2018年IAEA亚太地区外照射个人剂量监测比对结果分析

引用本文

卫晓峰, 侯雪莉, 曹勤剑, 于轶凡, 赵原, 赵青, 刘立业. 2018年IAEA亚太地区外照射个人剂量监测比对结果分析[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2020, 40(12): 956-961, DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2020.12.011.

卫晓峰 , 侯雪莉 , 曹勤剑 , 于轶凡 , 赵原 , 赵青 , 刘立业

中国辐射防护研究院保健物理所, 太原 030006

收稿日期: 2020-05-07

通信作者: 刘立业, Email:liuliye@cirp.org.cn

[摘要] 目的了解亚太地区外照射个人剂量监测水平，分析监测工作中存在的问题，提高个人剂量监测能力、完善质量管理体系。方法阐述国际原子能机构（IAEA）亚太地区外照射个人剂量监测比对方法，对于各照射组分别从相对误差、负相对误差比例、变异系数和固有误差4个方面分析了比对结果，对于总体结果从各照射情景及各参与者响应值R的分布情况进行分析，结合标准、技术导则对存在的问题及改进建议进行讨论。结果共有22个国家的30个个人剂量监测机构参加了本次比对。所有测量结果的响应值R在0.67~1.50范围内，平均值为0.96±0.16（1σ）；4个照射组测量值的整体相对误差分别15.5%、16.4%、19.1%和16.6%；各照射组R的中位数与平均值相近且均接近于1.0，整体上R的分布偏向于1.0以下；24家参与者响应分布偏向1.0以下的有15家，占总数的62.5%。结论所有参加机构均达到了本次比对要求，但在剂量系统校准、质量控制及不确定度分析方面存在一定问题。建议可通过加强量值溯源和检定校准的多样性、了解现场使用场景和优化剂量计性能、系统科学评估不确定度来提高个人剂量监测机构外照射剂量监测能力和质量管理水平。

[关键词] 外照射剂量个人剂量监测剂量计比对

Analysis of IAEA individual monitoring intercomparison for external radiation exposure in Asia and the Pacific region in 2018

Wei Xiaofeng , Hou Xueli , Cao Qinjian , Yu Yifan , Zhao Yuan , Zhao Qing , Liu Liye

Department of Health Physics, China Institute for Radiation Protection, Taiyuan 030006, China

Corresponding author: Liu Liye, Email: liuliye@cirp.org.cn

[Abstract] Objective To acertain the monitoring level for individual external radiation exposure in the Asia-Pacific region, analyze the problems existing in individual monitoring, raise the capability of individual monitoring, and improve the quality management system. Methods The inter-comparison result were analyzed for each of exposure scenarios in terms of relative error, negative relative error ratio, coefficient of variation, and intrinsic error. The overall result were analyzed with respect to the distribution of R for each exposure scenario and each participant. As a result, discussions were made of the problems and advises by referency to the relevant standards and technical guidelines. Results Totally 30 individual monitoring services from 21 countries participated in this regional intercomparison. The response R of all measurement result is in the range of 0.67-1.50, with an average value of 0.96±0.16 (1σ). The relative errors of the overall measurement values for four exposure scenarios were 15.5%, 16.4%, 19.1%, and 16.6% respectively. The median of R for each exposure scenario is close to the average, up to 1.0. There are 15 participants with a response distribution bias of less than 1.0, accounting for 62.5% of the total. Conclusions All the participants provided results that were within the acceptable limits. However, there are some problems in the calibration, quality control and uncertainty analysis. Capability of individual monitoring and quality management should be further improved through a combination of strengthening the traceability of the value and the diversity of verification and calibration, being aware of exposure scenarios and optimizing performance of dosimeter, and evaluating uncertainty scientifically.

[Key words] External exposure dose Individual dose monitoring Dosimeter Intercomparison

2016年, 国际原子能机构(IAEA)启动了针对亚太地区的技术合作项目RAS/9/80，旨在新基本安全标准下进一步提高本地区各国的职业照射辐射防护能力。在此项目框架下，IAEA在2018年发起组织了针对亚太地区的外照射个人剂量监测比对活动，主要目的在于评估个人剂量监测机构的外照射剂量监测能力，同时帮助各机构进一步提升测量的准确性和服务水平，改善实验室的质量管理体系。共有包括日本、澳大利亚、新加坡、马来西亚、中国等22个国家的30家个人剂量监测机构参加，基本都是国家级的监管部门或研究机构。使用了包括热释光剂量计(TLD)、光致发光剂量计(OSL)、胶片剂量计及电荷存储剂量计在内的4种类型的个人剂量计。本研究对此次国际比对数据结果进行统计与分析，了解亚太地区外照射个人剂量监测水平，发现个人剂量监测中存在的问题，为进一步提高我国外照射个人剂量监测能力提供参考与建议。

材料与方法

1.照射方式：在澳大利亚初级标准电离辐射实验室对所有剂量计进行照射。参考量为个人剂量当量H_p(10)。每个参与者提供5组每组5个共25个剂量计，4组为比对照射组，另外1组为本底组，用于扣除环境本底和运输本底。4个照射组的受照剂量、射线能量和照射角度有所区别，同时这也是本次比对的鉴别项。具体照射信息如表 1所示。¹³⁷Cs组剂量计在尺寸为30 cm×30 cm×15 cm的实心PMMA材质平板模型上进行照射，X射线组在30 cm×30 cm×15 cm的水模体上进行照射，按照国际辐射单位和测量委员会(ICRU)47号报告和国际标准化组织ISO 4037-3标准所规定的照射方法进行照射^[1-2]。

表 1 本次比对的4种照射情况 Table 1 Basic information on exposure scenarios

2.判断标准：本次比对的判断标准为测量值是否处于可接受准确度范围之内。参考IAEA Safety Standards No. GSG-7^[3]和国际放射防护委员会(ICRP)35号出版物^[4]，可接受准确度区间上限D_UL和下限D_LL分别如式(1)和式(2)所示。

$ {D_{UL}} = 1.5{H_1}\left( {1 + \frac{{{H_0}}}{{2{H_0} + {H_1}}}} \right) $

(1)

$ {D_{LL}} = \frac{{{H_1}}}{{1.5}}\left( {1 - \frac{{2{H_0}}}{{{H_0} + {H_1}}}} \right) $

(2)

式中，H₁为照射参考剂量，mSv；H₀为需要测量的最小剂量，mSv。在实际情况下，H₀通常为记录水平，如式(3)所示。

$ {H_0} = L\left( {\frac{T}{{12}}} \right) $

(3)

式中，L为1 mSv或者为10%的年剂量限值，mSv。本比对中L取1 mSv，监测周期T为1个月，因此，H₀为0.08 mSv。结合表 1，可计算出4个照射情况下的判断标准。

3.统计学处理：采用SPSS 20.0软件进行统计处理。测量值以x±s表示，以百分比形式对相对误差、占比、变异系数等指标进行描述。组内数据符合正态分布，采用单一样本t检验对各参与者测量结果是否存在固有误差进行分析。P < 0.05为差异有统计学意义。

结果

1. ¹³⁷Cs平行束0°入射结果：最终有24家参与者报送了测量结果。表 2显示了各参与者的比对结果。从表 2中可以看出，所有参与者的剂量测量值均在可接受准确度区间之内；与参考值相对误差的绝对值为0.1%~28.2%；相对误差为负的有12家，占报送结果参与者一半的比例，且负相对误差整体偏大，最大达到了-27.8%；为消除负相对误差的影响，说明同一照射条件下的整组(将所有参与比对者作为一个整体)水平，引入整体相对误差θ_T(式4)，本照射组的整体相对误差为15.5%；组内各家剂量计的变异系数为0.1%~14.0%；测量结果存在固有误差的共有17家，占比70.8%。

表 2 ¹³⁷Cs比对结果统计 Table 2 Summary of ¹³⁷Cs intercomparison results

参与者	0°(n=5)				20°(n=5)
参与者	测量值(mSv)	相对误差(%)	变异系数(%)	固有误差	测量值(mSv)	相对误差(%)	变异系数(%)	固有误差
1	3.70±0.15^a	16.2	4.1	√	3.60±0.08^a	12.0	2.1	√
2	3.19±0.05	0.3	1.5	×	3.20±0.04	-0.4	1.2	×
3	3.25±0.13	2.2	4.0	×	2.92±0.18^a	-9.2	6.0	√
4	2.78±0.16^a	-12.6	5.9	√	2.78±0.11^a	-13.4	3.9	√
5	3.54±0.05^a	11.3	1.5	√	3.48±0.04^a	8.4	1.3	√
6	3.03±0.06^a	-4.7	2.0	√	2.99±0.14^a	-7.0	4.7	√
7	2.80±0.07^a	-11.9	2.5	√	2.82±0.04^a	-12.1	1.6	√
8	2.39±0.12^a	-24.8	4.8	√	2.32±0.01^a	-27.8	0.6	√
9	3.25±0.17	2.3	5.2	×	3.25±0.17	1.2	5.1	×
10	3.21±0.07	0.9	2.2	×	3.30±0.12	2.8	3.8	×
11	4.08±0.01^a	28.2	0.1	√	4.08±0.01^a	27.2	0.1	√
12	3.43±0.08^a	8.0	2.4	√	3.56±0.16^a	10.9	4.5	√
13	2.52±0.14	-20.6	5.5	√	2.52±0.26^a	-21.6	10.2	√
14	3.12±0.11	-1.8	3.4	×	3.09±0.10	-3.9	3.3	×
15	2.30±0.32^a	-27.8	14.0	√	2.23±0.09^a	-30.6	4.1	√
16	2.44±0.09^a	-23.3	3.7	√	2.42±0.08^a	-24.6	3.5	√
17	3.60±0.05^a	13.3	1.4	√	3.61±0.05^a	12.5	1.5	√
19	3.18±0.03	0.1	1.1	×	3.19±0.02^a	-0.7	0.6	√
20	2.49±0.09^a	-21.8	3.6	√	2.47±0.29^a	-23.2	11.6	√
21	3.28±0.10	3.3	3.0	×	3.45±0.06^a	7.4	1.8	√
22	2.82±0.26^a	-11.3	9.3	√	2.72±0.18^a	-15.3	6.4	√
23	3.43±0.10^a	7.8	3.0	√	3.40±0.17	5.9	5.1	×
28	2.35±0.08^a	-26.0	3.5	√	2.30±0.03^a	-28.3	1.3	√
29	2.65±0.03^a	-16.7	1.1	√	2.69±0.02^a	-16.3	0.6	√
注：^at=0~0.99，P < 0.05，为有固有误差。√代表存在固有误差，×代表不存在固有误差

表 2 ¹³⁷Cs比对结果统计 Table 2 Summary of ¹³⁷Cs intercomparison results

$ {{\rm{ \mathsf{ θ} }}_T} = \sqrt[2]{{\left( {\sum\limits_{n = 1}^{24} {{\theta _n}} } \right)/24}} $

(4)

式中，参与者相对误差θ_n为每个参与者的相对误差，共有24个报送数据的参与者。

2. ¹³⁷Cs平行束20°入射结果：所有参与者的剂量测量值均在可接受准确度区间之内；与参考值相对误差的绝对值为0.4%~30.6%，整体相对误差θ_T为16.4%；相对误差为负的有15家，负相对误差最大值为-30.6%；组内剂量计的变异系数在0.1%~11.6%之间；测量结果存在固有误差的共有19家，占总报送参与者比例为79.2%(表 2)。

3.X射线0°入射比对结果：所有参与者的剂量测量值均在可接受准确度区间之内；与参考值相对误差的绝对值为0~49.8%，整体相对误差θ_T为19.1%；相对误差为负的有16家，占报送结果参与者的2/3，负相对误差最大值为-33.2%；组内剂量计的变异系数为1.0%~13.8%；测量结果存在固有误差的共有20家，占总报送参与者比例为83.3%。注意到12号参与者测量值与照射剂量的相对误差达到了49.8%，而其他照射情景下的相对误差在10%左右，推测在本次测量中出现了粗大误差。详见表 3。

表 3 X射线比对结果统计 Table 3 Summary of X-ray intercomparison results

参与者	0°(n=5)				20°(n=5)
参与者	测量值(mSv)	相对误差(%)	变异系数(%)	固有误差	测量值(mSv)	相对误差(%)	变异系数(%)	固有误差
1	4.86±0.08^a	-10.6	1.7	√	4.78±0.12^a	-10.4	2.6	√
2	5.01±0.17^a	-7.9	3.3	√	5.13±0.13^a	-3.9	2.6	√
3	5.09±0.26^a	-6.5	5.2	√	4.86±0.33^a	-9.0	6.8	√
4	5.94±0.19^a	9.2	3.3	√	5.80±0.12^a	8.6	2.1	√
5	4.16±0.13^a	-23.5	3.2	√	4.12±0.13^a	-22.8	3.2	√
6	6.50±0.14^a	19.4	2.2	√	6.36±0.13^a	19.2	2.0	√
7	6.72±0.19^a	23.5	2.9	√	6.66±0.11^a	24.7	1.7	√
8	3.64±0.09^a	-33.2	2.6	√	3.74±0.13^a	-29.9	3.5	√
9	4.73±0.65	-13.1	13.8	×	4.42±0.09^a	-17.2	2.1	√
10	4.86±0.05^a	-10.7	1.0	√	4.69±0.14^a	-12.1	3.0	√
11	5.37±0.11	-1.3	2.0	×	5.42±0.10	1.4	1.9	×
12	8.15±0.72^a	49.8	8.9	√	5.86±0.13^a	9.7	2.2	√
13	5.44±0.35^a	0.0	6.4	√	5.49±0.34	2.8	6.2	×
14	4.57±0.18^a	-16.0	3.9	√	4.63±0.15^a	-13.4	3.3	√
15	4.65±0.33^a	-14.5	7.2	√	4.76±0.30^a	-10.8	6.3	√
16	5.08±0.19^a	-6.6	3.8	√	5.02±0.16^a	-6.0	3.3	√
17	3.77±0.10^a	-30.7	2.7	√	3.69±0.12^a	-31.0	3.2	√
19	6.77±0.07^a	24.5	1.1	√	6.71±0.07^a	25.6	1.1	√
20	5.23±0.41	-3.9	7.9	×	5.10±0.28	-4.5	5.4	×
21	4.64±0.14^a	-14.8	3.0	√	4.73±0.36^a	-11.4	7.7	√
22	6.26±0.57^a	15.1	9.1	√	6.83±0.82^a	28.0	12.0	√
23	5.58±0.14	2.5	2.4	×	5.70±0.23^a	6.8	4.0	√
28	4.88±0.11^a	-10.2	2.3	√	4.89±0.09^a	-8.5	1.8	√
29	4.29±0.09^a	-21.2	2.2	√	4.30±0.11^a	-19.4	2.6	√
注：^at=0~0.99，P < 0.05，为有固有误差。√代表存在固有误差，×代表不存在固有误差

表 3 X射线比对结果统计 Table 3 Summary of X-ray intercomparison results

4.X射线20°入射比对结果：24家参与者的测量值均在可接受准确度范围之内；与参考值相对误差的绝对值为1.4%~31.0%，整体相对误差θ_T为16.6%；相对误差为负的有15家，负相对误差最大值为-31.0%；组内剂量计的变异系数为1.1%~12.0%；测量结果存在固有误差的共有21家，占比87.5%。详见表 3。

5.整体结果：图 1用箱型图描绘了各照射情景下响应值R(测量值与参考值的比值)的分布情况，横框线从下到上分别代表最小值、25%分位数、中位数、75%分位数及最大值，“*”代表平均值。结果表明所有R的平均值为0.96±0.16(1σ)；各照射情景下R的分布较为接近，分布在0.69~1.28之间，70 kVp+4 mm Al 0°最大值稍有高出；各组中位数与平均值相近且均接近于1，但整体上R的分布偏向1.0以下；各照射情景下R离散程度较小。

注：1.¹³⁷Cs, 0°; 2.¹³⁷Cs, 20°；3.70 kVp+4 mm Al, 0°; 4.70 kVp+4 mm Al, 20° 图 1 每种照射情景下响应值R的箱型图 Figure 1 Box plot of distribution of R values for each exposure scenario

图 2用箱型图描绘了各参与者响应R的分布情况，横框线分别代表各照射情景下的响应值R，圆点代表平均值。从图中能更为直观的看出各参与者响应R的分散程度与偏向。24家参与者响应R的标准差≤0.1、0.1~0.2和>0.2的分别有9、11和4家，分布偏向1.0以下的有15家，占总数的62.5%。

图 2 各参与者响应R的箱型图 Figure 2 Box plot of distribution of R values for each participant

6.中国辐射防护研究院(中辐院)比对结果：图 3显示了中国辐射防护研究院的比对结果。4个照射组剂量测量值与真实值的相对误差分别为0.3%、-0.4%、-7.9%和-3.9%，均在可接受区间之内，达到了本次比对要求。参考GBZ 207-2016《外照射个人剂量系统性能检验规范》^[6]计算了整体偏离B和偏离标准差S分别为-3.0%和0.037 6，满足GBZ 207-2016中对于个人剂量系统综合检验的要求。

图 3 中国辐射防护研究院比对结果 Figure 3 The intercomparison results from China Institute for Radiation Protection

讨论

比对是提高剂量监测水平、完善质量管理体系的重要手段。在国际上，定期参加比对活动也是某些监管机构授权个人剂量监测技术服务机构资质的一项基本要求^{[3, 7]}。IAEA、欧洲剂量学组、中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所、中国核工业集团等均多次开展了个人剂量监测比对活动。通过比对，有助于发现个人剂量监测过程中设备、人员、流程、管理等方面的问题，补齐相应短板，最终达到提高个人剂量监测能力的目的。

本次IAEA亚太地区外照射个人剂量监测比对，主要对外照射剂量测量系统的线性响应、能量响应和角度响应3个方面进行了考察。从比对结果上看，所有参加机构均达到了比对要求。响应R不0.67~1.50，平均值为0.96±0.16(1σ)。4个照射条件下R的分布较为接近。有62.5%的参与者响应R分布偏向1.0之下，表明存在低估受照剂量的情况。需要特别注意R的分布呈现偏态尤其是整体全部在1.0一侧的情况，说明测量存在一定的固有误差。有6家参与者出现3次以上剂量计的变异系数超过5%的情况，说明在剂量计质量控制方面有待改进。另外通过单一样本t检验的方式证实了超过7成参与者的测量结果存在固有误差，X射线组存在固有误差的比例超过¹³⁷Cs组。各参与者¹³⁷Cs平行束0°入射和20°入射两组的相对误差及剂量计一致性结果较为接近，主要是由于¹³⁷Cs能量较高，0°和20°入射对结果的影响较小。

X射线0°和20°入射两组的相对误差及剂量计一致性结果同样较为接近，但X射线组的相对误差与¹³⁷Cs组结果相比有变大的趋势。究其原因，一方面是由于本次照射使用的X射线较为特殊，平均能量约34 keV，并非国际标准化组织(ISO)或国标中推荐的参考辐射场，此射束的平均能量、谱形、分辨率等不同于推荐的参考辐射场，与各参与者校准时的参考辐射场不同，因此造成在校准上存在一定的固有误差；另一方面是由于在此能量附近正好是剂量计能响曲线的拐点^{[9, 13]}，剂量计响应受射线能量的影响较为明显。

我国目前有约60万放射工作人员，主要从事医疗、核燃料循环、工业及其他行业。外照射剂量监测是获取个人职业照射剂量、评价外照射风险、优化辐射防护的重要手段。结合本次比对出现的问题和我国现状，为进一步做好外照射个人剂量监测工作，建议持续不断地做好以下3个方面的工作。①刻度问题。刻度是将剂量计读数转化为最终受照剂量的关键因素。本次比对反映出刻度方面的两个问题。首先是量值的可追溯性，大部分参与者的量值可溯源到初级或次级标准电离辐射实验室，而有3个参与者的量值可追溯性存在问题^[5]。其次是辐射束的选择，大多数参与者只使用了强贯穿辐射进行校准，而只有少部分参与者在强弱贯穿辐射场中均进行了校准。建议在实际工作中使用多种辐射束对剂量计进行测试，通过相对响应对剂量计结果进行校正。②测量不确定度。测量不确定度的评估是量化测量准确性的基础。可以使用统计分析法评定A类评定不确定度，如剂量元件灵敏度、读出器本底、读出器光收集稳定性等；而B类评定不确定度是利用非统计分析方法确定的，是基于经验或其他信息的科学判断，如剂量计能量和角度依赖性、响应的非线性、信号衰退、光照影响等。③剂量计的能量响应和角度响应。剂量元件性能、剂量计结构形状、外壳材料组织等效性等因素是引起剂量计能响和角响变化的主要因素。建议在实际工作中需要注意两个问题，首先是剂量计的能响和角响性能是否满足标准要求，其次是要了解剂量计现场使用环境，如能量、能谱、方向、位置、防护等，根据现场使用环境对个人剂量结果进行评价与修正，这对于受照风险高、作业辐射环境复杂的人群尤为重要。

利益冲突 无

作者贡献声明 卫晓峰、侯雪莉、曹勤剑负责论文设计、数据整理分析、论文撰写和修改；于轶凡、赵原、赵青负责数据处理、资料分析；刘立业负责论文选题与审阅

参考文献

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中华放射医学与防护杂志 2020, Vol. 40 Issue (12): 956-961	PDF