451响应时间研究

电离室剂量仪响应时间的实验研究周海伟杜国生（北京市疾病预防控制中心，北京100013）[摘要]目的：通过计算和实验确定电离室剂量仪第一量程响应时间和时间分辨修正系数；方法：根据电路原理和剂量仪响应时间定义建立计算公式并经实验数据验证；结论：FLUKE公司的451B型电离室剂量仪第一量程（0—50μSv/h）响应时间为13.2s，451P型电离室剂量仪第一量程（0—5μSv/h）响应时间为7.3s。时间分辨修正系数应按其测量值计算。[关键词]响应时间，时间分辨，剂量率TheExperimentandStudyoftheResponseTimeoftheIonChamberSurveyMeter[Abstract]Objective:Toexperimentandconcludetheresponsetimeandtimeresolutioncorrectfactorofthefirstrangeoftheionchambersurveymeter.Methods:Aformulawasestablishedbasedonthecircuittheoryandthedefinitionofresponsetime,andverifiedwithexperimentdata.Conclusion:Theresponsetimeofthefirstrange(0—50μSv/h)ofthemodel451Bionchambersurveymeteris13.2s,theresponsetimeofthefirstrange(0—50μSv/h)ofthemodel451Pionchambersurveymeteris7.3s.【Keywords】Responsetime,Timeresolution,DoseRate1.目的医用诊断X线摄影曝光（出束）时间很短，几毫秒-几百毫秒量级，而防护级电离室剂量仪测剂量率的响应时间较长，几秒-几十秒。曝光时间越短，仪器的测量读数与真值偏离越大。要测量到比较准确的剂量率数值，应尽量加长曝光时间。现场测量时常采用小电流和X线机功率允许的较长时间曝光。但在实际操作时曝光时间很难延长到仪器响应时间，而且部分X射线摄影机的操作界面上，只给出电流时间乘积即mAs数，不能分别调控电流和时间。并且这种类型的X光机曝光时间都很短，通常在几十毫秒。用电离室剂量仪在几毫秒-几百毫秒的曝光时间内，直接测得的剂量率数值与其真值相差几倍甚至几十倍，不能直接用于防护评价。为了求得短时间曝光的剂量率时间分辨修正系数，作者做了下列实验测试研究，研究结果已用于现场测量评价。2.材料和方法2.1仪器设备：高稳定性高频X线摄影机，具有峰值保持功能的451B、451P型电离室剂量仪。2.2原理和公式：率表电路的读数响应过程最终可等效简化为一RC电路充电过程，即电容C上电压上升过程，电容电压值标示剂量率值。剂量率值是曝光时间的函数，正比于（1—e—λt），其中λ为读数建立时间常数，t是剂量率测量时等剂量率（强度）照射（曝光）时间。防护级率表电路的响应时间定义为：从最大剂量率的10%上升到最大剂量率的90%所需时间⑴⑵。响应时间取决于电路参数，低剂量率量程的读数响应时间长，高剂量率量程的短。2从451B、451P型电离室剂量仪说明书上可查得其响应时间为从最大剂量率的10%上升到最大剂量率的90%所需时间。根据响应时间的定义，由下列方程式可求出给定仪器的响应时间常数λ和时间分辨修正系数公式：F（t）=1/（1—e—λt）。2.3451B型电离室剂量仪2.3.1理论计算（1）查阅451B型电离室剂量仪可以得到，该仪器在第一量程（0—50μSv/h）时标称响应时间为8s⑶。（2）有下列联列方程式：1.011.0te………①9.01)8(1.0te……②其中t0.1为仪表读数上升到最大值的10%所需时间由①、②联立可求得λ=0.2746时间分辨修正系数公式为：F（t）=1/（1—e—λt）由此可以得到响应时间为8秒的451B电离室剂量仪第一量程的时间分辨修正系数公式：)1/(1)(2746.0tetF……………③其中t为曝光时间,可得表1。表1451B剂量率仪第一量程剂量率时间分辨修正系数计算值（响应时间为8秒）曝光时间（s）0.10.20.51.01.52.02.53.04.0修正系数36.918.77.84.23.02.31.91.71.52.3.2实验测量（1）在451B型电离室剂量仪的FREEZE工作模式（模拟表头读数峰值保持功能）下测量剂量率时，仪器模拟表头能标示出率表电路在曝光时间内建立起来的最大剂量率值，是真值的一部分。选定一曝光条件（X线机的kV,mA,HVL）和合适的距离，测量直射线或散射线均可。在最长时间曝光时，451B电离室中心位的最大剂量率在第一量程范围内。用不同曝光时间t曝光，记录下不同时间下的剂量率数值，并用表1所列修正系数得进行修正，得451B电离室剂量仪第一量程的测量修正值，数据列于表2。表2451B剂量率仪FREEZE模式下的实测数值和修正后数值曝光时间（s）剂量率值（0—50μSv/h）实测数值修正后数值0.53.829.60.634.528.30.85.829.41.07.129.61.258.830.31.611.532.32.013.832.72.517.535.23.222.037.64.025.037.55.030.040.236.334.041.38.037.041.610.040.042.712.541.843.21643.043.52.3.3结果分析由表2中“修正后数值”一栏我们不难发现，经过响应时间修正系数修正后的数值仍然呈上升趋势，而并非预期判断的比较平稳的状态，因此我们判断451B型电离室剂量仪在第一量程时响应时间不是说明书上描述的8s，而应该是更长。为此，采取“反代法”来求得较准确的响应时间,即假设一个响应时间，代入时间分辨修正系数公式，得到一系列“修正后数值”，观察其变化趋势，通过计算标准偏差来判断数据是否合理。见表3。表3经不同响应时间的时间分辨修正后的剂量率数值曝光不同响应时间下时间分辨修正后的剂量率值（0—50μSv/h）序时间（s）11s12s13s14s15s10.540.043.446.950.353.820.6338.141.344.647.851.030.839.342.645.949.252.541.039.242.445.748.952.151.2539.843.046.249.452.661.642.045.348.551.855.072.041.945.048.151.254.382.544.547.650.853.957.193.246.649.652.755.758.8104.045.448.150.953.656.4115.047.550.052.655.257.8126.347.549.651.954.156.4138.046.448.149.951.753.61410.046.347.649.050.552.01512.545.646.547.548.649.81616.044.845.446.146.847.616个修正值均值M43.4345.9948.5851.1853.80标准偏差σ3.3122.8452.6332.7123.041对表3中的标准偏差σ值进行分析，不难得出准确的响应时间应该在12s～14s之间。为了进一步确定准确的响应时间，作者又假设了几组响应时间，代入响应时间修正系数公式，得到一系列“修正后数值”，并分别求得其标准偏差，最小标准偏差对应的响应时间是最准确的响应时间。经过计算，响应时间为13.2s时的标准偏差最小。见表4。表4不同响应时间下对应的修正值均值和标准偏差响应时间（s）均值M标准偏差σ12.747.802.66612.848.062.65212.948.322.641413.048.582.63313.148.842.62813.249.092.62513.349.352.62613.449.622.63013.549.882.63713.650.142.64613.750.402.6582.3.4.结论由表4不难发现，在响应时间为13.2秒时，标准偏差为2.625，小于其它响应时间对应的标准偏差。451B型电离室剂量仪第一量程（0—50μSv/h）时响应时间应为13.2秒，不是厂家标称的8秒。响应时间常数λ应是0.1665，时间分辨修正系数公式应为：)1/(1)(1665.0tetF。作者用同样的方法测得451P型电离室剂量仪第一量程（0—5μSv/h）时响应时间为7.3秒，而不是说明书上描述的5秒。即时间分辨修正系数公式为：)1/(1)(3010.0tetF。表5451B和451P剂量率第一量程剂量率时间分辨修正系数曝光时间（s）修正系数451B451P0.160.633.70.230.517.10.512.57.160.88.024.671.06.523.851.25.533.301.54.532.751.83.862.392.03.532.212.52.941.893.02.541.683.52.261.544.02.061.435.01.771.296.01.581.208.01.361.1010.01.231.05用451B型电离室剂量仪进行放射防护检测时,应对所测数据进行时间分辨修正。例如，在摄影机房门外某处测到的泄露辐射剂量率为4.1μSv/h，曝光时间为1秒，减去本底值0.1μSv/h,查表5可得1秒时修正系数为6.52，则曝光时的剂量率真值应是:6.52×(4.1-0.1)μSv/h＝26.1μSv/h。54.讨论本实验研究计算所得结果仅为451B型电离室剂量仪和451P型电离室剂量仪在第一量程时的时间分辨修正系数，对其他量程不适用。其原因在于451型系列产品的“量程自动转换”。量程自动转换之间的时间间隔，还不得知。实验所得451B/451P剂量仪的响应时间（13.2秒/7.3秒）及其相应的时间常数λ（0.1665/0.3010）是实验用仪器的个性值，作者未对同一型号、不同序列号仪器进行过测试。曝光时间越短，时间分辨修正系数越大。曝光时间越短，X射线机高压发生器的实际输出曝光时间的相对误差越大。短曝光时间下kV准确性也差。为了获得较准确的结果，防护测量参数设置选择应使实际曝光时间不小于100ms。参考文献：[1]核科学技术术语核仪器仪表GB/T4960.6—1996P:16[2]INOVISIONRadiationMeasurements，“Model451P&451P-DE-SIIonChamberSurveyMeterOperator’sInstructionManual”[3]INOVISIONRadiationMeasurements，“Model451B&451B-DE-SIIonChamberSurveyMeterInstructionManual”