TLD系統(tǒng)的特性、操作與設(shè)計(jì)

1、 TLD系統(tǒng)的特性、操作與設(shè)計(jì)本報(bào)告以“個(gè)人和環(huán)境監(jiān)測用熱釋光劑量測量系統(tǒng)”國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)為主線，介紹與日常核輻射劑量監(jiān)測實(shí)踐中常遇到的相關(guān)基本概念，包括名詞、術(shù)語、劑量單位，講述評價(jià)熱釋光劑量測量系統(tǒng)質(zhì)量的主要性能。講述影響每項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的主要因素和減少測量誤差的方法；介紹從系統(tǒng)設(shè)計(jì)上滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、提高系統(tǒng)性能的措施?！皞€(gè)人和環(huán)境監(jiān)測用熱釋光劑量測量系統(tǒng)”的主要內(nèi)容規(guī)定定義了（統(tǒng)一了）熱釋光劑量測量領(lǐng)域相關(guān)名詞、術(shù)語和概念；規(guī)定了系統(tǒng)的技術(shù)性能要求與相應(yīng)檢驗(yàn)方法。本標(biāo)準(zhǔn)與聯(lián)合起草的國地標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容基本一致。其中名詞、概念，是等同采用的內(nèi)容。而相當(dāng)多的（十余項(xiàng)）技術(shù)指標(biāo)要求及檢

2、驗(yàn)方法，在起草過程中是采納了的規(guī)定4因此被鑒定為具有國際先進(jìn)水平。我國衛(wèi)生及計(jì)量部門制定的劑量計(jì)、讀出器計(jì)量檢定規(guī)程是依據(jù)制定的。系統(tǒng)測量的是人員所受核輻射劑量，涉及人身健康與安全，因此，是國家強(qiáng)制執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。熱釋光劑量儀、熱釋光探測器及劑量計(jì)徽章，在投入使用前或商品化之前，都必須按規(guī)定通過國家法定計(jì)量檢定單位的檢測（含定期復(fù)檢），性能符合的才能使用。用戶在獲取熱釋光劑量測量系統(tǒng)或部件（單件的熱釋光讀出器、計(jì)量計(jì)、探測器）時(shí)，應(yīng)注意驗(yàn)證生產(chǎn)單位的由國家法定計(jì)量部門出具的某種型號產(chǎn)品的檢定合格證。（、）型熱釋光劑量儀和型劑量計(jì)（配和探測器）就是經(jīng)中國計(jì)量院按檢定合格的產(chǎn)品。二、熱釋光探測器、劑量

3、計(jì)、讀出器和系統(tǒng)這些名詞在中定義了。這里通俗地講一下：探測器就是成品的熱釋光材料，如熱釋光片、粉末、毛細(xì)管等，不帶外包裝。劑量計(jì)就是熱釋光探測器加上裝載盒。劑量計(jì)徽章（劑量盒）的材料、幾何形狀與尺寸都會(huì)影響劑量計(jì)的性能（主要是能量響應(yīng)，方向效應(yīng)）。讀出器俗稱劑量儀。熱釋光劑量測量系統(tǒng)是熱釋光探測器、劑量計(jì)徽章、讀出器、計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)處理軟件、退火設(shè)備等的總稱。三、輻（照）射量與單位核輻射劑量監(jiān)測的目的在于判定人體受到的輻射損傷程度。為了評估傷害程序，歷史上用過許多計(jì)量單位。最常見的有倫琴（）、戈瑞（）和西沃特（）。照射量，本質(zhì)上不是描述人體受損程度而是描述輻射場強(qiáng)度。計(jì)量單位已廢除,被取代，TO

4、C o 1-5 h zX-后來人們用吸收劑量取代照射量來表征人體受損程度。吸收劑量是指在輻射場中的單位質(zhì)量物質(zhì)吸收的輻射能量。老單位是拉德（）已廢止，新單位是戈瑞（）。對于同一種射線，在相同照射量下，不同物質(zhì)吸收的有量是不同的。如對于的Y，空氣吸收劑量為，肌肉組織為，骨胳吸收劑量為1對于相同的吸收劑量輻射類型不同時(shí)，生物效應(yīng)也不同。如相同吸收劑量的Y和中子輻照，致癌的幾率有很大差別。輻照條件不同，生物效應(yīng)也不同。我們最終關(guān)心的恰恰是輻射生物效應(yīng)。于是進(jìn)而出現(xiàn)了劑量當(dāng)量的概念。劑量當(dāng)量吸收劑量x品質(zhì)因素x修正因子。通常，對于、Y射線：=中子、a：2質(zhì)子劑量當(dāng)量的單位是西沃特（）與數(shù)值相當(dāng)，但含義

5、不同。標(biāo)志吸收輻射的能量，則表征生物效應(yīng)。熱釋光方法通常監(jiān)測的主要輻射是、Y，因此=吸收劑量與劑量當(dāng)量數(shù)值相等，只是使用或作單位時(shí)，要注意含義的區(qū)別。隨著劑量學(xué)的發(fā)展，人們又提出了更精確的值，又提出了一些更新的概念。我們對、Y全身外照射所作常規(guī)劑量監(jiān)測中，按，比較有意義的是深部個(gè)人劑量當(dāng)量，特別是它的含義是，當(dāng)強(qiáng)貫穿輻射如、Y，作用于人體時(shí)，體內(nèi)所受劑量最大值發(fā)生在表皮下深處。以此代表全身劑量是偏安全的。劑量計(jì)是戴在體表的，只有合理的設(shè)計(jì)，才能測到皮下深處劑量。型劑量計(jì)（配用或探測器）就滿足測的要求。有一點(diǎn)要注意。當(dāng)刻度（標(biāo)定）系統(tǒng)靈敏度的時(shí)候，若給出的已知值是倫琴（）作單位，則作人員劑量測量

6、時(shí)可用不著換算；作環(huán)境劑量監(jiān)督測時(shí)可用換算。若已知?jiǎng)┝恳詾閱挝?，則要搞清是空氣吸收劑量（空氣）還是組織吸收劑量（組織）兩者相差0四、主要技術(shù)指標(biāo)、正確操作及設(shè)計(jì)要點(diǎn)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)有許多項(xiàng)，這里只講述在實(shí)踐中常遇到的對測量結(jié)果影響較大的若干項(xiàng)。敘述每項(xiàng)指標(biāo)的含義，影響這項(xiàng)指標(biāo)的主要因素，介紹在實(shí)際劑量測量中如何正確的操作來達(dá)到該項(xiàng)指標(biāo)，也介紹D、）系統(tǒng)為保證滿足指標(biāo)要求在設(shè)計(jì)中采取的措施。1探.測閾探測閾就是系統(tǒng)（具有置信度）的最小可探測劑量。其檢測方法見或檢定規(guī)程。測量時(shí)，加熱盤上放探測器，測出的是系統(tǒng)的探測閾。若測量時(shí)加熱盤上不放探測器（即測空盤本底），由一組測值算出來的“探測閾”就是讀出器對

7、系統(tǒng)探測閾的貢獻(xiàn)。這里要注意兩點(diǎn)：一是測探測閾時(shí)，不能使用儀器的自動(dòng)扣本底功能。二是探測閾定義為一組10個(gè)本底測量值標(biāo)準(zhǔn)偏差（不是變異系統(tǒng)）的2.2倍換。也就是說，本底測量值本身大一點(diǎn)或小一點(diǎn)都不重要，有意義的是這一組測值的漲落。影響系統(tǒng)探測閾的主要因素是這組探測器本底的漲落。影響探測器本底變化的主要因素有以下幾點(diǎn)：（1）探測器的制造工藝，可能導(dǎo)致一批探測器的固有本底參差不齊。所以，在選用探測器時(shí)不能光看靈敏度（劑量響應(yīng)）高不高，靈敏度的一致性好不好。還要看其本底的一致性好不好。尤其在作“本底級”的低劑量測量時(shí)，應(yīng)事先要挑選本底一致性好的探測器。（2）探測器在大劑量下用過而退火不充分，留下了殘

8、余信號造成探測器高本底。（、）探測器被污染則本底大。如用手摸過，探測器上沾了灰塵（落到桌上或長時(shí)間暴露于空氣當(dāng)中）。或探測器直接在陽光、紫外燈下照過（；R-1，200探0測器對室內(nèi)散射陽光不敏感，但對直射陽光敏感），。探測器如被污染，可用酒精清洗，但選后一定要退火，否則殘留在探測器上的溶質(zhì)在測量加熱時(shí)會(huì)放光，導(dǎo)致極高的“本底”。（4）讀出器對探測閾的貢獻(xiàn)，主要來自光電倍增管暗電流的漲落。一臺(tái)讀出器的好壞，其“空盤本底”（不放探測器，用正常加熱程序測得的值）的變化是一項(xiàng)重要指標(biāo)。在春夏秋冬溫度變化時(shí)，有的儀器光電倍增管暗電流會(huì)變；在一天內(nèi)，隨著開機(jī)時(shí)間的延長，儀器發(fā)熱，光電倍增管暗電流也會(huì)變。通

9、常，光電倍增管的暗電流在5時(shí)（C時(shí)）比C時(shí)要高十幾倍（上百倍）。即使環(huán)境溫度只有二十多度，由于儀器自身發(fā)熱，與光電倍增管相連的高壓分壓電阻發(fā)熱，都將引起光電倍增管暗電流增長。要物別說明的是，當(dāng)儀器采用“自動(dòng)扣本底”來消除光電倍增管增加的暗電流時(shí)，只能消去其“平均值”，而光電倍增管暗電流是統(tǒng)計(jì)漲落的，溫度越高，統(tǒng)計(jì)漲落越大，這是不能“自動(dòng)扣除”的。它必然影響儀器的劑量測量下限。為此，（、）型劑量儀在設(shè)計(jì)上采用了半導(dǎo)體制冷技術(shù)，使光電倍增管始終工作在6左右的低溫環(huán)境中，徹底解決了這一問題。劑量儀空盤本底有時(shí)也由于加熱盤被污染而增加，臟的探測器放到加熱盤上會(huì)污染加熱盤。在不測量時(shí)，長期把加熱抽屜拉出

10、，加熱盤上落了許多灰塵，特別是有機(jī)塵埃，加熱時(shí)會(huì)發(fā)光。加熱盤一旦污染，可用酒精棉紗（不是棉花?。┎潦茫缓罄黾訜岢閷?，用Cx的加熱程序加熱一次，讓酒精徹底揮發(fā)。均勻性均勻性指輻照相同劑量的一批探測器，其測值的分散性。探測器，一般分散性為變異系統(tǒng)、，%一批探測器照相同劑量后，最大與最小測量值相差10。%測量探測器均勻性的意義有兩點(diǎn)：一是用于分析測量誤差以便處理測量結(jié)果。二是可以根據(jù)探測器的均勻性來決定實(shí)驗(yàn)（檢測）中一個(gè)劑量監(jiān)測點(diǎn)要布放多少個(gè)探測器。例如，想要使某一受照點(diǎn)劑量測量誤差在10以%內(nèi)，當(dāng)探測器分散性好，變異系數(shù)、%時(shí)用不1-個(gè)2探測器就夠了，如果要求測量誤差在、-5，%仍用變異系數(shù)、

11、%的探測器，則要用多個(gè)探測器，測值求平均。按正確程序篩選探測器（前面講過，對低劑量測量不僅要測靈敏度的均勻性，還要測探測器本底的均勻性）和在一個(gè)測量點(diǎn)上適當(dāng)多布放探測器是降低測量誤差的有效辦法。但片狀、條狀、管狀探測器靈敏度的變異系數(shù)為已近“極限”。按變異系數(shù)2%挑選的一批探測器，作重復(fù)測量時(shí)，其變異系數(shù)可能變?yōu)?-、。%應(yīng)該指出，一批探測器的分散性變異系數(shù)超過是不合格品（參見重復(fù)性計(jì)算式）。作為例外的是有些進(jìn)口熱釋光儀具有逐個(gè)記憶并校正探測器靈敏度與本底的功能。、重.復(fù)性重復(fù)性是指用同一個(gè)探測器，在相同劑量下反復(fù)退火、照射、測量，測量值應(yīng)該基本一致。檢驗(yàn)方法見標(biāo)準(zhǔn)或檢定規(guī)程。導(dǎo)致測量結(jié)果不重

12、復(fù)的常見原因如下：（1）探測器未按規(guī)定條件退火、冷卻。探測器的劑量響應(yīng)（靈敏度）與退火溫度密切相關(guān)，還與退火恒溫時(shí)間到達(dá)后冷卻速度相關(guān)。冷卻的作用是迅速凍結(jié)熱處理時(shí)形成的晶體結(jié)構(gòu)。因此，退火爐內(nèi)不僅溫度要校準(zhǔn)，而且一批探測器所處位臵的爐內(nèi)溫度分布要均勻。一批探測器出爐時(shí)，力圖使每一個(gè)探測器經(jīng)受的冷卻條件既快又一致。通常做法是探測器在退火盤內(nèi)平放（不堆疊），出爐后迅速臵于預(yù)先啟動(dòng)的風(fēng)扇下。退火條件不當(dāng)，常會(huì)使熱釋光材料的發(fā)光曲線改變，從而影響靈敏度、本底。（2）探測器測量或退火受熱不充分，殘余信號影響下一次測量值。（3）探測器被污染或被陽光、紫外燈直接暴曬。為避免劑量計(jì)佩戴者好奇自行打開劑量盒，

13、型劑量盒內(nèi)設(shè)置了一個(gè)專門機(jī)構(gòu)。（4）影響重復(fù)性的另一因素是儀器測量條件變化。測量條件可能在你臨時(shí)離開時(shí)被他人改變。對于重要的測量，當(dāng)你臨時(shí)外出重新回到儀器跟前時(shí)，一定要重新檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)光源、加熱測量程序。測量條件也可能由于某些儀器穩(wěn)定性差而自行變化。通常，各種型號的熱釋光儀加熱測量程序較穩(wěn)定。影響重復(fù)性的主要參數(shù)是儀器靈敏度變化。這主要反映在“標(biāo)準(zhǔn)光源”讀數(shù)不穩(wěn)定或有漂移。、型熱釋光儀采用日本濱松公司生產(chǎn)的穩(wěn)定性好的光電倍增管作測光元件，并將它置于恒溫槽中（溫度的變化也會(huì)使光電倍增管靈敏度改變），同時(shí)采用濱松公司配套的高穩(wěn)定高壓電源和轉(zhuǎn)換率不隨環(huán)境溫度電源電壓變化的高穩(wěn)定電流頻率轉(zhuǎn)換電路，使儀器在

14、C的溫度范圍內(nèi)，在相對溫度95的%濕熱條件下靈敏度都能保持長期穩(wěn)定。國內(nèi)外都有些熱釋光儀采用標(biāo)準(zhǔn)光源自動(dòng)校準(zhǔn)電路。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是具有自動(dòng)校正儀器靈敏度的功能。但要提醒用戶注意，這種功能使得儀器靈敏度處于頻繁的高速中。事實(shí)上，設(shè)計(jì)得好的儀器靈敏度在數(shù)以小時(shí)計(jì)的時(shí)間內(nèi)應(yīng)該是穩(wěn)定的，不必調(diào)整。一旦自動(dòng)調(diào)整電路自身不穩(wěn)定，將導(dǎo)致測量結(jié)果不重復(fù)。這是由于，當(dāng)完全拉出樣品加熱抽屜，光源對準(zhǔn)測光系統(tǒng)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)光源讀數(shù)非常準(zhǔn)確。但當(dāng)推入抽屜，加熱測量樣品時(shí)，自動(dòng)校準(zhǔn)電路已不工作，有些設(shè)計(jì)不到位的儀器就保持不住剛才校準(zhǔn)的靈敏度，導(dǎo)致測量誤差。對具有自動(dòng)校準(zhǔn)光源功能儀器靈敏度穩(wěn)定性的檢查方法是：用4位半數(shù)字三用表

15、直接測光電倍增管高壓，在拉出抽屜“自動(dòng)校準(zhǔn)”和推入抽屜時(shí)，兩者的高壓讀數(shù)應(yīng)無變化，高壓變化0.0，8儀%器靈敏度將變O（的）輻射條件影響重復(fù)性。當(dāng)用一個(gè)放射源照射劑量計(jì)作重復(fù)性檢驗(yàn)或刻度儀器靈敏度時(shí)，一般探測器與放射源的距離要稍遠(yuǎn)一點(diǎn)，最好在以上。因?yàn)闊後屜到y(tǒng)測量值直接關(guān)系人身安全與健康，所以刻度儀器靈敏度的放射源一定要經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)或次級標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具，D源輻射器是不能作為標(biāo)準(zhǔn)源來刻度熱釋光系統(tǒng)的。在輻照探測器時(shí)，要保持電子平衡條件，如用或Y源輻照探測器，則探測器前面要有厚有機(jī)玻璃以提供次級電子，否則測量值會(huì)低約0用型劑量盒裝載探測器，具備電子平衡條件，可以直接照射。（）操作不當(dāng)影響重復(fù)性。在一個(gè)接

16、一個(gè)連續(xù)測量或等探測器時(shí)，一定要等加熱盤溫度降到C以下方可將待測樣品置于加熱盤上，否則會(huì)有信號損失。在攝氏多度的條件下，對應(yīng)C主峰附近陷阱里的電子也有一定幾率獲得足夠能量而躍遷。D、）型熱釋光儀對加熱盤的溫度是不間斷監(jiān)測的。這一點(diǎn)看似容易，實(shí)現(xiàn)起來有難度。因?yàn)榧訜岜P的溫度測量信號電線要隨加熱抽屜來回作成千上萬次運(yùn)動(dòng)，容易折斷。我們以獨(dú)特設(shè)計(jì)解決了這個(gè)問題。數(shù)百臺(tái)儀器多年實(shí)踐證明，即使加熱抽屜來回百萬次，也不會(huì)發(fā)生斷線現(xiàn)象。如果有的儀器采用拉出抽屜，加熱指示就回零的做法，用戶一定要耐心等一下，讓加熱盤溫度真正降到C以下再放新的被測探測器。線性度熱釋光劑量法最大的優(yōu)點(diǎn)就是具有很寬的線性量程，量程下

17、限也很低，適合于環(huán)境本底測量直至重大核事故劑量測量或放射性治療癌癥劑量監(jiān)測。但是，只有在正確操作條件下線性度才得以保持、獲取。下面敘述影響線性度的因素。（1探）測器的線性范圍非敏化片（粉末），即-1其線性范圍是y若一次輻照劑量超過，或多次照射、測量，測后未作C以上退火而累積劑量超過時(shí),將出現(xiàn)超線性。敏化片，即1線性范圍是其有人用Y輻照腫瘤，每天劑量，天天照射，累積劑量達(dá)。建議采用片作劑量監(jiān)督。無論是照射一次測量一次，不是輻照完后再測量，這種探測器都保持線性量程。材料，無論是片、粉,還是毛細(xì)管形探測器，其線性范圍均為，它對于更大劑量呈亞線性。通常讀出器都具有自動(dòng)加手動(dòng)量程轉(zhuǎn)換裝置。自動(dòng)換量程用于

18、保證在預(yù)先設(shè)定的一個(gè)量程上具有6-個(gè)7數(shù)量級的線性范圍。改變量程設(shè)定,可以使劑量測量范圍上移或下移。但要注意,當(dāng)手動(dòng)改變量程設(shè)定時(shí),一定要相應(yīng)改變光電倍增管工作高壓,否則將使測量結(jié)果有數(shù)量級的系統(tǒng)誤差。因?yàn)?改變量程設(shè)定,只是人為改變劑量單位的顯示（如從改變?yōu)?，顯示單位大了一個(gè)數(shù)量級），而沒有通過改變高壓來真正改變儀器靈敏度。因此，對于靈敏度已刻度過的熱釋光劑量儀，當(dāng)手動(dòng)改變量程范圍時(shí)，一定要相應(yīng)重新（大幅度）改變高壓，使標(biāo)準(zhǔn)光源計(jì)數(shù)作相應(yīng)數(shù)量級的變化。如量程變大一個(gè)數(shù)量級，要將高壓降低，秒鐘標(biāo)準(zhǔn)光源計(jì)數(shù)減少倍。通常，作日常人員劑量監(jiān)測及環(huán)境監(jiān)測，用U或U的量程。對于腫瘤輻照或輻射加工劑量監(jiān)測

19、，如讀出器最高量程仍不能涵蓋監(jiān)測劑量，可在樣品加熱盤上方加一個(gè)衰減100-1倍0的0中0性濾光片，事先用較小的輻照劑量測定濾減倍數(shù)。5環(huán).境穩(wěn)定性環(huán)境條件主要指溫度、濕度，對于沿海等地區(qū)還有霉菌、鹽霧等問題。對大多數(shù)情況而言影響測量最大的環(huán)境因素是溫度。溫度除影響電路參數(shù)外，主要影響光電倍增管暗電流和靈敏度，如前所述。和國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的讀出器工作環(huán)境條件為C,9順便指出，目前，在國內(nèi)外的商品劑量儀中，只有（3）把工作環(huán)境條件定為C,相對濕度5這種高指標(biāo)標(biāo)志著該產(chǎn)品有很好的環(huán)境穩(wěn)定性和工作可靠性。6長.期穩(wěn)定性我們總是希望系統(tǒng)的性能長期穩(wěn)定。在實(shí)踐中，常常會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素主要有以下一些。（1）探測器性能的變化。如對探測器退火不當(dāng)；探測器被污染；探測器在線性劑量量程上限以上使用過；探測器制造工藝欠妥。（2）向同一生