有效剂量和当量剂量是放射防护中的基本量, 剂量限值的表达就是使用这些防护量。为了解决有效剂量和当量剂量不能用现有仪器直接测量, 而对其计算也十分复杂的现实问题, 就导致了实用量的研究。已经证明实用量---个人剂量当量Hp (d)可对有效剂量和当量剂量提供合理的估计, 并对在实践中经常遇到的多数辐射场可避免低估剂量和过高的高估剂量。有关国际机构已在辐射剂量监测中接受了实用量概念。即将发布的国家标准---职业照射个人监测规范, 第一部分:外照射监测(GB5294-85外照射部分的修订版), 也明确规定个人剂量当量Hp (d)为职业外照射个人监测所要测量的量。个人剂量当量Hp (d)是在人体表面的某一指定点下面适当深度d处的软组织内的剂量当量。个人剂量当量的任何陈述都应当指明深度d的取值(mm)。对于表面器官皮肤而言, d取0.07 mm, 相应的Hp (d)用Hp (0.07)表示; 对深部器官和有效剂量的控制, 常用10 mm深度, 即d=10 mm, 这时Hp (d)用Hp (10)表示。为了在职业外照射个人监测中推行实用量Hp (d), 卫生部放射卫生防护监督监测所已经开发研制了LiF:Mg、Cu、P热释光探测器和热释光个人剂量计系列, 用于不同光子辐射场条件下Hp (d)的测量。有关鉴别式热释光个人剂量计的性能已经作过报道^[1]。

1 剂量计系列的构成和适用范围

剂量计分三个类型, 它们是鉴别式的、简易鉴别式的和非鉴别式的。其共同点都是用LiF:Mg、Cu、P热释光器件作探测器, 剂量计外壳都是用ABS工程塑料压制而成, 外部尺寸都为54 mm ×34 mm ×10 mm, 都具有上盖、下底、上内衬、下内衬、小内衬和挂钩等部件, 可容纳片状、玻管或粉末等探测器。它们的区别和适用范围如下:

1.1 鉴别式热释光个人剂量计

具有Sn片重过滤、Cu片轻过滤和塑料过滤(无过滤), 3组探测器。在个人监测中, 适合测量能量未知的光子辐射场, 也用于测量光子复合辐射场, 当然也可以测量能量已知的光子辐射场。在盲样监测和参加比对时尤其应使用鉴别式热释光个人剂量计。从理论上讲, 它可以代替简易鉴别式和非鉴别式个人剂量计, 但考虑到它的结构比较复杂, 价钱也明显偏高, 因此, 为了经济方便, 还是设计了不同的个人剂量计供选择, 分别用于不同的辐射场情况。

1.2 简易鉴别式热释光个人剂量计

具有Cu滤片轻过滤和塑料过滤, 2组探测器。在个人监测中, 适合测量100keV以下的X射线, 利用后面介绍的经验公式也可扩展到230 keV以下的X射线的测量。当然也可测量能量已知的X和γ射线。

1.3 非鉴别式热释光个人剂量计

只有塑料过滤而无任何金属过滤, 1组探测器, 结构简单, 价格便宜。在个人监测中只可测量能量已知的X或γ辐射。

2 个人剂量计的刻度

为了模拟个人佩戴剂量计的实际情况, 应把个人剂量计放在标准体模上进行刻度照射, 所用辐射场品质应符合ISO- 4037标准或国家标准的推荐。热释光个人剂量计的刻度, 原则上应进行能量刻度和剂量刻度。进行能量刻度的理由是因为个人剂量监测结果评价不仅需要剂量数值, 而且也需要辐射能量信息; 另外, 在由光子的空气比释动能Ka (mGy)转换成个人剂量当量Hp (d)时, 其转换系数hPR (d)也依赖于光子的辐射能量^[2]; 第三, 由于人体或体模的存在, 明显地加大了剂量计表观的能量响应^[1], 知道光子能量信息可大大提高测量的精度。所以, 在个人监测中, 剂量计进行能量刻度, 了解被测光子的能量信息是很有必要的。由于剂量计的能量响应特性, 特别是在使用了标准体模来模仿人体以后, 对个人剂量计不仅需要进行剂量刻度, 而且需要用不同能量的光子辐射场进行剂量刻度。

图 1为光子能量刻度曲线, 利用此曲线鉴别光子能量。图 2为光子个人剂量当量刻度曲线。刻度曲线的解释和应用, 在文献[1, 3]中有较详细的说明。能量刻度曲线对LiF:Mg、Cu、P是通用的, 可由个人剂量计或探测器的销售者提供。个人剂量当量刻度曲线不能共用, 必须由测量者分别作出自己的热释光个人剂量测量系统的剂量刻度曲线。本文介绍一种简易的方法。

设不同能量的光子个人剂量当量刻度因子为K_i, ¹³⁷Cs的个人剂量当量刻度因子平均值为K, 各能量的光子个人剂量当量刻度因子的修正系数f_i由实验获得, 其值如表 1所列。f_i= K_i/K, K_i=f_iK。对用户来说, 只需把自己的刻度剂量计放在标准体模上用¹³⁷Cs参考源进行刻度照射, 得到平均的K, 将K代入K_i=f_iK中, 即得到K_i (对应第i个能量的光子的个人剂量当量刻度因子), 作K_i随光子能量的变化曲线, 即得到相当于图 2的、适用于自己的个人剂量测量系统的个人剂量当量刻度曲线(个人剂量当量刻度因子K_i随光子能量的变化曲线)。

在实际监测工作中, 用图 1鉴别光子能量, 用新作出的个人剂量当量刻度曲线确定个人剂量当量。¹³⁷Cs光子的能量为662 keV, 由其空气比释动能Ka (mGy)转换成Hp (d)(mSv)的转换系数h_PK (10)和h_PK (0.07)可近似取相同的值(1.21 mSv/ mGy)。表 2给出其他光子能量的转换系数^[2]。由表 2内插得

3 简易鉴别式个人剂量计的经验公式

在实验的22 keV至230 keV的X射线能量范围内, 无过滤和轻过滤二者的平均能量响应随光子能量变化不大。从无过滤和轻过滤二者的个人剂量当量刻度因子的平均值来看, 在29 keV至230 keV的能量范围内, 平均刻度因子随光子能量变化也不大, 在此能量范围内, Hp (10)的二者平均刻度因子的平均值为¹³⁷Cs刻度因子的1.38倍, 变异系数为6.2%;Hp (0.07)的平均刻度因子的平均值为¹³⁷Cs刻度因子的1.30倍, 变异系数为6.3%。由此得到计算Hp (d)的经验公式:

式中Hp (10)和Hp (0.07)为深部和浅表个人剂量当量, 单位为mSv; 1.38和1.30为与简易鉴别式个人剂量计能量响应有关的修正系数, x为无过滤和轻过滤条件下热释光净读数的平均值; K为在平板标准体模上用¹³⁷Cs γ参考辐射场照射得到的平均个人剂量当量刻度因子, 单位为mSv/读数。表 3中数据是对以上经验公式计算结果的验证。除了在22 keV、25 keV和29 keV时Hp (0.07)的计算值与相应的约定真值之间偏差较大外, 其余计算点的偏差均在±16%以内。另外, 在常规监测中, 对低能X射线的可用前面介绍的方法, 先用轻过滤和无过滤净读数的比值鉴别出光子能量, 然后再确定此能量对应的个人剂量当量刻度因子(mSv/读数), 最后, 由刻度因子和相应的净读数相乘, 得到Hp (10)和Hp (0.07)的值。