广东省职业卫生检测中心个人剂量室自1991年开展个人与环境剂量监测以来, 使用的LiF (Mg, Cu, P)元件已逐步从以粉末为主的剂量计过渡到以玻璃管为主的剂量计。由于监测数量逐年增多, 元件使用数量大增, 目前所使用的玻璃管为分批次由国内某厂购进的。本文通过对不同实验条件下结果的异同分析, 进一步掌握它们用于测量时其结果的可靠及可比。

1 材料与方法 1.1 监测设备 1.1.1 剂量计

剂量计为LiF (Mg, Cu, P)的玻璃元件, 封装用玻璃是国产超低钾玻璃。剂量计的尺寸约为直径20mm、高12mm, 内装LiF (Mg, Cu, P)粉末。批均匀性为4.3%, 重复性分别为4.5%, 其它性能指标(探测阈、稳定性、线性等)^{[1, 2]}均符合GB 10264-88《个人和环境监测用热释光剂量测读系统》的要求。

1.1.2 测读仪器

北京核仪器厂生产的FJ-427A1热释光剂量仪。

1.1.3 退火仪器

北京核仪器厂生产的FJ-411退火炉。

1.2 质量控制

① 测读设备经中国剂量科学研究院定期进行检定, 保证各项指标均符合个人剂量监测使用要求, 其刻度因子不确定度为5%。②设专人负责退火过程, 以保证剂量计退火条件的恒定, 减少因退火处理造成的误差。③设专人负责照射, 以尽可能保证照射条件的恒定。④由专人负责仪器测量, 以减小放置位置等对测量的影响。

1.3 实验方法 1.3.1 元件的准备

抽取不同批次的两批玻璃管剂量计, 经FJ-411退火炉在235℃退火10min待用。其中一个批次玻璃管元件颜色为绿色, 一个批次玻璃管元件为蓝色, 这两批剂量计分别用TLD-G及TLD-B来表示。

1.3.2 三种实验方法 1.3.2.1 铅室放置

将退火后的两批剂量计数支, 置于铅室约一个监测周期后测量。使用的铅室壁厚10.5cm, 顶铅盖厚4cm。放置时间大致参考放射工作人员监测周期在《电离辐射防护与辐射安全基本标准》(GB18871-2002)^[1]中的要求30 ~90d的上限, 因为全国卫生系统的人员监测基本是以季度为监测周期。

1.3.2.2 放射源照射

将两批次剂量计退火后经Ra-226源照射, 照射2h24min后进行测量, 其真值剂量理论上为0.5 mGy。

1.3.2.3 环境监测结果

将不同两批次元件退火后分两组, 每组10个元件布放于中心个人剂量室验室同一位置, 经一段时间放置后回收测量。

2 结果与分析

在三种不同实验条件下得到测量结果见表 1~表 3。

表 1可见置于铅室的两批元件其日均测量结果相对偏差较大, 高达72%。对测量结果的剂量贡献主要考虑两部分响应, 一部分为元件本身的本底响应, 包括LiF (Mg, Cu, P)粉及低钾玻璃材料, 另一部分则主要是来自宇宙射线的硬成份, 因为一般的地表辐射包括宇宙射线的软成份很难穿透铅室而致元件无剂量响应, 也就是说明这两批的玻璃管元件对宇宙射线和自身本底响应存在较大差异。由于宇宙射线在致由2/3的硬成分及1/3的软成分构成的^[1], 而本实验置于铅室中是将其软成分阻隔掉的结果, 虽然不能将两组结果的相对偏差认为完全是对宇宙射线及自身本底响应偏差, 但其结果存在显而易见的偏差。

表 2见不同的两批玻璃管测量结果的差异仍是显著存在的, 原因考虑除宇宙射线和自身本底的响应外还包括源项及环境陆地γ及建筑材料、氡气等贡献。此外, 由表 1及表 2可见, 两批玻璃管日累积剂量相对偏差由72%大幅降至21%, 主要考虑剂量响应因素增多、剂量增大带来的结果。

表 3结果可见两批剂量计在辐射场中的测量结果一致, 未见差异, 也就是说在有源项的的辐射场中(本实验中源项累积剂量大于0.5mGy), 当源项产生的辐射水平远高于宇宙射线时, 此时的宇宙射线和本底的响应贡献可忽略, 响应的剂量结果基本一致, 对源项能响的结果一致。

3 讨论

铅室两批元件日均测量值偏差72%, 我们只是把它近似而非完全认为是宇宙射线及管自身本底响应的结果, 但它已显示出两批管在铅室中的非常大的差异, 其结果比值为1.72, 接近周睿东等推算的不同批次管对宇宙射线及自身本底的响应比值》^[2]。今后在条件许可的情况下, 可参照《环境地表γ辐射剂量率测定规范》, 宇宙射线的测量应在水深大于3m距离岸边1km的淡水面上进行, 此时的测量结果才是宇宙射线及管自身本底的真实响应。

在照射剂量相同的情况下, 热释光剂量计的辐射响应取决于辐射能量和辐射场的性质, 由于实验所使用的Ra-226源其能谱基本可以覆盖陆地γ辐射能谱, 因此可以认为不同批次的元件对陆地γ辐射的响应也大致相同, 也即不同批次元件在宇宙射线及自身本底可忽略情况下, 其响应是可比的。

本实验室的辐照剂量之所以确定为0.5mGy, 是因为对外照射个人剂量监测而言, IAEA的记录水平定义的是年剂量限值(5年平均不超过20mSv的1/10即2 mSv)为依据, 我们按每年4个周期监测, 即0.5/周期。记录水平就强度而言, 它是相对参考水平中最低的。实际工作中, 考虑舍弃低剂量并不利于鼓励管理层及员工改进和追求更低的个人照射, 因此记录所有探测限以上的剂量是有用的.

从表 1、表 2结果看, 其总体趋势是随着辐射水平的升高明显下降的。简单的外推可以估计出日累积剂量使两批管的结果差异可忽略时的值, 但这仍需进一步的实验去验证。

在铅室及实验室环境放置的两批玻璃元件的实验中, 由于迁就实际的工作安排、检测周期期及其他原因未能统一放置时间, 在结果中我们把它统一为日累积剂量进行比较, 定性及定量上无大的影响, 但放置实验室的时间差异较大, 考虑到信号衰退等原因, 应在一致性条件下做进一步的实验补充。

我中心使用的两批玻璃管元件在实验室环境监测中产生的差异是由其对宇宙射线各自身本底响应不一致而来的, 实验不能区分其各自的大小, 在有机会时应在不同海拔做水面实验或在山洞中的铅屏蔽室内实验时以进一步区分这两种效应。

由于不同批次的元件对宇宙射线和自身的响应存在差异, 且这种差异又不能通过一般刻度场消除, 因此在更换不同批次元件时应进行相关的实验以达到数据可比的目的。