在CSNS Back-n White中子源中，利用网格电离室改进了轻带电粒子的识别方法

《Applied Radiation and Isotopes》：Improved light charged particle identification method using grid ionization chamber at CSNS Back-n White Neutron Source

本系统针对核应急中高能光子发射体体内污染监测需求，设计了一种便携式全身监测器（PWBM）。采用梯形屏蔽结构集成76mm×76mm NaI(Tl)探测器与1K道MCA，通过实验与蒙特卡洛模拟验证了胸部和全身计数几何对??Co、133Ba等六种核素的高效校准（误差<5%），证实3分钟计数即可实现<1mSv有效剂量测量，有效解决现有监测设备便携性差、效率低等问题，提升应急响应中污染筛查的快速性和准确性。

　　

Rajesh Sankhla | Rahul Roy | P. Prathibha | Pramilla D. Sawant | M.S. Kulkarni

辐射安全系统部门，Bhabha原子研究中心，Trombay，孟买 400085

摘要

本研究介绍了一种便携式全身监测器（PWBM）的设计、开发和性能评估，该监测器用于在核和放射性紧急情况下评估高能光子发射体造成的内部污染。PWBM具有便携性、易于组装和现场测量功能，从而提高了吞吐量和效率，同时减少了位置误差。PWBM的梯形屏蔽结构配备了低背景的76毫米×76毫米NaI(Tl)探测器，并集成了一通道多通道分析仪（MCA）。该系统的屏蔽布置可以适应不同体型的人体，能够准确估计剂量，并快速筛查受影响的个体，包括老年人和受伤者。通过实验和理论方法，对系统进行了两种计数几何形状下的效率校准：即胸部计数几何形状和全身计数几何形状，用于检测放射性核素^99mTc、¹⁹²Ir、¹³³Ba、¹³⁷Cs、¹³⁴Cs和⁶⁰Co。对MDA和MDD的评估表明，即使在高背景条件下，3分钟的计数时间也足以实现<1 mSv的内部有效剂量测量。开发此类监测系统对于有效的分诊和改善辐射紧急情况下的应对至关重要。

引言

放射性同位素在医学和工业应用中发挥着重要作用，通过核医学、工业放射照相、食品辐照和研究等方式提高了生活质量。尽管这些设施受到辐射防护检查，但仍存在被盗、误放、作为废料处理或恶意使用的风险，这可能导致在公共场所使用放射性散布装置（RDD）等放射性紧急情况（Bernett等人，2006；Rump等人，2021；Palmer等人，2012）。此外，尽管核电站采取了严格的安全措施，但仍有可能发生事故，例如切尔诺贝利和福岛事件，这些事故导致了环境污染和人体通过多种途径受到辐射暴露（UNSCEAR，2000、2011、2014；IAEA，2015）。

在发生放射性或核紧急情况时，由于第一响应者和公众可能通过吸入、摄入或注射途径受到辐射，因此快速进行内部污染监测至关重要。快速筛查有助于评估摄入量、估计剂量并采取必要的对策（NCRP，2010；IAEA，1994；Li等人，2016）。对于伽马射线发射的放射性核素，体内监测方法更受青睐，因为它们比体外方法更实用（Devji等人，2013）。

在核和放射性紧急情况下使用的体内监测系统通常分为四种主要类型：基于实验室的系统、移动式基于实验室的系统、手持式调查监测器和裸露探测器。基于实验室的系统提供高精度测量，但依赖于重型屏蔽（IAEA，1996；ICRU，2003），这使得它们难以运输且需要受过培训的人员，因此不适合大规模分诊。移动式基于实验室的系统通常安装在大型车辆中，具有更好的移动性，但价格昂贵且需要专业操作员（Dantas等人，2010；Lahham等人，1997；Ha等人，2018；Youngman等人，2001）。手持式调查监测器和裸露探测器虽然更便携，但效率较低，存在位置误差和污染风险，可能导致剂量估计过高和测量不确定性较大。

文献综述强调了使用光谱仪和非光谱仪探测器（如NaI(Tl)、塑料和HPGe探测器）的各种便携式全身监测系统，用于内部污染筛查（Muikku和Rahola，2007）。虽然HPGe探测器精度较高，但成本也较高。包括Wang等人（2019）和Galeev等人（2017）的研究在内的研究探讨了便携式放射性核素识别方法，但计数几何形状和探测器距离仍存在挑战，这往往导致污染风险和剂量估计过高。福岛第一核电站事故的经验表明，大多数撤离者的内部污染量很小，这强调了需要能够准确测量低至1mSv剂量的体内监测系统（IAEA，2015；Yunlong等人，2022）。因此，开发高通量、便携式的全身监测系统将大大改善辐射紧急情况下的快速和大规模筛查。

本研究重点关注一种便携式全身监测器（PWBM）的设计、开发和性能评估，该监测器具有用于评估高能光子发射体造成的内部污染的屏蔽布置。PWBM具备便携性、易于组装和现场测量等功能，提供高吞吐量、高效率，并能测量多种放射性核素，同时减少了位置误差并提高了结果的可重复性。该监测器包括适应不同体型的屏蔽布置，提供真实的剂量估计，并确保方便的计数几何形状以快速筛查。它配备了一个带有NaI(Tl)探测器的桌面屏蔽单元，采用站立计数几何形状进行体内监测。PWBM设计用于在高污染区域安全操作，能够高效筛查和分诊受影响的个体。系统的便携性使其可以快速部署在紧急现场进行现场测量。此外，它还设计用于测量受伤或老年人的剂量，进一步增强了其多功能性和有效性。系统的效率校准针对任何提到的放射性或核紧急情况下的重要高能光子发射体进行了实验和理论验证。研究中考虑的放射性核素包括^99mTc、¹⁹²Ir、¹³³Ba、¹³⁷Cs、¹³⁴Cs和⁶⁰Co，强调了辐射紧急情况下的主要摄入途径——吸入。

部分摘录

便携式全身监测器结构

PWBM使用一个梯形屏蔽腔体，其中装有NaI(Tl)探测器。腔体设计有五个封闭面和一个开放面，确保探测器与人体之间有直接视线。腔体的内部尺寸范围为300毫米×300毫米至300毫米×460毫米，深度为300毫米。结构和屏蔽厚度经过精心设计，以确保足够的机械强度、实用的运输重量、易于去污等

计算模型验证

通过将已知活度的物质放置在BOMAB模体中，并使用PWBM获取不同计数几何形状下的光谱，实验评估了¹³³Ba、¹³⁷Cs和⁶⁰Co的计数效率（CE，cps.Bq^-1）。实验得到的CE与使用蒙特卡洛模拟得到的模拟CE进行了比较，并在表3中展示。可以看出，这些放射性核素的实验CE与模拟CE之间的百分比变化小于5%

结论

设计并开发了一种便携式全身监测器，以满足辐射紧急情况下的大规模内部污染监测需求。该系统配备了一个梯形屏蔽腔体，其中装有76毫米×76毫米的NaI(Tl)探测器。研究探讨了两种站立计数几何形状：胸部监测和全身监测。梯形屏蔽结构特别设计用于引导用户并减少位置误差

CRediT作者贡献声明

P. Prathibha： 数据整理、正式分析、调查、写作——审阅与编辑。Rajesh Sankhla： 写作——初稿撰写、验证、方法论、调查、正式分析、数据整理、概念化。Rahul Roy： 写作——审阅与编辑、验证、软件、数据整理。Pramilla D. Sawant： 写作——审阅与编辑、可视化、监督、项目管理、方法论、数据整理。

未引用的参考文献

Barnett等人，2000年10月；Palmer等人，2008年8月；UNSCEAR 2000年报告第二卷附录J；UNSCEAR 2008年报告第二卷附录D；UNSCEAR 2013年报告第一卷附录A；NCRP报告166，2010年；Dewji等人，2007年7月；国际辐射单位和测量委员会，2003年；Lahham和Fül?p，1997年；国际原子能机构，2015年；Ji等人，2022年；Sankhla等人，2016-19页；Cullen等人，1997年；国际原子能机构，2015年；Youngman，2015年。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。