新型熱釋光個人劑量計的性能測試分析*

趙進(jìn)沛 周 超 王新彤 江其生 張 建 李秀芹

1 材料與方法

1.1 測試儀器

本研究測試的的熱釋光個人劑量計，是為優(yōu)化入射角響應(yīng)及增加能量鑒別功能而特殊設(shè)計的新型模體劑量計，Hp(10)槽體位置的前方模體采用了組織等效性較好的聚四氟乙烯材料，并加工成半球型，探測器相當(dāng)于處于球體中心位置。此外，專設(shè)了能量鑒別槽體位置，其前方模體設(shè)置了一個組織等效性＞10 mm水的金屬板模體。試驗(yàn)主要采用的儀器有熱釋光個人劑量計、熱釋光讀出儀和熱釋光退火爐，均由北京珺儀聯(lián)瑞核探測技術(shù)研究所研制，所有儀器使用前均經(jīng)中國計量科學(xué)研究院校準(zhǔn)，其主要參數(shù)見表1。

表1 試驗(yàn)測量儀器

1.2 測試條件

(1)退火條件。退火溫度為240 ℃，恒溫退火10 min。

(2)冷卻條件。室溫下將退火盤置于冷卻板上自然冷卻。

(3)測讀條件。20 ℃/s的升溫速度升至140 ℃，并保持20 s，再以20 ℃/s的速度升溫至240 ℃，保持20 s。

1.3 照射條件

將熱釋光探測器退火冷卻后分裝于新型劑量計盒的Hp(10)半球型模體槽體；輻照源采用137Cs源和γ基準(zhǔn)裝置，以及窄譜過濾X射線照射基準(zhǔn)裝置。輻照時均放置于ICRU推薦的外部尺寸為30 cm×30 cm×15 cm(高×寬×厚)的平板水箱體模前方，并正對射線束方向。上述標(biāo)準(zhǔn)輻照在中國國防科技一級計量站完成。

1.4 性能檢測

試驗(yàn)依據(jù)“個人與環(huán)境監(jiān)測用X、γ輻射熱釋光劑量測量系統(tǒng)”和國家標(biāo)準(zhǔn)“個人與環(huán)境監(jiān)測用熱釋光劑量測量系統(tǒng)”進(jìn)行新型熱釋光個人劑量計的性能試驗(yàn)，其輻照分組見表2。

表2 性能檢測照射分組方案匯總

1.4.1 非線性響應(yīng)

將同一批次的劑量計準(zhǔn)備5組，每組準(zhǔn)備12支劑量計。將各組劑量計用137Cs參考輻射分別給予不同劑量當(dāng)量約定值Ci的輻照。讀出計數(shù)值并計算其指示值，得出每組劑量計指示值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差sE-l，其計算為公式1：

1.3 療效判斷標(biāo)準(zhǔn) ⑴治愈：鼻內(nèi)窺鏡下造瘺口上皮化良好、淚道沖洗通暢、無溢淚、分泌物溢出。好轉(zhuǎn)：鼻內(nèi)窺鏡下可見造瘺口上皮化但較小，淚道沖洗通暢，有少許沖洗液返流，伴少許溢淚。無效：鼻內(nèi)窺鏡下造瘺口未見上皮化，淚道沖洗不通暢，出現(xiàn)溢淚、溢膿等。治愈和好轉(zhuǎn)均視為有效。

式中Ci為第i組劑量計的劑量當(dāng)量約定真值；Cr，0為參考劑量當(dāng)量1.5 mSv，輻射源為137Cs；Er，0為在參考條件下由參考劑量Cr，0照射產(chǎn)生的劑量指示值；Ucom，i為的置信區(qū)間半寬度。

1.4.2 能量響應(yīng)

將同一批次的劑量計準(zhǔn)備4組，每組數(shù)量為12個。將上述4組劑量計分別用相同劑量當(dāng)量約定值Ci的47 keV、65 keV、83 keV和137Cs正面輻照。得出每組劑量計指示值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，其計算為公式2：

式中Ci為各組劑量計的劑量當(dāng)量約定值；Cr，0為參考劑量當(dāng)量1.5 mSv，輻射源為137Cs；Er，0為在參考條件下由參考劑量Cr，0照射產(chǎn)生的劑量指示值；Ucom，i為的置信區(qū)間半寬度；U為的相對擴(kuò)展不確C，com，i定度。

1.4.3 量值檢驗(yàn)

準(zhǔn)備1組同一批次的劑量計，數(shù)量為12個。將劑量計用劑量當(dāng)量約定值為Ci的137Cs參考輻射進(jìn)行照射，用熱釋光劑量讀出儀讀出計數(shù)值，得出每個劑量計的指示值E，以及該組指示值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，其計算為公式3：

式中Ci為該組劑量計的劑量當(dāng)量約定值1.2 mSv；U為的置信區(qū)間半寬度。

1.4.4 相對誤差

將非線性響應(yīng)試驗(yàn)輻照后的5個劑量組的劑量計進(jìn)行讀數(shù)并計算其指示值，得出每組劑量計指示值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，其計算為公式4：

式中Ci為各組劑量當(dāng)量約定真值，Ui為的置信區(qū)間半寬度。

1.4.5 變異系數(shù)

將實(shí)非線性響應(yīng)試驗(yàn)和能量響應(yīng)試驗(yàn)的各組劑量計進(jìn)行讀數(shù)，得出每一組劑量計指示值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差Si，其計算為。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

首先采用Grubbs檢驗(yàn)法在顯著性水平為0.05下去除各劑量計組中離散值，然后再采用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果

經(jīng)對新型熱釋光個人劑量計的非線性響應(yīng)、能量響應(yīng)、量值檢驗(yàn)、相對誤差及變異系數(shù)等性能指標(biāo)進(jìn)行檢測，其綜合評定結(jié)果均可滿足國家檢定規(guī)程“個人與環(huán)境監(jiān)測用X、γ輻射熱釋光劑量測量系統(tǒng)”和國家標(biāo)準(zhǔn)“個人與環(huán)境監(jiān)測用熱釋光劑量測量系統(tǒng)”的要求，見表3。

表3 性能指標(biāo)測試結(jié)果匯總

3 討論

熱釋光劑量測量技術(shù)具有靈敏度高、測量范圍廣及成本較低等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測及工業(yè)、國防及科學(xué)技術(shù)等各個領(lǐng)域[7-9]。由于熱釋光劑量測量性能對于劑量計結(jié)構(gòu)與材料的依賴性，通過設(shè)計新型劑量計以提高其性能的研究已有部分報道[10-12]。同時，也有一些研究通過進(jìn)行熱釋光測量的質(zhì)量控制以提高檢測準(zhǔn)確度[13-15]。研究效果的評價，均需要以性能測試分析的結(jié)果為基礎(chǔ)和依據(jù)。本研究依據(jù)國家檢定規(guī)程“個人與環(huán)境監(jiān)測用X、γ輻射熱釋光劑量測量系統(tǒng)”[5]和國家標(biāo)準(zhǔn)“個人與環(huán)境監(jiān)測用熱釋光劑量測量系統(tǒng)”[6]對新型半球型模體劑量計有關(guān)Hp(10)的常規(guī)性能指標(biāo)進(jìn)行了測試與評價，主要包括非線性響應(yīng)、能量響應(yīng)、量值檢驗(yàn)、相對誤差、變異系數(shù)等指標(biāo)。

非線性響應(yīng)是指在一定的輻射劑量范圍之內(nèi)，劑量計所測得的指示值與不同輻照劑量的符合程度；能量響應(yīng)則表達(dá)在能量不同的射線輻照情況下，能量因素對測量結(jié)果的影響程度；量值檢驗(yàn)指的是，對于已選定的刻度因子，劑量檢測值與輻照約定值相對偏差；相對誤差是指在不同輻照劑量情況下，每個量的檢測結(jié)果與輻照約定值的相對差異；變異系數(shù)反映了同一批次的不同劑量計對輻照信號響應(yīng)的一致程度，變異系數(shù)越小，其批均勻性越好，對于同一劑量的輻照其劑量計信號響應(yīng)值的分散程度就越小。

4 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明，所測新型熱釋光個人劑量計的非線性響應(yīng)、能量響應(yīng)、量值檢驗(yàn)、相對誤差及變異系數(shù)等指標(biāo)均符合國家檢定規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)的要求，可為新型熱釋光個人劑量計用于外照射個人監(jiān)測提供依據(jù)。