X射线装置广泛应用于医疗诊断、无损检测等核技术利用领域。在发生辐射事故时，人员受照剂量评估是事故调查的重要内容之一。2021年，用于耳机线无损检测的手提式X射线透射仪由于未采取有效辐射防护措施，导致发生2名操作人员手部严重急性放射性损伤的辐射事故。如何快速且客观评估人员的受照剂量，对放射性损伤的诊断和治疗有重要指导意义^[1]，同时也可为辐射事故处置提供有效技术支持。

1. 事故背景：事故源项的X射线管在工作时为水平横置，射线经准直器后垂直向下发射，下方配置成像仪，标称管电压为80 kV，管电流为0.5 mA，正常工作时发射连续能量X射线，最大能量为80 keV。除了X射线管套有未知厚度的铅筒外，并未采取屏蔽等其他辐射防护措施，存在漏射线和散射线，该设备附近停留人员的受照情况值得关注。无损检测时，操作人员双手分别握住待检耳机线两端，一只手送另一只手拉，使耳机线通过X射线照射野，完成检测，工作习惯决定了手部并不是固定在一个位置接受辐射，而是在一个区域内受照。

2. 仪器设备: CQ-TR50型手提式X射线透射仪，购置于中科光电科技(威海)有限公司；LiF(Mg，Cu，P)热释光探测器，购置于中国辐射防护研究院；HW-Ⅱ型精密退火炉，购置于核工业部第七研究所；RGD-3D型热释光测量仪，购置于北京海阳博创科技股份有限公司；便携式AT1123 X-γ剂量率仪，购置于白俄罗斯ATOMTEX公司；自制的周围辐射场测量架；自制的出束口辐射场十字测量架。

3. 辐射场重建布点方法：为了更加接近实际地估算操作人员手部受照剂量，需要对X射线透射仪出束口附近的辐射场进行重建，同时获取以X射线透射仪为中心，边长为200 cm的立方体范围内辐射场分布。由于射线的康普顿散射，X射线透射仪周围环境物品会使辐射场发生改变^[2-3]，造成散射点附近辐射场的空气吸收剂量率升高^[4]。重建辐射场的布点原则和依据有两个：一是选择体积足够小的测量设备，尽量控制其散射对辐射场影响；二是测量点位数量适中，满足可代表辐射场整体水平的要求，主束方向适当加密布放。

选择LiF(Mg，Cu，P)热释光探测器作为测量探测器，该探测器体积较小(单片直径1 mm，高5 mm)，组织等效性优，在较宽受照剂量范围内线性良好，灵敏度高且稳定性好^[5]，可用于X射线装置防护监测^[6]。将一批分散性 < 5%的探测器以2片为一组，分别装入聚乙烯(PE)密封袋，编号后固定于对应测量点位，同时选择6片探测器用于运输本底扣除。

周围辐射场测量架(边长200 cm)的6个面使用管径2 cm聚氯乙烯(PVC)管按100 cm间距连接固定支撑，以50 cm为间距，用直径1 mm的弹力绳连接固定LiF(Mg，Cu，P)热释光探测器。以测量架其中一个角为三维坐标零点，实际尺寸为坐标值，X射线透射仪的射线出束口置于测量架正中间，其坐标值为(100，100，100)，因空间被X射线透射仪占用，(100，100，50)、(100，100，100)两个点位未能布放探测器，出束口附近辐射场十字测量架由上下两块长40 cm宽5 cm正对的十字有机玻璃板，以及支撑在十字末端的4根管径2 cm PVC管铆合组成，放置在成像仪上方，X射线管从侧面45°放入，出束方向在十字交点的投影线上，出束口居于测量架中部，距离出束口正下方2.7、5.7、8.7、11.7、14.7、17.7 cm处各增加布放1个测量点。共布放209个测量点，具体布点图如图 1所示。

图 1 X射线透射仪辐射场测量布点图 Figure 1 Measurement positions of radiation field around X-ray device

4. 测量过程与计算：X射线管因出束发热而限制出束时长，测量时每次连续出束50~70 s，散热3 min再次出束。为避免出束口垂直方向上6个测量点相互阻挡影响，沿出束口由近到远(100，100，97.3)、(100，100，94.3)、(100，100，91.3)、(100，100，88.3)、(100，100，85.3)5个测量点的热释光探测器依次单独受照50 s，完成后将(100，100，82.3)测量点热释光探测器置于指定位置，与其他测量点位同时受照，共受照28次，总时长0.4478 h。出束口辐射场其他80个测量点位与周围辐射场123个测量点共受照33次，总受照时长为0.5172 h。

现场测量完成后将收集的热释光探测器送回实验室，检查无受潮、变色、裂缝后在热释光测量仪上读取计数。每个测量点的两个热释光探测器测量结果扣除铅室和运输本底后，按式(1)计算后取平均值，得到该点位空气吸收剂量率。

式中，N为测量计数；N_b为铅室和运输本底计数；f为刻度因子，1.3 μGy/计数，热释光探测器在管电压80 kV参考辐射测量条件下获得；t为受照总时长，h；D_R为测量点位的空气吸收剂量率，μGy/h。

5.手部皮肤剂量估算方法：根据现场调查，单次检测出束时间5.5 s，手部受照人员A每天受照时长为2.55 h，共操作了14 d，累积受照35.7 h；受照人员B每天受照时长为2.04 h，共操作了8 d，累积受照16.32 h。操作时均无佩戴任何辐射防护用品。

如图 2所示，ac和cb是以出束口为圆心，半径5 cm的1/4圆弧。受照人员在无损检测时存在两种情形，正常操作：双手各握住耳机线a、b两端，一手送一手拉，确保耳机线最低弧处于X射线出束口下方，直至检测完成，左右手分别在ac和cb弧线内匀速运动；极端操作：其中左手为了保证成像效果，基本固定放在出束口下方，水平移动距离1~2 cm，高度基本无变化，右手握住b端，在cb弧线内匀速往返数次，完成检测。

图 2 无损检测操作示意图 Figure 2 Operation diagram of non-destructive testing

上述两种情形下，手部实际在辐射场的x=y平面内移动，出束口坐标值为(100，100，100)，在acb半圆弧内，从a至b，设以9°为一个单位，通过式(2)和式(3)计算手部运动轨迹上21个点的坐标值。

式中，r为半径，5 cm；n为0至20的整数，无量纲。将坐标值分别代入拟合空间分布图中获得相应的空气吸收剂量率值。

依据标准《电离辐射所致皮肤剂量估算方法》(GBZ/T 244-2017)^[7]提供的式(4)计算手部皮肤吸收剂量。X射线能量比其在空气中所释放带点粒子的束缚能大得多，可认为空气比释动能率$\dot{k}$与空气吸收剂量率D_R近似相等^[8]，正常操作时，双手在acb半圆弧运动路径内均匀受照，左手取ac段11个点位空气吸收剂量率平均值来计算，右手取cb段11个点位空气吸收剂量率平均值来计算；极端操作时，右手计算取值与正常操作时相同，左手取ac段往a方向3个点位空气吸收剂量率平均值来计算。两名受照人员均为女性，X射线对手部皮肤为前后入射(AP)的照射方式，X射线平均能量为最大能量的1/3至1/2^[9]，查GBZ/T 244-2017表A.5，以30 keV能量对应的转换系数0.747 mGy/mGy作为C_ks计算取值。

式中，$\dot{k}$为辐射场的空气比释动能率，μGy/h；t为累积受照时长，h；C_ks为空气比释动能到皮肤吸收剂量的转换系数，mGy/mGy。

1. 辐射场重建结果

(1) X射线透射仪稳定性测量：因出束时间长、次数多，辐射场正式测量前首先对X射线透射仪进行出束稳定性检验，分别距离透视仪左侧20 cm、右侧100 cm处各放置一台AT1123 X-γ剂量率仪，出束10次，测量周围剂量当量率。左侧20 cm处测量范围值为1.72×10³ ~1.73×10³ μSv/h，相对标准偏差为0.26 %。右侧100 cm处测量范围值为41.7~42.2 μSv/h，相对标准偏差为0.34 %。

(2) 辐射场重建测量结果：200 cm立体空间内的空气吸收剂量率最高值为262 μGy/h，最低值为2.1 μGy/h，比环境本底水平高20倍以上；出束口(100，100，97.3)、(100，100，94.3)、(100，100，91.3)、(100，100，88.3)、(100，100，85.3) 5个点位的空气吸收剂量率在Gy/h量级，附近同一水平面的空气吸收剂量率水平比出束口正下方低1~4个量级，出束口反方向和X射线透射仪背部的空气吸收剂量率水平依然在35.0 μGy/h以上。

(3) 辐射场重建拟合结果：200 cm范围内空气衰减对X射线(管电压100 kV)影响 < 2%，忽略空气衰减的影响，根据测量获得的数据，以空气吸收剂量率与距离平方反比关系为拟合函数^[10]，得到X透视仪附近的辐射水平空间分布图，其中，出束口为中心x=y平面周围40 cm辐射水平分布见图 3，X透视仪周围40 cm沿z轴方向的辐射水平分布图 4。可根据拟合的空间分布图获取空间内任意一点的空气吸收剂量率水平。

图 3 X射线透射仪为中心周围40 cm辐射水平空间分布图(x=y) Figure 3 Spatial distribution(x=y)of radiation level within 40 cm of X-ray device center

图 4 沿z轴X射线透视仪周围40 cm辐射水平空间分布图 Figure 4 Spatial distribution of radiation level within 40 cm of X-ray device along z axis

2. 剂量估算结果: 手部acb半圆弧内，21个点位空气吸收剂量率值见表 1，其中a点位的角度为0°，c点位的角度为90°，b点位的角度为180°。可以看出，在以出束口为圆心，半径5 cm的半圆弧内，最大值与最小值相差3个量级。

表 1(Table 1)

表 1 手部操作半圆弧内不同点位标识空气吸收剂量率拟合结果(μGy/h) Table 1 Fitted values of air-absorbed dose rate on special points of operating hand semicircle(μGy/h) 点位标识(°) 空气吸收剂量率拟合值 点位标识(°) 空气吸收剂量率拟合值 0 3.85 × 103 99 1.87 × 105 9 5.93 × 103 108 6.26 × 104 18 6.57 × 103 117 3.14 × 104 27 7.63 × 103 126 1.92 × 104 36 9.38 × 103 135 1.33 × 104 45 1.24 × 104 144 1.01 × 104 54 1.78 × 104 153 8.14 × 103 63 2.91 × 104 162 6.95 × 103 72 5.83 × 104 171 6.24 × 103 81 1.79 × 105 180 4.18 × 103 90 7.27 × 106 注：表中0°、90°、180°分别对应图 3的acb半圆弧a点、c点、b点

表 1 手部操作半圆弧内不同点位标识空气吸收剂量率拟合结果(μGy/h) Table 1 Fitted values of air-absorbed dose rate on special points of operating hand semicircle(μGy/h)

手部皮肤受照剂量估算结果见表 2，正常操作时，两名受照人员A与B总的手部皮肤吸收剂量分别为36.9和16.9 Gy；极端操作时，总的手部皮肤吸收剂量分别达到了85.2和38.9 Gy。

表 2(Table 2)

表 2 不同受照人员正常操作和极端操作下手部皮肤受照剂量估算结果(Gy) Table 2 Estimated results of dose to two persons hands' skin during normal operation and extreme operation(Gy) 受照人员 正常操作 极端操作 左手 右手 总受照 左手 右手 总受照 操作人员A 18.4 18.5 36.9 66.7 18.5 85.2 操作人员B 8.42 8.44 16.9 30.5 8.44 38.9

表 2 不同受照人员正常操作和极端操作下手部皮肤受照剂量估算结果(Gy) Table 2 Estimated results of dose to two persons hands' skin during normal operation and extreme operation(Gy)

经过X射线透视仪稳定性测量，两个位置10次测量结果的相对标准偏差分别为0.26%、0.34%，说明该X射线透视仪出束辐射稳定，满足辐射场重建测量时每次出束时辐射水平一致的要求。

根据辐射事故实际情况，使用LiF(Mg，Cu，P)热释光探测器和自制辐射场测量架，获得辐射场足够点位的空气吸收剂量率数据，较快地模拟重建了X射线透射仪的辐射场，并以此拟合得到空气吸收剂量率水平空间分布图，作为操作人员受照剂量估算的基础。提出手部皮肤吸收剂量估算的参数计算方法，计算出更接近实际受照情况的结果。

以该X射线透射仪为中心，200 cm空间内的辐射水平是环境本底水平的2~7个量级。由于存在漏射线与散射线，即使是非出束口方向，辐射水平仍然处于很高水平，所以在使用该类设备时，周围的辐射防护措施必不可少。辐射场重建的方法以及本次获取的辐射场数据，可为此类X射线装置的辐射防护与辐射安全监管提供参考。

客观的剂量估算结果为急性放射性损伤人员的诊断及后期治疗、本次辐射事故等级确定提供技术支持，也可为同类辐射事故的剂量估算提供一种参考思路。在手部受照的acb半圆弧内，相邻两个点位间的空气吸收剂量率水平有明显差异，按照一般估算方法，只使用出束口附近一个点的辐射水平来估算手部皮肤受照剂量，显然结果会偏离实际情况。两名女性操作人员短期内受照射的皮肤吸收剂量均超过了16.9 Gy，按照职业卫生标准GBZ 106-2020^[1]急性放射性皮肤损伤的分度诊断标准，正常操作情形下，受照人员A的手部皮肤为最严重的Ⅳ度损伤(参考剂量≥20 Gy)，受照人员B为Ⅲ度损伤(参考剂量≥10 Gy)，极端操作情形下，受照人员A和B的手部皮肤均为Ⅳ度损伤。基于以上结果，按照国务院令第449号《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》，本次辐射事故应定为较大辐射事故。

利益冲突  无

作者贡献声明  陈文涛负责实验设计、数据采集与分析、论文撰写；宁健负责实验设计、数据采集与分析；陈万良负责数据采集、统计分析；程晓波负责数据采集；张伟珠负责热释光测量；陈水广负责空间分布图制作；周睿东负责实验设计、数据采集和论文审核指导