關(guān)鍵詞：電阻;熱釋光;光釋光;輻射;劑量評(píng)估

核應(yīng)急醫(yī)學(xué)救援中，快速評(píng)估傷員的外照射劑量是急性放射病診斷分類和救治的基礎(chǔ)。輻射應(yīng)急條件下，人員往往未攜帶劑量計(jì)，但經(jīng)常攜帶的手機(jī)或儀器設(shè)備中內(nèi)嵌的電子元器件等，可在射線作用下吸收能量并通過(guò)釋光方法檢測(cè)出來(lái)，進(jìn)而評(píng)估受到照射的劑量。

隨著以手機(jī)為代表的各類電子產(chǎn)品的普及，現(xiàn)代生活中多數(shù)人會(huì)攜帶電子產(chǎn)品，這些產(chǎn)品中幾乎都有表面貼片電阻器件。表面貼片電阻由氧化鋁基底、電阻層、電極和保護(hù)層等結(jié)構(gòu)組成，氧化鋁基底占有較大的體積份額。氧化鋁材料在電離輻射作用下，內(nèi)部特定能態(tài)的電子和空穴可能受激后被晶格缺陷俘獲并處于亞穩(wěn)態(tài)。當(dāng)受到熱或光激發(fā)時(shí)，晶格缺陷俘獲的電子/ 空穴對(duì)能夠以一定概率復(fù)合并產(chǎn)生處于激發(fā)態(tài)的發(fā)光中心，隨后釋放特定能量的光子從而產(chǎn)生短暫的發(fā)光，即熱釋光（ thermoluminescence， TL ） 或光釋光（optically stimulated luminescence， OSL） 現(xiàn)象，且其發(fā)光強(qiáng)度與所受電離輻射的劑量相關(guān)[1] 。相比其他電子器件，表面貼片電阻的優(yōu)勢(shì)包括使用頻率高、易于取樣、樣品可以直接測(cè)量、易于替換等?；陔娮栳尮鈾z測(cè)的方法用于核應(yīng)急事故劑量重建具有檢測(cè)速度快、無(wú)響應(yīng)延遲時(shí)間、劑量學(xué)特性好、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。

國(guó)內(nèi)外對(duì)此已經(jīng)開(kāi)展了一系列探索和研究。賈育新等[2] 對(duì)輻射事故中常用電子元件的光釋光特性進(jìn)行了研究，認(rèn)為電阻作為事故劑量重建性能優(yōu)于電容、二極管、三極管等器件。郭競(jìng)淵等[3]對(duì)比優(yōu)化了電阻元件的光釋光測(cè)量條件。孫濤等[1] 對(duì)氧化鋁器件的釋光機(jī)制和特性、劑量學(xué)特性研究以及應(yīng)急劑量評(píng)估方法進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。王俊霖等[4] 研究了保存溫度和保持時(shí)間對(duì)核事故劑量重建中貼片電阻光釋光特性的影響。國(guó)外Sholom 等[5] 利用OSL 方法對(duì)錢幣、塑料卡片、衣服和鞋子等常見(jiàn)物品進(jìn)行了檢測(cè)，分析了其用于應(yīng)急劑量評(píng)估的可行性。Bassinet 等[6-8] 研究了對(duì)手機(jī)屏幕玻璃進(jìn)行TL 和OSL 檢測(cè)的輻射應(yīng)急劑量評(píng)估方法。McKeever 等[9] 對(duì)物理劑量評(píng)估方法和生物劑量評(píng)估方法進(jìn)行了較為全面的比較，其中典型的物理劑量評(píng)估方法包括了OSL 電阻測(cè)量方法。在歐盟啟動(dòng)的RENEB 計(jì)劃中，16 個(gè)國(guó)家的23 個(gè)參與團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)歐盟生物劑量和物理劑量重建網(wǎng)絡(luò)，其中物理劑量評(píng)估方法就是利用OSL 和EPR（電子順磁共振）方法對(duì)手機(jī)器件進(jìn)行檢測(cè)[10] 。

綜上，利用TL 和OSL 對(duì)個(gè)人經(jīng)常攜帶的電子產(chǎn)品尤其是手機(jī)中的器件進(jìn)行檢測(cè)已經(jīng)成為受到國(guó)內(nèi)外關(guān)注的核應(yīng)急劑量重建方法。因此本研究利用熱釋光（TL）和光釋光（OSL）檢測(cè)方法，對(duì)輻照后的表面貼片電阻器件進(jìn)行了檢測(cè)，觀察了其用于輻射應(yīng)急劑量評(píng)估的特性，為建立輻射應(yīng)急條件下的輻射劑量評(píng)估方法和檢測(cè)平臺(tái)提供支撐。

1 材料與方法

1. 1 樣品的選取和處理

考慮到應(yīng)急條件下，現(xiàn)場(chǎng)人員往往未攜帶個(gè)人劑量計(jì)，但是當(dāng)前個(gè)人多數(shù)攜帶手機(jī)等電子設(shè)備。電子設(shè)備中常用的電子元器件包括集成電路芯片、電阻、電容、電池、攝像頭等。其中電阻為常用器件之一，取樣簡(jiǎn)單，且可以替換，不影響設(shè)備性能。因此本研究樣品選用隨身攜帶手機(jī)或其他電子設(shè)備中常見(jiàn)的表面貼片電阻作為被測(cè)對(duì)象。為進(jìn)一步提高樣品處理速度并減少信號(hào)損失，電阻采用不需要磨去電阻表層的處理方式。電阻生產(chǎn)廠家YAGEO， 封裝型號(hào)為1206 型， 阻值為1 000 Ω（2. 2 節(jié)另有標(biāo)注除外），阻值精度1%。因表面貼片電阻體積較小，將相同型號(hào)的8 枚電阻構(gòu)成一個(gè)被測(cè)樣品，排布方式為4×2 整齊排列為一個(gè)大小約6. 4 mm×6. 4 mm 的矩形樣品，氧化鋁基底面（白色面）向上，印刷面（深色面）向下。除檢測(cè)條件外，樣品采用避光袋存儲(chǔ)，減少光暴露，與在設(shè)備內(nèi)部無(wú)光環(huán)境較為一致;樣品存儲(chǔ)放置環(huán)境溫度：15～30 ℃。

1. 2 釋光檢測(cè)方法

熱釋光檢測(cè)方法：熱釋光讀出儀器為ThermoFisher HARSHAW 3500，預(yù)熱時(shí)間10 s，預(yù)熱溫度50 ℃，升溫速率5 ℃ / s，測(cè)度溫度范圍50℃ ～400 ℃，測(cè)量時(shí)長(zhǎng)100 s，以100 s 內(nèi)發(fā)光總面積（發(fā)光曲線逐點(diǎn)累積求和）為總TL 發(fā)光強(qiáng)度。測(cè)量時(shí)樣品放置到樣品檢測(cè)托盤，空白面（無(wú)印刷字符面）面向光探測(cè)器放置。樣品照射方法：采用X射線輻照儀，儀器型號(hào)RAD SOURCE RS2000，主要參數(shù)： 電壓160 keV、電流25 mA、劑量率1. 175 Gy/ min，照射時(shí)電阻樣品平鋪避免重疊。

光釋光檢測(cè)方法：光釋光測(cè)量?jī)x型號(hào)為Riso-DA-20。測(cè)試條件：激發(fā)光源采用藍(lán)光LED 陣列（470±30 nm），激發(fā)光強(qiáng)度為90%，CW-BOSL 工作模式;采用紫外可見(jiàn)單光子探測(cè)器，工作電壓2 000 V，使用濾波片U340;單個(gè)樣品測(cè)量時(shí)間為100 s。樣品照射方法：采用Riso-DA-20 β 射線輻照器（90Sr/ 90Y 輻射源），劑量率：0. 073 Gy/ s，照射時(shí)電阻樣品平鋪避免重疊。

2 結(jié)果與討論

2. 1 熱釋光測(cè)量的典型發(fā)光曲線

圖1 為經(jīng)不同劑量照射后的電阻樣品熱釋光測(cè)量的發(fā)光曲線?？梢?jiàn)低劑量照射情況下有一個(gè)主發(fā)光峰，發(fā)光峰中心溫度約190 ℃;劑量增高時(shí)（大于6 Gy）出現(xiàn)第二個(gè)發(fā)光峰，第二個(gè)發(fā)光峰中心溫度約230 ℃。對(duì)比不同劑量照射后電阻熱釋光發(fā)光曲線，可見(jiàn)隨著劑量的增加，發(fā)光峰高度顯著增加。

2. 2 熱釋光信號(hào)的穩(wěn)定性

圖2 為照射后電阻熱釋光信號(hào)穩(wěn)定性（一致性）的情況，其中圖2（a）為20 個(gè)相同阻值電阻經(jīng)10 Gy 照射后熱釋光檢測(cè)發(fā)光強(qiáng)度情況，對(duì)于10 Gy 照射的1 206 型封裝電阻進(jìn)行熱釋光測(cè)量，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為4. 3%。圖2（b）為不同阻值電阻經(jīng)10 Gy 照射后熱釋光檢測(cè)發(fā)光強(qiáng)度情況，可見(jiàn)對(duì)于本批次樣品，1 000 Ω 及其附近阻值的電阻發(fā)光強(qiáng)度較高，其他阻值電阻熱釋光響應(yīng)差別較小。本結(jié)果提示不同阻值的電阻在劑量響應(yīng)方面并不一致，無(wú)法簡(jiǎn)單用預(yù)建響應(yīng)曲線的方式進(jìn)行劑量評(píng)估。

2. 3 熱釋光信號(hào)的時(shí)間衰減規(guī)律

圖3 為經(jīng)10 Gy 照射后電阻熱釋光信號(hào)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律?？梢?jiàn)隨著照射后時(shí)間的增長(zhǎng)，熱釋光信號(hào)逐漸降低，其中前96 h 衰減速度較快，然后衰減速度趨于平緩。該結(jié)果提示，當(dāng)熱釋光檢測(cè)時(shí)間距離照射時(shí)間數(shù)小時(shí)后，需進(jìn)行衰減系數(shù)校準(zhǔn)，以提高劑量分析的準(zhǔn)確性。但是即使經(jīng)過(guò)7 d 的衰減，利用本方法進(jìn)行劑量重建仍然具有相當(dāng)?shù)撵`敏度。

2. 4 電阻熱釋光檢測(cè)的劑量響應(yīng)特性

圖4 為不同劑量照射電阻的熱釋光檢測(cè)發(fā)光信號(hào)強(qiáng)度變化規(guī)律，其中圖4（a）是0～1 Gy 照射電阻的TL 發(fā)光強(qiáng)度響應(yīng)，圖4（b）是1～10 Gy 照射電阻的TL 發(fā)光強(qiáng)度響應(yīng)，圖4（c）是10～100 Gy照射電阻的TL 發(fā)光強(qiáng)度響應(yīng)，圖4（d） 是0 ～100 Gy 照射電阻的TL 發(fā)光強(qiáng)度響應(yīng)。結(jié)果表明，在上述各個(gè)劑量段以及在0～100 Gy 范圍內(nèi)，照射后電阻的熱釋光發(fā)光強(qiáng)度呈現(xiàn)較好的線性特性，線性相關(guān)系數(shù)為r =0. 987 0。經(jīng)過(guò)計(jì)算，本方法的劑量檢測(cè)下限約為0. 02 Gy。

2. 5 電阻光釋光檢測(cè)的典型發(fā)光曲線和穩(wěn)定性

圖5 為經(jīng)不同劑量照射后的電阻樣品光釋光測(cè)量的發(fā)光曲線?？梢?jiàn)發(fā)光峰主要出現(xiàn)在前60 s，隨著劑量的增加，發(fā)光峰高度顯著增加。對(duì)20 個(gè)相同阻值電阻經(jīng)10 Gy 照射后光釋光檢測(cè)發(fā)光強(qiáng)度，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為3. 4%。

2. 6 電阻光釋光檢測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度衰減規(guī)律

圖6 是照射后電阻光釋光信號(hào)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律?？梢?jiàn)隨著照射后時(shí)間的增長(zhǎng)，光釋光信號(hào)逐漸降低。該結(jié)果提示，當(dāng)光釋光檢測(cè)時(shí)間距離照射時(shí)間數(shù)個(gè)小時(shí)后，需進(jìn)行衰減系數(shù)校準(zhǔn)，以提高劑量分析的準(zhǔn)確性。其中前2 d 的衰減速度較快，后續(xù)衰減速度趨緩，但經(jīng)過(guò)10 d 的衰減后，利用本方法進(jìn)行劑量重建仍然具有相當(dāng)?shù)撵`敏度。

2. 7 電阻光釋光檢測(cè)的劑量響應(yīng)

圖7 為不同劑量照射電阻的光釋光檢測(cè)發(fā)光信號(hào)強(qiáng)度變化規(guī)律。結(jié)果表明，在0～100 Gy 范圍內(nèi)，照射后電阻的光釋光發(fā)光強(qiáng)度呈現(xiàn)較好的線性特性。線性相關(guān)系數(shù)r =0. 997 5。經(jīng)過(guò)計(jì)算，本方法的劑量檢測(cè)下限約為0. 12 Gy。

3 討論與結(jié)論

本研究利用熱釋光和光釋光檢測(cè)方法，對(duì)輻照后的表面貼片電阻器件進(jìn)行了檢測(cè)，觀察了其用于輻射應(yīng)急劑量評(píng)估的特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可在100 s 內(nèi)獲得有效輻射誘發(fā)信號(hào)，檢測(cè)過(guò)程和數(shù)據(jù)處理方法較為簡(jiǎn)單;該方法在較寬的劑量范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性響應(yīng)，能夠覆蓋急性放射病診斷需求，且在時(shí)間衰減校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，具有較長(zhǎng)的有效時(shí)間;在檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)下限方面，文中實(shí)驗(yàn)條件下熱釋光方法或優(yōu)于光釋光方法。在能量響應(yīng)方面，考慮到表面貼片電阻中對(duì)劑量評(píng)估的有效成分是氧化鋁，結(jié)合氧化鋁的熱釋光和光釋光特性推測(cè)可能會(huì)出現(xiàn)低能端多響應(yīng)、高能量端響應(yīng)比較平緩的規(guī)律[11] ，具體能量響應(yīng)規(guī)律和改善方法有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

基 于隨身攜帶物品中特定材料進(jìn)行釋光檢測(cè)的劑量評(píng)估方法具有檢測(cè)速度快、無(wú)響應(yīng)延遲時(shí)間、劑量學(xué)特性好、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，是對(duì)當(dāng)前劑量重建方法的重要補(bǔ)充，可在輻射應(yīng)急醫(yī)學(xué)救援工作中發(fā)揮一定的作用。本研究選用表面貼片電阻作為樣品，其優(yōu)勢(shì)在于釋光特性好、數(shù)量眾多、便于替換、測(cè)量過(guò)程不影響本身性能等。適當(dāng)修復(fù)后，電子設(shè)備可快速恢復(fù)并帶離現(xiàn)場(chǎng)。

在實(shí)用性方面，目前本研究的實(shí)驗(yàn)條件仍然較為理想，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍然存在多樣化的樣本情況、照射源項(xiàng)和劑量響應(yīng)等復(fù)雜情況，需要針對(duì)具體情況進(jìn)行包括取樣和制樣方法、基于補(bǔ)充照射建立劑量響應(yīng)曲線等方面研究，以進(jìn)一步提升該方法的實(shí)用性和適用范圍。