CN108562931A - 一种能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固定式周围剂量当量仪的原位校准技术领域，具体涉及一种能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室，用于对便携式γ射线辐射场的周围剂量当量进行现场定值。能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室包括设置在由外壳(1)构成的密闭式的电离室中的收集极(2)，所述电离室的所述外壳(1)为高压极，还包括贯穿所述外壳(1)与所述收集极(2)相连的电流输出导线(4)，所述外壳(1)外层设有一层能量补偿层(5)。能够用于便携式γ射线辐射场周围剂量当量H*(10)的定值，具有环境适应性强、对低剂量率的测量准确度高的特点。

Description

一种能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室
技术领域
本发明属于固定式周围剂量当量仪的原位校准技术领域，具体涉及一种能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室。
背景技术
固定式周围剂量当量仪广泛分布于核设施内部，包括：核反应堆大厅、燃料元件操作区域、蒸发器室及人员经常经过的环廊区域和固体废物处理车间等，用于常规连续监测或核事故后应急监测。这类仪表具有灵敏度高、稳定性好和操作简便等优点，监测结果可用于人员防护及有效剂量E的评估。由于采用固定安装，通常不便于拆卸送往计量实验室进行校准。为了确保固定式周围剂量当量仪的量值准确，结合蒙卡方法研制了周围剂量当量次级标准电离室对便携式γ射线辐照装置提供的参考辐射场进行现场定值，并开展原位校准实验。
国际上对于X、γ射线周围剂量当量的定值通常有三种方法，即“转换系数法”、“能谱法”和“次级标准电离室法”。“转换系数法”：通过标准装置对X、γ射线的空气比释动能进行定值，并乘以相应的转换系数来得到周围剂量当量。GB/T12162.3-2004《用于校准剂量仪和剂量率仪及确定起能量响应的X和γ参考辐射第3部分：场所剂量仪和个人剂量计的校准及其能量响应和角响应的测定》推荐了过滤X射线空气比释动能Ka-周围剂量当量H*(10)的转换系数该转换系数与X射线的能量密切相关，即不同能量的X射线转换系数存在差异，而且低能X射线(30keV以下)转换系数变化较大。原位校准过程中环境复杂，便携式γ射线辐射场中存在大量的低能散射辐射，通过转换系数无法准确获得参考点处周围剂量当量H*(10)的约定真值。“能谱法”：利用谱仪对过滤X射线的能量沉积谱进行测量，并通过解谱技术获得过滤X射线的注量谱分布，将解谱结果乘以相应的转换系数获得周围剂量当量H*(10)的约定真值。“能谱法”测量结果的不确定度较小，但是解谱过程复杂，不适用于现场周围剂量当量H*(10)的定值。“次级标准电离室法”：研制能量补偿型空腔电离室，在标准辐射场中进行刻度后，即可利用能量补偿型空腔电离室对便携式γ射线辐射场的周围剂量当量H*(10)进行定值。“次级标准电离室法”具有操作简单、重复性好和测量不确定度小等优点，适用于原位校准工作过程中便携式γ射线周围剂量当量H*(10)的现场定值工作。
发明内容
目前市场上并无周围剂量当量次级标准电离室销售，而防护级X、γ剂量仪广泛分布于核设施内部，按照其用途可以分为两类，一类对核设施工艺设备(如：反应堆压力容器外壁、一回路压力管道、蒸汽发生器、二回路压力管道)、乏燃料储存厂房、退役设施、铀浓缩厂房、锂和氚提纯设施的进行连续监测，用以判断核设施的运行状态是否正常，作为核事故预警的判断依据，涉及参数为空气比释动能Ka；另一类对事故及事故后堆厂房、燃料元件操作区域、蒸发器室及人员经常经过环廊区域和固体废物处理车间等进行常规连续监测或核事故后应急监测，用于人员防护及放射性工作人员所受有效剂量E的评估，涉及参数为周围剂量当量H*(10)。针对固定式周围剂量当量仪的原位校准需求，因此需要研发一种用于现场校准的周围剂量当量次级标准电离室，以便适用于原位校准工作过程中便携式γ射线周围剂量当量H*(10)的现场定值工作。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室，用于对便携式γ射线辐射场的周围剂量当量进行现场定值，包括设置在由外壳构成的密闭式的电离室中的收集极，所述电离室的所述外壳为高压极，还包括贯穿所述外壳与所述收集极相连的电流输出导线，所述外壳外层设有一层能量补偿层。
进一步，所述电离室为中空的球型结构。
进一步，所述收集极为球状，位于球形的所述外壳的圆心位置，所述外壳与所述收集极之间的空间为灵敏区。
更进一步，所述灵敏区的体积为500cm3。
进一步，所述电离室内充满浓度为高于99％的氩气，所述电离室内的气体压力为8个标准大气压。
进一步，所述外壳、收集极均采用304不锈钢制作。
进一步，所述能量补偿层由若干片锡片组成，所述锡片为圆片造型，厚度为1mm，并设有与所述外壳的造型相适应的弧度，所述锡片均匀布设在所述外壳外部，所述能量补偿层的补偿面积为75％。
进一步，所述电流输出导线与所述外壳的相交处设有密封的绝缘端子。
进一步，所述电流输出导线位于所述外壳之外的部分通过与所述外壳相连的不锈钢管的中空结构引出，连接外部设备，所述不锈钢管的材质为304不锈钢。
进一步，所述外壳外部还设有用于固定在安装位置上的支架。
本发明的有益效果在于：
1.本发明采用了能量补偿技术(即设置的能量补偿层)使电离室的能量响应曲线与转换系数随能量变化的曲线相近。此时经参考辐射场刻度后，即能够用于便携式γ射线辐射场周围剂量当量H*(10)的定值。
2.电离室采用“密闭式”设计，测量现场周围环境的温湿度变化不会对电离室灵敏区内气体密度产生影响。换言之，能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室的测量结果不受环境的温湿度变化的影响，因此该电离室的环境适应性更强。
3.由于电离室灵敏区内气体压力为8atm，大大提高了能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室的灵敏度，拓展了该电离室对低剂量率的测量准确度。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述的一种能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室的原理图；
图2是本发明具体实施方式中所述的一种能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室的示意图；
图3是本发明具体实施方式中所述的一种能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室的剖视图；
图4是本发明具体实施方式中所述的空气比释动能-周围剂量当量转换系数的示意图；
图5是本发明具体实施方式中所述的一种能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室的能量响应曲线；
图中：1-外壳，2-收集极，3-绝缘端子，4-电流输出导线，5-能量补偿层，6-灵敏区，7-电离辐射，8-不锈钢管，9-支架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1、2、3所示，本发明提供的一种能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室(以下简称电离室)，用于对便携式γ射线辐射场的周围剂量当量进行现场定值，由外壳1、收集极2、绝缘端子3、电流输出导线4、能量补偿层5、不锈钢管8、支架9等构成。
电离室是由外壳1构成的密闭式的、中空的球型结构，收集极2为球状，位于球形的外壳1的圆心位置，电离室的外壳1为高压极，还包括贯穿外壳1的电流输出导线4，电流输出导线4的一端与收集极2相连，另一端与电离室之外的外部设备(如静电计及数据获取系统)连接。外壳1、收集极2均采用304不锈钢制作。电离室的球型结构通过MCNP模拟结果的优化设计得到(MCNP是由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室开发的基于蒙特卡罗方法的用于计算三维复杂几何结构中的中子、光子、电子或者耦合中子/光子/电子输运问题的通用软件包，也具有计算核临界系统包括次临界和超临界系统本征值问题的能力)。
外壳1与收集极2之间的空间为灵敏区6。灵敏区的体积为500cm3。
电离室内充满浓度为高于99％的氩气，电离室内的气体压力为8个标准大气压(atm)。
绝缘端子3设置在电流输出导线4与外壳1的相交处，且具有密封性。不锈钢管8设置在绝缘端子3所处位置，不锈钢管8的一端与外壳1相连，电流输出导线4位于外壳1之外的部分通过与外壳1相连的不锈钢管8的中空结构引出,不锈钢管8的材质为304不锈钢。
能量补偿层5设置在外壳1的外层。能量补偿层5提供的能量补偿可以有效改善次级标准电离室的能量响应特性，有利于提高周围剂量当量测量结果的准确性。
能量补偿层5由若干片锡片组成，锡片为圆片造型，厚度为1mm，并设有与外壳1的造型相适应的弧度，锡片均匀布设在外壳1外部，能量补偿层5的补偿面积为75％。也就是能量补偿层与外壳外表面的面积比为75％。
支架9设置在外壳1的外部，用于将固定在安装位置上的。
技术方案：
如图1所示，射线(图2中的电离辐射7)进入电离室后，与室内的气体分子或原子发生相互作用而使其电离并产生次级电子，获得足够能量的次级电子还将继续与其它气体分子或原子作用使其发生电离，正、负离子在电场的作用下，分别向两极运动(收集极2、高压极)，到达收集极2的离子电荷通过电流输出导线4送到静电计及数据获取系统，离子电荷经定量测量后将被转换成周围剂量当量H*(10)显示出来。
设计标准：
根据以往次级标准电离室研究经验，结合蒙卡模拟方法，本发明所提供的能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室作为便携式γ射线辐射场周围剂量当量H*(10)的传递标准装置，应当使其能量响应曲线与转换系数随能量变化的曲线相近，如图4所示。经参考辐射场刻度后，即可用于便携式γ射线辐射场周围剂量当量H*(10)的定值。
实际效果：
本发明所提供的能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室完成装配后，在国防科技工业电离辐射一级计量站X、γ射线空气比释动能标准实验室中完成了次级标准电离室辐射剂量特性的研究工作。在能量响应实验过程中，本发明所提供的能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室的参考点位于距焦斑1m处，电离室的几何中心与辐射场参考点重合。为了避免电离室对不同剂量率的响应差别所带来的影响，调节X光机输出功率，确保参考点处剂量率在2mGy/h左右。在γ射线参考辐射场中，通过调节电离室到放射源之间的距离来获得相同的剂量率值。能响测试中的能量点：X射线部分选取N系列参考辐射质中的N-40、N-60、N-80、N-100、N-120、N-150及N-200；γ射线部分选取Cs-137(662keV)及Co-60(1250keV)。能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室的能量响应曲线如图5所示。
如图5可知，本发明所提供的能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室的能响曲线与空气比释动能-周围剂量当量转换系数曲线符合较好，80keV-1.25MeV范围内最大偏差不大于5％。此外，本发明所提供的能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室的剂量率测量范围：0.5μSv/h-100Sv/h，满足设计要求，可以利用该电离室开展固定式周围剂量当量仪的原位校准工作。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (10)

1.一种能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室，用于对便携式γ射线辐射场的周围剂量当量进行现场定值，其特征是：包括设置在由外壳(1)构成的密闭式的电离室中的收集极(2)，所述电离室的所述外壳(1)为高压极，还包括贯穿所述外壳(1)与所述收集极(2)相连的电流输出导线(4)，所述外壳(1)外层设有一层能量补偿层(5)。
2.如权利要求1所述的能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室，其特征是：所述电离室为中空的球型结构。
3.如权利要求2所述的能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室，其特征是：所述收集极(2)为球状，位于球形的所述外壳(1)的圆心位置，所述外壳(1)与所述收集极(2)之间的空间为灵敏区(6)。
4.如权利要求3所述的能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室，其特征是：所述灵敏区的体积为500cm3。
5.如权利要求1所述的能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室，其特征是：所述电离室内充满浓度为高于99％的氩气，所述电离室内的气体压力为8个标准大气压。
6.如权利要求1所述的能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室，其特征是：所述外壳(1)、收集极(2)均采用304不锈钢制作。
7.如权利要求2所述的能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室，其特征是：所述能量补偿层(5)由若干片锡片组成，所述锡片为圆片造型，厚度为1mm，并设有与所述外壳(1)的造型相适应的弧度，所述锡片均匀布设在所述外壳(1)外部，所述能量补偿层(5)的补偿面积为75％。
8.如权利要求1所述的能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室，其特征是：所述电流输出导线(4)与所述外壳(1)的相交处设有密封的绝缘端子(3)。
9.如权利要求1所述的能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室，其特征是：所述电流输出导线(4)位于所述外壳(1)之外的部分通过与所述外壳(1)相连的不锈钢管(8)的中空结构引出，连接外部设备，所述不锈钢管(8)的材质为304不锈钢。
10.如权利要求1所述的能量补偿型周围剂量当量次级标准电离室，其特征是：所述外壳(1)外部还设有用于固定在安装位置上的支架(9)。
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