CN103474323A - 一种直接测量个人剂量当量的电离室 - Google Patents
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Abstract
本发明属于剂量测量技术领域，公开了一种直接测量个人剂量当量的电离室，该电离室主要包括前板、中板、保护环、收集极、后板、灵敏体积，关键在于，该电离室的主体由组织等效材料构成且在后板的后端置有背散射部分；电离室前板、电离室中板、电离室后板可独立拆卸。该电离室可直接测量个人剂量当量，且能量响应性好、漏电流小。
Description
技术领域
本发明属于剂量测量技术领域，具体涉及一种直接测量个人剂量当量的电离室。
背景技术
在核设施的运行、维护及同位素生产等有关放射性操作过程中，从业人员的辐射防护是一个不可缺少的重要环节。根据我国辐射防护基本标准GB 18871-2002的规定，辐射防护的监测量为辐射防护实用量。
辐射防护实用量又分为周围剂量当量H * (d)、定向剂量当量H ′ (d)和个人剂量当量H p(d)。周围剂量当量和定向剂量当量用于场所和环境监测。个人剂量当量H p (d)用于个人剂量监测，即人体某一指定点下面适当深度d处的软组织的剂量当量。根据辐射在人体中的能量沉积情况的不同，个人剂量当量测量的对象又分为强贯穿辐射和弱贯穿辐射。对于强贯穿辐射，建议深度d=10mm，记为H p(10)，对于弱贯穿辐射，对皮肤的建议深度d=0.07mm，对眼晶体d=3mm，分别记为H p(0.07)和H p(3)。国际标准ISO 4037-4指出，15keV以上的光子辐射主要考虑其强贯穿辐射效应。因此，出于对人员防护安全方面的考虑，对能量大于15keV的光子辐射的H p(10)值的准确测定有着十分重要的意义。
实际使用的辐射监测仪器基本上都要先在标准实验室进行校准，根据标准值对监测仪器进行校准，最终实现辐射剂量的监测。目前，国际上对辐射防护仪表的校准需采用剂量当量作为校准量。
对于在标准实验室测定个人剂量当量，传统的方法主要是利用自由空气电离室和石墨空腔电离室测定光子辐射的空气比释动能。然后根据所使用的辐射，选择标准中推荐的转换系数，将空气比释动能乘以转换系数得到约定真值，如下式：
式中：
H p(d)——个人剂量当量，对于强贯穿辐射通常取d=10mm，Sv；
h pk——空气比释动能到个人剂量当量的转换系数，Sv/Gy；
K a——由标准电离室直接测量的空气比释动能量，Gy。
利用上述方法，对于单一能量的辐射，一般情况下最终确定的个人剂量当量不确定度约为5%（k=2）。但实际的辐射场是无法满足理想的单一能量条件的，即便是单能的γ射线辐射源，由于源容器、空气、实验室墙壁和地面等的散射影响，也会使单一能量辐射源变为实际上具有一定能谱分布的情况，那么势必对转换系数的使用带来误差，最终使得个人剂量当量约定真值的不确定度增大。尤其是对于X射线源，由于X射线源本身具有一定的能谱分布，误差会更大，这样的影响要到百分之几。对于能量低于30keV的低能光子甚至要到百分之几十。
解决这个问题的一种比较直接的手段是测量能谱，用真实的能量谱去计算准确的转换系数，一般来讲这样的方法可以保证所测定的个人剂量当量约定真值的不确定度在5%（k=2）以内。但是测量能谱本身是一个很复杂的工作，首先需要较为昂贵的能谱测量设备，其次需要对所测量的脉冲幅度谱进行解谱计算，工作很复杂，如果要求所有的标准实验室都进行这项工作，是极其困难的。
发明内容
（一）发明目的
本发明针对现有技术所存在的问题，提出了一种直接测量个人剂量当量的电离室，该电离室可直接测量个人剂量当量，且能量响应性好、漏电流小。
（二）技术方案
为了解决现有技术中所存在的问题，本发明提供了一种直接测量个人剂量当量的电离室，该电离室的主体结构为前板、中板、保护环、收集极、后板，关键在于，该电离室的主体由组织等效材料构成；前板与收集极之间为空气，即灵敏体积；后板的后端置有背散射部分；电离室的各个部分可独立拆卸。
所述的组织等效材料为有机玻璃，由于有机玻璃组织等效性好、价格低、易加工，因此本发明选用有机玻璃作为组织等效材料。前板、中板、后板通过螺纹连接，可独立拆卸，该电离室可使用不同厚度的前板、中板、收集极、后板以满足不同物理量的测量需求。
所述的前板作为高压极，材料为表面覆盖有石墨导电层的有机玻璃；中板作为支撑部分，主要作用是提供稳定的电离空间；保护环用来减少来自电离室前板的漏电并使电场均匀；收集极的作用是收集来自灵敏体积中产生的电离电荷，背散射部分为有机玻璃，用来模拟人体躯干；收集极通过电缆与读数系统连接，其中电缆的绝缘材料为有机玻璃；在电离室前板的前侧置有铝膜和角响应补偿片，其中铝膜的作用是用来减少电离室前端的低能成分。
（三）有益效果
本发明提供了一种直接测量个人剂量当量的电离室，该电离室的主体结构为有机玻璃，采用该电离室测量个人剂量当量所具有的有益效果为：（1）测量成本低、操作简单。在标准实验室校准后可以直接测量个人剂量当量H p(10)，由于该电离室可在较宽的能量范围内测量个人剂量当量，其校准因子较为一致，所以可以在校准后直接测量，使测量成本降低、操作简单。（2）该电离室测量性能好。漏电小：漏电流小于±5fA；饱和特性好：在0.8mSv·h-1到1.3Sv·h-1剂量率范围内响应的相对固有误差小于2%；能量响应性好：在光子能量范围在15keV以上时该电离室最大响应与最小响应之比小于1.3。
附图说明
图1 电离室横截面示意图;
1.前板；2.中板；3.保护环；4.收集极；5.后板；6.灵敏体积；7.铝膜；8. 角响应补偿片；9.背散射部分。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述：
一种接测量个人剂量当量的电离室，该电离室的主体结构为前板1、中板2、保护环3、收集极4、后板5，关键在于，该电离室的主体由组织等效材料构成；前板1与收集极4之间为空气，即灵敏体积6；后板5的后端置有背散射部分9；电离室前板1、电离室中板2、电离室后板5可独立拆卸。
所述的组织等效材料为有机玻璃，由于有机玻璃组织等效性好、价格低、易加工，因此本发明选用有机玻璃作为组织等效材料。前板1、中板2、后板5通过螺纹连接，可独立拆卸，该电离室可使用不同厚度的前板和不同大小的灵敏体积以满足不同能量范围的测量需要。
所述的前板1作为高压极，材料为表面覆盖有石墨导电层的有机玻璃；中板2作为支撑部分，主要作用是提供电离空间；保护环3用来减少电离室前板1的漏电；收集极4的作用是收集来自灵敏体积6中产生的电荷，背散射部分9为有机玻璃，用来模拟人体躯干；收集极4通过电缆与读数系统连接，其中电缆的绝缘材料为有机玻璃；在电离室前板1的前侧置有铝膜7和角响应补偿片8，其中铝膜的作用是用来减少电离室前端的低能成分。
本实施例中所用的电离室，前板厚度为11mm，背散射部分为300mm×300mm×110mm的有机玻璃板，所用有机玻璃板的密度为1.19g·m-3。经测试，其达到的性能指标如下：
该电离室漏电流小于±5fA；具有良好的饱和特性，且在X和γ参考辐射场中对该电离室进行了测试，如表1：
结果表明：对于平均能量大于33keV，入射角0o~80o范围内的光子，修正因子k(R.α)在0.95~1.13之间，即最大能量响应与最小能量响应的比小于ISO 4037-4中要求的1.2。而在16keV~24keV范围内，入射角0o~80o范围内光子，修正因子k(R.α)在0.88~1.16之间；即最大能量响应与最小能量响应的比小于ISO 4037-4中要求的1.3。 该电离室满足直接测量个人剂量当量次级标准电离室能响等各项性能要求。
Claims (4)
1.一种直接测量个人剂量当量的电离室，该电离室的主体结构为前板（1）、中板（2）、保护环（3）、收集极（4）、后板（5），其特征在于，该电离室的主体由组织等效材料构成;前板（1）作为高压极，材料为表面覆盖有石墨导电层的有机玻璃；前板（1）和收集极（4）之间为空气；在后板（5）的后端置有背散射部分（9）；主体结构及背散射部分（9）的材料均为有机玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种直接测量个人剂量当量的电离室，其特征在于，所述的前板（1）、中板（2）、后板（5）通过固体连接方式连接。
3.根据权利要求1所述的一种直接测量个人剂量当量的电离室，其特征在于，所述的收集极（4）通过电缆与读数系统连接，其中电缆的绝缘材料为有机玻璃。
4.根据权利要求1所述的一种直接测量个人剂量当量的电离室，其特征在于，所述的前板（1）前侧置有铝膜（7）和角响应补偿片（8）。
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