利用热释光技术对智能手表和健身手环显示屏玻璃在回顾性剂量测量中的应用进行评估

《Journal of Luminescence》：Assessment of smartwatch and fitness band display glass for retrospective dosimetry using thermoluminescence

智能手表和健身手环玻璃组件热释光特性及剂量评估研究。采用自动Ris? TL/OSL阅读器分析Noise、Fire-Boltt智能手表和MI-3手环的玻璃材料，结果显示内偏振器玻璃具有低本底信号、稳定剂量响应（0.01-10 Gy）、50 mGy最小检测剂量及多循环重复性，恢复剂量误差<15%，证实其作为应急后溯剂量计的可行性。

　　

Sonal Kadam|S.N. Menon|S.P. Tripathy|A.K. Singh|Bhushan Dhabekar

印度孟买-400085，特罗姆贝伊，巴巴原子研究中心，放射物理学与咨询部

摘要

本研究调查了两种品牌智能手表（Noise和Fire-Boltt）以及一款MI-3健身手环的玻璃组件的热释光（TL）特性，以评估其在回顾性剂量测量中的潜在应用。使用配备内置⁹⁰Sr/⁹⁰Y β源的自动Ris? TL/OSL读数仪分析了这些材料的TL响应、剂量响应、衰减特性和可重复使用性。结果表明，虽然MI-3健身手环的固有背景TL信号较强，限制了其在剂量测量中的使用，但两种智能手表的内置偏振镜玻璃具有良好的剂量测量特性。智能手表的玻璃显示出的最低可检测剂量约为50 mGy，并且在多次重复使用后TL响应仍然稳定。利用所开发的剂量估算方法得出的恢复剂量与实际接受剂量之间的误差在15%以内。研究表明，智能手表可以在放射性事件中作为可行的应急剂量计使用。

引言

核事故或放射性事故造成的辐射暴露对公众健康和安全构成严重威胁。历史上发生过多次灾难性的核事故，包括切尔诺贝利灾难（1986年）和福岛第一核电站事故（2011年），以及涉及丢失或被盗放射源的辐射暴露事件。在这些事件中，大量人群无意中暴露在电离辐射下。事故发生后，评估个人受到的辐射剂量对于医疗分诊、风险评估和流行病学研究至关重要。传统的剂量计，如热释光剂量计（TLD）或电子个人剂量计，主要由职业工作者和第一响应者使用。然而，在大规模紧急情况下，普通公众往往缺乏直接测量剂量的设备。因此，使用常见材料进行回顾性剂量测量成为估算辐射暴露的重要工具。回顾性剂量测量利用日常物品的发光或电子自旋共振（ESR）特性来记录辐射暴露情况。这种方法为不可预见的核/放射性事件中的剂量评估提供了实用的解决方案，使得无法配备标准剂量计的人员的暴露情况也能得到评估。

多种日常材料对电离辐射敏感，使其成为回顾性剂量测量的潜在候选材料。陶瓷瓷砖和基于石英的建筑材料因其对辐射的敏感性而被广泛研究，特别是在核事故中的剂量重建方面[1]、[2]、[3]。人类牙齿的ESR光谱是回顾性剂量评估的成熟方法，因为辐射会在牙齿中产生稳定的顺磁中心。

电子设备中的半导体材料会发生辐射诱导的电荷捕获，这可以通过发光或ESR方法进行分析[4]。从各种日常设备（如U盘、便携式收音机、陶瓷电阻器）中提取的电子元件也被探讨作为应急剂量计的潜在用途[5]、[6]、[7]。

佩戴在身体附近的物品能够更准确地估计个人的辐射剂量。其中最有前景且普遍使用的物品是手机。研究人员研究了从手机中提取的表面贴装元件和集成电路在放射性事故/事件中的辐射剂量测量应用[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]。

智能手机的触摸屏玻璃和偏振镜玻璃使用TL和OSL技术表现出良好的剂量测量特性[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]。相机镜头保护器也被用于应急剂量测量[27]。特别是偏振镜玻璃，其光诱导信号衰减较小，更便于剂量估算。使用手机显示屏玻璃进行了实验室间的剂量测量比较[28]。

近年来，智能手表和健身手环已成为日常生活中不可或缺的小工具。到2025年，印度有超过4000万只智能手表和健身手环被使用，尤其在城市和工作人群中的普及率很高。在主要品牌中，Noise占据了27%的市场份额，其次是Fire-Boltt，占19%[29]。这些设备几乎整天都佩戴在手腕上，甚至在睡眠时也是如此，因此它们成为个人回顾性剂量测量的理想候选者。迄今为止，尚未有关于智能手表和健身手环用于回顾性剂量测量的研究。本研究评估了智能手表和健身手环玻璃的TL响应，以确定其作为回顾性剂量计的适用性。

材料与方法

本研究研究的材料包括两种品牌智能手表（Noise和Fire-Boltt，型号BSW001 SP02和BSW008）的显示屏模块内的偏振镜玻璃，以及一款MI-3健身手环的玻璃。Noise和Fire-Boltt生产的智能手表分别用N和F表示，健身手环用M表示。智能手表显示屏的外层玻璃厚度分别为1.687毫米和1.094毫米，而内层玻璃厚度分别为0.3毫米和0.25毫米。

TL发光曲线

记录了未暴露和暴露样本的TL发光曲线，包括两种智能手表玻璃样本和健身手环的样本。未暴露样本的TL响应（包括固有背景信号）称为固有TL。为了观察辐射诱导的TL效应，将预退火（400°C，60秒）后的样本暴露在1 Gy的剂量下，并在暴露后24小时进行TL测量。图2a-c展示了未暴露样本的TL发光曲线。

结论

这是首次研究智能手表和健身手环在回顾性剂量测量中的潜力。智能手表在0.01至10 Gy的剂量范围内表现出线性剂量响应，并且在多次重复使用后TL信号保持稳定。智能手表玻璃的固有TL背景在0至200°C的温度范围内可以与辐射诱导的TL区分开来，确保背景TL对辐射诱导TL信号的干扰最小。

作者贡献声明

S. P. Tripathy：资源提供、数据分析。 S. N. Menon：监督、数据分析、概念构思。 Bhushan Dhabekar：撰写——审稿与编辑、监督、资金筹集。 Sonal Kadam：撰写——初稿撰写、研究、数据分析、概念构思。 A.K. Singh：数据分析

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。