基于固體徑跡探測的中子個人劑量計性能研究

焦巖 曹勤劍 衛(wèi)曉峰 徐園 趙原 劉立業(yè)

摘 要：CR-39 固體徑跡探測器作為一款被動式的中子個人劑量計，具有方便攜帶、價格低廉、抗干擾能力強、對γ、β 射線不敏感、對快中子響應(yīng)好等優(yōu)點。針對新開發(fā)的一款中子個人劑量計，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 21909-1，對新型中子個人劑量計的CR-39 固體徑跡探測單元的相關(guān)性能開展了實驗研究。實驗結(jié)果表明，CR-39 固體徑跡探測器具備良好的測讀重復(fù)性、批次均勻性、劑量線性、穩(wěn)定性、參考輻射場響應(yīng)以及對光子不敏感的屬性，同時給出了CR-39 測量中子劑量的劑量探測下限和不確定度，為國際標(biāo)準(zhǔn)引進提供了實驗數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：外照射;中子;個人劑量計;CR-39

中圖分類號：TL818+ . 1 文獻標(biāo)識碼：A

由于中子輻射場能譜寬、中子散射、中子劑量-注量轉(zhuǎn)換系數(shù)及中子反應(yīng)截面變化大等因素，中子劑量測量與評價一直以來是個人劑量監(jiān)測中的難題。與氣泡探測器和反照率熱釋光探測器相比，CR-39 固體徑跡探測器在穩(wěn)定性及快中子測量方面具備明顯的優(yōu)勢[1-3] 。如今，國內(nèi)廣泛應(yīng)用的中子個人劑量計是反照率熱釋光探測器，其最主要的缺點在于對快中子探測效率低，且在混合輻射場內(nèi)中子測量信號容易被光子信號淹沒。在快中子占比高的混合輻射場內(nèi)，基于CR-39 探測器的個人劑量計由于快中子響應(yīng)好及對光子不敏感而具備較大的應(yīng)用前景。國內(nèi)有關(guān)固體徑跡探測器應(yīng)用于中子探測的研究方向包括徑跡形成機制及粒子鑒別[4-7] ，探測器疊加不同材料來改善響應(yīng)[8-10] ，以及劑量計的性能測試研究[11-13] 。CR-39 探測中子的實際應(yīng)用在測井作業(yè)人員中有過相關(guān)報導(dǎo)[14] ， 并且有對應(yīng)的國家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GBZ/ T 148—2002《用于中子測井的CR39 中子劑量計的個人劑量監(jiān)測方法》[15] 出臺。

與對中子個人劑量計較廣泛的研究相比，現(xiàn)階段我國缺乏關(guān)于被動式中子個人劑量計性能的普遍適用且全面的測試標(biāo)準(zhǔn)。國家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GBZ 128—2019《職業(yè)性外照射個人監(jiān)測規(guī)范》[16]5. 2. 4 節(jié)明確提及在中子和γ 射線混合輻射場中，當(dāng)中子劑量與γ 劑量的比值超過10%，原則上應(yīng)使用能分別測量中子劑量和光子劑量的鑒別式中子劑量計，但相較于標(biāo)準(zhǔn)明確了X、γ 和β 射線監(jiān)測用Hp（10）劑量計的性能要求，此標(biāo)準(zhǔn)并未給出中子劑量計的性能要求。GBZ 207—2016《外照射個人劑量系統(tǒng)性能檢驗規(guī)范》[17] 針對中子劑量監(jiān)測，將中子的個人劑量檢測系統(tǒng)的檢驗類型歸為第Ⅴ類：（中子-光子混合）。國內(nèi)常用的中子個人劑量計檢定規(guī)程JJG 35—2014《個人監(jiān)測用熱釋光反照率中子劑量測量系統(tǒng)檢定規(guī)程》[18] 對反照率熱釋光中子劑量計給定了線性、角響應(yīng)的性能要求，GBZ/ T 148—2002《用于中子測井的CR39中子劑量計的個人劑量監(jiān)測方法》規(guī)范了CR-39的測量程序及測量要求，未提及相關(guān)的性能要求。

相較之，國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 21909-1《被動式中子劑量計—第1 部分：個人劑量計測定的性能和試驗要求》[19] 作為當(dāng)前關(guān)于被動式中子個人劑量計性能要求最為詳細的標(biāo)準(zhǔn)，面向所有可用于測量中子劑量的被動式劑量計（包括且不限于CR-39、熱釋光），給出了被動式中子個人劑量計的性能試驗要求，包括性能測試范圍以及相應(yīng)的合格指標(biāo)，ISO21909-1：2021 是此國際標(biāo)準(zhǔn)的最新版本，與上一版本相比，新版標(biāo)準(zhǔn)在變異系數(shù)、劑量非線性、能量與角度響應(yīng)等的限值上進行了更為嚴格的要求。國際上多款中子個人劑量計產(chǎn)品以ISO21909-1 作為性能測試標(biāo)準(zhǔn)，例如國外學(xué)者對基于CR-39 的中子個人劑量計性能研究開展了相關(guān)的研究工作[20-21] ，以考察CR-39 能否滿足相應(yīng)的測試條件。因此，本文基于新開發(fā)的中子個人劑量計，根據(jù)最新版的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 21909 - 1：2021 對個人劑量計中的CR-39 固體徑跡探測單元的相關(guān)性能開展實驗研究，給出測試結(jié)果分析CR-39 對國際標(biāo)準(zhǔn)的適用性，為日后相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的引入提供實驗數(shù)據(jù)參考。