一种便携式全身监测仪的设计、开发及性能评估，用于体内监测高能光子发射体

辐射应急下便携式全身监测器（PWBM）的设计与验证

　　

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

辐射安全系统部门，巴巴原子研究中心，特罗姆贝，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、开发及性能评估，该监测器用于在核事故和放射性紧急情况下评估高能光子发射源造成的体内污染。PWBM具有便携性、易于组装以及现场测量功能，从而提高了工作效率并减少了位置误差。其梯形屏蔽结构配备了76毫米×76毫米的NaI(Tl)探测器，并与1K通道多通道分析仪（MCA）集成。该系统的屏蔽设计可适应不同体型，能够准确估算剂量，并快速筛查受影响人员，包括老年人和伤者。通过实验和理论方法，对系统进行了两种计数几何条件下的效率校准：胸部计数几何条件和全身计数几何条件，针对放射性核素^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的体内有效剂量测量。此类监测系统的开发对于有效的分诊和应对辐射紧急情况至关重要。

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、食品辐照和科研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、作为废料处理或被恶意使用的风险，这可能导致放射性紧急情况，例如在公共区域使用放射性散布装置（RDD）（Bernett等人，2006年；Rump等人，2021年；Palmer等人，2012年）。此外，尽管核电站采取了严格的安全措施，但事故仍有可能发生，如切尔诺贝利和福岛事件，这些事件导致了环境污染和人体通过多种途径受到辐射（联合国原子能委员会，2000年、2011年、2014年；国际原子能机构，2015年）。

在放射性或核紧急情况下，快速监测体内污染至关重要，因为第一响应者和公众可能通过吸入、摄入或注射等方式受到辐射。快速筛查有助于评估摄入量、估算剂量并采取必要措施（NCRP，2010年；国际原子能机构，1994年；Li等人，2016年）。对于伽马射线发射的放射性核素，体内监测方法更为实用（Devji等人，2013年）。

在核事故和放射性紧急情况下使用的体内监测系统通常分为四种类型：基于实验室的系统、移动式实验室系统、手持式监测仪和裸露探测器。基于实验室的系统提供高精度测量，但依赖厚重屏蔽，难以运输且需要专业人员操作，不适合大规模分诊。移动式实验室系统通常安装在大型车辆中，具有更好的机动性，但价格昂贵且需要专业操作人员（Dantas等人，2010年；Lahham等人，1997年；Ha等人，2018年；Youngman等人，2001年）。手持式监测仪和裸露探测器虽然更便携，但效率低、存在位置误差和污染风险，可能导致剂量估计偏高和测量不确定性增加。

文献综述介绍了多种使用光谱仪和非光谱仪探测器（如NaI(Tl)、塑料和HPGe探测器）进行体内污染筛查的便携式全身监测系统（Muikku和Rahola，2007年）。虽然HPGe探测器精度高，但成本较高。Wang等人（2019年）和Galeev等人（2017年）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，这可能导致污染风险和剂量估计偏高。福岛第一核电站事故的经验表明，大多数撤离者的体内污染程度较低，这强调了需要能够准确测量低至1mSv剂量的体内监测系统（国际原子能机构，2015年；Yunlong等人，2022年）。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。

本研究重点介绍了便携式全身监测器（PWBM）的设计、开发和性能评估，该监测器具备便携性、易于组装和现场测量功能。它具有高工作效率、能够测量多种放射性核素，并减少了位置误差和结果重复性。监测器配有适用于不同体型的屏蔽设计，提供准确的剂量估算，并确保快速筛查所需的计数几何条件。它采用桌面式屏蔽单元和NaI(Tl)探测器，利用站立计数几何方式进行体内监测。PWBM设计用于高污染区域的安全操作，能够高效筛查和分诊受影响人员。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，它还适用于受伤或老年人的测量，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源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，重点关注辐射紧急情况下的主要摄入途径——吸入。

部分内容摘录

便携式全身监测器结构

PWBM采用梯形屏蔽腔体，内装NaI(Tl)探测器。腔体有五个封闭面和一个开放面，确保探测器与人体之间的直线视线。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。结构和屏蔽层厚度经过精心设计，以确保足够的机械强度、便于运输、易于去污等。

计算模型验证

通过将已知活度的样品放置在BOMAB模型中，并使用PWBM在不同计数几何条件下获取光谱，实验评估了¹³³Ba、¹³⁷Cs和⁶⁰Co的计数效率（CE，cps.Bq^-1）。实验得到的CE值与蒙特卡洛模拟得到的CE值进行了比较，结果如表3所示。实验值与模拟值之间的百分比差异小于5%。

结论

本研究设计并开发了一种便携式全身监测器，用于应对辐射紧急情况下的大规模体内污染监测需求。该系统配备了一个梯形屏蔽腔体，内装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条件：胸部监测和全身监测。梯形屏蔽结构专门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、撰写——审阅与编辑。 Rajesh Sankhla：撰写——初稿、验证、方法论、调查、正式分析、数据整理、概念化。 Rahul Roy：撰写——审阅与编辑、验证、软件开发、数据整理。 Pramilla D. Sawant：撰写——审阅与编辑、可视化、项目管理、方法论、数据整理。

未引用参考文献

Barnett等人，2000年10月；Palmer等人，2008年8月；联合国原子能委员会2000年报告第二卷附件J；联合国原子能委员会2008年报告第二卷附件D；联合国原子能委员会2013年报告第一卷附件A；NCRP报告166，2010年；Dewji等人，2007年；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的研究工作。