辐射防护中弱贯穿辐射的监测.doc

辐射防护中弱贯穿辐射的监测辐射单位与测量委员会(ICRU)在其第 39 号报告中定义: 在均匀,单向辐射场中,对某一给定人体取向来说,如果皮肤敏感层的任何小块区域所接受的剂量当量高于有效剂量当量 10 倍,则此辐射称为弱贯穿辐射(WeaklyPenetratingRadiation)”].在 ICRU1992年发表的与 39 号报告相应的第三个报告(47 号报告) 中],委员会明确地阐述了 39 号报告中提出的实用辐射监测量,对于光子和电子辐射的监测方法,作了一些修改和补充,将辐射和能量低于 15kev 的光子定义为弱贯穿辐射.反应堆,核燃料生产厂和后处理厂区是存在弱贯穿辐射的最主要场所.德国核工厂某些维修场所,B 辐射的最大剂量率为 2Sv?h～,美国的情况更严重些.德国的核电站内,B 与 7 辐射的剂量率比值一般为 1:1—10:1,最高时可达 40:1,英国反应堆周围有些区域的值竞高达800t1.在装换核燃料的工作区,定向剂量当量 H(0.07)与 H(10)的比值为 2O 一 90 口].随 着核技术应用日益广泛,医院和医学生物学研究中心的一些实验室中,弱贯穿辐射亦不容忽视.此外,一些工业生产领域,专业研究实验室和加速器实验室也不同程度存在着弱贯穿辐射.本文就近年来国际上在弱贯穿辐射的剂量限值,监测量和监测方法等方面的研究进展和动态作简要介绍和评述.2 弱贯穿辐射的剂量学特点弱贯穿辐射的特征决定了它对人体的危害主要局限于皮肤,眼晶体以及某些浅表器官或组织如性腺,乳腺等.表 1 为低能光子在自由空气中的空气比释动能J 与注量 ,照射量,定向剂量当量日(0.07)的转换系数].辐射主要有两个特点:H(0.07,)0 为入射角)与 H(0.07,0.)的比值与辐射能量显着相关.图 1 为不同能量 p 辐射 H(0.07,口)/H(0.07,0.)与入射角的关系曲线;辐射在人体组织的剂量分布与能量,能谱和照射条件关系密切.图 2 给出了H(0.07)/雪,H(3)/]?242?辐射防护第 l4 卷第 4 期 和/4’(1OI 垂与电子能量的关系曲线叫.表 2 列出了低能光子的K 与 H(0?07,日(3)的换算系数.表 1 低能光子的转换系数[光子船量(keV)丑’(0.07)/K.(sv/G,)0.02 仉 33L 在剂量计配戴方式方面都有相当高的要求和难度.3 剂量限值.国际放射防护委员会(ICRP)于 1990 年通过了新的放射防护建议书fs].新建议书除了将放射工作人员年有效剂量限值从 50rosy 降低到 20rosy(以 5a 平均计,任何一年不得超过 50roSy),同时还规定,为了避免确定性效应(DeterministicEffect, 以往称为非随机效应)的发生,眼晶体的年当量剂量限值为 150mSv,皮肤,手和脚的年当量剂量限值(对任一 1cmz 皮肤上平均)为 500.rosy(公众为 50rosy).对面积不大于 1cm 的照射,如热粒子(HotParticals),则直径不大于 1u3m 的高活度颗粒物的照射,确定性效应的剂量阈值相应增高,因此该限值同样 钱大可等:辐射防护中弱贯穿辐射的监测?243’有效.针对弱贯穿辐射,其荆量限值主要涉及对象为皮肤和眼晶体,按皮肤的组织权重因子001 计,当皮肤局部受照时,若以其随机效应来限制照射,则相应的受照剂量高达每年 2Sv,这显然已超过其确定性效应年剂量限值.所以限制弱贯穿辐射对皮肤的损伤,主要以防止可能产生的确定性效应为目标.表 2 的数据表明,低能光子只要 H(0.07)(表示皮肤荆量当量) 不超出限值,则 H(3)(表示眼晶体剂量当量)一般不会超出限值.但是,口辐射的情况复杂一些.从图 2 可以看出,口辐射 HJ(0.07)和 H(3)随能量的变化情况不同.低能 p 辐射,H(3)不大于 H(0-07);而能量高于 1MeV 时,H(3)则高于 H(0.07),这时应考虑(3)限值.此外 t还应注意一点,H(3) 的限值为 150mSv,仅为 H(0.07)限值的 30.在有些情况下,虽然H(3)的数值低于 HJ(0.07),但仍然可能出现 H(0.07)未超出限值,而 H,(3)超出限值的情况.例如,对于15keV 的光子 ,表 2 数据表明,当 H(0.07)为 450mSv 时(未超出限值500mSv),H(3)的 值已经超过 300mSv,高出限值(150roSy)1 倍之多.口辐射也存在类似情况按~RP35 号报告的原则 m,监测结果的可接受的不确定度,应根据靶器官在一年内所接受的当量{时量占相应的年当量剂量限值的份额来确定.当所接受的荆量接近年剂量限值时,总不确定度可为测量值的 1.5 倍(95 的置信水平);当所接受的剂量小于年剂量限值的 1/5 时,总不确定度可为测量值的 2 倍.这些同样可用于弱贯穿辐射的监测.4 弱贯穿辐射的监测量弱贯穿辐射的外照射对人的损伤主要局限于皮肤.生物研究表明,造成大多效严重的确定性效应的细胞位于皮肤表面下 o.3mm 到 0.5mm 之间,而与随机效应有关的基底细胞则分布在 0.02—0.1mm 这一区域 0]在多数情况下 ,弱贯穿辐射在皮肤表面下 0.07mm 至 0.3mm 内的剂量分布,睫深度增加而剂量减小.ICRU 认为:H(0.07)和H(0.07)是适用于弱贯穿辐射的监测量.应当注意,H(0.07)和个人剂量当量 H(O.07)只是 ICRU 经权衡而选择的弱贯穿辐射的保守估计量.在某些情况下,如身体受到高能量(大于 2MeV)~辐射的照射时,H(0.07)将对 0.3mm 探度的剂量产生不同程度的低估,p 辐射的能量越高,低估的程度也越大.此外,在事故情况下或受照剂量接近年剂量限值时,应有针对性地分析皮肤剂量随深度分布情况,才能更准确地了解皮肤不同深度的剂量,此时 H(0.07)和 H(0.07)仅供参考.5 弱贯穿辐射的监测5.1 剿度用于环境监测的仪器应用 H(0.07)进行刻度.带有”反散射体”(BackReflector)的个人剂量计不需在模体上进行刻度{而用于肢端的无.反散射体个人剂量计在什么样的模体上用H,(0.O7)刻度,ICRU 投有明确说明.鉴于弱贯穿辐射在介质中的 ”射程”很短,而肢端与躯干相比其截面小得多,所以,刻度无反散射体的肢端个人剂量计时,可采用 1 或 2em 厚组织等效(组织代用) 材料的平板模体 0]国际标准化组织(Is0)在其 4037 号报告 E 中提出的 9.9keV 和 15.8keV 的 K 荧光辐射,ISO 一 6980 号报告 n 订中提出的”Pm,如 ’T1 和 sr+Y 的芦辐射(最大能量分别为 0.225,0.763 和 0.546/z:274MeV),可作为捌度监测弱贯穿辐射的仪器和个人荆量计的参考辐射.?244?辐射防护第 l4 卷第 4 期5.2 仪器和个人剂量计的性能环境监测仪器在非齐向辐射场中,其角响应特性应与 H(0.07)和注量的比值随辐射入射方向的变化相一致.仪器角响应特性受两个因素影响:(1)0.07mm组织等效厚度的薄窗和衰减层;(2) 仪器本身对射线的反散射随辐射入射方向的变化.p 辐射与低能 x,7 辐射相比,后一因素的影响更加显着.个人剂量计应有 0.07mm 组织等效厚度的薄窗或衰减层和” 反散射体”,而且-灵敏体的厚度应尽可能小,一般最好相当于 0.05mm 厚的组织等效材料或更薄.此外,个人剂量计外壳对其性能的影响是很大的.5.3 现有仪器和个人剂量计的主要问题测量Ⅳ(O.07)仪器的角响应特征是与辐射类型和能量相关的,外推电离室的角响应与定向剂量当量随入射角的相对变化很相近,它适用于测量 H(0.07),现在一般以其作为弱贯 穿辐射的测量标准.?环境监测仪器大多采甩薄窗平板形小灵敏体积的电离室.也有一些采用超薄的塑料闪烁体+其性能也基本能满足要求,相比之下,电离室型监测仪器更好一些.其他,如 GM 计数管或半导体型探测器目前都不太适用于弱贯穿辐射的监测.个人剂量计的最大缺陷是:灵敏层过厚,使其对低能辐射响应偏低.一般来说,个人剂量计所测量的弱贯穿辐射主要是:(1)lkeV(0.07mm 组织的穿透下限)一 l5keV 的 x,7 辐射;(2)60keV(O.07mm 组织的穿透下限)一4MeV 的#辐射.现在大多数的直读式个人剂量计都无法测量 H(0.07).有文献报道,英国国家放射防护署(NRPB) 与西门子公司合作研制生产的一种新型个人剂量计可以测量 H(0.07).胶片式个人剂量计,由于要求避光,其外壳大致厚 25mg?cm 一,所以当 8 辐射的能量低于 150keV 时,则无法测量 H(O.07)”.胶片材料的非组织等效性也影响其对低能辐射的监测.B 辐射的能量低于 0.6MeV 时,如果不进行能量响应的校正,则会低估皮肤剂量;非组 织等效材料的探测器对口辐射的响应大大低于对低能 y 辐射的响应,监测中将二者区分又十分困难,所以存在低能 7 射线时,此监测的难度更大.热释光(TL)型个人剂量计的应用范围正在不断地扩大,但通常使用的元件的厚度大多为 240rag?cm 一,若用高能口刻度剂量计,这些元件会对低能产生不问程度的低估,最厚的元件低估可达 l0 一 l.0 倍(见图 3).目前,用于弱贯穿辐射测量较好的剂量元件是将热释光材料与聚四氟乙烯混合制成的.也有采用其电于最大睫量(MeV)图 3 一些常用 TL 探测器测量皮肤剂量的校正系数与电子最大能量的关系”择测器厚度{A——240rag_,0.9ramLIF}B ——10Omg 一 0.4ⅢmLJFIC——44?cm 一,0.2mmLiF—Tefn}D——2Bmg?ctIl 一 2,0.13mmLiFTeflon:E——15mg?~1n 一 LiF:F——5rag?ctIl 一L;G ——1rag?ctIl～LiF..r.■}■量譬 f}; 钱大可等:辐射防护中弱贯穿辐射的监测?245-他方法减小元件厚度,改善其性能的报道”.例如,在发光体中掺八非透明物质——碳化硼和石墨,使厚的热释光元件内部的光无法透出其表面,减小了元件的有效厚度,可以测量低能 p 射线”“.利用 p 辐射在厚的 TL 探测元件中剂量随深度的分布与射线的最大能量有显着关系的特点,采用激光加热(加热层大约为 20m),对元件的正反两面分别测量,可以得到能量信息.分析发光曲线与剂量分布的关系,可以计算不同深度的剂量.热激外逸电子发射(TSEE) 的测量技术丑趋完善,很有可能在监测弱贯穿辐射中得到更多的应用 0.由于外逸电子是产生于材料表层约 10nm,在灵敏材料上覆盖一定厚度的组织等效材料,即可得到这一深度处组织的受照剂量.对同一元件的TL 和 TSEE 的测量,还可得到辐射的能量信息.6 结柬语弱贯穿辐射所涉及的范固较窄,对人的危害(外照射) 多局限于人体表面裸露的组织和器官.但是其监测存在很多困难,主要原因是弱贯穿辐射在人体组织中的剂量分布与辐射类型,能量,照射条件密切相关即使剂量计性能满足了要求,刻度方法和佩戴方式稍有不妥,监测结果则会出现很大的误差.正是由于这一原因,ICRU 对弱贯穿辐射剂量计刻度体模的选择只提出原则性的建议,没有具体说明究竟采用多大体模.这可能是委员会考虑到剂量计的刻度条件应尽可能与实际监测条件相近,因此,佩戴于手腕的剂量计和佩戴于指端的显然不宜使用相同体模刻度.委员会这一原则性建议,一方面说明弱贯穿辐射监测的复杂性,另一方面又表明在实际应用中应权宜行事.剂量计佩戴方式是影响监测结果的另一个重要因素,也可能是最重要的因素.剂量计的性能和刻度在很大程度上是可以控制和改进的,但监测场所存在很多不可控翩因素.从这一层意义上说,应十分重视剂量计配戴方式(位嚣和数量)对监测结果的影响.辐射防护的目的之一是保障工作人员的安全,监测是防护体系中相应。