個(gè)人劑量?jī)x的現(xiàn)狀與發(fā)展

陳燦 邵建文 許照乾 毛定立

（浙江省計(jì)量科學(xué)研究院，浙江杭州 310018）

個(gè)人劑量?jī)x的現(xiàn)狀與發(fā)展

陳燦 邵建文 許照乾 毛定立

（浙江省計(jì)量科學(xué)研究院，浙江杭州 310018）

個(gè)人劑量?jī)x是用于監(jiān)測(cè)電離輻射對(duì)人體照射的劑量當(dāng)量率和劑量當(dāng)量的電子儀器儀表，輻射探測(cè)器是劑量?jī)x的核心元器件，本文分析了各種探測(cè)器的優(yōu)缺點(diǎn)，著重介紹了半導(dǎo)體探測(cè)器在劑量?jī)x中的應(yīng)用現(xiàn)狀，同時(shí)根據(jù)半導(dǎo)體技術(shù)與工藝的發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)概念、應(yīng)用需求，提出了個(gè)人劑量?jī)x的發(fā)展方向。

個(gè)人劑量?jī)x 半導(dǎo)體探測(cè)器 物聯(lián)網(wǎng)

電離輻射是一切能引起物質(zhì)電離的輻射總稱(chēng)。其種類(lèi)很多，如X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)、電子、中子、質(zhì)子等，主要特點(diǎn)是波長(zhǎng)短、頻率高和能量高。與物質(zhì)相互作用會(huì)產(chǎn)生物理、化學(xué)和生物效應(yīng)，得以廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)研究、核動(dòng)力、核燃料、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生保健、軍事國(guó)防、環(huán)境防護(hù)等各領(lǐng)域和部門(mén)；同時(shí)放射性核素也廣泛存在于自然界中：如大氣、土壤以及礦產(chǎn)中等。因此在利用電離輻射的同時(shí)，我們也面臨著危害，因?yàn)殡婋x輻射有很強(qiáng)的穿透性和高能量，能引起細(xì)胞化學(xué)平衡的改變，某些改變會(huì)引起癌變，還會(huì)在人體組織內(nèi)釋放能量，導(dǎo)致細(xì)胞死亡或損傷。因此國(guó)家有關(guān)部門(mén)制定了《放射性同位素與射線(xiàn)裝置安全和防護(hù)條例》（中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院令第449號(hào)）和《放射診療管理規(guī)定》（中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部令第46號(hào)）規(guī)定對(duì)放射診療的設(shè)備的放射性能質(zhì)量保證、工作場(chǎng)所的放射防護(hù)必需進(jìn)行定期檢測(cè)評(píng)價(jià)，并結(jié)合《放射工作人員職業(yè)健康管理辦法》（中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部令第55號(hào)）規(guī)定對(duì)放射工作人員進(jìn)行個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)，以加強(qiáng)放射診療工作的管理，保證醫(yī)療質(zhì)量和安全，保障放射診療工作人員、患者和公眾的健康權(quán)益。所以要合理有效利用電離輻射，同時(shí)保障接觸電離輻射人員安全，就需要對(duì)電離輻射進(jìn)行測(cè)量，了解電離輻射的強(qiáng)度從而進(jìn)行相應(yīng)防護(hù)。

1 個(gè)人劑量?jī)x

劑量?jī)x是測(cè)量電離輻射劑量的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于存在電離輻射的環(huán)境中輻射劑量的測(cè)量，用來(lái)監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)、環(huán)境的輻射量以及保障工作人員進(jìn)行個(gè)人安全防護(hù)監(jiān)測(cè)及放射性提示，在實(shí)際需求中有非常重要的作用。特別是醫(yī)學(xué)射線(xiàn)診斷治療過(guò)程中工作人員、病人所受劑量的實(shí)時(shí)檢測(cè)，已經(jīng)越來(lái)越受到重視，將來(lái)必將成為必不可少的指標(biāo)。

其中個(gè)人劑量?jī)x是主要用來(lái)監(jiān)測(cè)X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)對(duì)人體照射的劑量當(dāng)量率和劑量當(dāng)量的電子儀器儀表。常用的個(gè)人防護(hù)劑量?jī)x有熱釋光劑量計(jì)、報(bào)警儀及直讀式劑量?jī)x等，這其中熱釋光劑量計(jì)作為最基本的劑量測(cè)量器件而廣泛使用，其體積小重量輕，可在身體多處佩戴，但是其無(wú)法實(shí)時(shí)了解劑量數(shù)據(jù)而是需要在專(zhuān)門(mén)的讀出儀上讀取累積劑量數(shù)據(jù)；報(bào)警儀只能在劑量達(dá)到額定閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警；其他常用個(gè)人防護(hù)劑量?jī)x一般稱(chēng)為智能電子個(gè)人劑量?jī)x，大多可以實(shí)時(shí)讀取劑量數(shù)據(jù)并設(shè)定閾值進(jìn)行報(bào)警，作為一種小型而有效的輻射防護(hù)儀器，在實(shí)際使用極為重要。

表1

2 個(gè)人劑量?jī)x常用探測(cè)器

劑量測(cè)量原理：射線(xiàn)（高速帶電粒子如α、β、質(zhì)子，不帶電粒子如X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)、中子）與物質(zhì)相互作用會(huì)產(chǎn)生各種效應(yīng)：如電離效應(yīng)、熒光效應(yīng)、感光效應(yīng)、契倫柯夫效應(yīng)等。射線(xiàn)探測(cè)器即按上述的探測(cè)原理中所產(chǎn)生的某一效應(yīng)，將射線(xiàn)能量轉(zhuǎn)換成可被記錄的電信號(hào)，因此實(shí)質(zhì)上它是一種能量轉(zhuǎn)換器。

根據(jù)與物質(zhì)相互作用效應(yīng)不同可以用不同的測(cè)量方法和儀器，我們常用的有氣體電離探測(cè)器（電離室、蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管等）、閃爍計(jì)數(shù)器和半導(dǎo)體探測(cè)器等。表1是常用探測(cè)器的優(yōu)缺點(diǎn)：

劑量?jī)x的性能主要由所使用探測(cè)器的性能決定。鑒于上表所述半導(dǎo)體探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)，PIN半導(dǎo)體探測(cè)器近年來(lái)在輻射監(jiān)測(cè)儀表方面特別是個(gè)人劑量?jī)x上越來(lái)越廣泛的應(yīng)用［1-5］，隨著其性能與工藝不斷提高和完善，使得在個(gè)人劑量?jī)x探測(cè)器方面有了更多的選擇。各廠(chǎng)家也正在不斷實(shí)驗(yàn)新型的靈敏面積更大、性能價(jià)格比更高的PIN半導(dǎo)體探測(cè)器，相信會(huì)對(duì)個(gè)人劑量?jī)x的物理性能會(huì)有很大的改善。

由于防護(hù)劑量?jī)x一般所受劑量較?。óa(chǎn)生信號(hào)強(qiáng)度較小），同時(shí)半導(dǎo)體探測(cè)器的能響較差，因此劑量?jī)x的電路特別是探測(cè)器后積分電路設(shè)計(jì)也極為重要；同時(shí)由于個(gè)人劑量?jī)x一般為佩戴式，需要在性能與體積重量間找到平衡。

3 個(gè)人劑量?jī)x國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

因個(gè)人劑量?jī)x應(yīng)滿(mǎn)足體積小、使用簡(jiǎn)單、可批量生產(chǎn)等要求，特別是滿(mǎn)足靈敏度、能響以及信息化的要求，從而適合于輻射防護(hù)級(jí)測(cè)量，導(dǎo)致高性能產(chǎn)品較少。

3.1 國(guó)內(nèi)產(chǎn)品應(yīng)用、研制現(xiàn)狀

由于工藝和技術(shù)的原因，國(guó)內(nèi)對(duì)于高精度、便攜式劑量?jī)x的研制能力普遍比較弱，且多采用精度較低、能量響應(yīng)線(xiàn)性較差、不穩(wěn)定的GM（蓋革-彌勒）計(jì)數(shù)管作為探測(cè)器。國(guó)內(nèi)自主劑量?jī)x研發(fā)能力及產(chǎn)品占有率較高的有中國(guó)輻射防護(hù)研究院下屬的核儀器研發(fā)中心，代表產(chǎn)品有F J系列（探測(cè)器是經(jīng)補(bǔ)償型蓋勒-穆勒計(jì)數(shù)管）、SDM2000（硅半導(dǎo)體探測(cè)器）、SPD100（光電二極管半導(dǎo)體探測(cè)器）等。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的高端X射線(xiàn)劑量?jī)x以國(guó)外品牌為主，代表性的劑量?jī)x有芬蘭的R A D-6 0（硅（晶體）二極管）、白俄羅斯的POLIMASTER的PM系列（舊款常用蓋革-穆勒計(jì)數(shù)管，現(xiàn)用碘化銫（CsI）閃爍晶體探測(cè)器）、美國(guó)RAE的PRM系列（碘化銫（CsI）閃爍晶體及其他半導(dǎo)體探測(cè)器）以及日本ALOKA的PDM系列（硅半導(dǎo)體探測(cè)器）等，這些產(chǎn)品具有比較好的可靠性、穩(wěn)定性和功能。

劑量?jī)x主要用來(lái)監(jiān)測(cè)X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)，能量響應(yīng)根據(jù)探測(cè)器不同也會(huì)不同，如使用GM計(jì)數(shù)管則能響一般在（0.05～1.5）MeV，半導(dǎo)體探測(cè)器則能響可以上升至3MeV甚至更高；但使用不同的高壓以及特殊的信號(hào)處理電路，GM計(jì)數(shù)管也可以拓展能響范圍，如白俄羅斯的PM1621能響范圍10keV～20MeV。

3.2 個(gè)人劑量?jī)x的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)隨著半導(dǎo)體技術(shù)以及電子技術(shù)的快速發(fā)展，個(gè)人劑量?jī)x也越來(lái)越多使用半導(dǎo)體探測(cè)器，并向著能量響應(yīng)范圍廣、線(xiàn)性好；測(cè)量范圍廣、準(zhǔn)確度高；可探測(cè)輻射種類(lèi)多，包括X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)、中子等；小型化并降低重量，便于長(zhǎng)時(shí)間攜帶；能耗低，使用小型電池的同時(shí)增加使用時(shí)間；智能化（如可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、記錄以經(jīng)濟(jì)劑量管理）等方向發(fā)展。

而其中劑量?jī)x與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合（如可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽?，是最近的研究熱點(diǎn)。利用該技術(shù)可全方位監(jiān)測(cè)工作人員所受的劑量情況，方便建立劑量檔案。如任何人的實(shí)時(shí)、累計(jì)劑量，甚至在每個(gè)位置處所受的具體劑量等數(shù)據(jù)。從中可以得到每個(gè)位置處的劑量變化情況以及回溯人員何時(shí)何地受到大劑量的輻射，排查隱情，保障安全。

現(xiàn)有不少?lài)?guó)外廠(chǎng)家都推出了類(lèi)似的產(chǎn)品，例如POLIMASTER的PM1621等可使用紅外線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)，RAE的PRM-1200可使用接觸式、紅外線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，而其PRM-3040使用藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)也有相應(yīng)的產(chǎn)品［6］，如中國(guó)輻射防護(hù)研究院研制的藍(lán)牙通訊個(gè)人劑量?jī)x。該個(gè)人劑量報(bào)警儀使用鹵素計(jì)數(shù)管，可監(jiān)測(cè)X、γ輻射引起的累積個(gè)人劑量當(dāng)量和個(gè)人劑量當(dāng)量率。測(cè)量數(shù)據(jù)和工作時(shí)間等可存儲(chǔ)在劑量?jī)x內(nèi)且掉電不丟失，并可由藍(lán)牙通訊方式傳輸至讀出器和中心計(jì)算機(jī)。劑量?jī)x有兩種工作方式，既可配合讀出器和計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)工作， 也可單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行。該類(lèi)產(chǎn)品在大型輻射區(qū)域環(huán)境內(nèi)特別適用，如醫(yī)院、軍隊(duì)、核電站等。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從個(gè)人劑量?jī)x的重要性、使用的普遍性可見(jiàn)未來(lái)智能式個(gè)人劑量?jī)x的發(fā)展和應(yīng)用空間會(huì)更加廣闊。

雖然國(guó)內(nèi)對(duì)于個(gè)人劑量?jī)x有一定的研究，也開(kāi)發(fā)了一系列優(yōu)秀產(chǎn)品，但是目前國(guó)內(nèi)的儀器由于工藝和技術(shù)的原因，還存在著一些缺點(diǎn)，尤其是核電站主要依靠進(jìn)口儀器；同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)的概念也剛剛起步，有相應(yīng)功能的產(chǎn)品也屈指可數(shù)；國(guó)外類(lèi)似的個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)、功能多，但存在價(jià)格昂貴、訂貨周期長(zhǎng)、維護(hù)復(fù)雜等問(wèn)題。因此非常有必要開(kāi)展相關(guān)產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)，豐富我們的個(gè)人劑量?jī)x產(chǎn)品，讓其保障我們生產(chǎn)、生活的安全。

［1］劉正山，鄧長(zhǎng)明，張志勇，程昶.PIN半導(dǎo)體探測(cè)器在個(gè)人劑量?jī)x中的應(yīng)用研究.核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2005，25（6），661-663.

［2］趙士安，歐向明.RD-98半導(dǎo)體探測(cè)器的劑量學(xué)特性研究.中國(guó)輻射衛(wèi)生，2004，13（1），71-72.

［3］劉正山，張志勇，程昶等.半導(dǎo)體探測(cè)器個(gè)人劑量計(jì)及其性能測(cè)試.輻射防護(hù)通訊，1999，19（1），3-6.

［4］羅平安，劉啟禮，汪如桂，周春芝.DM91個(gè)人劑量?jī)x半導(dǎo)體探測(cè)器性能研究.第十屆全國(guó)核電子學(xué)與核探測(cè)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，99-101.

［5］劉正山，張志勇，程昶等.半導(dǎo)體探測(cè)器個(gè)人劑量計(jì)的實(shí)驗(yàn)研究.98年全國(guó)輻射防護(hù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文匯編，1-6.

［6］李正才，宿小輝，金宇等.藍(lán)牙通訊個(gè)人劑量?jī)x及其管理系統(tǒng)的研制.核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2008，28（5），1041-1044.