热释光剂量测量系统由热释光剂量计(TLD)、TLD读出器(热释光剂量仪)、TLD退火炉和其他附加设备组成。由于具有能量响应好、灵敏度高、量程范围宽、探测阈低、体积小、不易衰退等优点。被广泛用于辐射防护、放射生物学、放射医学、考古学、环境保护等领域。下面就其质量控制作简要论述。

1 TLD的质量控制 1.1 制备TLD的原料特点

具有高浓度的电子(空穴)陷阱和伴随复合过程的高发光效率。电子(空穴)有足够的贮藏稳定性; 即使长期贮藏于室温或稍高温度中, 也不致引起干扰性衰退; 对发射热释光的光谱响应良好; 通过读数程序能完全退火, 而对灵敏度高和本底读数或线性均无永久性的变化; 对低能光子、热电子、中子线、α射线、β射线、γ射线等都有较高的响应和灵敏度; 另外, 还有价格便宜、无毒、长期贮存不变质等特点; 最好具有可再生特性。

1.2 TLD的选择 1.2.1 个人剂量监测

要求TLD具有灵敏度高、组织等效性好、剂量响应范围宽、分散性小、重复使用周期长。特别是长期稳定性好, 适应能力强, 对白炽灯、日光灯和室内散射日光不敏感等特点。如LiF、Li₂ B₄0₇等。庄士丽对山西省^[1]及柴天方对贵州省^[2]的放射工作人员个人剂量水平调查都使用的LiF。

1.2.2 环境剂量监测

要求灵敏度更高, 光子能量响应好, 量程不宽, 线性范围0.1~1 mGy, 良好的测量精度和重复性。长期受照不易衰退。对温度、湿度和光等环境因素影响不灵敏等。如CaF₂(Mn), LiF(Mg, Ti)等。

1.2.3 其他领域

都要求按照测量的目的, 选择最适合的TLD, 以达到最佳效果。苑淑渝测定计算机视频终端的电离辐射剂量^[3], 要求TLD灵敏度高、探测阈低, 量程小的LiF(Mg, Cu, P)。贾德林对α、β、γ射线和电子束所致眼晶体剂量估算方法^[4], 要求TLD体积小, 对α、β、γ射线和电子束都有较好响应的Li₂ B₄ 0₇(Mn)。对注射放射性物质的癌症患者进行体内测量时, 用体积小, 灵敏度高, 能量响应好的单晶LiF TLD, 也可达到预期的效果。

1.3 TLD的筛选

TLD的筛选一般1~2 a进行一次。筛选前用放射源进行照射, 照射剂量大小与分散性有关, 照射剂量太小时, 分散性会变大, 然而也不能太大, 否则残余本底会过大。一般的, 对于LiF(Mg, Cu, P)探测器照射剂量取0.5~5 mGy, 而对于LiF(Mg, Ti)照射剂量可大于l mGy以上。总的原则是, TLD的照射剂量尽可能小一些。对于个人剂量测量, 分散性可取 < ±5 %, 对于环境剂量测量, 分散性 < ±3%即可。而对于放疗剂量测量, 分散性要求更高, 需取 < ±2 %。

1.4 TLD刻度

热释光剂量仪测出的TLD读数是一个相对值, 要将读数变成剂量还须用标准源刻度, 刻度方法主要有线刻度法、点刻度法和自身刻度法。常用的为点刻度法。用标准源不同剂量照射多个TLD, 然后在剂量仪上测出读数。各个读数除上对应的标准剂量所得的各个值的平均数作为一个系数。每次TLD测得的读数乘以这个系数, 即为所受的剂量。刻度时应在体模上进行^[5], 目前用于TLD刻度的体模, 可采用直径为30 cm的ICRV球^[6]。常用的TLD刻度体模, 采用30 cm×30 cm×l5 cm的有机玻璃(PMMA)材料做成的平板体模代替ICRV球。TLD刻度要定期进行, 至少每年一次。另外, 针对TLD监测射线的不同, 要及时更换刻度标准源。常用的为γ标准源, 对于刻度中子TLD的有中子标准源, 刻度β射线剂量的有β射线标准源等。

1.5 TLD的退火

无论哪一种TLD, 使用前都要进行高温退火, 主要目的是为了消除TLD的本底剂量和上一次测量后的残余剂量信号。退火与快速冷却, 能保持TLD的灵敏度不变, 使深陷阱里的电子释放出来, 消除辐照敏化引起的灵敏度增大现象; 同时, 正确的标准退火, 可保持发光曲线形状不发生畸变, 提高测量的重复性, 降低分散性。退火应该先通电加热, 约2 h后达到热平衡, 温度才真正达到恒温状态。退火炉的温度应该是均匀的和波动小(±2%), TLD应放在专用退火盘上, 并且单层放置, 元件之间留有一定空隙。一次退火不宜太多, 以300~500片为宜。把每一只TLD按顺序编号依次放在专用退火盘上, 可避免将不同剂量计中元件搞混。退火时间最好采用秒表, 电子秒表更好, 要严格控制炉温和退火时间的一致性, 否则将带来较大误差。退火时间到后, 快速从炉腔中取出退火盘, 放在专用的退火冷却板上, 在冷却板上方放一台轴流式风机, 对退火TLD进行快速冷却, 有利于TLD灵敏度的恢复和提高。

2 热释光剂量仪的质量控制

热释光剂量仪主要包括光学系统和加热系统。当TLD加热时, 释放一定波长的光, 经光学系统吸收并转变成电信号, 最后读数部分放大并显示出来。

2.1 光学系统

有滤光计, 双凸透镜, 反射镜。测量时首先调好光源的标准读数, 在以后整个测量过程中应保持标准光源读数在某一范围内变动。测量过程中, 易受污染影响测量结果的主要是滤光片。滤光片在长期测量使用中, 易受油污、气污、灰尘污染, 有时还会被酸气腐蚀; 从而使透光率大大降低。保持光路清洁畅通主要通过清洗方法。一般采用白绸布加少量乙醇清洗。在测量前先擦洗一次。若连续测量几天, 甚至几十天, 那么滤光片最好一天擦洗一次。所以尽量避免滤光片被污染, 是提高测量结果准确的主要因素。

2.2 加热系统

主要采用加热盘加热方式。加热盘最主要的性能是热传导和热接触的重复性。并且加热盘表面的光学性质对TLD的测量也有显著影响。长期测量中, 由于高温氧化作用, 加热盘逐渐变黄变黑, 从而使加热盘反射光的性能和热传导性大大降低, 最终会导致TLD灵敏度逐渐下降。所以要经常擦洗加热盘, 用白绸布和去污粉, 轻轻擦洗加热盘, 直至擦出光亮为止。大量筛选元件时, 一般每天擦洗一次, 然后拉出抽屉, 380 ℃高温下空盘加热3次, 检查空盘本底为最低就算合格了。加热盘擦洗的好坏, 对热传导和热接触的性能; TLD的灵敏度及测量结果的准确性, 至关重要。另外, 加热盘与加热电极接触质量的好坏, 影响着读出器升温曲线的变化和TLD的灵敏度及使用寿命, 从而使测量结果的准确性大大改变。所以使加热电极与加热盘接触要牢固, 接触面要保持清洁。最好采用铂料加工加热盘。因为铂金属在空气中加热时氧化极小, 加热盘不变黑, 有利于提高测量精度。为避免加热盘加热带来的误差, 可采用热气流加热、激光加热、远红外光加热技术, 从而彻底排除热接触对加热盘加热不重复带来的特点, 提高测量质量。

2.3 测量程序的选择

通常TLD测量按读出器的设定程序加热测量。对于研究性测量工作, 加热速率选择慢些为好, 以每秒几度的升温进行测量, 画出加热程序和发光曲线。在常规测量中加热速率可以快些, 即程序加热的线性加热段越短越好, 使恒温段的有效加热越长越好, 因此, 升温速率一般选为40 ℃/s。加热盘读出器中, 其加热程序分预热阶段和测量阶段, 为了消除低温峰的影响, 先在退火炉中进行彻底的低温退火, 退火时间一般都在几分钟以上。在读出器上只设计或使用测量阶段, 这样做的结果, 不但消除了低温峰的影响, 而且测量程序简化, 大大提高了工作效率。

3 TLD比对

TLD测量系统的质量控制是保证测量结果准确性的重要组成部分, 为了确定测量结果是否准确, 还需参加国内外举办的TLD比对。国家中心实验室或剂量监测中心将积分TLD分给各个参加单位, 参加单位应用一台经当地现场仪表校准过的用以进行常规实验的辐射装置使TLD接受一事先约定好的剂量, 然后将TLD送回, 读出并比对结果^[7]。若测量结果的平均值与标准值之差小于5%, 可认为其剂量测量准确度是符合要求的; 若差别在5%~10%, 说明其剂量测量存在小的偏差; 若差别大于10 %, 则应建议重新校准剂量测量系统。