TASLIMAGE固体核径迹测量系统监测中子个人剂量的应用研究*

翟贺争 张继勉 曹 磊 王巧娟 张仲健 魏 超 武 权 张珠博 王小春*

TASLIMAGE固体核径迹测量系统监测中子个人剂量的应用研究*

翟贺争①张继勉②曹 磊③王巧娟①张仲健①魏 超①武 权①张珠博①王小春①*

目的：应用TASLIMAGE测量系统测量中子剂量刻度系数，研究测量系统在中子个人剂量监测中的应用。方法：依据国家标准GBZ207-2008“外照射个人剂量系统性能检验规范”等的推荐方法，应用TASLIMAGE测量系统测量经中子源刻度过的CR39中子个人剂量计，得到中子剂量刻度系数；对TASLIMAGE系统测量的中子剂量进行检测并应用该系统进行中子个人剂量监测。结果：实验获得了符合性较好的剂量线性曲线，刻度系数为513.57 tr/cm2•mSv-1，中子剂量与参考剂量的测量偏差最大为7.34%。结论：应用TASLIMAGE系统进行中子个人剂量监测，使用方便、高效，符合国家标准GBZ128-2013职业性外照射个人监测规范等相关标准的要求，可为今后开展中子个人剂量监测提供理论依据，奠定实验基础。

中子个人剂量；固体核径迹；TASLIMAGE测量系统；CR39中子个人剂量计

[First-author’s address]Institute of Radiation Medicine, Chinese Academy of Medical Sciences, Tianjin 300192, China.

中子测井技术广泛应用于我国油田勘探工作，测井工作人员可以接触到放射性中子源的照射。联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)报告指出，测井场所辐射危害应引起重视[1]；国际辐射防护委员会(ICRP)第103报告指出，在测井场所应实施中子个人剂量监测[2]。中子属于高线性能量传递(linear energy transfer，LET)射线，其辐射权重因子是X射线、γ射线的5～20倍，因此为了保护与中子相关的放射工作人员健康，监测中子个人剂量非常重要。

聚丙烯二甘醇碳酸酯(polyallgl diglycol carbonate，PADC)，分子式为C12H18O7，简称CR39，是目前较理想的快中子固体核径迹探测元件，其测量原理是中子与CR39中的C、H和O原子核作用而产生核反应产物(主要是反冲核、裂变碎片等)，在元件表面形成损伤(初始径迹)，经过化学试剂的蚀刻之后，损伤扩大至可以在显微镜下观察到的径迹，径迹密度与中子剂量有一定的线性关系，进而可以实现对中子的定量测量。

目前，为解决人工显微镜下测读中子径迹效率低、准确性差的问题，国内外均研发出了核径迹蚀刻测量系统，如军事医学科学院研发的BR自动测量系统、英国的TASLIMAGE自动测量系统和匈牙利的RADOSYS测量系统等，在视野透视、径迹参数设定和径迹分辨力等方面均具有较好的优势。中国医学科学院放射医学研究所于2012年引进了英国的TASLIMAGE固体核径迹测量系统和CR39中子个人剂量计，初步建立了放射职业场所个人中子剂量监测方法，从而定期监测职业性中子危害水平，保障职业人员健康，为个人剂量监测数据库提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 径迹测量系统

TASLIMAGE固体核径迹测量系统包括扫描平台、聚焦装置的光学显微镜、CCD摄像机、计算机显示装置及配套软件，其能够对径迹识别率、径迹密度等参数进行测量，并可给出径迹面积、周长、轴比及深度。由于实验需要拟合中子剂量刻度曲线，因此选择半自动测量模式，以便对测量数据进行比较。

1.2 实验对象及刻度

采用Fukuvi公司生产的厚度为0.9 mm的CR39固体核径迹探测元件，将其用激光雕刻机切割成规格为10 mm×10 mm的探测元件。选择40片CR39探测元件，本底组为10片，其余均分至5个组，放置在ICRP推荐30 cm×30 cm×15 cm的水模中轴线上，在原子能科学研究院(国家电离辐射计量一级站)的241Am-Be中子参考辐射场垂直照射，根据现场照射的中子注量(单位是n/cm2)和241Am-Be中子源的中子剂量换算系数(3.98×10-7mSv/n•cm2)，拟合出5组的中子参考剂量分别为0.3 mSv、1.0 mSv、2.0 mSv、3.0 mSv和5.0 mSv。

1.3 蚀刻径迹形成原理

被中子照射过的CR39探测元件，其表面会形成初始径迹，经过一定的化学蚀刻后，会形成在光学显微镜下观测到的径迹(如图1所示)[3]。

图1 蚀刻径迹的形成示意图

径迹形成的动力学参数包括径迹蚀刻速率、体刻蚀速率等，显微镜观测到的径迹轮廓由蚀刻速率比V决定(公式1)。

1.4 径迹蚀刻及计算方法

实验采用的CR39径迹蚀刻条件是目前较公认的方法，即化学蚀刻试剂浓度为6.25 mol/L的NaOH溶液，选用温控范围为(70±0.2) ℃，蚀刻时间为10.0 h[4-5]。应用TASLIMAGE系统对刻度且蚀刻过的CR39进行测量，记录数据并拟合线性曲线。根据国家相关规范，并结合实际运算情况进行中子剂量计算(公式2)[6-7]。

式中，E为暴露期间工作人员中子个人剂量当量Hp(10)剂量(mSv)；Nc和Nb分别为暴露片和未暴露片的径迹密度(tr/cm2)；Nc-Nb为中子剂量片的净径迹密度(tr/ cm2)；K为中子剂量刻度系数(tr/cm2•mSv-1)。

1.5 中子剂量测量比对

准备9个CR39探测元件，分成3组，分别在241Am-Be中子参考辐射场中给予2.0 mSv、3.0 mSv和5.0 mSv的剂量，然后用TASLIMAGE系统及其刻度系数得到3组CR39元件的剂量，并与参考剂量进行比对，从而检验测量结果的准确性。

1.6 中子个人剂量监测

将CR39探测元件放置于由中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所提供的剂量盒中，发给某测井公司的放射工作人员佩戴，周期为2013年7月1日至2013年9月30日，回收后采用TASLIMAGE系统测量中子个人剂量水平，完成对职业人员的个人剂量监测。

2 结果

2.1 剂量刻度曲线

应用TASLIMAGE核径迹测量系统测量刻度过的CR39探测元件，径迹图如图2所示。根据视场面积计算出对应参考剂量的径迹密度及各参考剂量的刻度系数，其结果见表1。

图2 TASLIMAGE测量的径迹图

表1显示，TASLIMAGE测量系统对CR39在不同参考剂量下的刻度系数有所不同，原因主要是径迹识别误差和计数系统差异造成的。用最小二乘法拟合CR39剂量片的净径迹密度与中子参考剂量曲线如图3所示，从而得到中子剂量刻度曲线。

表1 TASLIMAGE对标定CR39的径迹测量结果

图3 TASLIMAGE测量CR39的刻度曲线

TASLIMAGE测量系统拟合曲线的决定系数为0.9994、斜率为513.57，故线性刻度系数为513.57 tr/ cm2•mSv-1。根据不同径迹密度，可以从剂量曲线上得到相应的中子剂量。

2.2 中子剂量比对

采用TASLIMAGE系统及中子剂量线性刻度系数KT对9个CR39剂量片进行中子剂量测量，测量偏差最大为7.34%，结果见表2。

表2 TASLIMAGE系统中子测量比对结果

2.3 中子剂量监测

某测井公司2013年第3季度CR39探测元件在70℃的NaOH溶液蚀刻10 h后，采用纯水冲洗→酸浸2 h→纯水冲洗→酒精浸泡10 min→热风机吹干后应用TASLIMAGE系统监测中子剂量，其结果见表3。

表3 某测井公司第3季度中子个人剂量监测(部分)

3 讨论

在实验中每一批次的CR39有所不同，应用径迹测量系统重新测量其中子剂量刻度系数非常重要。本次实验采用的化学蚀刻条件(温度、碱液浓度及蚀刻时间)是按照目前普遍接受的蚀刻条件，蚀刻过的CR39在自动测量系统中获得了较好的径迹图像，但也有学者采用不同的蚀刻条件，因此采取进一步的研究来确定适合TASLIMAGE系统和本批次CR39的最佳蚀刻条件非常必要[8-9]。

中子剂量刻度系数可以称为中子剂量灵敏度，表征了每单位注量(剂量)中子轰击CR39探测元件后的径迹条数，是中子个人监测中的重要参数。TASLIMAGE测量系统在不同参考剂量下的刻度系数有所不同，测量结果在参考剂量为0.3 mSv和1 mSv时相对应的刻度系数为562.1 tr/cm2•mSv-1和465 tr/ cm2•mSv-1，与曲线刻度系数513.57 tr/cm2•mSv-1相差较大，而在2～5 mSv参考剂量时，测量结果相差较小。究其可能原因是：①反冲核在CR39表面形成的径迹深浅不同，显微镜选择计数的层面不同而导致计数差异；②考虑到中子剂量较低时CR39剂量片上径迹较少，且有微观杂质干扰径迹识别，以致计数偏差较大。比对实验研究中剂量测量偏差最大为7.34%，满足了国家职业卫生标准GBZ207-2008“外照射个人剂量系统性能检验规范”中子测量结果扩展不确定度≤8%的要求，可见测量系统具有较高的准确度[7]。因此，TASLIMAGE系统用于中子个人剂量监测其结果可信。

固体核径迹法测量中子剂量，能够有效地区分出n-γ混合场的中子剂量贡献量。国内学者对CR39做了大量的实验研究并且提出一种高灵敏度的CR39剂量片，有效地对低能谱中子进行测量，对个人剂量监测有较好的应用前景[10-11]。TASLIMAGE测量系统属于全自动固体径迹蚀刻测量系统，测量CR39剂量片方便、高效，为以后批量做中子个人剂量监测打下良好的基础，并为建立规范的中子个人剂量监测方法提供依据。实施个人剂量监测的质量保证工作也不容忽视，为确保测量结果准确、可信，开展中子剂量测量比对工作具有重要的实际意义。

参考文献

[1]UNSCEAR.Sources and effects of ionizing radiation[R].Report Volume I，2000.

[2]ICRP.The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection，ICRP Publication 103[J].Ann ICRP，2007，37(2-4)：1-332.

[3]Nikezic D，Yu KN.Formation and growth of tracks in nuclear track materials[J].Mater Sci Eng，2004，46：51-123.

[4]Scharrer AF，Mayer S，Boschung M，et al.Influence of variation of etching conditions on the sensitivity of PADC detectors with a new evaluation method[J].RadiatProt Dosim，2011，144(4)：150-154.

[5]Mariotti F，Falangi G，Fantuzzi E.Comparison among two fast neutron CR-39 materials：preliminary experimental studies[J].Radiat Meas，2009，44：996-998.

[6]中华人民共和国卫生部.GBZ/T148-2002用于中子测井的CR39中子剂量计的个人剂量监测方法[S].北京：中国标准出版社，2002.

[7]中华人民共和国卫生部.GBZ207-2008外照射个人剂量系统性能检验规范[S].北京：中国标准出版社，2008.

[8]王兴功，骆亿生，张红，等.CR-39固体核径迹探测器用于中子测量化学蚀刻参数的优化[J].核技术，2005，28(4)：319-323.

[9]Castillo F，Espinosa G，Golzarri JI，et al.Fast neutron dosimetry using CR-39 track detectors with polyethylene as radiator[J].Radiat Meas，2013，50：71-73.

[10]曹磊，邓君，张贵英，等.CR39中子个人剂量计性能实验研究[J].辐射防护，2012，32(2)：1-5.

[11]曹磊，邓君，王成国，等.用于油气田测井的CR39快/热中子个人剂量计的初步设计[J].中华放射医学与防护杂志，2011，31(4)：489-492.

Application research on solid state nuclear track TASLIMAGE system on neutron individual dose monitoring

ZHAI He-zheng, ZHANG Ji-mian, CAO Lei, et al// China Medical Equipment,2014,11(3):1-4.

Objective: To measure the neutron dose calibration coefficient of CR39 and the application of the TASLIMAGE system in neutron individual dose monitoring.Methods: According to the requirements of GBZ207-2008 , neutron dose calibration coefficients were obtained by TASLIMAGE measurement system; Tests were performed to evaluate the precision of neutron dose of TASLIMAGE system. Meanwhile, the system was applied to the neutron dose monitoring.Results: The calibration coefficient of CR39 was 513.57tr/cm2•mSv-1, and the relative measuring deviation of neutron dose was 7.34%.Conclusion: The TASLIMAGE system is reliable and efficient, and that it could be a useful tool for neutron dose monitoring.

Neutron dose; Solid state nuclear track; TASLIMAGE measurement system; CR39 neutron dosimeter

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.03.001

1672-8270(2014)03-0001-04

R144.1

A

2013-12-02

国家自然科学基金面上项目(81272511)“SKP2作为食管癌放射治疗的新靶向基因研究”；天津市自然科学基金(11JCYBJC13700)“CKS1影响乳腺癌侵袭转移的分子机制研究”；中国医学科学院放射医学研究所发展基金(所1330)“CKS1对肺癌辐射敏感性的影响及机制研究”；协和青年教师基金(2012Y03)“CKS1对食管癌辐射敏感性的影响及机理研究”

①中国医学科学院放射医学研究所 天津市放射医学与分子核医学重点实验室 天津 300192

②天津市疾病预防控制中心 天津 300011

③中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 北京 100088

*通讯作者：wxc3188@126.com

翟贺争,男,(1986- ),硕士，实习研究员。中国医学科学院放射医学研究所 天津市放射医学与分子核医学重点实验室，从事中子个人剂量监测与诊疗设备质量控制工作。