辐射剂量监测用热释光剂量计的校准*

欧向明 范瑶华*

在辐射防护领域，辐射危害评价来源于对辐射剂量的正确估算，辐射剂量学在辐射防护的辐射剂量评价中具有重要地位[1]。热释光剂量计(thermoluminescence dosimeter，TLD)及其测量系统是用于电离辐射监测手段之一，为了加强放射诊疗工作的管理，保证医疗质量和医疗安全，贯彻落实《放射诊疗管理规定》[2]以及保障放射诊疗工作人员的健康权益，多年来，全国各省市的疾病预防控制中心及各类检测机构遵照相关的国家标准[3]和检测规范，开展了大量的个人剂量监测工作及辐射工作场所的环境监测，并取得了显著的成绩[4]。接受电离辐射照射的TLD经测量系统加热后，其发光量与照射量之间具有良好的线性关系，是TLD能够用于电离辐射剂量测量的基本原理[5-6]。

在电离辐射剂量测量原理中，TLD测量方法是一种相对测量，对TLD测量值的正确解读，取决于对其的校准[7]。为此，中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所放射诊疗质量控制实验室[8]依据国家辐射防护标准[9]推荐的防护量，采用国际原子能机构(International Atomic Energy Agency，IAEA)援助的TK-30型标准电离室[10]和RD-98智能型诊断X射线剂量仪[11]作为标准仪器，选用北京光润意通辐射检测设备有限公司生产的TLD，根据外照射光子个人监测用TLD的校准概念、校准方法[12-13]重点研究校准参考辐射的约定真值、剂量当量/空气比释动能换算系数，以及校准因子等项内容[14-15]对常用的国产TLD的线性[16]及能量响应等特性进行分析[17]。

1 TLD的校准

1.1 校准概念

在TLD应用中“校准”常被称做“刻度”或“标定”，校准是在受控的标准实验条件下，定量确定剂量计读数与被测量值关系的全部过程[18]。获得一组未经校准的TLD读数无任何实际意义，TLD未经校准这一环节，则是未给TLD读数赋值。在TLD校准中如果采用不同的约定真值，对TLD相同读数的解读将不同。

1.2 校准因子k

校准因子k是剂量计要刻度的约定真值H，除以剂量计的读数M所得的商，其计算为公式1：

式中H为约定真值，M为同组TLD读数的平均值。

在首次TLD校准因子的确定中，TLD的校准因子是通过在标准实验条件下照射一条校准曲线(刻度曲线)所完成[18]。将TLD分成若干组(通常为5～7组)，用不同约定值Hi照射TLD，获得若干组TLD读数的平均Mi值，然后采用最小二乘方法或多组值Ni平均值法获得校准因子。

1.3 约定真值

在TLD校准中，有两类量常被认为是约定真值的量，一个为物理量，另一个为实用量。

(1)物理量。物理量主要包括空气比释动能Ka、空气吸收剂量Da和照射量X。在校准TLD中，物理量的约定真值是采用标准仪器所测得[19]。在辐射防护领域的光子外照射中，可以认为空气比释动能Ka、空气吸收剂量Da和照射量X在数值上的关系：即1 Gy/Ka=1 Gy/Da=114.2 R/X。

(2)实用量。主要包括个人剂量当量Hp(d)、周围剂量当量H*(d)和定向剂量当量H'(d)。在放射防护中通常使用有效剂量与组织和器官剂量等防护量做为剂量限值和剂量约束的基本量。但是防护量是不可直接测量，因此，早在1985年国际辐射单位与测量委员会(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)推荐了4个实用量做为放射防护评价的量。虽然目前已经历30多年的发展，但用可测的实用量作为对防护量的一种合理近似估计的原则仍未改变[20]。所谓合理的近似估计可以理解为即不低估又不过分高估，实用量即可实测，又可通过蒙特卡罗等方法计算模拟。对标准剂量学实验室而言，为了简化和方便溯源的目的，大多数标准实验室给出的实用量约定真值是通过国际标准化组织(International Organization for Standardization，ISO)、ICRU、国际辐射防护委员会(International Commission on Radiological Protection，ICRP)以及我国的国家标准《用于校准剂量仪和剂量率仪及确定其能量响应的X和Y参考辐射第3部分：场所剂量仪和个人剂量计的校准及其能量响应和角响应的测定》(GB/T 12162.3-2004)[16]推荐的参考条件下的换算系数hp(d)确定。X射线窄束条件和常用γ射线在零度入射角的换算系数见表1。

表1 窄束X射线和γ射线的换算系数

1.4 个人剂量当量换算系数hp(d)

在过去曾把个人剂量当量分为深部剂量当量，Hp(d)和浅部剂量当量，Hs(d)。现在ICRU为了简化的目的，只用个人剂量当量Hp(d)这一概念。d代表体表深度，根据体表深度 Hp(d)又可分为Hp(10)、Hp(0.07)及Hp(3)。

(1)Hp(10)。适用于评价体表10 mm下深度的器官和组织，在多数条件下适用于有效剂量的评价。一般而言，被监测光子辐射场如果弱贯穿辐射，如＜20 keV的光子所占比例不明显时，只监测Hp(10)即可。

(2)Hp(0.07)。适用于评价体表下0.07 mm深度的皮肤组织，主要测量弱贯穿辐射占主导地位的光子辐射场。按通常的原则，0.07 mm的深度只适用皮肤及肢端剂量计，因而在校准方法中将涉及到注意事项和适用的体模。

(3)Hp(3)。适用于评价体表下3 mm深度的眼晶体组织，Hp(3)的评价只有在特定条件下方可涉及。

2 TLD的校准方法

TLD的校准工作要求在标准剂量学实验室完成，通常为一年校准一次。做常规校准时，可以在有刻度条件的实验室完成。

2.1 校准参考辐射源

X射线窄束的参考辐射TLD校准，有关其他条件下的参考辐射请参考文献[21]。只有在参考辐射条件下(除低能外)文献推荐的换算系数误差才可以认为不会＞2% ，见表2。

2.2 校准点

已知约定真值的点。在校准中应将TLD的参考点与校准点重合，且射线的入射方向与剂量计的夹角已知，一般把射线垂直入射TLD视为0°角。

2.3 校准模体

在校准环境监测用TLD时不用模体。校准点的约定真值用周围剂量当量H*(10)表示，在校准个人剂量监测用TLD时，需要用模体，这一点特别需要强调[22]。校准Hp(10)TLD的模体本应该采直径为300 mm的ICRU组织等效球模体。但是，为了在保证精度的前提下足够简化，采用目前ISO推荐的水板模体，以满足校准要求。ISO推荐的水板体模尺寸为300 mm×300 mm×150 mm，壁材料为聚甲基丙烯酸甲酯(poly methyl methacrylate，PMMA)，前壁厚2.5 mm，其他壁厚10 mm，内部充蒸馏水。模体充水后应放置足够的时间，以便达到温度平衡。在用Hp(0.07)校准时，对于指环TLD，应使用ISO棒模；对于腕部和踝部佩带的TLD，应使用ISO柱模；当设计测量Hp(0.07)剂量计佩带在躯干，采用ISO水板模体上的换算系数时，应注意在实践中由于衣服对低能光子的吸收，Hp(0.07)的实际值可能显著不同于剂量计测量值。

表2 窄束系列X射线参考辐射的TLD校准

2.4 标准剂量学辐射场

校准TLD的剂量学辐射场应符合ISO推荐的辐射线质，校准点用可溯源的标准剂量仪测量获得空气比释动能约定真值[17]。之所以规定了符合要求的剂量学辐射场，特别是X射线辐射场，其主要原因是：无论对于H*(10)的换算系数，还是对于Hp(10)和Hp(0.07)的换算系数，都是在给定条件下所获得，这一点值得引起注意。有时尽管X射线辐射束的平均能量相同，但由于有不同的线束过滤，导致的X射线谱的较大差别，会引起换算系数大的误差，需在校准时避免[23]。此外，在有模体校准时， 应考虑被校准TLD距辐射源的距离要足够远，以便使得照射野的尺寸大于模体尺寸[24]。

3 TLD的校准结果

3.1 射线线质和校准点的选定

在用X射线校准T LD时，标准实验室采用ISO4037推荐的N系列X射线线质，即辐射防护工作中常用的X射线窄束重过滤系列。γ射线一般选用放射性核素源钴60(60Co)或铯137(137Cs)。在过去有使用镭226(226Ra)核素源，现在由于其能量复杂等原因不推荐使用。校准点选择在距源1～3 m的射束轴线上。

3.2 校准点处的空气比释动能

用标准剂量仪器测量校准点处的空气比释动能，标准实验室采用IAEA援助的TK-30型标准电离室和RD-98智能型诊断X射线剂量仪作为标准仪器，测量校准点处的空气比释动能值，经过能量响应、方向性、量程等校准因子修正后，最后确定校准点空气比释动能约定真值Ka。在X射线机输出量不稳定的情况下，要用监督电离室测量X射线输出量并归一。用个人剂量当量、周围剂量当量换算系数确定校准点处的Hp(10)和H*(10)的约定真值，采用计算的方法获得，即为公式2和公式3：

式中Hp(10)为个人剂量当量值；H*(10)为周围剂量当量值，Ka为空气比释动能值；hp(10)为个人剂量当量转换系数；h*(10)为周围剂量当量转换因子。

3.3 校准点处的约定真值

根据获得校准点处的约定真值，方便计算出照射每组TLD剂量值所需要的时间。当校准区域监测用TLD时，将TLD直接放置在校准点，使TLD参考点与校准点重合，不使用任何模体；当校准个人监测用TLD时，应将TLD放置在ISO推荐的模体前并使TLD参考点与校准点重合。

4 结论

照射时被校准TLD应满足电子平衡，尤其在用60Co、137Cs放射源照射时，TLD的平衡厚度分别为4.0 mm、1.5 mm PMMA。在校准个人监测用TLD时需要用水模体，主要考虑到佩带人体对TLD反散射的贡献。不同型号的TLD由于能响的原因对反散射的响应可能不同，因而单纯通过计算很难获得可靠结果。剂量当量转换因子除了与射线的能量有关，还与入射方向有关，本研究只列出了窄束X射线0°时的转换因子，有关单能及更复杂的能量的射线、不同入射角度的转换因子，可查阅文献[25]。在以实验室间比对为目的的TLD校准中，应采用无模体的照射方式，并用校准点处的空气比释动能为约定真值，以避免由于线质能量不同使用不同换算系数带来的误差[26]。然而，在以评价个人剂量为目的的校准，需要强调在模体条件下校准，并正确选用换算。

本研究结果表明，无论从空气中照射还是在板体模上照射，中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所放射诊疗质量控制实验室的TLD校准条件，符合目前国内外相关标准及规范，可用于放射诊疗机构的辐射防护检测，以及放射工作人员的个人剂量监测。