醫用射線防護輻射劑量儀的工作原理

醫用射線防護輻射劑量儀的工作原理是一個核心問題。需要首先明確的是，“輻射劑量儀”是一個廣義術語，它包含多種原理不同、用途各異的設備。但它們的基本目標都是探測和測量電離輻射的能量沉積，并將其轉換為可讀的數值（如毫希沃特 mSv 或 微戈瑞 μGy）。?????????????????????????其工作原理可以概括為以下三個核心步驟：

1. 輻射與物質的相互作用：射線進入劑量儀的敏感區域（探測器），與其原子發生相互作用（如電離、激發）。
2. 能量轉換與信號收集：相互作用產生的效應（如離子對、閃爍光）被收集起來。
3. 信號處理與結果輸出：收集到的微小信號被放大、處理，最終計算出輻射劑量并顯示出來。

下面介紹幾種主流的醫用輻射劑量儀的工作原理：

• 電離室型劑量儀

這是最經典、精度最高、常用作基準和校準的劑量儀，尤其在放療科的高劑量測量中。

工作原理：1. 其核心是一個充滿空氣或特定氣體的腔室，內部有正負兩個電極。

2. 當射線穿過腔室時，會使腔室內的氣體分子電離，產生正負離子對。
3. 在兩個電極上施加一個工作電壓，形成電場。在電場作用下，正離子趨向負極，電子（負離子）趨向正極，于是形成了電離電流。
4. 測量這個極其微弱的電離電流，經過精密電路的放大和處理。
5. 通過測量到的電流大小，計算出射線在空氣中產生的電荷量，再根據嚴格的物理公式和轉換系數，即可得到吸收劑量（通常以戈瑞 Gy 為單位）。

特點： 優點：精度高、穩定性好、能量響應良好。· 缺點：需要高壓電源，靈敏度相對較低，探測器體積通常較大。

主要應用：放療科輸出劑量的絕對測量和校準（如水箱掃描），CT劑量指數（CTDI） 的測量。

• 半導體探測器劑量儀

這類劑量儀在現代醫療輻射防護中應用非常廣泛，特別是作為個人劑量計和便攜式巡測儀。工作原理：1. 其核心是一塊半導體材料（最常用的是硅），通常做成PIN二極管的形狀。

2. 在半導體兩端加上反向偏壓，形成一個“耗盡區”，相當于一個固態電離室。
3. 當射線射入耗盡區時，會將其原子電離，產生電子-空穴對。
4. 在電場作用下，電子和空穴分別向兩極移動，形成電脈沖信號。
5. 由于半導體材料的密度遠高于氣體，產生一對電子-空穴對所需的能量遠低于氣體中產生一對離子對所需的能量，因此靈敏度非常高。

?特點：優點：靈敏度高、體積小巧、響應速度快、無需高壓氣體。 缺點：對射線能量的響應不如電離室平坦（尤其在低能區），讀數易受溫度影響。

主要應用：便攜式巡測儀：用于測量工作場所的輻射水平（周圍劑量當量率）。· 個人劑量計/報警儀：醫護人員佩戴在身上，實時顯示累積劑量和劑量率，超閾值報警。 患者劑量監測：在某些介入手術中，用于測量患者特定部位的皮膚劑量。

• 閃爍體探測器劑量儀

工作原理：1. 其核心是一塊閃爍晶體（如NaI, CsI, 塑料閃爍體），當射線與晶體相互作用時，會使其原子激發。

2. 被激發的原子在退激時，會放出可見光或紫外光的光子。
3. 這些微弱的光信號被后端的光電倍增管或光電二極管接收，并將其放大轉換成電脈沖信號。
4. 脈沖信號的幅度與射線在閃爍體中沉積的能量成正比，通過分析這些脈沖即可得到輻射劑量信息。

特點： 優點：靈敏度極高，探測效率高，響應速度快。缺點：本底噪聲較大，能量分辨率通常不如半導體，且光電倍增管易碎。主要應用：主要用于核醫學科，探測γ射線。也用于一些環境監測和輻射巡測。

• 被動式個人劑量計（非直讀式）

這類劑量計本身沒有電路和顯示，需要后期處理才能讀數，主要用于常規的個人劑量監測和檔案記錄。

1. 熱釋光劑量計（TLD）：核心是晶態磷光體（如LiF）。射線照射使其晶體結構產生變化，電子被陷阱俘獲。測量時，用加熱器對晶體加熱，被俘獲的電子獲得能量后逃逸，同時釋放出與吸收劑量成正比的光子，通過測量發光強度來確定劑量。
2. 光致發光劑量計（OSL）：· 核心是碳氧化鋁（Al?O?:C）等材料。射線照射后，電子被晶格缺陷俘獲。 測量時，用特定波長的激光照射晶體，被俘獲的電子發生躍遷，釋放出可見光（熒光），其強度與吸收劑量成正比。OSL比TLD更靈敏，可重復測量。

特點：優點：體積小、佩戴方便、不受電磁干擾、可測量非常低的累積劑量、成本較低。缺點：無法實時讀數，需要送回實驗室用專用設備讀取。

主要應用：醫院所有輻射工作人員的常規月度/季度劑量監測，是職業健康檔案的法律依據。