有過相關報導[14] ， 并且有對應的國家職業衛生標準GBZ/ T 148—2002《用于中子測井的CR39 中子劑量計的個人劑量監測方法》[15] 出臺。

與對中子個人劑量計較廣泛的研究相比，現階段我國缺乏關于被動式中子個人劑量計性能的普遍適用且全面的測試標準。國家職業衛生標準GBZ 128—2019《職業性外照射個人監測規范》[16]5. 2. 4 節明確提及在中子和γ 射線混合輻射場中，當中子劑量與γ 劑量的比值超過10%，原則上應使用能分別測量中子劑量和光子劑量的鑒別式中子劑量計，但相較于標準明確了X、γ 和β 射線監測用Hp（10）劑量計的性能要求，此標準并未給出中子劑量計的性能要求。GBZ 207—2016《外照射個人劑量系統性能檢驗規范》[17] 針對中子劑量監測，將中子的個人劑量檢測系統的檢驗類型歸為第Ⅴ類：（中子-光子混合）。國內常用的中子個人劑量計檢定規程JJG 35—2014《個人監測用熱釋光反照率中子劑量測量系統檢定規程》[18] 對反照率熱釋光中子劑量計給定了線性、角響應的性能要求，GBZ/ T 148—2002《用于中子測井的CR39中子劑量計的個人劑量監測方法》規范了CR-39的測量程序及測量要求，未提及相關的性能要求。

相較之，國際標準ISO 21909-1《被動式中子劑量計—第1 部分：個人劑量計測定的性能和試驗要求》[19] 作為當前關于被動式中子個人劑量計性能要求最為詳細的標準，面向所有可用于測量中子劑量的被動式劑量計（包括且不限于CR-39、熱釋光），給出了被動式中子個人劑量計的性能試驗要求，包括性能測試范圍以及相應的合格指標，ISO21909-1：2021 是此國際標準的最新版本，與上一版本相比，新版標準在變異系數、劑量非線性、能量與角度響應等的限值上進行了更為嚴格的要求。國際上多款中子個人劑量計產品以ISO21909-1 作為性能測試標準，例如國外學者對基于CR-39 的中子個人劑量計性能研究開展了相關的研究工作[20-21] ，以考察CR-39 能否滿足相應的測試條件。因此，本文基于新開發的中子個人劑量計，根據最新版的國際標準ISO 21909 - 1：2021 對個人劑量計中的CR-39 固體徑跡探測單元的相關性能開展實驗研究，給出測試結果分析CR-39 對國際標準的適用性，為日后相關國際標準的引入提供實驗數據參考。