CTLD-350型熱釋光劑量讀出器劑量刻度方法

           北京瑞輻特輻射測量儀器有限公司

概述：熱釋光探測器在讀出器上的讀數值是一相對值，該結果轉換成劑量值需進行劑量刻度。這里所說的劑量刻度是指要確定待刻度探測器、劑量計對一系列已知輻射值(或刻度標準值)的響應或讀數。

刻度劑量計一般采用標準源或已知輻射場(如輻射場是未知的，可用基準儀器，次級標準儀器或參考標準儀器測出輻射場中刻度處的劑量率) 來刻度。對于一些穩(wěn)定性和重復性較差的輻射源(如加速器、Ｘ光機等)，通常需要用一臺監(jiān)督儀器校正輻射場變化的影響。

1 刻度源

刻度源按其輻射水平分為環(huán)境、防護、ZL和處理水平四級(表1)。

表1  輻射水平劑量表

1.1 β刻度源  β刻度源一般以離源表面一定距離處的吸收劑量率表示。在空氣中表面吸收劑量率可采用外推電離室測得。用于劑量刻度的β源見表2。

表2  國際標準化組織推薦的β輻射刻度源

一個良好的源應提供有關襯底材料和反散射。小面積90Sr-90Y或147Pm源可作為一個“點”源?！　?/p>

1.2  Ｘ、γ輻射刻度源

1.2.1    Ｘ輻射刻度源

刻度用的Ｘ輻射源可以用過濾和熒光技術方法得到。過濾方法是利用一臺恒壓Ｘ射線機產生所需要的經過過濾的準值初級Ｘ射線束；熒光方法是利用同一非過濾的初級Ｘ射線束激發(fā)不同元素(輻射體)的熒光Ｘ射線。圖2和圖3給出過濾Ｘ射線和熒光Ｘ射線裝置的示意圖。

圖2、過濾X射線刻度裝置示意圖

D1-初級光闌, D2-限束光闌, D3和D4-屏蔽光闌, S-快門, F-過 濾器, M-監(jiān)督電離室, A-測半值層用的吸收器, R-標準電離室, I-待刻度儀表的電離室。

圖3、K熒光X射線刻度裝置示意圖

經過濾和熒光輻射的刻度源，可以通過快門隨意接通或斷開，對于給定能譜的輻射可以通過調節(jié)電流或改變距離來控制其照射量率。其缺點是射束輸出量的穩(wěn)定性較差，源或激發(fā)電壓、電流、管發(fā)熱(或老化)的微小變化，都可能顯著改變輸出量或輻射譜。為了保持Ｘ射線機工作所要求的電壓，應有專設的測高壓設備，而不能崐只依靠測量變壓器的初級電壓；電流控制和測量也應考慮，隨著Ｘ射線管的老化，要定期檢查其性能，如焦外輻射，有效初始過濾等。

1.2.2  γ刻度源  用于劑量刻度的輻射源見表3。

表3  國際標準化組織推薦的輻射源

*  照射量率常數只適用于未加屏蔽的點源。

輻射源可以使用準直或非準直的幾何條件。ISO 4037標準推薦的照射室和準直器的結構見圖4。

圖4、照射室、準直器裝置示意圖

A. 屏蔽層  B. 準直器  C. 射線束截面  D. 輻射源

標準射線束截面必須大于被照射的探測器；距離d1必須大于或等于30cm；距離d2必須足夠大，使得在不同的照射距離下，與源包殼無關的散射貢獻不超過總照射量率的5% 。

輻射源的標定，**以某一特定距離上的照射量率表示，并需對其衰變進行修正。在給定的刻度條件下，源產生的輻射場應符合反平方定律。因為當源或探測器的幾何尺寸與源至探測器的距離屬同一數量級，或者刻度場所與刻度支架的散射輻射及輻射在空氣中的減弱很大時，輻射場將不符合反平方定率。

2  刻度儀器

按照輻射種類的不同，計量儀器有測量Ｘ射線的自由空氣電離室，測量γ射線的空腔電離室，測量β射線的外推電離室等(表4)。

表4  輻射劑量標準測量儀

為了減少刻度時的散射輻射，刻度機械裝置應采用低原子序數的材料。

3  刻度方法

根據探測器的能量響應確定輻射源，對能響依賴性小的探測器，可在不同類型的輻射場中刻度。對某些能量響應大的劑量計，則要求刻度輻射場與實測輻射場的能譜盡可能接近，劑量率和累積劑量的范圍也應相仿。對混合輻射場中使用的劑量計應該對混合場中各輻射組分分別刻度，例如，用于ｎ-γ混合場的γ劑量計，首先應刻度其γ響應，這就要求用一個與混合場中γ組分的能譜類似的γ輻射場刻度，然后還要用一能譜類似的已知中子場，或用一個已知成分的ｎ－γ混合場來刻度劑量計。

下面介紹幾種刻度劑量計的方法。

劑量計刻度通常采用曲線、單點劑量和自身刻度法。探測器刻度方法的選擇可根據具體情況而定。曲線刻度法所用探測器較多,一般要多個點(每點3-5個探測器)。如留不出這么多探測器，則可采用單點劑量刻度法，此方法要求刻度劑量范圍在探測器的劑量線性范圍內。如無刻度探測器，則可采用自身刻度法對探測器進行刻度。一般多采用曲線刻度法。在實際操作時，除留刻度用探測器外，還要留出本底探測器?？潭忍綔y器和本底探測器的靈敏度應和實驗探測器的一致，即為同一組探測器。

3.1   刻度曲線法(探測器的發(fā)光值與輻照劑量的關系)  在劑量范圍較大或在探測器的非線性區(qū)(亞線性和超線性)使用的情況下，應采用此方法刻度劑量計，根據劑量計的使用劑量確定刻度曲線的輻照劑量范圍。舉例說明如下。

取一組探測器做為刻度探測器，探測器的劑量范圍為 1×(10-5～10-2) Gy，將探測器分為6組分別照射不同劑量，測后將結果做在座標紙上(圖5)。

用Z小二乘法處理得出公式:

式中Ｘ為待求劑量值，Y為探測器的讀數值。佩帶劑量計受照劑量可通過其讀數值直接從刻度曲線上查出，也可以用公式求出。

圖5、LiF: Mg,Ti探測器劑量響應曲線

3.2   單點劑量刻度法  單點劑量刻度法的具體操作為，將探測器照射一劑量(該劑量可根據佩帶劑量計受照劑量的估計值確定，如劑量范圍較大則可取一平均值)，測后用下式對佩帶劑量計進行刻度。

D＝N2/(N1/D1)             (2)

式中:

D: 佩帶劑量計受照劑量；

D1:刻度探測器受照劑量；

N1:刻度探測器讀出值(平均值)；

N2:佩帶劑量計的讀出值(平均值)。

上式可改寫為:

使用此法刻度劑量計要求準確的刻度劑量(D1)，否則將給測量結果帶來較大統(tǒng)誤差。

3.3 自身刻度法  在實際工作中可能會碰到只有佩帶劑量計而沒有刻度探測器的情況，在這種情況下可采用探測器自身刻度。其具體作法是：將佩帶劑量計的探測器測后退火，做為刻度探測器，根據具體情況采用上述二種方法來刻度劑量計。采用此法刻度劑量計時，要嚴格控制探測器的退火條件。該方法的誤差來源于探測器的重復使用性能。