在辐射防护领域，由ICRP提出的防护量^[1]和ICRU提出的运行实用量^[2]是2组重要量值。运行实用量由于其可测量性，在个人剂量监测和场所剂量监测中备受关注。2020年，ICRU发布第95号报告^[3]，系统引入了外照射中新的运行实用量。与现行运行实用量相比，新运行实用量体系在量值定义、测定方法等方面均有重大改变。尤其对于个人剂量监测和场所剂量监测而言，从转换系数、仪器响应、刻度方法等方面都需要重新评估。本文重点就新运行实用量体系对场所剂量监测的影响进行探讨。

1 现行运行实用量体系及其局限性

在辐射防护中，ICRP推荐以防护量作为辐射防护最优化原则和个人剂量限值原则的参考量。有效剂量E是重要的防护量，用于评价电离辐射的随机性效应，是受照个体全身组织器官当量剂量与其相应组织权重因子乘积的加权平均值（公式1）^[4]，反映了不同组织器官对全身电离辐射损伤随机性效应的贡献。由于有效剂量不是在某一特定点上定义的，这决定了其不可测量，因而无法直接用于辐射防护实践中的场所剂量监测和个人剂量监测。

$ E=\sum\nolimits _{T}{w}_{T}\sum\nolimits _{R}{w}_{R}{D}_{T,R} $

(1)

为较好地估算防护量，ICRU提出运行实用量体系用于回顾及前瞻不同场景下的剂量，以实现辐射防护最优化。运行实用量定义为单一点的量值，因而是可测量的，能够在辐射防护实践中广泛应用。运行实用量的数值越接近防护量，其对防护量的估算就越准确。

现行运行使用量体系随着ICRU第 39号^[2]、43号^[5]、51号^[6]等系列报告逐步完善，该体系基于使用剂量当量H，即吸收剂量D与质因数Q的乘积（公式2）。其中用于场所剂量监测的运行实用量为周围剂量当量H*(d)和定向剂量当量H'(d)，定义为在4种组分制成的直径为30 cm的ICRU球中，指定深度d mm处的剂量。通过对辐射场进行齐向扩展，使上述量值与辐射方向无关。周围剂量当量为H*(10)，眼晶状体定向剂量当量为H'(3)，局部皮肤定向剂量当量为H'(0.07)。上述运行实用量在光子、电子、中子等辐射质的各种能量区间中均有应用，并具有相应的转换系数。

$ H=Q D $

(2)

在场所剂量监测中，用现行运行实用量估算防护量具有天然的局限性。主要体现为：1）定义和模体不一致。防护量与现行运行实用量的定义并不相同，采用的计算模体也不一致。防护量基于拟人模体，而周围剂量当量基于模体ICRU球，二者在几何构型和结构材质上并无相似之处。2）不符合人体解剖结构。ICRU球与人体解剖结构相差甚远，H'(d)的指定深度d无法反映人体各部分复杂的解剖结构。3）量值估算偏差。例如：对于光子辐射而言，运行实用量的转换系数是由空气比释动能近似方法计算的，造成了在高能量光子辐射下，运行实用量高估了防护量；对于1 MeV以下的电子，H'(3)则会低估眼晶状体当量剂量^[7]。

尤其是近二十年来，随着医疗、科研、航空等行业的发展，这些行业从业人员时常置身于超出现行运行实用量评估范围的电离辐射场，用现行运行实用量已无法恰当地评估上述实践中的防护量。

2 场所监测中的新运行实用量

随着近年来模体制造与模拟计算等领域的发展与成熟，解决现行运行实用量在估算防护量中存在的局限性有了较好的契机，为此，科研人员已做了许多探索^[8-9]。在此情况下，ICRU第95号报告首次系统性地提出新的运行实用量体系^[3]，从定义、模体、转换系数等多方面对场所监测中使用的新运行实用量做出改变。通过建立新的运行实用量体系，在更为广泛的辐射类型和能量范围内，实现对防护量更好的近似估算^[10]。

新体系中，运行实用量被重新定义为空间某点或身体表面某点的注量与防护量的转换系数二者之间的乘积。对于能量为E_p的R型单能粒子，新运行实用量表述为公式3。

$ H_{{\rm{R}}}=h_{{\rm{R}}}(E_{p})\cdot\phi_{{\rm{R}}} $

(3)

一般情况下，辐射场是多向且具有不同能量分布的，应对公式3在能量和分布方向上积分，记为公式4。

$ H_{{\rm{R}}}(\Omega)=\int h_{{\rm{R}}}(E_{{\rm{p}}},\Omega)\phi_{{\rm{R}}}(E_{{\rm{p}}},\Omega){\rm{d}}E_{{\rm{p}}} $

(4)

上述公式中，ϕ为粒子注量，转换系数h_R基于ICRP/ICRU成人参考模体^[11]得出。

新运行实用量体系中场所剂量监测涉及全身、眼晶状体、局部皮肤的运行实用量。

全身量值不再使用周围剂量当量H*(10)，而采用周围剂量H*，通过成人参考模体^[11]得出。辐射场中某点的H*定义为粒子类型为i的能量分布上，注量ϕ与转换系数h_i*(E_p)乘积的积分，如公式5。

$ {H}_{\mathrm{i}}^{\mathrm{*}}=\int {h}_{\mathrm{i}}^{\mathrm{*}}\left({E}_{\mathrm{p}}\right)\left[\frac{\mathrm{d}{\mathrm{\Phi }}_{\mathrm{i}}\left({E}_{\mathrm{p}}\right)}{\mathrm{d}{E}_{p}}\right]\mathrm{d}{E}_{\mathrm{p}} $

(5)

式中，h_i*(E_p)与辐射场中有效剂量最大值和粒子注量有关，ICRU第95号报告给出了各粒子类型在不同方向分布上的转换系数参考表。H*的单位为J·kg⁻¹，专有单位名希沃特（Sv）。

同时，新体系中也不再采用原周围剂量当量率，而改为使用周围剂量率dH*/dt，单位为希沃特每秒Sv·s⁻¹。

对于眼晶状体不再使用定向剂量当量H’(3,Ω)，而采用眼晶状体定向吸收剂量D’_lens(Ω)，表示某点以方向Ω入射的粒子注量与转换系数的乘积，记为公式6。

$ {D}'_{\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{s},i}\left(\mathrm{\Omega }\right)=\int {d}'_{\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{s},i}\left({E}_{\mathrm{p}},\mathrm{\Omega }\right)\left[\frac{\mathrm{d}{\mathrm{\Phi }}_{\mathrm{i}}\left({E}_{\mathrm{p}},\mathrm{\Omega }\right)}{\mathrm{d}{E}_{p}}\right]\mathrm{d}{E}_{\mathrm{p}} $

(6)

由参考坐标系规范表述入射方向Ω，垂直入射时，记为0°，此时感兴趣点的 ${D}'_{{\rm{lens}}} $ (Ω)可表示为 ${D}'_{{\rm{lens}}} $ 。

类似的，局部皮肤不再使用定向剂量当量 $H' $ (0.07,Ω)，而采用局部皮肤定向吸收剂量 ${D}'_{{\rm{local}}\;{\rm{skin}}} $ (Ω)，表示某点以特定方向Ω入射的粒子注量与转换系数的乘积，记为公式7。垂直入射时， ${D}'_{{\rm{local}}\;{\rm{skin}}} $ (Ω)可表示为 ${D}'_{{\rm{local}}\;{\rm{skin}}} $ 。

$ {D}'_{\mathrm{l}\mathrm{o}\mathrm{c}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{ }\mathrm{s}\mathrm{k}\mathrm{i}\mathrm{n},i}\left(\mathrm{\Omega }\right)=\int {d}'_{\mathrm{l}\mathrm{o}\mathrm{c}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{ }\mathrm{s}\mathrm{k}\mathrm{i}\mathrm{n},i}\left({E}_{\mathrm{p}},\mathrm{\Omega }\right)\left[\frac{\mathrm{d}{\mathrm{\Phi }}_{\mathrm{i}}\left({E}_{\mathrm{p}},\mathrm{\Omega }\right)}{\mathrm{d}{E}_{p}}\right]\mathrm{d}{E}_{\mathrm{p}} $

(7)

${D}'_{{\rm{lens}}} $ (Ω)和 ${D}'_{{\rm{local}}\;{\rm{skin}}} $ (Ω)的单位为J·kg⁻¹，专有单位名戈瑞（Gy）。眼晶状体定向吸收剂量率和局部皮肤定向吸收剂量率单位为戈瑞每秒Gy·s⁻¹。

与现行运行实用量系统相比，新的运行实用量系统具备明显优势：1）从量值定义上，运行实用量与防护量系统是一致的。对于一定的粒子能量和入射角，新运行实用量和防护量在数值上相等。2）实现了运行实用量和防护量在模体和转换系数上的统一。新运行实用量体系中，不再使用ICRU球，而使用成人参考模体。新运行实用量公式中的转换系数是基于防护量得出的，而上述新运行实用量体系中使用的成人参考模体既用于定义转换系数，又用于定义新运行实用量。除局部皮肤吸收剂量外，新运行实用量的转换系数与防护量的转换系数相同。

将防护量与场所剂量监测中涉及的新、旧运行实用量进行对照，可以更直观地体现现行运行实用量和新运行实用量体系中，相关量名称和模体的变化，详见表1。

总体来说，新的运行实用量体系简化了防护量和运行实用量系统，有助于人们对辐射防护的理解。

3 新运行实用量对场所监测仪器和方法的影响

场所剂量监测中建议的新运行实用量，其定义中均涉及转换系数。转换系数建立了防护量、运行实用量与辐射场中剂量之间的关联。在外照射辐射防护实践中，辐射场中的剂量通常使用该辐射类型的粒子注量。对光子辐射，使用自由空气比释动能。各种电离辐射粒子类型在不同场景下分别对应相应的转换系数。分析和比较现行运行实用量体系和新运行实用量体系中转换系数的变化，对场所剂量监测仪器的设计、校准和使用非常重要。

ICRU第95号报告提出了用于计算新运行实用量的转换系数参考值。这些转换系数建议值参考了大量研究结果^[12-14]，蒙特卡罗计算在其中发挥了重要作用^[15-16]，包括不同粒子类型、能量、入射角等情况下的转换系数。

由于新运行实用量在定义与模体上与防护量具有更好地一致性，因此新运行实用量体系下的转换系数解决了现行运行实用量体系中转换系数的一些局限性，尤其是在某些辐射场中，对防护量的高估或低估。例如以估算有效剂量为例，现行运行实用量体系存在下述问题：1）对于光子辐射，能量低于70 keV时高估，高于3 MeV时低估；2）对于中子辐射，能量高于40 MeV时低估。3）对于电子和正电子，能量在3～30 MeV时高估，能量小于2 MeV时低估。4）对于E_p < 80 MeV的质子，H*(10)高估了H*。新运行实用量体系中的转换系数，能够部分解决上述问题，由此带来剂量记录等方面的变化，也应引起重视。

运行实用量对防护量的准确估算，可靠的测量仪器是必不可少的条件。对于场所剂量监测而言，新运行实用量体系对场所监测仪器在设计和校准等方面的影响值得重视。

新运行实用量体系下，对场所剂量监测仪器进行校准的流程与注意事项，与现行运行实用量体系下完全相同，因而可以完整参照现行校准程序^[17-18]，不再赘述。但监测仪器的设计，需要进行必要的调整。

由于现行运行实用量体系与新运行实用量体系在转换系数中存在一定差异，如果现有场所剂量监测仪器的监测灵敏度依赖于现行运行实用量体系的能量响应、角度响应等数据，则此类仪器不适用于新运行实用量体系。对于大多数商业化的剂量监测仪器而言，没有哪一种能够完全精确的表征辐射场的能量响应和角度响应，但通过正确的使用，仍能够提供具有参考价值的剂量和剂量率数据。

对于光子辐射监测仪器，如果照射方法不变，使用自由空气比释动能，则只需要重新校准即可。例如Geiger-Müller环境监测仪，只需在662 keV时重新校准每周围剂量读数。而电离室则可能高估70 keV以下能量的H*，或许可以通过在探测元件前引入额外的衰减材料来解决这一问题。

对于中子辐射监测仪器，在较为广泛的能量范围内，现有仪器会高估H*。解决这一问题，可能需要重新设计监测仪器，根据修改雷姆计数器的慢化剂，或者引入c≈1/1.6的系数。

因此，在新运行实用量体系中，场所剂量监测仪器经过合理修改后，仍可以继续使用。而蒙特卡罗算法的发展，使得预测剂量仪响应更为方便，从而推动了计量仪器的数字化设计。

在现行运行实用量体系和新运行实用量体系并行的未来二十年中，重新运行实用量与现有体系的转换对接、转换系数的扩展完善、剂量仪器的设计和校准等方面，仍有许多科学问题值得共同探索。