一、简介

半导体测量仪比电离室测量仪灵敏度更高、响应速度更快、结构紧凑、重量轻，并且受大气压力和湿度的影响更小；因此，半导体测量仪表广泛应用于核、医疗和工业领域[ 1 ][ 2 ][ 3 ]。鉴于其灵敏度高、响应快、尺寸小、重量轻，这些测量仪被认为可用于测量弱泄漏辐射，但它们高度依赖于能量和温度[ 4 ][ 5 ][ 6 ][ 7]。因此，除非测量仪是可追溯的并且已经在下述辐射参考场中进行校准和估价，否则很难对泄漏辐射做出正确的评估。

JIS Z 4511 -2018（2018年修订）是基于ISO 4037-1 -1996、ISO 4037-2 -1997、ISO 4037-3 -1999和ISO 4037-4 -2004的日本工业标准，修改了技术内容根据日本的使用条件。标准规定了空气比释动能标准场的设置、辐射防护领域和个人监测用剂量当量（率）测量装置的校准方法、光子能量和辐射入射响应的测试方法。角度 [ 8 ][ 9 ][ 10 ][ 11 ][ 12]。本标准还适用于空气吸收剂量（率）、空气比释动能（率）和辐照剂量（率）测量仪器。

医疗领域放射治疗、核医学设施中使用的测量仪的校准以及诊断区域中泄漏 X 射线的测量都是使用137 Cs 源发射的662 keV γ射线进行的。然后必须进行功能验证，这是一种简单的校准，以确定根据使用频率和使用条件校准的测量仪的性能在校准后是否能够保持以及校准系数是否可以继续使用。功能检查应确认发射低放射性的低水平γ射线源的指示值正常，137 Cs 源或60应使用共同源进行功能检查。然而，拥有137 Cs 和60 Co 源的设施仅限于拥有血液照射设备和放射治疗设备的设施。因此，很难确认没有辐射源的设施的功能。ISO标准不仅描述了γ射线参考场，还描述了连续X射线参考场[ 9 ][ 10 ][ 11 ][ 12 ]。连续X射线参考场有多种类型，窄谱系列（N系列）适合评估探测器的能量特性[ 9]]。诊断区域的泄漏X射线为50 keV至100 keV，因此辐射质量相当于N系列的N-60至N-120。因此，如果可以用医疗设施中安装的医用 X 射线设备再现 N 系列，即使在没有137 Cs 源或60 Cs源的设施中也可以确认测量仪功能。共同来源。此外，在测量与测量仪功能确认有关的X射线泄漏时，准确测量的一个必要条件是时间常数正常工作。由于漏X射线的测量是短时间的测量，并且一些半导体测量仪不允许手动设置时间常数，因此我们相信，如果N系列辐射质量良好，则漏X射线的精确测量是可能的可用于计算测量仪的时间常数。然而，医用X射线系统并不是为了探测器校准的目的而设计的，并且不能长时间暴露在X射线下。

该研究的目的是确定是否可以使用医用 X 射线系统来重现 N-60 至 N-120 系列的辐射质量，并计算时间常数并确认半导体测量仪的功能。

2. 方法

2.1. 使用设备

本研究中使用的医用X射线系统为UD150B-40（岛津制作所，总滤过量3.7mm Al，2022年8月检查），半导体测量仪为RaySafe452（Fluke Biomedical）。EMF520R 静电计（EMF Japan）（于 2020 年 6 月检查）与 1 L 室一起用于 TN32002（PTW，于 2020 年 6 月校准）参考剂量计。使用的其他过滤器包括铜 (Cu)、铝 (Al) 和锡 (Sn) 板。每种材料的纯度≥99.9%，每块板尺寸为10厘米×10厘米，厚度为0.1毫米至2毫米。2021 年 10 月，使用辐射质量为 N-100 的137 Cs源对 RaySafe452 进行了校准，此次校准确保了产品中定义的规格的准确性。

2.2. 连续 X 射线标准场的评估

为了确定医用X射线系统是否可以提供N-60至N-120的辐射质量，我们参考JIS Z 4511 -2018 [ 8 ]建立了一个实验系统（图1 ） 。所用医用 X 射线设备的总过滤器为 3.7 mm Al，从 N-60 到 N-120 的附加过滤器组合为 4 mm Al + 0.6 mm Cu (N-60)、4 mm Al + 2毫米铜 (N-80)、4 毫米铝 + 5 毫米铜 (N-100) 和 4 毫米铝 + 5 毫米铜 + 1 毫米锡 (N-120)。因此，医用X射线系统的辐射窗上贴有Al、Cu、Sn板以满足各自的标准。然后，依次添加Cu板，

根据实际测量值制作衰减曲线以获得第一半值层( HVL 1 )和第二半值层( HVL 2 )(mm Cu)。此外，根据HVL 1和HVL 2的值计算均匀性系数( h )、有效能量( E eff )和质量指数( QI ) 。X射线照射条件为管电流100mA、照射时间2.0s、大焦点，测量值取5次测量的平均值，以尽量减少测量误差。公式（1）用于计算HVL 1，公式 (2) 用于HVL 2 [ 13]。将这些值与 N-60 至 N-120 的参考值进行比较。注意，连续X射线标准场的评估项目包括平均能量和分辨率。希望通过频谱测量来确认每个辐射质量级别的平均能量为±3%，分辨率为±10%。然而，由于光谱测量需要光谱仪，因此很难在没有光谱仪的设施中进行光谱测量。因此，在本研究中，我们使用第一和第二半值层来评估辐射质量，可以使用简单的方法来计算。如果其与N-60至N-120辐射质量的参考值的匹配在±5%以内，则认为辐射质量已被充分再现。

2.3. 连续 X 射线标准场的评估

为了使用测量仪进行精确测量，建议测量时间为时间常数的 3 至 4 倍。然而，诊断领域的 X 射线成像使用短曝光。因此，需要在非常短的时间内测量泄漏的X射线，并且不可能确保时间常数的3至4倍的测量时间。

因此，我们设计了一种通过计算来计算时间常数的方法。测量仪的指示值相对于最终指示值为1−exp − t / T [ 14 ]，其中测量时间为t，时间常数为T。

制成。使用该系统，通过将照射时间从N-60到N-120改变为0.20、0.28、0.36、0.50、0.63、0.80、1.0、1.2、1.6、2.0和2.5秒来获得测量值。根据式(5)计算时间常数。虽然时间常数可以通过从每个照射时间仅提取一个测量点来获得，但测量仪的指示值相对于最终指示值是1-exp - t / T [ 14 ]。因此，由于预计计算结果会根据测量点而有很大变化，因此将各照射时间的等式(5)计算结果的平均值用作时间常数。然后，假设计算出的时间常数为T在式(4)中，将测量值的最大值设为X，计算各照射时间的值，并与测量值进行比较。测量10次，使用四分位数排除异常值后计算平均值。当照射时间≥1.6时，测量值稳定，因此考虑X射线管上的负载，使用五次测量的平均值。

2.4. 半导体测量仪的功能确认

为了确定是否可以使用医用X射线系统来确认半导体测量仪的功能，在与图1所示的实验系统中相同的位置安装了测量仪。有多种方法可以检查测量仪的功能，但在本研究中，使用替代方法来降低校准不确定度[ 15 ]。采用与2.2相同的照射条件，报告值为五次测量的平均值，以减少测量误差。根据这些结果和 2.2 的结果，校准因子 ( CF）根据式（6）计算并与RaySafe452的能量特性进行比较。计算了N-60 至N-120 每个参考值的功能验证的相对扩展不确定度[ 16 ][ 17 ]。

3. 结果

3.1. 连续 X 射线标准场的评估

表1显示了本研究中的测量值与N-60至N-120的参考值之间的比较。结果表明，HVL 1和HVL 2

本研究的实测值与N-60至N-120的参考值略有差异，但差异≤1.92%且在±5%以内；因此，可以认为它们具有相同的辐射质量[ 8 ]。这些结果清楚地表明，医用 X 射线系统可用于再现 N-60 至 N-120 的辐射质量值。另外，从N-60到N-120的计算剂量率分别为：N-60为196.04（mSv/h）、N-80为113.69（mSv/h）、N-100为47.63（mSv/h）、 N-120 为 48.37（毫希沃特/小时）。

3.2. 半导体测量仪时间常数计算的评估

图3显示了比较N-60至N-120质量的测量值和使用根据等式(5)计算的时间常数的计算值的图表，横轴代表X射线照射时间（以秒为单位），纵轴代表X射线照射时间（以秒为单位）。轴代表剂量率 (mSv/h)。N-60 的时间常数为 0.73 s，N-80 为 0.82 s，N-100 为 0.75 s，N-120 为 0.73 s（范围为 0.7 - 0.8 秒），与 RaySafe452 规范一致[ 18] ]，并且由计算的时间常数得到的计算值也与测量值几乎一致。因此，很明显，可以使用医用 X 射线系统来计算 RaySafe452 的时间常数。

3.3. 半导体测量仪功能确认评估

表2显示了测量仪校准结果和根据公式（6）计算的校准不确定度。N-60 的校准系数为 1.03，

N-80 为 1.04，N-100 为 1.03，N-120 为 1.01。另外，图4给出了与RaySafe452能量特性的关系，其中横轴为平均能量 乙￣￣￣
(keV)，纵轴是校准因子。显然，本研究的功能验证结果与RaySafe452的能量特性非常一致[ 18 ]。

4。讨论

当使用医用X射线系统再现N-60至N-120的辐射质量时，第一和第二半值层的值几乎与ISO 4037-1中的参考值一致[ 9 ] 。这一结果可能是因为当前逆变式X射线系统的上升和下降时间<1 ms，大大提高了短时特性[ 19 ]，使得即使在较短的照射时间下输出也稳定，满足指定为连续 X 射线标准场的条件。造成轻微误差的原因是医用X射线系统使用钨作为靶材来照射X射线[ 19 ]。因此，钨的特征X射线成分对测量值的影响很小，可以认为：HVL 1和HVL 2也受到影响。另外，在比较N-60和N-120辐射质量的剂量率时，我们发现随着管电压的增加，剂量率呈下降趋势。然而，只有N-120辐射质量显示出比N-100辐射质量稍高的值。认为该结果是因为N-120所用的附加滤光片与N-100的附加滤光片相比，添加了附加的Sn板，但由于管电压增加而导致X射线穿透力增加。此外，由于Sn的能量吸收端为29.3keV，因此认为这是因为在N-120[ 20]的能量区域中衰减效果较弱。]。在本研究中，通过将附加滤光片 Al、Cu 和 Sn 板直接连接到可移动 X 射线孔径来进行实验。一旦实验系统建立起来，就可以通过调节管电压并切换到相应的加性滤波器来再现辐射质量。

在通过计算确定测量仪时间常数的方法中，观察到测量值的一些变化，特别是在短时成像中。这种变化被认为是因为 RaySafe452 具有根据剂量率稳定测量值的时间常数，而本研究实验系统中的剂量率没有提供足够的稳定时间[ 18]]。在使用 RaySafe452 计算时间常数时，我们认为有必要考虑这一点。特别是当照射时间较短时，必须增加测量次数，如本研究，并利用四分位数间距来消除异常值的影响以获得测量值。此外，由于固态传感器内的闪烁体余辉，剂量率测量可能需要额外的时间才能在高测量值后稳定在低测量值[ 18]]。因此，认为有必要设置测量间隔以保证时间常数计算的准确性，特别是在进行长照射时间测量然后短测量时。正如本讨论开始时提到的，可以使用医用 X 射线系统再现 N-60 至 N-120 的辐射质量。由于计算时间常数的方法是可重复的系统，因此如果除了过滤器之外还有由PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）制成的散射器，则可以在每个医疗设施中实施。本研究中提出的方法被认为有助于提高短时射线照相期间泄漏剂量测量的准确性。

使用医用 X 射线系统时的校准系数与 RaySafe452 的能量特性值大致相同。由于RaySafe452处于通过校准保证产品定义的规格精度的状态，因此该结果证明该状态得以维持。这是因为，除了再现N-60至N-120的辐射质量外，半导体测量仪还具有高灵敏度和快速响应，因此即使照射时间很短，RaySafe452测量值也达到了稳定水平。这被认为是由于测量的值稳定所致。该特性表明 RaySafe452 的时间常数≤2 s [ 16]; 但本研究实验系统照射的剂量率<1 s，与计算结果一致。由于本研究中的照射条件可以通过安装在其他医疗设施中的医用X射线系统来再现，因此认为使用医用X射线系统进行功能确认是可能的。然而，JIS Z 4511-2018规定，产生连续X射线标准场的X射线设备的管电压纹波必须≤10%。因此，需要确认满足条件[ 8]。此外，由于医用X射线系统并非设计用于长时间照射X射线，因此需要考虑X射线管的负载，例如在照射之间留出间隔，特别是在100 kV和120 kV时。

在评估我们的结果时应考虑一些研究局限性。1）本研究中使用的RaySafe452只有剂量率模式进行测量；所以我们无法研究累加模式。2）通过计算确定时间常数的方法需要大约2秒的X射线照射持续时间，因此本研究开发的方法不能用于最大照射持续时间<2秒的X射线系统。3）本研究中使用的医用X射线系统在照射时间为2秒时可以设置的最小管电流为100mA。因此，使用这些照射条件再现的N-60至N-120的剂量率范围为45至190 mSv/h，并且不可能在上述剂量范围之外进行研究。如果能够找到能够显着衰减剂量率同时满足 N 系列参考值的附加滤波器组合，则可以确认可测量范围仅限于低剂量率的测量仪的功能。这些问题都需要今后进一步研究。

5. 结论

在这项研究中，我们确定是否可以使用医用 X 射线系统来重现 N-60 至 N-120（N 系列）辐射质量水平，这些水平在 ISO 标准中规定，适合评估探测器能量特性。我们发现，通过安装额外的滤波器来满足 N-60 至 N-120 的标准，可以重现 N-60 至 N-120 相同的辐射质量。此外，当我们使用N-60至N-120辐射质量等级来计算半导体测量仪的时间常数时，我们能够计算出符合制造商规格的时间常数。确认半导体测量仪的功能的结果是，由于与能量特性几乎一致，因此可以确认功能。