周围剂量当量次级标准电离室的研制

发布时间：2020-10-16 03:59

　　 1985年,国际辐射单位和测量委员会(ICRU)在出版的第39号报告中提出了三个辐射防护实用量,分别为:周围剂量当量、定向剂量当量以及个人剂量当量。它们既能够为防护量提供有效估计,还能够作为辐射监测中使用的剂量仪表的校准量。其中,周围剂量当量H~*(10)是一个用以描述强贯穿辐射条件下(入射辐射能量15keV)环境或工作场所的辐射防护实用量,是场所监测中唯一可用于对有效剂量当量H_E进行估计的依据。在X、γ外照射场所监测中,监测仪器测量所得到的物理量通常为空气比释动能K_α或者照射量X,而周围剂量当量次级标准电离室则可用于参考点处周围剂量当量的直接定值。传统的周围剂量当量电离室通常采用在电离室室壁(一般为高压极)上添加补偿材料(Al、Pb、Si等)以改变能响曲线的方式,电离室主要由收集极、高压极、中央支撑杆、工作气体以及绝缘端子组成。在以往的研究中,前辈们通常采用的工作气体为自由空气,电离室内部空腔与外界大气相通,这将导致工作气体受到现场环境温湿度、气压、灰尘颗粒物等因素的影响,不利于电离室的现场测量。此外,由于电离室灵敏度与工作气体的充气压力大小呈正比,故在常压时灵敏度低于高压时,在实际现场测量中墙壁、空气等的散射作用将产生大量低能光子,常压电离室使得低能辐射成分不能得到准确的测量。可见,传统电离室不利于现场条件下周围剂量当量的定值,在加强环境辐射监测、核设施常规与应急监测的大力推动下,研制适用于现场测量的周围剂量当量次级标准电离室是十分必要的。据此,本文依托中国原子能科学研究院计量测试部装备基础项目“GM管γ辐射剂量仪现场校准技术研究”,开展了周围剂量当量次级标准电离室的研制工作。首先,结合蒙特卡罗模拟方法完成了电离室各关键参数(主要包括电离室形状、高压极与收集极材料/尺寸、工作气体类型/充气压力、绝缘端子、能量补偿片材料/厚度、能量补偿面积等)的确定工作;随后,结合外协方式实现了电离室的整体设计、加工与装配工作;最后,完成了电离室相关辐射特性的研究工作,主要包括能量响应与线性实验,对周围剂量当量率测量的准确性进行了实验验证,并对测量结果进行了不确定度评价。本工作最终实现了对周围剂量当量次级标准电离室的研制,使之具有不受外界环境温湿度,气压影响、探测范围广、灵敏度高等优点,可实现周围剂量当量率的现场测量。本文主要研究成果有:(1)结合蒙特卡罗模拟确定周围剂量当量次级标准电离室的能量补偿方案,完成了电离室的设计工作。经对比,电离室的实验与模拟能响曲线符合较好,大大减少了通过实验方法确定能量补偿方案的工作量,同时验证了蒙特卡罗方法用于周围剂量当量次级标准电离室研制的可行性。(2)首次选取不锈钢壁材料、内充8atm氩气的周围剂量当量电离室设计方案,密闭的空腔结构使得电离室免受外界环境温湿度、气压变化带来的影响,满足了对周围剂量当量现场定值的要求。(3)将周围剂量当量次级标准电离室置于~(137)Cs源与~(60)Co源产生的γ射线参考辐射场内进行线性测试,测试结果显示,在0.684μGy/h~1.01mGy/h范围内,电离室空气比释动能率与电离电流呈一次线性关系,在0.8208μSv/h~1.212mSv/h范围内,电离室周围剂量当量率与电离电流呈一次线性关系,并分别得到了拟合关系曲线。(4)利用自屏蔽式γ射线照射装置所产生的参考辐射场对周围剂量当量次级标准电离室现场定值的可行性与准确性进行研究,并通过PTW电离室作对比实验。实验结果表明,两者测量结果的相对偏差在5%以内,验证了周围剂量当量次级标准电离室的准确性。对墙壁散射贡献研究中得到,在该实验模型下,墙壁散射贡献约为6%。经计算,典型参考点处周围剂量当量率约定真值的测量不确定度为U=7.4%(k=2)。
【学位单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TL811.1
【部分图文】：

图 1-4 K.E.Duftschmid 等人提出的能量补偿的三种方法央收集极采用 Al 制材料；电离室壁材料中均匀混入一些高原子序数物质的粉末；电离室高压极内壁添加一层高原子序数材料。（这一方法次级标准电离室的研制中）在实验中发现，相较之于前两种方法，第三种方法只需仅需要前两种方法 Al 材料用量的 2.5%）就可以达到相同在提高了电离室均匀性的同时，还降低了测量不确定度，的研究者提供了很重要的研究思路。-5 所示，为其研制的周围剂量当量次级标准电离室。该电L，高压极由两个聚甲醛树脂（CH2O3）半球拼接而成，厚有 0.3mg/cm2Bi 及 12mg/cm2Al 层作为能响曲线的补偿 H*(10)次级标准电离室的原型。

图 1-4 K.E.Duftschmid 等人提出的能量补偿的三种方法收集极采用 Al 制材料；离室壁材料中均匀混入一些高原子序数物质的粉末离室高压极内壁添加一层高原子序数材料。（这一方级标准电离室的研制中）实验中发现，相较之于前两种方法，第三种方法只需要前两种方法 Al 材料用量的 2.5%）就可以达到相提高了电离室均匀性的同时，还降低了测量不确定度研究者提供了很重要的研究思路。所示，为其研制的周围剂量当量次级标准电离室。该高压极由两个聚甲醛树脂（CH2O3）半球拼接而成， 0.3mg/cm2Bi 及 12mg/cm2Al 层作为能响曲线的补偿*(10)次级标准电离室的原型。

图 1-6 电离室结构图（金花，1994）剂量当量计的主要测量对象是 0.01MeV 至 10MeV 能量 β 射线（4MeV）。由两个有机玻璃半球对接而成，内对接作为高压极，这样的设计可通过调整内衬铝层的求的能量响应曲线。其收集极为直径 38mm，表面镀体为自由空气。其主要特性进行了实验研究，包括：饱和收集特性、线性研究。经研究得出，在 33keV~1.25MeV 能量范围 荐 值 的 偏 差 在 ±7% 以 内 ， 周 围 剂 量 当 量 率 的Sv/h，可以说达到了较为理想的结果。资料的描述中可以得知，通过实验方法来确定铝壳的壳内衬于高压极有机玻璃球壳的内部，一旦封装完成较为困难，不利于机械加工；此外，电离室的工作气体与大气相通，这使得外界空气的温度、压力以及湿度的的稳定。但因其为一项国内早期周围剂量当量计的研究
【参考文献】

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本文编号：2842724