熱釋光劑量測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量控制

張家明

摘 要：熱釋光劑量法因良好的能量響應(yīng)、高靈敏度、寬量程范圍、低探測(cè)閾、可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于輻射防護(hù)、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)學(xué)、考古學(xué)等領(lǐng)域。熱釋光劑量測(cè)量系統(tǒng)由熱釋光劑量計(jì)、熱釋光劑量?jī)x、退火爐和其他附加設(shè)備組成。由于測(cè)量系統(tǒng)組成多，為保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確、可靠，必須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的各因素進(jìn)行嚴(yán)格控制。介紹熱釋光劑量測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：熱釋光；測(cè)量系統(tǒng)；質(zhì)量控制；測(cè)量精度

中圖分類號(hào)：R144 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.109

文章編號(hào)：2095-6835（2016）20-0109-02

熱釋光劑量測(cè)量的質(zhì)量控制與熱釋光測(cè)量系統(tǒng)密切相關(guān)，測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其測(cè)量精度不僅與熱釋光測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)要求密切相關(guān)，而且還受其他測(cè)量條件的影響。因此，在熱釋光劑量測(cè)量時(shí)，必須制訂嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施。本文主要討論熱釋光劑量測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量控制。

1 質(zhì)量控制

1.1 探測(cè)器的選擇

熱釋光探測(cè)器由熱釋光晶體材料組成，其測(cè)量原理是探測(cè)器在輻射場(chǎng)中受照射以后，儲(chǔ)存所受的輻射能，當(dāng)對(duì)探測(cè)器進(jìn)行加熱時(shí)，這些輻射能以光的形式放出，發(fā)光強(qiáng)度與吸收劑量成正比，并由熱釋光劑量?jī)x將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)獲得結(jié)果。選擇探測(cè)器時(shí)，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)用途和目的選擇性能、特性不同的探測(cè)器。

對(duì)于個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)，要求探測(cè)器具有靈敏度高、組織等效性好、劑量響應(yīng)范圍寬、分散性小、重復(fù)使用周期長(zhǎng)等特性，特別是要穩(wěn)定性好，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，對(duì)白熾燈、日光燈和室內(nèi)散射日光不敏感等特性。

對(duì)于環(huán)境劑量監(jiān)測(cè)，對(duì)探測(cè)器的要求要高一些，同樣要求靈敏度要高，光子能量響應(yīng)要達(dá)到國(guó)家劑量標(biāo)準(zhǔn)要求，還應(yīng)具有良好的重復(fù)性和測(cè)量精度，劑量范圍要求不寬（一般線性范圍在0.1～1 mGy即可）。在輻射場(chǎng)或自然環(huán)境中放置3～12個(gè)月，熱釋光探測(cè)器累積劑量不衰退或基本不衰退，還應(yīng)對(duì)溫度、濕度和光等環(huán)境因素不靈敏。

1.2 探測(cè)器篩選

熱釋光探測(cè)器的篩選是一項(xiàng)重要工作，是監(jiān)測(cè)質(zhì)量可靠保證的前提。因?yàn)榧词瓜蛲簧a(chǎn)廠家購(gòu)買同一型號(hào)的探測(cè)器，也會(huì)由于生產(chǎn)批次不同、生產(chǎn)工藝等原因?qū)е绿綔y(cè)器的劑量響應(yīng)（靈敏度）不盡相同。而隨著探測(cè)器使用情況（時(shí)間、劑量等因素）之間的差異越來(lái)越大，同批次探測(cè)器之間性能會(huì)產(chǎn)生明顯差異。所以每批次探測(cè)器應(yīng)該在第一次使用前或者使用1～2年后篩選一次，篩選前要對(duì)所有探測(cè)器進(jìn)行照射，一般用Cs137源。由于分散性與照射劑量大小有一定關(guān)系——照射劑量越小，分散性會(huì)變大；照射劑量越大，測(cè)量后的殘余劑量越大，需要增加退火時(shí)間來(lái)去除，這會(huì)增加批次探測(cè)器分散性變大的可能性，所以建議照射劑量大小與日常測(cè)量工作中劑量水平相近。

分散性是篩選的依據(jù)，是衡量一批探測(cè)器對(duì)劑量測(cè)量結(jié)果集中程度的體現(xiàn)。該值越小，說(shuō)明同批次探測(cè)器間性能差異越小，越有利于熱釋光劑量的準(zhǔn)確測(cè)量。對(duì)于環(huán)境熱釋光劑量監(jiān)測(cè)，探測(cè)器分散性最好控制在5%以內(nèi)，同時(shí)要剔除變形損壞的探測(cè)器。在玻璃管探測(cè)器篩選過(guò)程中，還要進(jìn)行檢漏。探測(cè)器如有沾污，可以用酒精浸泡清洗，然后用蒸餾水沖洗干凈，低溫烘干即可。

1.3 測(cè)量系統(tǒng)的刻度

熱釋光劑量?jī)x測(cè)出的讀數(shù)實(shí)際上只是一個(gè)相對(duì)值，要將儀器測(cè)量值換算成接受劑量值，需對(duì)熱釋光劑量測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行刻度，刻度的準(zhǔn)確性直接影響著最終測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。刻度方法有線刻度法、單點(diǎn)刻度法和自身刻度法，至少每年進(jìn)行一次。一般劑量小的情況下多采用單點(diǎn)刻度法，方法是抽取同批次多個(gè)熱釋光探測(cè)器，用標(biāo)準(zhǔn)源照射已知?jiǎng)┝浚缓笥脛┝績(jī)x進(jìn)行測(cè)量，刻度系數(shù)為測(cè)量讀數(shù)均值與已知照射劑量的比值，刻度系數(shù)是探測(cè)器在同等測(cè)量條件下測(cè)量值與所接受劑量真實(shí)值之間的修正系數(shù)。如果遇到探測(cè)器批次更換、測(cè)量方法或者儀器維修等情況，都應(yīng)該重新進(jìn)行系統(tǒng)刻度。

1.4 退火

無(wú)論哪一種探測(cè)器，使用前都要進(jìn)行高溫退火，主要是為了清除探測(cè)器內(nèi)的殘余劑量。退火后快速冷卻，能避免探測(cè)器靈敏度的下降，正確的退火也可以避免分散性增大。退火爐的溫度應(yīng)均勻穩(wěn)定，同批次探測(cè)器退火時(shí)間要盡可能地與爐溫和退火時(shí)間保持一致，否則測(cè)量結(jié)果可能會(huì)有較大誤差。退火后應(yīng)快速?gòu)臓t腔中取出退火盤(pán)，放在專用的退火金屬板上冷卻。對(duì)探測(cè)器進(jìn)行快速冷卻有利于保護(hù)其靈敏度。

1.5 光源讀數(shù)

在熱釋光劑量測(cè)量時(shí)，還應(yīng)對(duì)劑量?jī)x的光源讀數(shù)、電源高壓、暗電流等性能參數(shù)進(jìn)行觀察，從而判斷儀器是否處于穩(wěn)定、可靠狀態(tài)。光源讀數(shù)是用來(lái)檢驗(yàn)劑量?jī)x工作狀態(tài)、監(jiān)督儀器穩(wěn)定性的重要參數(shù)。目前劑量?jī)x使用的參考光源大多采用長(zhǎng)壽命的C-14放射性同位素加塑料閃爍體組成，這種光源具有發(fā)光均勻、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

在測(cè)量過(guò)程中，由于灰塵、有機(jī)氧化物、測(cè)量環(huán)境變化等影響，容易造成濾光片沾污，導(dǎo)致光透射系數(shù)降低，從而使透光率大大降低，使光源讀數(shù)變小。對(duì)于這一問(wèn)題，通常采用增加光電倍增管高壓或者清洗濾光片的辦法解決。除了觀察光源讀數(shù)外，觀察劑量?jī)x高壓值、暗電流的變化情況也是判斷儀器測(cè)量質(zhì)量的重要方法之一。

1.6 加熱過(guò)程

熱釋光劑量?jī)x加熱采用電加熱盤(pán)加熱方式，加熱盤(pán)表面的光學(xué)性能對(duì)探測(cè)器的測(cè)量也有影響。長(zhǎng)期測(cè)量中，由于高溫氧化作用，加熱盤(pán)逐漸變黃變黑，從而使加熱盤(pán)反射光的性能和熱傳導(dǎo)性大大降低，最終導(dǎo)致探測(cè)器靈敏度逐漸下降。所以要經(jīng)常擦洗加熱盤(pán)，保持加熱盤(pán)接觸面的平整、清潔。另外，探測(cè)器與加熱盤(pán)接觸面是否完全接觸，也決定著探測(cè)器存儲(chǔ)輻射能是否能得到完全釋放，也是影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的因素之一。

1.7 日常保養(yǎng)維護(hù)

熱釋光劑量?jī)x屬精密儀器，如果平常使用頻率較低，為避免電子元件老化，還應(yīng)定期開(kāi)機(jī)進(jìn)行預(yù)熱測(cè)試，觀察基本參數(shù)有無(wú)變化，確保儀器狀態(tài)良好，有些型號(hào)熱釋光儀器還應(yīng)控制環(huán)境濕度，避免對(duì)其產(chǎn)生不良影響。

2 小結(jié)

在一個(gè)完整的熱釋光劑量測(cè)量系統(tǒng)中，熱釋光測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量控制雖然很重要，但一個(gè)合適的測(cè)量程序和合格的操作人員仍然是保證監(jiān)測(cè)質(zhì)量的關(guān)鍵。為了更好地驗(yàn)證熱釋光測(cè)量水平，還應(yīng)多參加國(guó)家和行業(yè)有關(guān)監(jiān)測(cè)單位組織的熱釋光劑量測(cè)量比對(duì)活動(dòng)，從而可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并加以改進(jìn)，儀器生產(chǎn)廠家也應(yīng)根據(jù)不同需求設(shè)計(jì)生產(chǎn)出針對(duì)性更強(qiáng)的設(shè)備，提高儀器自身的性能，使得技術(shù)進(jìn)一步完善可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)原子能科學(xué)研究院.GB/T 8998—1988 環(huán)境熱釋光劑量計(jì)及其使用方法[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1988.