医用射线防护辐射剂量仪的工作原理

医用射线防护辐射剂量仪的工作原理是一个核心问题。需要首先明确的是，“辐射剂量仪”是一个广义术语，它包含多种原理不同、用途各异的设备。但它们的基本目标都是探测和测量电离辐射的能量沉积，并将其转换为可读的数值（如毫希沃特 mSv 或 微戈瑞 μGy）。                         其工作原理可以概括为以下三个核心步骤：

1. 辐射与物质的相互作用：射线进入剂量仪的敏感区域（探测器），与其原子发生相互作用（如电离、激发）。
2. 能量转换与信号收集：相互作用产生的效应（如离子对、闪烁光）被收集起来。
3. 信号处理与结果输出：收集到的微小信号被放大、处理，最终计算出辐射剂量并显示出来。

下面介绍几种主流的医用辐射剂量仪的工作原理：

• 电离室型剂量仪

这是最经典、精度最高、常用作基准和校准的剂量仪，尤其在放疗科的高剂量测量中。

工作原理：1. 其核心是一个充满空气或特定气体的腔室，内部有正负两个电极。

2. 当射线穿过腔室时，会使腔室内的气体分子电离，产生正负离子对。
3. 在两个电极上施加一个工作电压，形成电场。在电场作用下，正离子趋向负极，电子（负离子）趋向正极，于是形成了电离电流。
4. 测量这个极其微弱的电离电流，经过精密电路的放大和处理。
5. 通过测量到的电流大小，计算出射线在空气中产生的电荷量，再根据严格的物理公式和转换系数，即可得到吸收剂量（通常以戈瑞 Gy 为单位）。

特点： 优点：精度高、稳定性好、能量响应良好。· 缺点：需要高压电源，灵敏度相对较低，探测器体积通常较大。

主要应用：放疗科输出剂量的绝对测量和校准（如水箱扫描），CT剂量指数（CTDI） 的测量。

• 半导体探测器剂量仪

这类剂量仪在现代医疗辐射防护中应用非常广泛，特别是作为个人剂量计和便携式巡测仪。工作原理：1. 其核心是一块半导体材料（最常用的是硅），通常做成PIN二极管的形状。

2. 在半导体两端加上反向偏压，形成一个“耗尽区”，相当于一个固态电离室。
3. 当射线射入耗尽区时，会将其原子电离，产生电子-空穴对。
4. 在电场作用下，电子和空穴分别向两极移动，形成电脉冲信号。
5. 由于半导体材料的密度远高于气体，产生一对电子-空穴对所需的能量远低于气体中产生一对离子对所需的能量，因此灵敏度非常高。

 特点：优点：灵敏度高、体积小巧、响应速度快、无需高压气体。 缺点：对射线能量的响应不如电离室平坦（尤其在低能区），读数易受温度影响。

主要应用：便携式巡测仪：用于测量工作场所的辐射水平（周围剂量当量率）。· 个人剂量计/报警仪：医护人员佩戴在身上，实时显示累积剂量和剂量率，超阈值报警。 患者剂量监测：在某些介入手术中，用于测量患者特定部位的皮肤剂量。

• 闪烁体探测器剂量仪

工作原理：1. 其核心是一块闪烁晶体（如NaI, CsI, 塑料闪烁体），当射线与晶体相互作用时，会使其原子激发。

2. 被激发的原子在退激时，会放出可见光或紫外光的光子。
3. 这些微弱的光信号被后端的光电倍增管或光电二极管接收，并将其放大转换成电脉冲信号。
4. 脉冲信号的幅度与射线在闪烁体中沉积的能量成正比，通过分析这些脉冲即可得到辐射剂量信息。

特点： 优点：灵敏度极高，探测效率高，响应速度快。缺点：本底噪声较大，能量分辨率通常不如半导体，且光电倍增管易碎。主要应用：主要用于核医学科，探测γ射线。也用于一些环境监测和辐射巡测。

• 被动式个人剂量计（非直读式）

这类剂量计本身没有电路和显示，需要后期处理才能读数，主要用于常规的个人剂量监测和档案记录。

1. 热释光剂量计（TLD）：核心是晶态磷光体（如LiF）。射线照射使其晶体结构产生变化，电子被陷阱俘获。测量时，用加热器对晶体加热，被俘获的电子获得能量后逃逸，同时释放出与吸收剂量成正比的光子，通过测量发光强度来确定剂量。
2. 光致发光剂量计（OSL）：· 核心是碳氧化铝（Al₂O₃:C）等材料。射线照射后，电子被晶格缺陷俘获。 测量时，用特定波长的激光照射晶体，被俘获的电子发生跃迁，释放出可见光（荧光），其强度与吸收剂量成正比。OSL比TLD更灵敏，可重复测量。

特点：优点：体积小、佩戴方便、不受电磁干扰、可测量非常低的累积剂量、成本较低。缺点：无法实时读数，需要送回实验室用专用设备读取。

主要应用：医院所有辐射工作人员的常规月度/季度剂量监测，是职业健康档案的法律依据。