随着核能发展和核技术的广泛应用，许多核设施都伴随产生较强的β辐射，特别在核燃料生产、后处理、反应堆的维修与退役以及核废物处理等场所，都可能存在较高水平的β辐射。例如，在福岛事故中两名抢险人员就受到大剂量的β照射。另外，在核医学(NM)和介入性放射学(IR)方面，尤其是在放射性免疫疗法(RITs)和肽受体放射性核素疗法(PRRTs)等治疗中，操作医生的手部尤其指端会受到高剂量的弱贯穿辐照[1]。在这些β辐射水平较高场所工作的人员，如果只监测强贯穿辐射剂量就会严重低估工作人员实际受到的辐射剂量，甚至会造成β烧伤等严重后果。因此，在一些可能存在较强β辐射的场所，Hp (0.07)监测是必需的，指环剂量计是其中主要的监测手段之一。为了评价市场上常用的指环剂量计是否满足标准EJ /T 1178-2005要求[2]，选取了国外的A型和B型以及国产的C型三种常用指环剂量计进行了测试。
1 指环剂量计结构及测量方法 1.1 剂量计材料选取和结构设计目前，指环剂量计主要使用热释光材料作为探测器，对于测量Hp(0.07)的热释光元件，要求热释光探测元件很薄，同时因为弱贯穿辐射在灵敏体积内能量沉积的非均匀性，要求热释光材料具有高的灵敏度。与LiF(Mg，Ti)热释光材料相比，LiF(Mg，Cu，P)热释光材料具有如下优点:更高的灵敏度，更好的剂量学特性，理想的信噪比，好的组织等效性(Zeff，tissue = 7.4)，简单的退火处理。所以LiF(Mg，Cu，P)热释光材料更适合测量弱贯穿辐射剂量。以下三种指环剂量计的探测元件均基于LiF (Mg，Cu，P)热释光材料。
A型指环剂量计，专为测量人体指端弱贯穿辐射浅表剂量Hp (0.07)设计。其热释光元件由两层组成，以较薄的LiF(Mg，Cu，P)材料作为灵敏层; 以较厚的未活化LiF材料作为基底，其中添加有2 %的石墨用于阻止伪发光[3]。灵敏层粘合在基底上，总体尺寸为Ф4.5 × 0.9 mm，有效厚度为8.5 mg·cm-2。过滤窗是厚度为2 mg·cm-2的聚脂薄膜[4]，指环上标有识别编号，佩戴方便舒适。
B型指环剂量计，探测元件是将粉末状LiF(Mg，Cu，P)材料粘合在聚酰亚胺膜上形成的，厚度为7 mg·cm-2; 其β入射窗是在聚砜膜上溅射了一层薄薄的铝，达到防潮防紫外线的目的，厚度为3.3 mg·cm-2; 探测器被铝环包围，铝环上刻有识别编号。
C型指环剂量计，国内使用较为广泛，探测元件的尺寸为Ф3.6 × 0.4 mm，其设计有两种可供选择的入射窗，分别可测量γ和β。
1.2 剂量计性能测试方法指环剂量计性能测试实验在中国辐射防护研究院放射性计量站进行，测试中用到了γ参考辐射标准装置和β参考辐射标准装置，使用的放射源包括137Cs、90Sr + 90Y、85Kr和147 Pm。辐照前需要对所有的热释光元件进行退火处理，辐照后将其放入整体铅室两小时以上，用于消除热释光元件的低温峰(非剂量峰)，且储存环境条件应适合热释光材料的放置，室温需保持在20℃ ~ 25℃之间[5]。
A型指环剂量计在测读前用退火炉将其在100℃下退火10 min，冷却后使用Harshaw 3500热释光测读仪测读剂量信号。Harshaw测读仪在测读时可以设置不同的升温曲线(TTP)，如图 1所示。测读温度和时间设置为:预加热温度为135 ℃，时间为10 s; 升温速率为10 ℃ /s，信号获取时间(23 + 1 /3) s; 最高温度为240 ℃; 退火温度为240 ℃，时间为10 s。
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图 1 时间温度曲线(TTP) |
B型指环剂量计信号读取使用Harshaw 6600热释光测读仪，温度和时间设置为:预加热温度为50 ℃，时间为0 s; 升温速率为15 ℃ /s，信号获取时间(23 +1 /3) s; 最高温度为250 ℃; 退火温度250 ℃，时间10 s。
C型指环剂量计信号读取使用Harshaw 3500热释光测读仪，温度时间设置为:预加热温度为135 ℃，预热时间为8 s; 升温速率为15 ℃ /s，信号获取时间(13 + 1 /3) s; 最高温度为240 ℃; 退火温度240 ℃，退火时间10 s。
2 指环剂量计性能测量结果按照标准EJ /T 1178-2005(等效于ISO 12794 － 2000[6])中规定的检测方法，对三种指环剂量计的批均匀性、重复性、剂量线性、电子能量响应、探测阈等技术指标分别进行了测试。
2.1 批均匀性EJ /T 1178-2005要求热释光剂量计的批均匀性满足:
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(1) |
其中V是变异系数; s的标准偏差; 
将指环剂量计安装在PMMA棒模上，使用137Cs参考辐射场照射Hp(0.07)约定真值为5.0 mSv。经过测量计算，得出批均匀性结果如表 1所示。三种剂量计批均匀性均满足EJ/T 1178 －2005中小于15%的要求。
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表 1 三种指环剂量计的批均匀性 |
EJ /T 1178-2005要求热释光剂量计的重复性满足:
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(2) |
其中SEj是指环剂量计j进行10次测读值的标准偏差; Is是每个剂量计标准偏差SEj的置信区间半宽度; 
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表 2 三种指环剂量计的重复性 |
EJ /T 1178-2005要求热释光剂量计的剂量线性满足:
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(3) |
其中
每种剂量计均选取五组(每组8个)，在85Kr放射源产生的β参考辐射场中照射，照射剂量Hp(0.07)分别为1.00 mSv、10.0 mSv、100 mSv、1.00Sv、10.0 Sv。
实验测量各组剂量计剂量响应结果如图 2所示，由图可见，剂量当量在1.00 mSv ~ 100 mSv范围内，三种指环剂量计的剂量响应好于± 5 %; 在1.00 Sv测量点，C型出现明显的超线性; 在10.0 Sv测量点，A型出现超线性现象，B型没有明显变化，C型出现欠响应现象。
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图 2 指环剂量计在85Kr β辐射场中的剂量响应 |
EJ /T 1178 － 2005要求热释光剂量计的电子能量响应满足:
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(4) |
每种型号选用三组(每组8个)，使用β剂量参考辐射装置中的147 Pm、85Kr、90Sr + 90Y放射源照射，选择照射剂量Hp(0.07)为1.00 mSv。测量计算得出能量响应(归一到85Kr)结果如图 3所示。
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图 3 β能量响应(响应归一到85Kr) |
由图 3可知，只有A型的能量响应满足标准要求; B型指环剂量计在高能β辐射场，响应偏高较多; C型指环剂量计在低能β辐射场中几乎没有响应，在高能β辐射场中响应偏高较多，其测量结果远超出标准要求的范围。
2.5 探测阈检验EJ /T 1178-2005要求热释光肢端剂量计的探测阈满足:
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(5) |
三种指环剂量计各准备一组(8个)，退火清零后进行测读，连续测读三次，并记录最后一次的读数。对应的
三种型号的剂量计各一组(8个)，选择85Kr辐射场，辐照的Hp(0.07)参考剂量为100 mSv，测读和退火后进行探测阈检验。三种指环剂量计的分别是: A型0.05 mSv; B型0.05 mSv; C型0.001 mSv。A、B型指环剂量计探测阈有所增加，C型不变，都小于EJ /T 1178-2005要求的1.0 mSv。
2.6.2 对响应的影响将2.6.1中测读完的剂量计进行退火处理后，选择85Kr辐射场，辐照Hp(0.07)的标准剂量为2.00 mSv，结果应满足:
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(6) |
三种剂量计(
在整个性能测试实验过程中，选择不同放射源、不同剂量以及不同重复次数时，剂量计灵敏度都有不同的变化，具体数据见表 3。另外，当选择放射源为85Kr，辐射剂量Hp(0.07)为10.0Sv时，C型指环剂量计的发光曲线发生严重变形，剂量峰劈裂成三个峰，退火处理后，剂量峰形恢复; 而A、B两种指环剂量计的发光曲线没有变化。
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表 3 三种指环剂量计在不同照射条件下灵敏度的变化 |
根据EJ /T 1178-2005中关于自辐照的要求，结果应满足:
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(7) |
式中CB是本底。
每种型号的指环剂量计准备一组(8个)，退火清零后贮存在整体铅室中，历时60 d，然后读出。实验测得三种指环剂量计的自辐照分别是: A型0.095 mSv，B型0.115 mSv，C型0.194 mSv。都满足标准要求。
2.8 角响应角响应实验中，三种型号剂量计在85Kr辐射场的不同入射角各辐照一组(5个)，照射的Hp (0.07)参考剂量为10.0mSv，把不同入射角下的测量值按0°测量值归一，得出角响应，结果如图 4所示。
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图 4 三种指环剂量计角响应图 |
检验类型:根据美国国家标准ANSI /HpS N13.11-2009[7]，检验类型分为五类: Ⅰ类(事故光子)、Ⅱ类(光子/光子混合场)、Ⅲ类(电子)、Ⅳ类(光子-β混合场)和Ⅴ类(中子-光子混合场)。个人剂量监测机构的个人剂量测量系统的性能检验应该依据所提供的监测服务内容来选择相应的检验类型。本次选择检验类型为Ⅲ类(电子)，照射条件与结果如表 4所示。
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表 4 性能检验 |
对于某一特定的检验类型，如果满足(8)式，则判定此个人剂量测量系统对该检验类型的性能检验合格。
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(8) |
其中:
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(9) |
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(10) |
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(11) |
式中L为允许水平，在此取值为0.30; HR(d)i为测量值; HR(d)i是约定真值; n为剂量计的数量(8个)。
3 结论通过对A型、B型和C型三种指环剂量计的性能测试，测量数据表明A型指环剂量计具有良好的批均匀性、重复性、剂量线性、能量响应和角响应。该指环剂量计各项技术指标均满足标准EJ /T 1178-2005的要求，比较适合于监测弱贯穿辐射Hp(0.07)。对于B型与C型两种指环剂量计，除能量响应外，其他测试性能都满足标准要求。
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