防护监测仪
防护监测仪是专门用于安全防护的射线探测仪器。简单的防护监测仪仅定性地反映有无射线,或仅用声响大致表示射线的量。多数监测仪则以某种辐射量 (如照射量率、吸收剂量率或每秒粒子数等)定量反映所监测射线的强弱,为防护评价提供基本数据。
根据防护监测的特点,一般要求此类仪器应有足够的探测量程,和一定的准确度,并且性能稳定,操作简便,显示装置尽可能为直读式。
防护监测仪的基本构成与其他射线探测仪器一样,包括探测器、电源及后续电路、显示装置等三个部分。
防护监测仪的种类很多。按监测的射线种类不同可分为α、β、γ或中子监测仪等; 按监测目的可分为外照射监测仪、表面污染监测仪和内照射监测仪,后者包括全身计数器及监测可能引起内照射的气溶胶或气体等的仪器。若依用途来划分,则有场所监测仪及个人剂量监测仪等。 根据不同场合的需要可使用不同的防护监测仪。外照射监测仪 可能引起外照射的射线主要是γ(X)线、硬β-线及中子。外照射监测仪主要用于监测这些射线在工作场所或周围环境造成的照射量率或吸收剂量率,是从事这些射线源的工作场所必须具备的设备。
针对不同射线设计的外照射监测仪,主要差别是探测器不同,名称上分别冠以射线种类。例如γ线外照射监测仪常用闪烁探测器,β-线外照射监测仪则常采用塑料闪烁探测器或盖革计数器。近几年来也有用半导体探测器的,更为轻便。
外照射监测仪的显示装置通常用电流表,表面直接指示γ照射量率 (例如μR/s) 或β-吸收剂量率 (例如mrad/s),使读数直观而迅速。探头的后续电路则基本上是一个计数率仪,可以通过转换开关调换电容而改变量程,以适应不同范围的剂量率。表头的刻度应定期用相应的参考源进行校准,使读数经常保持准确。
由于直接给出照射量率或吸收剂量率,此类仪器常称为“γ微(毫)伦计”、“β剂量率仪”等。
外照射监测仪可以是固定式的,但更多是做成便携式的,可交、直流电源两用,或只用直流电源。有的固定式外照射监测仪具有多个探头,并带有报警装置,可将各探头放在工作场所的不同部位,遇有超过设定的剂量率限额时,装置即发出警报。这种装置在操作大量γ源或中子源的场所是很有用的防护仪器。
空气污染监测仪 空气污染可来自放射性气体,也可产生于放射性气溶胶。针对不同的污染物,空气污染监测仪采用不同的探测器。例如对能量较高的β-源(41Ar、35Kr、87Kr、88Kr、132Xe、135Xe等)放射性气体,可采用空心塑料闪烁球;对α气溶胶可采用半导体探测器;对低能 β-源气体则大多采用流气式电离室。
有些空气污染监测仪采用间歇采样的工作方式,但多数是流气式的,即让空气不断流过探头,仪器随时给出读数。超过设定限额时,有的监测仪还能立即发出警报。
读出装置通常都直接给出每升空气中的放射性活度(例如×10-10Ci/L)。仪表的刻度需定期用已知参考源进行校验。
污水监测仪 一般核医学实验室如果严格按防护上的要求排放废水,通常不会造成露天水源超过容许的放射性浓度,所以只需定期采样用普通的射线探测仪进行监测。对于废水排放量大且放射性浓度不易控制的场所,则需要用专门的污水监测仪在出水口进行经常性的监测。
对含γ源的污水,通常用插入式的闪烁探头插在出水口进行监测。对含β-源的污水则需采用不同形式的流水式探测器,例如用塑料闪烁体做成的管道,管道呈盘状置于光电倍增管上,污水流经管道可有较好的探测效率。读出装置给出每升水中的放射性活度。当放射性浓度超过设定的限度时,仪器常常还有报警装置及时发出警报。
表面污染监测仪 此类仪器主要用于监测各种表面的α或β-粒子,包括体表、衣服、工作台面、地面等。
针对探测对象的不同,采用不同元件的深测器。例如对α粒子可采用硫化锌闪烁探头或金硅面垒型半导体探测器,对β-粒子则大多用塑料闪烁探头。探测器的探测面积也根据不同用途而有所不同,例如对地面或台面的污染采用大面积的探测器,对凹凸不平的表面则可采用小面积的探测器。
读出装置通常只给出每分(秒)的脉冲数,使用者需根据所用探测器对不同粒子的探测效率将读数换算成单位面积每分(秒)发出的粒子数。
个人外照射监测设备 用于个人外照射剂量监测的设备包括电离室型剂量计、胶片剂量计、荧光玻璃剂量计及热释光剂量计等。
电离室型剂量计是一个钢笔状的密封电离室,γ线照射使室内气体电离,通过电离量的大小反映受照剂量的大小。石英丝剂量计内部的石英丝随电离量的加大而逐渐偏离原位,从钢笔一端的透明窗可直接读出偏离度,该偏离度已事先校准到一定的剂量读数。电容器型电离室剂量计则用电容器的放电量来反映电离程度,在专用仪器上可读出放电量(事先可进行剂量刻度)。电离室剂量计的优点是可以佩戴在体表不同部位,直接给出该部位受照的累计剂量,使用方便。缺点则是准确度常因漏电等影响而不够满意。
胶片剂量计是利用射线使胶片感光,通过黑度计测量感光程度以检测所受照射量。胶片能探测带电粒子,通过次级的带电粒子效应还能探测光子和中子。在外照射个人剂量监测中,胶片主要用于测量X、γ线。胶片剂量计的突出优点是成本低,并能长期保存原始记录,因而沿用已久。但它易受环境因素影响,能量依赖性较大,尤其小剂量监测灵敏度不高。
荧光玻璃剂量计和热释光剂量计是六十年代迅速发展的两种固体剂量计。其灵敏度高,监测量程宽达5、6个数量级。
荧光玻璃剂量计是用特制的含有掺杂物质的磷酸盐玻璃制成。荧光玻璃受射线照射后引起晶体结构变化,形成浓度与玻璃吸收射线能量有关的发光中心。当放在专门配备的荧光测读仪器上,通过紫外光照射会使荧光玻璃发出橙色荧光,荧光的强弱可用于反映受照剂量的大小。通常又称光致发光剂量计。它能长期保存信息,供多次反复测读。但这种剂量计能量响应差,测量下限不够低,并且荧光玻璃的处理程序较复杂。
热释光剂量计是固体剂量计中得到广泛应用的一种。热释光材料吸收射线的能量后,在晶体结构变化中,形成另一类发光中心,常温下可保存很久,仅当加热至一定温度时,用发光形式释放所吸收能量。热释光强度在很宽范围内正比于受照剂量。这类材料如镁、钛激活的氟化锂[LiF(Mg,Ti)],镁、铜、磷激活的氟化锂[LiF(Mg,Cu,P)],镝激活的硫酸钙[CaSO4(Dy)],以及铽激活的硅酸镁[Mg2SiO4(Tb)]等。热释光材料可加工成小圆片或小方片,也可呈粉末状封装于小玻璃管或塑料套管中,适宜制成各种便于使用的剂量计。热释光剂量计灵敏度高,又可反复使用,近些年来发展很快。热释光剂量计的读数在专门配备的测读仪器上进行。
防护监测仪在使用中必须注意定期进行校准,并经常进行检验,以使所测得数据保持一定的准确度。为使各实验室的监测数据有可比性,监测仪的校准要求应遵照有关部门的规定进行。国际上近些年来还开展多次热释光剂量计的邮寄比对,以加强监测质量控制。