1985年,國(guó)際輻射單位和測(cè)量委員會(huì)(ICRU)在出版的第39號(hào)報(bào)告中提出了三個(gè)輻射防護(hù)實(shí)用量,分別為:周圍劑量當(dāng)量、定向劑量當(dāng)量以及個(gè)人劑量當(dāng)量。它們既能夠?yàn)榉雷o(hù)量提供有效估計(jì),還能夠作為輻射監(jiān)測(cè)中使用的劑量?jī)x表的校準(zhǔn)量。其中,周圍劑量當(dāng)量H~*(10)是一個(gè)用以描述強(qiáng)貫穿輻射條件下(入射輻射能量15keV)環(huán)境或工作場(chǎng)所的輻射防護(hù)實(shí)用量,是場(chǎng)所監(jiān)測(cè)中唯一可用于對(duì)有效劑量當(dāng)量H_E進(jìn)行估計(jì)的依據(jù)。在X、γ外照射場(chǎng)所監(jiān)測(cè)中,監(jiān)測(cè)儀器測(cè)量所得到的物理量通常為空氣比釋動(dòng)能K_α或者照射量X,而周圍劑量當(dāng)量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室則可用于參考點(diǎn)處周圍劑量當(dāng)量的直接定值。傳統(tǒng)的周圍劑量當(dāng)量電離室通常采用在電離室室壁(一般為高壓極)上添加補(bǔ)償材料(Al、Pb、Si等)以改變能響曲線的方式,電離室主要由收集極、高壓極、中央支撐桿、工作氣體以及絕緣端子組成。在以往的研究中,前輩們通常采用的工作氣體為自由空氣,電離室內(nèi)部空腔與外界大氣相通,這將導(dǎo)致工作氣體受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫濕度、氣壓、灰塵顆粒物等因素的影響,不利于電離室的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。此外,由于電離室靈敏度與工作氣體的充氣壓力大小呈正比,故在常壓時(shí)靈敏度低于高壓時(shí),在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中墻壁、空氣等的散射作用將產(chǎn)生大量低能光子,常壓電離室使得低能輻射成分不能得到準(zhǔn)確的測(cè)量�？梢�,傳統(tǒng)電離室不利于現(xiàn)場(chǎng)條件下周圍劑量當(dāng)量的定值,在加強(qiáng)環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)、核設(shè)施常規(guī)與應(yīng)急監(jiān)測(cè)的大力推動(dòng)下,研制適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的周圍劑量當(dāng)量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室是十分必要的。據(jù)此,本文依托中國(guó)原子能科學(xué)研究院計(jì)量測(cè)試部裝備基礎(chǔ)項(xiàng)目“GM管γ輻射劑量?jī)x現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)研究”,開展了周圍劑量當(dāng)量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室的研制工作。首先,結(jié)合蒙特卡羅模擬方法完成了電離室各關(guān)鍵參數(shù)(主要包括電離室形狀、高壓極與收集極材料/尺寸、工作氣體類型/充氣壓力、絕緣端子、能量補(bǔ)償片材料/厚度、能量補(bǔ)償面積等)的確定工作;隨后,結(jié)合外協(xié)方式實(shí)現(xiàn)了電離室的整體設(shè)計(jì)、加工與裝配工作;最后,完成了電離室相關(guān)輻射特性的研究工作,主要包括能量響應(yīng)與線性實(shí)驗(yàn),對(duì)周圍劑量當(dāng)量率測(cè)量的準(zhǔn)確性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了不確定度評(píng)價(jià)。本工作最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)周圍劑量當(dāng)量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室的研制,使之具有不受外界環(huán)境溫濕度,氣壓影響、探測(cè)范圍廣、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)周圍劑量當(dāng)量率的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。本文主要研究成果有:(1)結(jié)合蒙特卡羅模擬確定周圍劑量當(dāng)量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室的能量補(bǔ)償方案,完成了電離室的設(shè)計(jì)工作。經(jīng)對(duì)比,電離室的實(shí)驗(yàn)與模擬能響曲線符合較好,大大減少了通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法確定能量補(bǔ)償方案的工作量,同時(shí)驗(yàn)證了蒙特卡羅方法用于周圍劑量當(dāng)量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室研制的可行性。(2)首次選取不銹鋼壁材料、內(nèi)充8atm氬氣的周圍劑量當(dāng)量電離室設(shè)計(jì)方案,密閉的空腔結(jié)構(gòu)使得電離室免受外界環(huán)境溫濕度、氣壓變化帶來(lái)的影響,滿足了對(duì)周圍劑量當(dāng)量現(xiàn)場(chǎng)定值的要求。(3)將周圍劑量當(dāng)量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室置于~(137)Cs源與~(60)Co源產(chǎn)生的γ射線參考輻射場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行線性測(cè)試,測(cè)試結(jié)果顯示,在0.684μGy/h~1.01mGy/h范圍內(nèi),電離室空氣比釋動(dòng)能率與電離電流呈一次線性關(guān)系,在0.8208μSv/h~1.212mSv/h范圍內(nèi),電離室周圍劑量當(dāng)量率與電離電流呈一次線性關(guān)系,并分別得到了擬合關(guān)系曲線。(4)利用自屏蔽式γ射線照射裝置所產(chǎn)生的參考輻射場(chǎng)對(duì)周圍劑量當(dāng)量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室現(xiàn)場(chǎng)定值的可行性與準(zhǔn)確性進(jìn)行研究,并通過(guò)PTW電離室作對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,兩者測(cè)量結(jié)果的相對(duì)偏差在5%以內(nèi),驗(yàn)證了周圍劑量當(dāng)量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室的準(zhǔn)確性。對(duì)墻壁散射貢獻(xiàn)研究中得到,在該實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖?墻壁散射貢獻(xiàn)約為6%。經(jīng)計(jì)算,典型參考點(diǎn)處周圍劑量當(dāng)量率約定真值的測(cè)量不確定度為U=7.4%(k=2)。
【學(xué)位單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TL811.1
【部分圖文】：

圖 1-4 K.E.Duftschmid 等人提出的能量補(bǔ)償?shù)娜N方法央收集極采用 Al 制材料；電離室壁材料中均勻混入一些高原子序數(shù)物質(zhì)的粉末；電離室高壓極內(nèi)壁添加一層高原子序數(shù)材料。（這一方法次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室的研制中）在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，相較之于前兩種方法，第三種方法只需僅需要前兩種方法 Al 材料用量的 2.5%）就可以達(dá)到相同在提高了電離室均勻性的同時(shí)，還降低了測(cè)量不確定度，的研究者提供了很重要的研究思路。-5 所示，為其研制的周圍劑量當(dāng)量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室。該電L，高壓極由兩個(gè)聚甲醛樹脂（CH2O3）半球拼接而成，厚有 0.3mg/cm2Bi 及 12mg/cm2Al 層作為能響曲線的補(bǔ)償 H*(10)次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室的原型。

圖 1-4 K.E.Duftschmid 等人提出的能量補(bǔ)償?shù)娜N方法收集極采用 Al 制材料；離室壁材料中均勻混入一些高原子序數(shù)物質(zhì)的粉末離室高壓極內(nèi)壁添加一層高原子序數(shù)材料。（這一方級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室的研制中）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，相較之于前兩種方法，第三種方法只需要前兩種方法 Al 材料用量的 2.5%）就可以達(dá)到相提高了電離室均勻性的同時(shí)，還降低了測(cè)量不確定度研究者提供了很重要的研究思路。所示，為其研制的周圍劑量當(dāng)量次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室。該高壓極由兩個(gè)聚甲醛樹脂（CH2O3）半球拼接而成， 0.3mg/cm2Bi 及 12mg/cm2Al 層作為能響曲線的補(bǔ)償*(10)次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電離室的原型。

圖 1-6 電離室結(jié)構(gòu)圖（金花，1994）劑量當(dāng)量計(jì)的主要測(cè)量對(duì)象是 0.01MeV 至 10MeV 能量 β 射線（4MeV）。由兩個(gè)有機(jī)玻璃半球?qū)佣�，�?nèi)對(duì)接作為高壓極，這樣的設(shè)計(jì)可通過(guò)調(diào)整內(nèi)襯鋁層的求的能量響應(yīng)曲線。其收集極為直徑 38mm，表面鍍體為自由空氣。其主要特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，包括：飽和收集特性、線性研究。經(jīng)研究得出，在 33keV~1.25MeV 能量范圍 薦 值 的 偏 差 在 ±7% 以 內(nèi) ， 周 圍 劑 量 當(dāng) 量 率 的Sv/h，可以說(shuō)達(dá)到了較為理想的結(jié)果。資料的描述中可以得知，通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法來(lái)確定鋁殼的殼內(nèi)襯于高壓極有機(jī)玻璃球殼的內(nèi)部，一旦封裝完成較為困難，不利于機(jī)械加工；此外，電離室的工作氣體與大氣相通，這使得外界空氣的溫度、壓力以及濕度的的穩(wěn)定。但因其為一項(xiàng)國(guó)內(nèi)早期周圍劑量當(dāng)量計(jì)的研究
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2842724