Mg₂SiO₄ (Tb)作为一种热释光剂量计(TLD)已开发多年, 因其敏感度高, 现已广泛应用于辐射剂量特别是低剂量(如诊断X线)^{〔1, 2〕}测量领域。一些学者已对该热释光材料的某些特性进行了研究^{〔3, 4〕}, 但某些特性, 如光效应、测量诊断X线的探测阈、对低剂量水平X线的剂量响应及对X线诊断中人体散射线的响应等, 尚还缺乏详尽研究。例如, Nakajima^〔5〕曾对Mg₂SiO₄ (Tb)的光效应进行过探讨, 但仅限于钨灯照射导致的光致热释光效应, 故无实用价值。上述特性在测量诊断X线剂量时对测量结果影响甚大, 故在实际应用前必须对此剂量元件加以详细研究。本文就Mg₂SiO₄(Tb)实际应用环境的室内自然光和日光灯的光效应、测量诊断X线的探测阈、低剂量范围的敏感度及对散射线的响应进行了探讨。

1 材料与方法

该研究采用Mg₂SiO₄ (Tb)剂量元件由Kasei Optonix, Ltd.提供, 为∅ 2.2 × 12.0mm玻璃管, 内封Mg₂SiO₄ (Tb)粉末。退火条件为450℃ 30分钟。

1.1 光致热释光实验

将未照射剂量元件退火后分为两组, 一组装于白色塑料壳内, 另一组为裸露, 然后置于三种环境: ①木盒内(暗处); ②朝北房间内近窗处(室内自然光); ③只有一盏40W日光灯的暗室中(日光灯)。

1.2 光衰退实验

以诊断X线和¹³⁷Cs放射源照射剂量元件, 放置部位与方法同上。

1.3 对散射X线的热释光响应实验

散射体为Mix-DP材料板状人体模型, 体模距X线球管1.2m, 照射野22× 20cm。热释光元件置于与X线束成90°角距照射野中心50cm处。做对初级X线的热释光响应实验时将元件置于体模表面。实验中同时用Capinete 192剂量—剂量率仪测定照射量。

1.4 低剂量范围的剂量响应实验

照射剂量10、100、200、500、1000、1500和2000μGy, X线球管电压80kVp, 总过滤1.2mmAl.

对诊断X线的探测阈按Roberson和Carlson ^〔6〕方法计算。热释光剂量测读仪为Harshaw 3500, 加热速率10℃ /s, 预热温度50℃, 测量时间45秒, 测读温度300℃。

2 结果 2.1 光效应

光对热释光剂量元件的影响既有光致热释光效应, 又有光衰退作用。对装于白色塑料壳内和裸露Mg₂SiO₄ (Tb)玻璃管在暗处、室内自然光和日光灯环境中产生的光致热释光随退火时间的变化进行了实验, 结果表明, 在暗处, 塑料壳内和裸露Mg₂SiO₄ (Tb)的热释光计数随退火后时间均无明显增加。在日光灯下, 塑料壳内元件的计数增加也可忽略, 但裸露元件增加较明显, 退火后7小时其热释光计数为0时的7.3倍。在室内自然光下, 其计数增加非常明显, 说明该元件对室内自然光非常敏感。裸露元件比塑料壳内元件的热释光计数增加幅度更大, 且达到稳定时间较短。塑料壳内元件在退火后20分钟和1小时, 其热释光计数分别为元件本底值的5.8和14.0倍, 而裸露元件则高达26.0和40.0倍。热释光计数增加达稳定状态所需时间裸露元件为2小时, 塑料壳内元件为4小时。计数稳定原因之一可能是光致热释光效应与光衰退作用达到了平衡。在元件退火后不同时间室内自然光所致热释光相当的剂量值列于附表。

白色塑料壳内Mg₂SiO₄ (Tb)γ射线照射2000μGy后其热释光信号衰退实验表明, 置于暗处的元件7小时后其热释光信号衰退不明显, 日光灯下的元件衰退也很轻微, 但室内自然光下的元件放置1小时和4小时其衰退分别达29.7%和61.6%。不同剂量X线照射后, 室内自然光所致的热释光信号衰退情况表明, 2.88mGy和27.57mGy照射的元件间热释光信号衰退无显著性差异(P > 0.05)。但X线照射的元件热释光信号衰退程度大于γ射线照射的元件(P < 0.05), 照射后放置15分钟和22小时, 前者衰退分别达22.9%和89.0%, 后者衰退分别为18.3%和86.5%。

2.2 对散射线的响应

Mg₂SiO₄ (Tb)对40 ~ 120kVp管电压条件下初级X线和散射线的热释光响应实验表明, 对散射线的响应低于对初级X线的响应, 在40, 60, 90和120kVp管电压条件下其响应分别低6.8%、7.0%、6.2%和1.9%。这可能与散射线能量较初级X线为低, 易被元件玻璃管和外壳过滤有关。

2.3 剂量响应

Mg₂SiO₄ (Tb)对不同剂量X线的热释光响应实验表明, 在10μGy~ 2000 μGy范围内其热释光响应呈线性, 且未见显著性差异.这与Kato^〔4〕等人的结果不同, 他们曾得出对20mR的响应比对100mR的响应高10%的结论。

2.4 探测阈

热释光剂量计的探测阈不仅取决于其本身特性, 还与使用的测读仪等有关。在本实验室条件下, 按Roberson和Carlson ^〔6〕提出的方法计算得出Mg₂SiO₄ (Tb)对诊断X线的探测阈为0.53μGy.

3 讨论

Mg₂SiO₄ (Tb)对电离辐射的敏感度高于其它热释光磷光体^〔1〕, 因而适用于低剂量诊断X线的测量, 其弊端是易受光效应的影响。如在实际应用中忽略此特性, 将会对测量结果特别是当测量低剂量诊断X线时造成较大误差。例如, Mg₂SiO₄ (Tb)退火后在室内自然光环境中放置20分钟, 根据本文研究结果, 光致热释光效应可使其产生相当于42.4μGy的热释光信号。目前在实际应用中, 多将封于玻璃管中的Mg₂SiO₄ (Tb)磷光体装在白色塑料壳内, 因而在室内自然光环境中, 光致热释光和光衰退效应同时存在, 在此情况下, 对测量结果的影响更为复杂, 难以简单修正。另一方面, 如果元件在剂量测量后不立即测读而在室内自然光环境中放置40分钟, 其热释光信号将衰退34.3% (当测量γ射线时)或更多(当测量X线时)。因此, 为获得准确的测量结果, 在实际应用中应注意以下几点: ①退火后应置于暗处或荧光灯环境中冷却; ②使用深色不透光剂量计外壳; ③剂量测量后尽快测读。

医用诊断X线工作者受照剂量主要来源于散射线, 当Mg₂SiO₄ (Tb)用于测量诊断X线所致的职业照射时, 因其对初级射线和对散射线的响应不同, 应以散射线进行剂量刻度, 否则, 将引进约7%的误差。