全国外照射个人剂量监测能力考核难度逐渐增大, 近几年的外照射个人剂量监测能力考核中盲样剂量计的照射未告知射线能量和照射角度, 越来越多的个人剂量检测机构使用能量鉴别式个人剂量计进行能量鉴别^[1-3]。国家标准(GB/T10264-2014)对个人剂量计的性能进行了具体规定, 生产厂家在出售个人剂量计时应该按照GB/T10264-2014的要求提供剂量计的非线性相对响应、平均光子辐射能量和入射角的相对响应等参数实验结果^[4-5]。为了更好地了解能量鉴别式个人剂量计的剂量学性能, 选用检测机构使用最多的一类能量鉴别式剂量计(CTLD-J4000型)进行剂量学实验研究。

1. CTLD-J4000型能量鉴别剂量计:CTLD-J4000型能量剂量计内部设有4个槽(图 1), 左上、左下、右下和右上, 分别为用于个人剂量当量H_p(10)测量的槽, 还有铜片过滤、锡片过滤和开窗(无过滤)3个槽, 通过铜片过滤、锡片过滤与无过滤的比值进行光子的能量辨别。

图 1 CTLD-J4000型能量鉴别式剂量计 Figure 1 CTLD- J4000 energy differential type dosimeter

2.测量仪器:探测器选用分散性为±3%、尺寸为ϕ4.5 mm×0.8 mm的LiF(Mg, Cu, P)圆片进行CTLD-J4000型能量鉴别剂量计的剂量学性能实验。读数器为解放军防化研究院生产的RGD-3型, 退火炉为北京核仪器厂生产的FJ-411型。测量系统经过国家计量院的定期检定。

3.剂量学性能实验研究

(1) 线性标准曲线:选用管电压为100 kV(N100)的X射线(平均能量为83 keV)和¹³⁷Cs照射10组CTLD-J4000型能量鉴别剂量计(每组3只)。X射线和¹³⁷Cs源线性曲线实验的剂量值分别为0.3、0.5、1.0、1.5、2.0 mSv和0.3、0.5、1.0、2.0、5.0 mSv。

(2) 能量响应实验:在管电压80~150 kV之间选取4种平均能量为65、83、100和118 keV的X射线和¹³⁷Cs、⁶⁰Co标准辐射场, 共照射6组能量鉴别剂量计, 能量响应实验中每组的剂量值为1.0 mSv^[6]。

(3) 角度响应实验:在管电压为100 kV(N100)和120 kV(N120)的X射线(平均能量分别为83和100 keV)、¹³⁷Cs标准辐射场中, 选用0°、20°、40°、60° 4种照射角度, 共照射12组能量鉴别剂量计, 角度响应实验中每组的剂量值为1.0 mSv。

(4) 能量鉴别实验:参考CTLD-J4000型能量鉴别剂量计厂家出具的射线能量鉴别方法进行射线能量鉴别。

1.线性标准曲线:将照射完毕的CTLD-J4000型能量鉴别剂量计放置24 h后进行测读, 平均能量为83 keV的X射线线性实验结果如图 2所示, 线性相关系数R²=0.998 1。¹³⁷Cs线性实验结果如图 3所示, 线性相关系数R²=0.998 7。¹³⁷Cs源的线性要好于平均能量为83 keV的X射线。

图 2 平均能量为83 keV的X射线线性响应实验结果 Figure 2 Experimental results of average energy 83 keV X-ray linear response

图 3 137CS线性响应实验结果 Figure 3 Experimental results of137Cs linear response

2.能量响应实验结果:将平均能量为65、83、100和118 keV的X射线与⁶⁰Co源照射剂量为1.0 mSv的剂量响应值归一到¹³⁷Cs源照射剂量为1.0 mSv的剂量响应值, 能量响应曲线如图 4所示, 得到的能量响应范围在±20%以内。

图 4 能量响应曲线图 Figure 4 Energy response curve

3.角度响应实验结果:将平均能量为83和100 keV的X射线与¹³⁷Cs源在为20°、40°、60°的角度下照射剂量为1.0 mSv的剂量响应值归一到照射角度为0°、照射剂量为1.0 mSv的剂量响应值, 得到的角度响应结果列于表 1。由表 1中结果可知, 平均能量为83和100 keV的X射线与¹³⁷Cs源在为20°、40°、60°的角度下角度响应偏差最大值为10%。

表 1(Table 1)

表 1 1 mSv照射剂量下不同能量的角度响应实验结果 Table 1 Angle response of different energy experimental results at 1 mSv X、%能量点 平均能量（keV) 角度(°) 角度响应值（归一到0°) N100 83 20 0.98 40 1.03 60 1.08 N120 100 20 1. 02 40 1.04 60 1.08 137Cs 662 20 0.92 40 0.90 60 0.97

表 1 1 mSv照射剂量下不同能量的角度响应实验结果 Table 1 Angle response of different energy experimental results at 1 mSv

4.能量鉴别实验结果:厂家提供了不同能量照射情况下右上/右下以及右上/左下的参考值, 参考厂家提供的参考值进行射线能量的鉴别。

(1) 同一能量照射不同剂量的能量鉴别:选择平均能量83 keV的X射线与¹³⁷Cs源照射不同剂量, 参考厂家给出的鉴别方法进行能量鉴别(表 2)。表 2可知, 看出¹³⁷Cs源照射不同剂量时右上/右下与右上/左下的测量值与厂家参考值的最大偏差均为7%, 而平均能量83 keV X射线照射不同剂量偏差较大, 右上/右下的测量值与厂家参考值的最大偏差为32.7%, 右上/左下的测量值与厂家参考值的最大偏差为18.3%。

表 2(Table 2)

表 2 83 keV X射线与137C源照射不同剂量能量鉴别 Table 2 Energy identification of 83 keV X-ray and 137Cs source with different irradiation doses X、γ能量点 平均能量(keV) 照射剂量(msV) 双元件比（右上/右下）   双元件比（右上/左下） 测量结果 厂家参考值 偏差(%)a 测量结果 厂家参考值 偏差(%)a N100 83 0.3 1.83 2. 72 -32.7 1.07 1.31 -18.3 0.5 2.46 2.72 -9.6 1.22 1.31 -6.9 1.0 2.67 2.72 -1.8 1.24 1.31 -5.3 1.5 2.83 2.72 4.0 1.26 1.31 -3.8 2.0 3.20 2.72 17.6 1.33 1.31 1.5 137Cs 662 0.3 1.06 1.00 6.0 1.02 1.02 0.0 0.5 0.93 1.00 -7.0 0.95 1.02 -7.0 1.0 1.01 1.00 1.0 1.01 1.02 -1.0 2 .0 0.97 1.00 -3.0 0. 97 1.02 -4.9 5.0 1.01 1.00 1.0 1.00 1.02 -2.0    注：a偏差=(测量结果-厂家参考值)/厂家参考值

表 2 83 keV X射线与137C源照射不同剂量能量鉴别 Table 2 Energy identification of 83 keV X-ray and 137Cs source with different irradiation doses

(2) 不同能量照射相同剂量的能量鉴别:选择平均能量为65、83、100和118 keV的X射线照射相同剂量(1.0 mSv), 参考厂家给出的鉴别方法进行能量鉴别。如表 3所示, 4个能量点与厂家给出的参考值基本符合。65、83和100 keV 3个能量点测量结果与厂家给出的参考值基本符合。118 keV的能量点右上/右下的测量值与厂家给出的参考值偏差较大。

表 3(Table 3)

表 3 照射剂量为1 mSv下不同能量射线的能量鉴别 Table 3 Energy identification of different rays at 1 mSv X射线能量点 平均能量(keV) 双元件比（右上/右下）   双元件比（右上/左下） 测量结果 厂家参考值 偏差(%)a 测量结果 厂家参考值 偏差(%)a N80 65 4.04 4.14 -2.4 1.57 1.59 -1.3 N100 83 2.67 2.;2 -1.8 1.24 1.3 -4.6 N120 100 2.06 2.07 -0.5 1.12 1.19 -5.9 N150 118 1.90 1.;0 11.8 1.17 1.12 4.5    注:a偏差=(测量结果-厂家参考值)/厂家参考值

表 3 照射剂量为1 mSv下不同能量射线的能量鉴别 Table 3 Energy identification of different rays at 1 mSv

(3) 不同能量不同角度照射相同剂量的能量鉴别:选择平均能量为83和100 keV的X射线与¹³⁷Cs源在不同角度下照射相同剂量(1.0 mSv), 参考厂家给出的鉴别方法进行能量鉴别。如表 4所示, 在平均能量为83、100和662 keV能量下照射不同角度可以参考厂家提供的参考值粗略进行鉴别, 但是由于角度偏转的影响其测量结果与参考值存在一定的偏差。

表 4(Table 4)

表 4 照射剂量为1 mSv时不同角度射线能量的鉴别 Table 4 Energy identification of different rays with different angles at 1 mSv X、γ能量点 平均能量(keV) 角度(°) 双元件比（右上/右下）   双元件比（右上/左下） 测量结果 厂家参考值 偏差(%)a 测量结果 厂家参考值 偏差(%)a N100 83 20 2.73 2. 72 0.4 1.40 1.31 6.9 40 2.25 2.72 -17.3 1.35 1.31 3.1 60 2.31 2.72 -15. 1 1.59 1.31 21.4 N120 100 20 2.26 2.07 9.2 1.12 1.19 -5.9 40 1.96 2.07 -5.3 1.21 1.19 1.7 60 2.49 2.07 20.3 1.28 1.19 7.6 137Cs 662 20 0.96 1.00 -4.0 0.97 1.02 -4.9 40 0.93 1.00 -7.0 0.96 1.02 -5.9 60 1.04 1.00 4.0 1.00 1.02 -2.0    注:a偏差=(测量结果-厂家参考值)/厂家参考值

表 4 照射剂量为1 mSv时不同角度射线能量的鉴别 Table 4 Energy identification of different rays with different angles at 1 mSv

能量鉴别式剂量计在全国的推广使用已有10多年。一些个人剂量检测机构在全国外照射个人剂量监测能力考核中使用能量鉴别式剂量计取得了优异的成绩^[7]。但也有少部分检测机构虽然使用能量鉴别式剂量计但考核结果不合格, 主要原因在于其未能了解能量鉴别剂量计各滤片窗口的功能和未进行系统的剂量学性能实验, 不了解剂量计的使用条件和范围从而给出错误的结果。

本研究通过一系列的剂量学性能实验可以看出, CTLD-J4000型能量鉴别剂量计线性相关性较好、平均光子辐射能量响应偏差±20%以内, 入射角的相对响应偏差最大为10%。利用厂家给出的能量鉴别参考值在一定程度上可以实现能量鉴别的需求。照射剂量为1 mSv时对于射线能量的鉴别, 厂家给出的参考值与测量值基本相符。相同能量下照射不同剂量时双元件比(右上/右下或右上/左下)的测量值与厂家给出的参考值存在一定差异, 相同能量下相同剂量时照射不同角度时双元件比(右上/右下或右上/左下)的测量值与厂家给出的参考值也存在一定差异。因此, 对于不同剂量点和不同照射角度的影响厂家给出的参考值与实际测量值存在一定的偏差, 尚需要通过进一步的实验找出不同剂量值和角度偏转影响测量结果的规律。在使用能量鉴别剂量计进行射线能量鉴别时个人剂量检测机构需要经过系统的性能实验, 个人剂量计的能量和角度依赖性是性能实验的重要部分^[8]。通过系统的性能实验可以明确剂量计使用的条件与范围, 不可盲目照搬厂家给出的参考值。