個人劑量儀的現狀與發展

陳燦 邵建文 許照乾 毛定立

（浙江省計量科學研究院，浙江杭州 310018）

個人劑量儀的現狀與發展

陳燦 邵建文 許照乾 毛定立

（浙江省計量科學研究院，浙江杭州 310018）

個人劑量儀是用于監測電離輻射對人體照射的劑量當量率和劑量當量的電子儀器儀表，輻射探測器是劑量儀的核心元器件，本文分析了各種探測器的優缺點，著重介紹了半導體探測器在劑量儀中的應用現狀，同時根據半導體技術與工藝的發展以及物聯網概念、應用需求，提出了個人劑量儀的發展方向。

個人劑量儀 半導體探測器 物聯網

電離輻射是一切能引起物質電離的輻射總稱。其種類很多，如X射線、γ射線、電子、中子、質子等，主要特點是波長短、頻率高和能量高。與物質相互作用會產生物理、化學和生物效應，得以廣泛應用于科學技術研究、核動力、核燃料、工農業生產、生物學、醫療衛生保健、軍事國防、環境防護等各領域和部門；同時放射性核素也廣泛存在于自然界中：如大氣、土壤以及礦產中等。因此在利用電離輻射的同時，我們也面臨著危害，因為電離輻射有很強的穿透性和高能量，能引起細胞化學平衡的改變，某些改變會引起癌變，還會在人體組織內釋放能量，導致細胞死亡或損傷。因此國家有關部門制定了《放射性同位素與射線裝置安全和防護條例》（中華人民共和國國務院令第449號）和《放射診療管理規定》（中華人民共和國衛生部令第46號）規定對放射診療的設備的放射性能質量保證、工作場所的放射防護必需進行定期檢測評價，并結合《放射工作人員職業健康管理辦法》（中華人民共和國衛生部令第55號）規定對放射工作人員進行個人劑量監測，以加強放射診療工作的管理，保證醫療質量和安全，保障放射診療工作人員、患者和公眾的健康權益。所以要合理有效利用電離輻射，同時保障接觸電離輻射人員安全，就需要對電離輻射進行測量，了解電離輻射的強度從而進行相應防護。

1 個人劑量儀

劑量儀是測量電離輻射劑量的設備，廣泛應用于存在電離輻射的環境中輻射劑量的測量，用來監測設備的狀態、環境的輻射量以及保障工作人員進行個人安全防護監測及放射性提示，在實際需求中有非常重要的作用。特別是醫學射線診斷治療過程中工作人員、病人所受劑量的實時檢測，已經越來越受到重視，將來必將成為必不可少的指標。

其中個人劑量儀是主要用來監測X射線和γ射線對人體照射的劑量當量率和劑量當量的電子儀器儀表。常用的個人防護劑量儀有熱釋光劑量計、報警儀及直讀式劑量儀等，這其中熱釋光劑量計作為最基本的劑量測量器件而廣泛使用，其體積小重量輕，可在身體多處佩戴，但是其無法實時了解劑量數據而是需要在專門的讀出儀上讀取累積劑量數據；報警儀只能在劑量達到額定閾值時進行報警；其他常用個人防護劑量儀一般稱為智能電子個人劑量儀，大多可以實時讀取劑量數據并設定閾值進行報警，作為一種小型而有效的輻射防護儀器，在實際使用極為重要。

表1

2 個人劑量儀常用探測器

劑量測量原理：射線（高速帶電粒子如α、β、質子，不帶電粒子如X射線、γ射線、中子）與物質相互作用會產生各種效應：如電離效應、熒光效應、感光效應、契倫柯夫效應等。射線探測器即按上述的探測原理中所產生的某一效應，將射線能量轉換成可被記錄的電信號，因此實質上它是一種能量轉換器。

根據與物質相互作用效應不同可以用不同的測量方法和儀器，我們常用的有氣體電離探測器（電離室、蓋革-彌勒計數管等）、閃爍計數器和半導體探測器等。表1是常用探測器的優缺點：

劑量儀的性能主要由所使用探測器的性能決定。鑒于上表所述半導體探測器的優點，PIN半導體探測器近年來在輻射監測儀表方面特別是個人劑量儀上越來越廣泛的應用［1-5］，隨著其性能與工藝不斷提高和完善，使得在個人劑量儀探測器方面有了更多的選擇。各廠家也正在不斷實驗新型的靈敏面積更大、性能價格比更高的PIN半導體探測器，相信會對個人劑量儀的物理性能會有很大的改善。

由于防護劑量儀一般所受劑量較小（產生信號強度較小），同時半導體探測器的能響較差，因此劑量儀的電路特別是探測器后積分電路設計也極為重要；同時由于個人劑量儀一般為佩戴式，需要在性能與體積重量間找到平衡。

3 個人劑量儀國內外研究現狀和發展趨勢

因個人劑量儀應滿足體積小、使用簡單、可批量生產等要求，特別是滿足靈敏度、能響以及信息化的要求，從而適合于輻射防護級測量，導致高性能產品較少。

3.1 國內產品應用、研制現狀

由于工藝和技術的原因，國內對于高精度、便攜式劑量儀的研制能力普遍比較弱，且多采用精度較低、能量響應線性較差、不穩定的GM（蓋革-彌勒）計數管作為探測器。國內自主劑量儀研發能力及產品占有率較高的有中國輻射防護研究院下屬的核儀器研發中心，代表產品有F J系列（探測器是經補償型蓋勒-穆勒計數管）、SDM2000（硅半導體探測器）、SPD100（光電二極管半導體探測器）等。

現在國內市場上的高端X射線劑量儀以國外品牌為主，代表性的劑量儀有芬蘭的R A D-6 0（硅（晶體）二極管）、白俄羅斯的POLIMASTER的PM系列（舊款常用蓋革-穆勒計數管，現用碘化銫（CsI）閃爍晶體探測器）、美國RAE的PRM系列（碘化銫（CsI）閃爍晶體及其他半導體探測器）以及日本ALOKA的PDM系列（硅半導體探測器）等，這些產品具有比較好的可靠性、穩定性和功能。

劑量儀主要用來監測X射線和γ射線，能量響應根據探測器不同也會不同，如使用GM計數管則能響一般在（0.05～1.5）MeV，半導體探測器則能響可以上升至3MeV甚至更高；但使用不同的高壓以及特殊的信號處理電路，GM計數管也可以拓展能響范圍，如白俄羅斯的PM1621能響范圍10keV～20MeV。

3.2 個人劑量儀的發展趨勢

近年來隨著半導體技術以及電子技術的快速發展，個人劑量儀也越來越多使用半導體探測器，并向著能量響應范圍廣、線性好；測量范圍廣、準確度高；可探測輻射種類多，包括X射線、γ射線、中子等；小型化并降低重量，便于長時間攜帶；能耗低，使用小型電池的同時增加使用時間；智能化（如可以進行數據傳輸、記錄以經濟劑量管理）等方向發展。

而其中劑量儀與物聯網技術的結合（如可進行數據傳輸等功能），是最近的研究熱點。利用該技術可全方位監測工作人員所受的劑量情況，方便建立劑量檔案。如任何人的實時、累計劑量，甚至在每個位置處所受的具體劑量等數據。從中可以得到每個位置處的劑量變化情況以及回溯人員何時何地受到大劑量的輻射，排查隱情，保障安全。

現有不少國外廠家都推出了類似的產品，例如POLIMASTER的PM1621等可使用紅外線傳輸數據，RAE的PRM-1200可使用接觸式、紅外線、無線來傳輸數據，而其PRM-3040使用藍牙傳輸數據。國內也有相應的產品［6］，如中國輻射防護研究院研制的藍牙通訊個人劑量儀。該個人劑量報警儀使用鹵素計數管，可監測X、γ輻射引起的累積個人劑量當量和個人劑量當量率。測量數據和工作時間等可存儲在劑量儀內且掉電不丟失，并可由藍牙通訊方式傳輸至讀出器和中心計算機。劑量儀有兩種工作方式，既可配合讀出器和計算機聯機工作， 也可單機獨立運行。該類產品在大型輻射區域環境內特別適用，如醫院、軍隊、核電站等。

4 結語

綜上所述，從個人劑量儀的重要性、使用的普遍性可見未來智能式個人劑量儀的發展和應用空間會更加廣闊。

雖然國內對于個人劑量儀有一定的研究，也開發了一系列優秀產品，但是目前國內的儀器由于工藝和技術的原因，還存在著一些缺點，尤其是核電站主要依靠進口儀器；同時物聯網的概念也剛剛起步，有相應功能的產品也屈指可數；國外類似的個人劑量監測系統發展時間較長、功能多，但存在價格昂貴、訂貨周期長、維護復雜等問題。因此非常有必要開展相關產品的研究開發，豐富我們的個人劑量儀產品，讓其保障我們生產、生活的安全。

［1］劉正山，鄧長明，張志勇，程昶.PIN半導體探測器在個人劑量儀中的應用研究.核電子學與探測技術，2005，25（6），661-663.

［2］趙士安，歐向明.RD-98半導體探測器的劑量學特性研究.中國輻射衛生，2004，13（1），71-72.

［3］劉正山，張志勇，程昶等.半導體探測器個人劑量計及其性能測試.輻射防護通訊，1999，19（1），3-6.

［4］羅平安，劉啟禮，汪如桂，周春芝.DM91個人劑量儀半導體探測器性能研究.第十屆全國核電子學與核探測技術學術年會論文集，99-101.

［5］劉正山，張志勇，程昶等.半導體探測器個人劑量計的實驗研究.98年全國輻射防護學術研討會論文匯編，1-6.

［6］李正才，宿小輝，金宇等.藍牙通訊個人劑量儀及其管理系統的研制.核電子學與探測技術，2008，28（5），1041-1044.