RETLD系统刻度方法和特点.docx
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RETLD系统刻度方法和特点
RE2000热释光读数仪系统的刻度方法和特点
1.传统热释光读数系统的刻度
由于常见的国产热释光读数系统多为手动式，在测读和刻度时大多没能采用数据库技术，因此对剂量计的刻度通常采用线刻度法、点刻度法或者自身刻度法。
线刻度法所用剂量计较多，一般取5到7个点，点刻度法只取一个刻度点，用一个或一组剂量计进行刻度。
自身刻度就是用自己刻度自己的一种方法。
无论采用哪一种方法，都要有照射组剂量计和本底组剂量计，并且照射用和本底用热释光晶体应该是同一批灵敏度的。
1.1线刻度法
线刻度法适用于剂量范围较大或者在热释光晶体的非线性区情况，剂量范围较小的剂量计也可以采用线刻度法。
线刻度法也叫回归方程法或最小二乘法，实际工作中就是用剂量计的热释光读数值和在刻度源上照射的个人剂量值作出一条直线或曲线。
计算公式是按最小二乘法处理得出的公式：
（1）
式中，
是待求剂量值，
是剂量计的读数。
个人佩带的剂量计的受照剂量可以通过读数值直接从直线上查出，也可用公式
（1）计算得出。
1.2点刻度法
点刻度法是将一组剂量计在标准的刻度源上照射某一剂量，然后根据公式
（2）计算佩带剂量计的个人剂量当量：
（2）
式中，
是剂量计所受照射剂量当量；
是“刻度组剂量计”辐照的个人剂量当量；
为剂量计的热释光读数（除去本底的平均值）；
为刻度剂量计读出的热释光计数值（除去本底值）。
上式中
，这里
称为刻度系数或刻度因子。
刻度源给出的值
是一个标准的个人剂量值，
值不准确将会带来较大的系统误差。
在无法采用上述两种方法的情况下，将佩带的剂量计测量完毕后，取出剂量计里面足够数量的热释光元件，高温退火后分为两组：
一组为照射组，另一组为本底组，用上述同样的方法进行线刻度或者点刻度。
2.RE2000热释光读数仪系统简介
图1：
RE2000读数仪系统原理图
RE2000热释光读数仪系统采用氮气加热，这样就避免了热释光晶体在空气中的高温氧化，提高了热释光晶体的寿命，也使加热更加均匀，提高了测量结果的准确性和可重复性。
同时加热热释光晶体发出的光在通过光导进入光电倍增管前通过滤光片将其它波长的光过滤掉，减少加热时产生的红外线的影响。
同时通过光导把测量室（加热室）和光电倍增管分离开，有效的避免了测量室产生的高温对光电倍增管的不利影响。
RE2000读数仪内置了一个由发光二极管产生的参考光源，参考光的波长与热释光晶体发出的热释光波长相近。
读数仪开机之后，系统取最先的十个参考光源的测量结果与设定的值进行比较，平均值也和此值进行比较。
在每个热释光晶体开始测量之前测量参考光源的计数0.2秒，在接下来的测读过程中，最后一个和最后十个参考光源的测量结果将连续地和最先的十个测量结果的平均值进行比较，通过这些值的变化来判断读数仪的稳定性。
RE2000读数仪设定了热释光测量系统的本底计数（暗计数）报警阈值，通过对本底计数的测量来监测光测量系统，特别是光电倍增管的稳定性，光电倍增管安装位置远离加热室，光电倍增管上具有温度控制单元，此控制单元利用珀耳帖效应将光电倍增管的温度控制在一个稳定的范围。
3.RE2000热释光读数仪系统的刻度原理
由于各个热释光的灵敏度不同，因此在传统的热释光测度系统中，对同一分组热释光采用同一修正公式或刻度参数，这样将会在测量结果中引进较大的误差，为了减小此误差，需要对同一分组的热释光的分散性进行筛选，一般要求分散性在±5%以内。
虽然筛选后的TLD的分散性非常小，但仍然无法消除对测量结果的影响。
因此要从根本上消除热释光灵敏度差异对测量结果带来的影响，需要对每一个剂量计都建立一个独立的刻度系数。
RE2000热释光读数仪系统是一套自动测读系统，并且采用了数据库技术，因此可以很方便的实现对每个剂量计乃至每个剂量计所包含的热释光晶体建立一个刻度参数数据库，从而实现对每个热释光晶体的测读结果进行独立的修正。
考虑到读数仪和热释光剂量计的一些特性以及刻度操作的要求，系统设计了六个刻度参数：
1.ZD（ZeroDose），热释光晶体本底计数；
2.RS（ReaderSensitivity），读数仪灵敏度；
3.CS（Crystals’Sensitivity），热释光晶体灵敏度；
4.IR，剂量转换因子；
5.BG（NaturalBackgroundDoses），天然本底剂量；
6.DQ（DoseQualityfactors），剂量品质因子。
其中前四个是基本的刻度参数：
热释光晶体本底计数（ZD）、读数仪灵敏度（RS）、热释光晶体灵敏度（CS）、剂量转换因子（IR）。
剂量计的测读结果经过上述四个参数的修正之后，将得到准确的剂量值。
经过修正后热释光晶体的剂量计算公式见公式3：
（3）
式中，
（CrystalDose）为热释光晶体的剂量值，
（RawPulses）为读数仪测得的热释光晶体的原始计数。
3.1刻度剂量计的概念
一般对每一个剂量计分组，内部都会设置部分剂量计专门用于此分组的刻度操作，这些剂量计要能代表其所在分组内所有剂量计。
即刻度剂量计的平均发光效率应等于或者近似于分组内所有剂量计的平均发光效率。
刻度剂量计的分散性一般非常小（如±1%以内）。
3.2热释光晶体本底计数ZD
热释光剂量计在未经辐照或者退火之后，剂量应该是0，但实际上此时对热释光剂量计进行测读仍然会有计数，此计数是由于热释光晶体的“热辐射发光”、“光测量系统的电子学噪声”以及“光电倍增管的暗电流”等因素引起的。
因此，把剂量计热释光晶体在零剂量时测得的计数作为热释光晶体本底计数，对剂量计的每个热释光晶体都建立此参数，在测读剂量计时从测量结果中扣除此本底计数即可得到由辐照引起的净发光计数。
通过此参数可以对测读结果的计数值进行修正。
系统通过对剂量计热释光晶体退火后再进行测量来确定热释光晶体本底计数，并为每一个剂量计的热释光晶体建立本底计数的数据库，它是刻度的第一步。
热释光晶体本底计数随热释光材料、晶体的处理方式、使用次数和接受的剂量等不同而不同；对不同的读数仪或者相同的读数仪由于维护、灰尘、温度变化等因素影响，同一个热释光晶体的本底计数也会不同。
特殊情况下（如使用WinTLDLight版本软件），可使用同一批热释光晶体的平均本底计数作为单个的本底计数的替代值（如刻度剂量计的热释光晶体的平均本底计数），但应该保证由此引入的误差足够小而可以忽略。
刻度步骤：
1.TLDServer：
用退火命令，用同样的退火时间和退火温度，对所有剂量计进行退火（这一步是必须的）；
2.TLDServer：
选择读取命令，读取所有剂量计，读取结果自动存储在数据库中；
3.TLDExplorer：
运行TLDExplorer，打开新结果“Newresults”，把所有剂量计分配到“CalibrationofZeroDose”；
4.TLDExplorer：
从“ExecuteAssignment”菜单中执行“ZeroDoseCalibration”命令。
还可以用“ZeroDoseCalibration”对话窗口浏览结果。
3.3读数仪灵敏度RS
虽然对读数仪的稳定性可以通过内置的参考光进行监测，但是读数仪的热释光测量系统很容易受到各种因素（如灰尘沉积、设备维护）的影响而导致其效率发生变化，因此，为了方便对系统的刻度，设置了一个只与热释光材料类型以及读数仪相关的参数：
读数仪灵敏度RS。
其定义见公式4：
（4）
式中，
为用于刻度读数仪灵敏度所使用的“刻度剂量计”所受到照射的辐射量，它不一定是辐射的剂量，也可以是在固定放射源固定距离上照射的时间、所有照射条件固定时的照射次数等，但必须保证照射的形式是固定的，在接下来的所有刻度中必须保持一致；
是所有“刻度剂量计”中同一材料的热释光晶体净计数的平均值。
由上式可以看出，读数仪灵敏度是特定材料的热释光晶体在接受单位辐射照射后在特定读数仪上测得的计数值。
对不同的热释光材料，读数仪灵敏度不同，对相同的热释光材料，在不同的读数仪上的灵敏度也不一样。
读数仪灵敏度主要表征的是不同热释光材料的发光效率和不同读数仪的探测效率（即光电转换的效率）。
在正常情况下，热释光材料的发光效率是基本不变的，但是由于读数仪的探测效率很容易受到其它因素的影响，所以造成读数仪灵敏度的不稳定。
为保证测读结果的准确性，读数仪灵敏度最好是每天（或者大量测读之后）进行重新刻度，以保证及时响应读数仪的灵敏度变化。
刻度步骤：
1.把所有“刻度剂量计”照射一定的剂量（个人剂量计10mSv，环境剂量计1mSv）；
a）注意：
每天照射10mSv的剂量会降低晶体的使用寿命（<2年），实际上为了延长使用寿命，这些“刻度剂量计”建议照射0.5–1mSv。
2.在读取设置中，选中后加热退火选项（post-irradiationannealing）；
3.TLDServer：
把剂量计装入弹夹，开始读取；
4.TLDExplorer：
读取完毕后，打开“Newresults”，把所有的剂量计分配到“CalibrationofReaderSensitivity”读数仪灵敏度刻度中；
5.TLDExplorer：
从“ExecuteAssignment”执行分配菜单中选择“ReaderSensitivityCalibration”读数仪刻度命令；
6.TLDExplorer：
在读数仪灵敏度刻度对话窗口中，输入照射量，点击“OK”按钮开始执行刻度。
3.4热释光晶体灵敏度CS
由于热释光晶体在制造时无法保证每个晶体的性能都完全相同，所以同一分组内的热释光晶体的发光效率不可能相同。
因此为了对此进行修正，系统设计了刻度参数：
热释光晶体灵敏度CS，用此参数来表示不同热释光晶体相对于“刻度剂量计”的发光效率，热释光晶体灵敏度的定义见公式5：
（5）
式中，
是热释光晶体照射的辐照量，它应该和读数仪灵敏度刻度采取的是相同的辐照方式；
是读出器灵敏度，
是热释光元件照射
辐照量之后测读的计数，
是热释光元件的本底计数；式中
表示照射
之后热释光晶体测读的净计数，
表示照射
之后“刻度剂量计”的平均测读计数，因此热释光晶体灵敏度表示的是每个热释光晶体与同分组内的“刻度剂量计”的相对灵敏度，它是一个无量纲的量。
对于经过筛选的剂量计分组，热释光晶体灵敏度应该在1左右。
把热释光晶体的分散性定义为：
（6）
根据定义，可以看出分散性表示的是热释光晶体与“刻度剂量计”的热释光晶体之间的灵敏度差异。
根据分散性的大小，可以对热释光剂量计进行筛选。
由于在RE2000热释光系统中，为每个热释光晶体都建立了灵敏度的数据，在对测读结果进行计算时，会使用此参数进行修正，因此从理论上来说，可以完全修正由于热释光晶体灵敏度差异引起的误差而不需要对晶体进行筛选。
但是由于对热释光晶体灵敏度进行刻度时，采用的是每个剂量计对“刻度剂量计”的相对灵敏度，而“刻度剂量计”的平均效率只能近似的代表同一分组剂量计的平均值，因此，采用热释光剂量计灵敏度修正时仍会有一定的误差，但是这个误差已经远远小于不修正带来的误差。
为此，还需要对剂量计进行筛选，但是可放宽分散性的范围（如±30%甚至更大）。
另外，利用对热释光晶体灵敏度历史趋势的分析可以对晶体的寿命进行评价，因为在晶体的寿期末，晶体的灵敏度将下降的特别快。
由于热释光晶体灵敏度是一个相对值，因此其在短时间内的变化不会很大，相应的刻度周期也可以达到一年。
刻度步骤：
1.TLDServer：
对剂量计进行退火处理；
2.TLDExplorer：
在剂量计类型对话框中选择“AutomaticTLDServeroperation”（TLDServer自动操作）为“‘CalculationsbyTLDExploreronly”（只通过TLDExplorer进行计算）；
3.把剂量计放入辐照器中照射10mSv剂量，注意不要超过10mSv；
4.选中“后退火”选项；
5.TLDServer：
装载弹夹开始读取；
6.TLDExplorer：
打开“Newresult”，把所有剂量计分配到“CalibrationofCrystalSensitivity”；
7.TLDExplorer：
从执行菜单中执行晶体灵敏度刻度“CrystalSensitivityCalibration”命令；
8.TLDExplorer：
在晶体灵敏度刻度“CrystalSensitivityCalibration”对话窗口中，定义“照射量”和把剂量计移动到旧结果“oldresults”中，然后开始刻度。
3.6剂量转换因子IR
在读数仪灵敏度和热释光晶体灵敏度的刻度过程中，都对剂量计进行了辐照，但是由于刻度的剂量计有可能数量较大，所以为了方便刻度操作，并没有对辐照的具体形式进行规定。
而剂量计刻度的最终结果是需要建立热释光剂量计测读的计数值和个人剂量当量（单位Sv）之间的关系，因此仅通过前面三个参数还不足以实现计数值到个人剂量当量的转换，它们只能将计数值转换成以公式4和5中辐照量
为单位的值。
为此，系统设置了另一个刻度参数：
剂量转换因子。
剂量转换因子在刻度时使用的是“刻度剂量计”，同时需要将“刻度剂量计”分成三组：
1.一组用于在读数仪灵敏度刻度时的照射条件下进行辐照（这一组剂量计在辐照后因及时测读，避免长时间放至后环境本底的影响）；
2.一组用于照射标准个人剂量；
3.一组用于在照射标准个人剂量时的运输本底监测。
剂量转换因子（IR）的定义见公式7：
（7）
其中：
（8）
（9）
（10）
式中，
为剂量计在标准辐射场中照射的个人剂量当量，单位为Sv；
为剂量计按照读数仪灵敏度刻度的照射条件照射的辐照量，
、
和
分别如公式8～10所示，分别表示三组剂量计测读的计数转换成读数仪灵敏度刻度时照射条件下的辐照量，在读数仪灵敏度刻度情况良好的情况下，
应该非常接近
。
因此，根据公式可知剂量转换因子表示的是辐照量与个人剂量当量之间的转换关系，只要辐照的条件不变，剂量转换因子基本不会变化，因此它的刻度周期一般为一年。
3.7天然本底刻度BG
扣除天然本底是为了补偿非工作期间的剂量贡献，天然本底包括在运输、存储、等非工作时间累积的剂量。
用于测量天然本底的剂量计可以称之为“本底剂量计”，把本底剂量计放在某个位置用来测量该位置的天然本底，本底测量剂量计必须避开工作期间的辐照。
本底刻度可以每月做一次或每年做一次，刻度频率应按照剂量计的类型而定，如果剂量计通过航空邮件传递或常规使用，在读取之前应先做天然本底刻度。
如果使用区域比较固定，一年做一次就足够了。
天然本底要从测量的剂量中扣除，同时也要考虑剂量计的使用周期，使用周期应该在两次读取时间之间，或读取和退火之间，周期用天数表示，系统中天然本底值被定义为30天内的照射量。
充当“本底剂量计”应该是完成刻度的剂量计，对剂量计退火，把本底剂量计做好标记，不要和其它剂量计搞混，把本底剂量计和普通剂量计放在一起至少30天。
在测量时，本底剂量计和普通剂量计需要一起返还，在读取普通剂量计之前先读取本底剂量计。
为每种类型的剂量计算平均天然本底，如TLDExplorer中“ModifyResult”对话框中“Doses”所提示的。
记住要考虑在系统中扣除已有的天然剂量和照射时间（当已有的值仍然有效，在“Doses”页面上显示的这个值应该接近零），
打开位置“Location”对话框，为实际的剂量计使用地点输入新的天然本底值，单位是μSv/30天。
这样，在这个地点和范围使用的剂量计，其剂量结果会扣除定义的本底水平。
3.8剂量品质因子刻度DQ
WinTLD支持独立的用于β、皮肤、深表、中子剂量计算的剂量品质因子。
质量品质因子的目的是用于调节剂量计的剂量计算，这些剂量计是用于测量中子剂量，环境剂量如χ射线等，对于这种类型的辐射无法用标准源直接对剂量计进行刻度。
和标准源发射的射线相比，热释光材料也许对χ射线更加敏感。
这会导致在那些环境下，会对剂量水平高估。
当在剂量计中使用中子灵敏和不灵敏的晶体时，中子剂量品质因子用于获得中子剂量。
中子剂量计算公式中包含关于怎么计算中子剂量的说明。
剂量品质因子是为每个“地点”独立保存的。
如果我们想使用该品质因子，我们必须定义地点如“χ射线实验室”，并为这些地点输入正确的品质因子，把剂量计的号码定义一些范围来对应这些使用地点。
如果剂量计不属于任何范围，那么其权重因子则为1.0。
必需为剂量计单独做这些刻度，另外用辐照器对材料的刻度必需在此之前或之后进行。
刻度步骤：
对剂量计进行退火处理，把它们放在有特殊辐射需要刻度的地点，在那里得到特殊辐射的照射剂量。
同时，用一个对这种射线灵敏的“电子剂量计”同时测量累积剂量，用来参考。
1.TLDExplorer：
在剂量计类型“DosimeterTypes”对话框中，在“AutomaticTLDServeroperation”中选中“CalculationsbyTLDExploreronly”；
2.TLDServer：
读取剂量计；
3.TLDExplorer：
从“NewResults”中选择剂量计，并选择“Modify”命令。
从对话窗口中选择“Doses”页面，检查剂量计算公式是否正确，修改剂量品质因子“dosequalityfactor”（点击“Apply”来改变），直到“Calculateddose”区域中显示的剂量和电子剂量计测量的累积剂量相同，记录这个品质因子，并对下一个剂量计重复该过程。
4.TLDExplorer：
对得到的所有品质因子求平均，把这个平均值输入“Location”对话框中，作为该地点的剂量品质因子。
4.RE2000系统刻度的特点
传统TLD系统采用统一刻度系数的前提条件是要求所有热释光晶体的灵敏度相同或者基本一致，因此在使用前对剂量计的筛选工作将非常重要，根据不同的使用要求，对剂量计的分散性要求也不一样。
随着时间的推移，剂量计灵敏度的变化将使得剂量计的寿命迅速缩短。
而对于RE2000系统，由于考虑到热释光晶体的分散性并进行了修正，因此对晶体的分散性要求相对较宽，剂量计的寿命也相对较长。
而放宽剂量计的筛选要求也可以节约成本。
传统热释光系统采用统一刻度系数将使测量结果的误差受到剂量计灵敏度的影响变得非常显著。
而RE2000系统在对剂量计的灵敏度进行修正后可以大大减小误差。
同时，刻度参数在定义上相对的独立，这样不同的刻度参数根据相关的影响因素可以具有不同的刻度周期，为刻度工作提供了便利，避免了大量的重复工作。
5.RE2000系统的刻度方法
根据RE2000系统刻度参数的定义和刻度要求，我们根据实际使用情况（江苏田湾核电站使用RE2000的大量丰富经验）制定了相应的刻度方法。
5.1刻度剂量计的挑选
刻度剂量计可以直接由厂家提供的分散性非常小的剂量计来担当，但是由于刻度剂量计要求平均的发光效率与所在剂量计分组的平均发光效率相同或者非常接近，因此由于剂量计在分组时的不确定性，直接购买刻度剂量计实际很难满足上述要求。
为此，我们采用直接从分组中筛选的方式来获得刻度剂量计，选择的比例一般在2%左右。
刻度剂量计的选取一般是在剂量计首次刻度时进行，首先对分组内所有的热释光晶体本底计数ZD进行刻度，然后在读数仪灵敏度刻度RS时，使用分组内所有的剂量计代替刻度剂量计进行刻度操作，此时读数仪灵敏度代表的是分组内所有剂量计的平均水平。
然后再用读数仪灵敏度刻度时所用的数据进行热释光晶体灵敏度的刻度，此时所有热释光晶体的灵敏度平均值将等于1。
最后根据所有热释光元件的灵敏度进行筛选，取灵敏度在1左右的剂量计作为刻度剂量计，具体的筛选条件可根据所需刻度剂量计的数量进行调整。
采用此方法可使刻度剂量计的平均发光效率与分组内所有剂量计的平均发光效率最为接近，这样刻度剂量计会更具代表性。
（刻度剂量计一般20～30个/1000个）
5.2刻度操作中的辐照
在对上述刻度参数进行刻度时，需要进行两种不同的辐照，其中一种辐照是在“读数仪灵敏度RS”刻度和“热释光晶体灵敏度CS”刻度中采用的，另一种辐照是在“剂量转换因子IR”刻度时进行的辐照。
对前一种辐照，它主要的目的是使热释光元件接受一定的剂量，这样在刻度操作时能够有一定的测读计数值（应远远大于热释光元件本底计数），因此这种辐照不一定要给出照射的剂量或者照射量，而可以采用任何一种固定且方便的计算单位。
系统设计了一种辐照装置，其内置了一个90Sr的放射源，剂量计在辐照时以恒定的速度通过放射源，对这种照射采用的是照射的次数作为辐照量的单位（同时考虑放射源的衰减）。
（田湾核电站的经验：
由于田湾核电站没有这种专用的辐照装置（中国原子能科学研究院为他们建立了另外一种辐照装置），他们采用了“照射量”作为辐照量的单位，在标准辐射场中，每次将剂量计排列成5×5的方阵进行照射，这样不但使辐照量的单位能够固定不变，也可以提高照射的效率。
）
对于第二种辐照，由于剂量转换因子需要在“辐照量”和“个人剂量当量”之间建立相应的关系，因此需要使用体模并使用完整的剂量计进行照射，这样得到的剂量值才可以用个人剂量当量来表示。
5.3热释光晶体本底计数
一般情况下需要对所有剂量计的热释光晶体进行本底计数ZD的刻度，但是由于同一种材料的本底计数的差别不大，因此也可用刻度剂量计的平均本底计数作为所有热释光晶体的本底计数值来减轻工作量，根据实际的测读结果，采用后一种方式可能引起的误差一般小于μSv量级。
在热释光晶体本底计数ZD刻度前，先将所有待刻度的剂量计进行退火（或者测读），保证所有热释光晶体内的剂量信息被全部清空。
然后对所有的剂量计进行再次测读，此时的测读结果即为热释光晶体的本底计数。
在刻度时应保证两次测读之间间隔的时间应尽量的短，以减少天然本底照射对刻度的影响。
5.4读数仪灵敏度
读数仪灵敏度的刻度一般使用的是“刻度剂量计”，对于剂量计的首次刻度，读数仪灵敏度的刻度则采用分组内的所有剂量计。
首先对所有用于读数仪灵敏度刻度的剂量计进行退火（或者测读）以清除热释光元件内的残留剂量信息，然后对所有剂量计进行辐照，此时的辐照不需要体模，同时也不需要给剂量计装上外壳，所以操作的速度可以提高。
此时照射得到的将是剂量计所受的照射量。
最后，对辐照后的剂量计进行测读，根据剂量计所受的照射量和测读结果，按照3.3中的公式（4）即可计算出读数仪的灵敏度。
在读数仪灵敏度刻度时，退火与辐照、辐照与测读之间间隔的时间不应太长，以减少天然本底照射对刻度的影响。
5.5热释光晶体灵敏度
在对热释光晶体CS灵敏度进行刻度时，应使用分组内的所有剂量计，以保证每个热释光晶体都能建立此刻度参数。
对热释光晶体灵敏度的刻度和读数仪灵敏度的刻度步骤相同，只是最后应按照3.4中的公式（5）进行计算。
5.6剂量转换因子
剂量转换因子IR的刻度只需要使用刻度剂量计即可，在进行剂量转换因子刻度前，应将所有刻度剂量计进行退火（或者测读）以清除热释光元件内的残留剂量信息，然后将刻度剂量计分成3组，第一组用于照射标准个人剂量，第二组用于在照射标准个人剂量时的运输本底监测，第三组用于在读数仪灵敏度刻度时的照射条件下进行辐照。
将第一组剂量计装上外壳，放在体模上在标准辐射场中照射一定的剂量，将第三组剂量计按照3.6的辐照方式进行辐照。
然后将所有剂量计进行测读。
将测读结果和辐照的剂量按照3.6中的公式进行计算，即可得到剂量转换因子。
6.总结
由于自动测读和数据库技术在RE2000系统中的应用，使得为每一个剂
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