在體測量牙齒劑量專用EPR調制磁場裝置的研制.pdf

1、核與輻射突發(fā)事件下快速判斷傷員受照射劑量并迅速進行傷員分類是實施救援與臨床診斷的關鍵，也是目前輻射事故應急領域尚未解決的難題。常規(guī)電子順磁共振（Electron Paramagnetic Resonance，EPR）牙齒劑量測量方法只能開展事故后回溯性劑量評估，其適用性受到限制。利用EPR技術在體測量人牙齒劑量，是實現早期快速劑量測量的重要途徑之一，目前受到了極大關注。調制磁場裝置是實施在體測量和提高EPR譜儀探測靈敏度的關鍵部件。本工

2、作設計并制作了可滿足在體測量牙齒劑量所需的專用調制磁場裝置，包括功率放大器、調制磁場激勵線圈、調制頻率設定模塊、感應型調制幅度顯示模塊等。主要研究內容和結果如下：
　　1、專用調制磁場功率驅動放大電路。調制磁場功率放大電路采用脈沖數字功率放大方式取代傳統(tǒng)的線性放大方式，在多N-MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金屬-氧化物半導體場效應管）管H橋電路基礎

3、上，通過改進設計，實現了適用于在體測量牙齒劑量條件并可在寬磁極間距情況下使用的專用調制磁場功率驅動放大器，該調制磁場功率放大電路功率容量大、效率高、結構簡單，能在10-100kHz范圍內改變調制頻率；當驅動電流為0～9A時，可在大于9cm磁極間距的中心區(qū)域產生調制幅度為0～2mT的調制磁場。為保護H橋的功率管，在放大器前端增加了信號控制器，該控制器使用半橋控制芯片IR2103，當輸入信號發(fā)生改變時，會自動調整間隔時間，可避免放大電路H橋

4、同側的兩個N-MOSFET管同時導通燒毀電路。對每個N-MOSFET管均增加了專用的保護器件，既避免了功率輸出管反向擊穿，也可防止靜電及電源漏電等對電路造成損壞，有效提高了電路的安全性和可靠性。通過以非常規(guī)方式反復開啟電路測試，附加的保護機制均可瞬間發(fā)揮作用，在誤操作情況下，仍能保證功率放大電路正常運轉。
　　2、在體測量專用調制線圈及調制幅度顯示裝置。為適應有限的磁極空間和不大于磁極頭尺寸，調制磁場激勵線圈設計為空心圓餅形線圈，

5、線圈外周直徑5cm，厚度3mm，均勻纏繞120匝，線圈中心預留直徑1cm空心，用于安置顯示感應線圈。兩個線圈相距8cm對稱放置，中心軸線貫穿于諧振腔探測口中心。調制幅度顯示采用雙路交叉驗證的指示方式。為實現實時準確觀測調制磁場狀態(tài)和調制幅度大小，在每個調制線圈中心均設置一個10匝的獨立感應線圈，與激勵線圈相隔離，當調制信號加到激勵線圈中時，可在感應線圈中感應出相關頻率的信號。利用兩個線圈中反饋的感應信號實現對調制磁場信號狀態(tài)的實時觀察和

6、對其調制幅度的交叉驗證。這種顯示方式避免了由于放大器輸出狀態(tài)的變化可能導致的實際調制磁場值與預設值之間產生較大偏差的現象。將反饋的弱感應信號通過預放大和幅度刻度等處理，分別輸入到數字化顯示模塊和數字示波器，實現了對調制磁場信號的實時顯示。
　　3、調制磁場裝置性能測試。（1）將此調制磁場裝置配合在體測量諧振腔，利用DPPH點狀樣品，測量了EPR波譜隨調制幅度變化情況和測量口不同位置的信號變化特性。結果表明，該調制磁場裝置的調制幅度

7、和頻率均可在較寬范圍內調整，實際調制幅度為0～2mT調制頻率為10～100kHz可調；利用該裝置可以明顯觀測到DPPH樣品譜線隨調制幅度增強而增寬的過程，因此可以提供足夠的調制幅度來滿足EPR在體測量時對調制磁場的需求；調制幅度的分布特性表明，在諧振腔測量口內調制幅度分布不均勻，在測量口中心位置調制幅度較強。（2）測量了照射劑量為1～8Gy范圍內的人前牙整體牙齒樣品。在調制幅度分別為0.11mT，0.22mT，0.33mT，0.44mT

8、，0.55mT，0.66mT，0.77mT和0.88mT時，均可得到清晰穩(wěn)定的EPR譜線，且量效關系明顯，表明調制效率較以前有較大提高，基本可滿足事故劑量在體測量評估的需求。
　　結論:本工作針對用EPR在體測量牙齒劑量的特殊需求，設計研制了專用調制磁場裝置所需的功率驅動放大電路、調制磁場激勵線圈和調制幅度顯示模塊。采用脈沖式功率放大器取代了傳統(tǒng)的線性放大方式，電路結構簡單，解決了調制線圈遠離諧振腔探測口導致的調制磁場幅度弱及其大

9、功率驅動下放大器穩(wěn)定性和安全性的問題；設計的新型組合式調制磁場激勵線圈不僅可激勵出調制磁場，還可同時感應出相關的調制信號信息，實現了對調制磁場狀態(tài)和幅度的實時客觀觀測及其幅度的交叉驗證和顯示，避免了可能出現調制磁場實際值與預設值之間不一致的現象；利用該裝置與在體測量EPR諧振腔配合使用，可以觀測到DPPH樣品譜線隨調制幅度增強而增寬的過程和輻射誘發(fā)的整體牙齒中的自由基信號，說明該裝置具有較高的磁場調制效率和實用性，能夠滿足在體測量牙齒的