《Radiation Physics and Chemistry》：Assessment of measurement uncertainty for ambient dose equivalent rate H?(10) in X-ray beams using a combined experimental and Monte Carlo approach
编辑推荐：
环境剂量当量率H?(10)的测量不确定度评估与优化研究，采用GUM框架结合MCNP6模拟，分析高电压波动（1.88%）、束流均匀性（2.00%）和电离室校准因子（1.25%）等主要贡献因素，确定综合标准不确定度为3.31%，扩展不确定度为6.62%|
Taibi Zidouz|Abdessamad Didi|Asmaa Mouhssi|Abdelatif Talbi|Abdelwahab Abarane|Khalid Nabaoui|Elmahjoub Chakir|Elmehdi Al Ibrahmi|Abdelwahab Badague|Abderahim Allach|Mohamed Zaryah
摩洛哥拉巴特国家核能与科学技术中心（CNESTEN）
摘要
确定环境剂量当量率H?(10)对于校准辐射防护仪器和确保剂量评估的可靠性至关重要。本研究对国家核能与科学技术中心（CNESTEN）的伽马和X射线校准实验室中，使用参考X射线束（80–225 kV）和伽马射线进行仪器校准时所涉及的测量不确定性进行了全面评估和优化。该方法遵循《测量不确定度表示指南》（GUM）框架，结合实验校准程序和蒙特卡洛辐射传输模拟（MCNP6），以量化和分析主要不确定性的来源，包括高压波动、光束均匀性、仪器定位、转换因子和重复性。通过正态性测试（直方图分析和亨利线方法）来评估测量数据的统计特性。模拟结果有助于估计光束能量变化和空间剂量分布对不确定性预算的影响。H?(10)的合成标准不确定性确定为3.31%，扩展不确定性（k = 2）为6.62%。
引言
环境剂量当量H?(10)是辐射防护中的一个基本操作量，用于评估外部暴露于穿透性电离辐射的情况。它被定义为在软组织中10毫米深度处的标准幻影中的剂量当量，该深度是在产生最大剂量的方向上评估的。这一量提供了来自光子和其他穿透性辐射的暴露的保守估计，并构成了辐射防护常规监测的基础（国际辐射单位和测量委员会，1991年）。
H?(10)的测量使用辐射防护仪器（辐射测量仪）进行，这些仪器需要定期校准，以确保计量可追溯性、测量可靠性以及符合国际标准，特别是ISO 4037系列标准，该系列标准规定了用于校准光子剂量计和剂量率计的参考辐射场（国际标准化组织）。
在测量过程中，结果以一系列值的形式呈现，并附有所有相关的可用信息。测量不确定性反映了与该结果相关的怀疑程度，通过表达观察值的变异性来体现。这种不确定性通常通过分散参数（如标准差）来量化（BIPM，2008年）。评估这种不确定性是计量学中的关键步骤，因为它直接影响结果的可靠性。
在这种背景下，评估不确定性的一种常用方法是比较标准化的校准方法，例如国际标准化组织（ISO）和国际原子能机构（IAEA）定义的方法。通过比较这些方法相关的不确定性，可以提出最佳实践建议，并识别潜在的误差来源——特别是在医疗领域与X射线辐射相关的量，其中最佳的测量精度至关重要（Zanini等人，2023年）。
这一过程分为几个阶段：初步的定性分析确定可能影响测量的参数；然后量化每个不确定性来源，并将其与适当的统计分布相关联。下一步是传播这些不确定性，这需要进行敏感性分析和确定贡献参数的优先级。最后，将总体结果连同合成测量不确定性一起报告（BIPM，2008年）。
已发表了几项关于这一主题的研究，重点评估与X射线发生器提供的剂量相关的测量不确定性（例如，Maruyama等人，2024年；Abarane等人，2025年）。然而，本工作的亮点在于将《测量不确定度表示指南》（GUM）与蒙特卡洛模拟方法相结合，从而能够评估那些通过传统方法难以量化或实验成本过高的额外不确定性成分。
本研究通过开发一种集成和创新的方法论框架来解决这一挑战，该框架结合了标准化的实验校准程序和使用MCNP6.1的蒙特卡洛辐射传输模拟。这种综合方法旨在全面和优化地评估CNESTEN的伽马和X射线校准实验室提供的、暴露于参考X射线束（80–225 kV）的仪器校准因子的不确定性预算。
本研究特别调查了与环境剂量当量率H?(10)相关的测量不确定性，以及正在校准的仪器的校准因子，特别关注那些由X射线发生器产生的X射线束照射的仪器，这些仪器的特性已在之前的工作中进行了表征和发表（国际标准化组织）。通过使用MCNP代码进行的蒙特卡洛模拟进一步探讨了这些不确定性的优化。
该方法论包括选择和应用标准化的校准程序、执行辐照和测量活动，以及对所得数据的详细分析。作为初步步骤，本研究检查了在X射线束辐照期间获得的电离室读数的统计分布——特别是正态性——这是作为本工作的一部分开发的程序（Zidouz等人，2023年）。
部分摘录
正态性研究
测量正态性的研究在许多科学和统计领域是一项基本程序，尤其是在进行不确定性计算时。它包括评估收集的数据是否遵循正态（高斯）分布。正态分布的特点是其钟形曲线，大多数观测值聚集在平均值周围，围绕这个中心值对称。这种分析有助于更好地理解数据的一般行为。
不确定性评估
校准因子确保结果的可靠性、可追溯到国际单位制（SI），在某些情况下还涉及单位转换（如电离室），它受到多种不确定性的影响，这些不确定性在很大程度上取决于所使用的校准方法。在光子辐射校准中，这些方法主要依赖于实验室建立的参考场的稳定性（Pibida等人，2013年）。本工作中应用的方法遵循GUM流程。
线性测试
如方法论部分所述，已经确定了与直方图测试相关的计算参数，结果的图形展示见图1。
根据获得的直方图，可以观察到计数读数并不完全遵循正态分布，因为直方图没有表现出完美的对称性。这一观察结果突显了需要进行更确凿的测试（如亨利线测试）以更好地评估数据的正态性。
X射线发生器模拟
蒙特卡洛技术在电离辐射计量学中广泛用于模拟校准场内的光子传输和相互作用（Yi等人，2006年）。这些方法通过跟踪现实几何配置中的粒子轨迹，能够精确确定空气 kerma、吸收剂量和探测器响应。由洛斯阿拉莫斯国家实验室开发并在后续版本中得到改进的MCNP6（版本1.0）代码是最可靠和最广泛使用的代码之一。
与X射线管高压相关的不确定性来源
X射线发生器产生的光束能量直接取决于用于加速阴极发射电子的高压。在我们的案例中，使用的发生器配备了GX系列高压发生器，具体来说是GULMAY GX225（见图7）。
因此，与光束电子能量相关的不确定性是基于X射线管高压的测量来估计的，通过评估辐照过程中的高压波动来确定的。这些波动可以
与环境剂量当量测量相关的不确定性估计
表8总结了与环境剂量当量测量相关的不确定性预算，区分了A型和B型成分。合成标准不确定性的主要贡献因素是转换因子h（2.00%）、高压波动（1.88%）和电离室的校准因子（1.25%）。
图9展示了各种不确定性来源对环境剂量总不确定性的贡献分布
结论
本研究重点评估了X射线束中环境剂量当量率H?(10)的测量不确定性，结合了实验测量和蒙特卡洛（MCNP6）模拟。不同不确定性成分的分析突出了转换因子h、管高压波动和参考电离室校准因子的主要影响。蒙特卡洛模拟允许精确评估参数的影响
CRediT作者贡献声明
Taibi Zidouz：撰写——原始草稿、验证、监督、方法论、调查、形式分析。Abdessamad Didi：形式分析、软件。Asmaa Mouhssi：调查。Abdelatif Talbi：调查。Abdelwahab Abarane：调查。Khalid Nabaoui：方法论、调查。Elmahjoub Chakir：方法论、调查、验证。Elmehdi Al Ibrahmi：方法论、调查。Abdelwahab Badague：调查、形式分析。Abderahim Allach：调查、方法论。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
这项研究是独立进行的，没有任何可能被解释为造成利益冲突的商业或财务支持。
