CN109655878A - 基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法、辐射防护系统 - Google Patents

基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法、辐射防护系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于X射线辐射、γ射线辐射、微粒子辐射或宇宙线辐射的测量技术领域，公开了一种基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法、辐射防护系统，标准仪器采用与待标仪器同类型的γ剂量仪；获取剂量仪器的能量响应曲线；用实验获取的特定能量点的响应值对模拟的剂量仪器能量响应曲线进行修正；采用蒙特卡罗软件对X射线过滤谱特性进行模拟；获取待标剂量仪器的校准系数k1；获取修正系数k2；计算校准系数k＝k1×k2；采用不同能量的X射线，获取不同条件下的刻度系数ki，并计算最终的刻度系数。本发明的方法操作简单、不工作时无辐射危害，对于解决固定式γ剂量仪测量结果准确性的难题具有重要的现实意义。

Description

基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法、辐射防护系统
技术领域
本发明属于X射线辐射、γ射线辐射、微粒子辐射或宇宙线辐射的测量技术领域，尤其涉及一种基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法、辐射防护系统。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：在人类电离辐射实践中，辐射剂量学已涉及工业、农业、军事及医学等各领域。从辐射防护角度出发应对工作场所的辐射水平进行监测以保护操作人员和公众的安全。为确保监测结果的准确性，需定期对剂量仪器进行校准。γ剂量仪属于工作场所环境剂量监测仪中的一类，通常每12～14个月需将γ剂量仪移至标准实验室进行校准，GB 12162.1中针对剂量仪器不同能量段给出了4组参考辐射源。但由于部分γ辐射剂量仪探头与数据处理单元分布式安装、系统处于实时监测状态，将整套系统移至实验室进行校准将使辐射环境处于“失控”状态，为有效解决这一难题提出现场校准的理念，现场校准需要解决可携式标准放射源的难题。围绕便携式放射源问题中国辐射防护研究院开展了“可携式多量程参考辐射装置”的研究(专利号：201110392048.8)，该装置内含有137Cs标准源，通过不同倍数衰减层的组合来改变放射源的剂量值，但该装置放射源能量单一，通过衰减层组合来改变放射源剂量值，可能会影响放射源的均匀性，使放射源能量分散。导致能量单一的原因：Cs137源本身衰变产生的γ射线能量为0.662MeV，这是由衰变特性决定的。当γ射线经过不同衰减层时能量会发生改变，对于仪器校准存在一定的影响，对于电离室型探测器，通过统计探测器在电离室中沉积的能量，通过转换系数求得，在计算过程中采用Cs-137源对应的γ射线能量对应的转换系数，而能量改变后会影响剂量转换结果的准确性。且我国对于放射源管控相当严格，该装置的运输也存在一定的问题。放射源在运输过程中可能存在放射源跌落、放射性泄露等风险，一旦发生，将会造成不可估量的后果。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有的可携式多量程参考辐射装置放射源能量单一，当γ射线经过不同衰减层时能量会发生改变，对于仪器校准存在一定的影响；运输也存在一定的问题。
解决上述技术问题的难度和意义：为了解决现场校准的难题，需要准确获取标定用放射源和源在特定位置产生的约定真值。采用X射线机产生的X的射线来代替标准源，标定X射线，获取X射线机在特定位置产生的约定真值。X射线机属于射线装置，在平时储存和运输过程中，没有辐射危害，加电时才会产生辐射，属于“干净”源，通过改变管电压和管电流能获得不同能量的X射线以及不同范围的剂量值。但X射线的能量较低，仅涵盖γ剂量仪的低能区。
难点：①系列校准源的获取及标定。②全能量段、全量程校准方法。现场校准能够提高大范围布放的γ剂量仪、尤其对于因特定原因不能拆卸的固定式剂量仪器测量结果的准确性，为辐射环境监测和人员剂量评估提供可靠的数据支撑，保护环境，减少人员辐射风险及危害。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法、辐射防护系统。
本发明是这样实现的，一种基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法，所述基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法包括以下步骤：
步骤一，采用蒙特卡罗软件对剂量仪器整个能量区间内的响应进行模拟，获取剂量仪器的能量响应曲线；采用蒙特卡罗模拟和实验验证获得(现场校准实验条件难以满足，需借助模拟)；基于低能X射线的全能量段剂量仪器校准时采用的；
步骤二，采用系列标准源获取标准仪器在特定能量点的响应值，并用实验获取的特定能量点的响应值对模拟的剂量仪器能量响应曲线进行修正；实验值属于准确值，采用蒙特卡罗模拟获取整个能量区间能的探测器响应，利用实验有能量点对模拟结果进行拟合，得到拟合系数k，用于修正模拟的曲线。
步骤三，采用蒙特卡罗软件对X射线过滤谱特性进行模拟，结合GB 12162.1中推荐的X射线出射条件和剂量仪器剂量响应范围确定用于标校的系列X射线源；获取：①获取X射线在不同管电压和管电流下原始谱；②采用蒙卡模拟对X射线过滤谱特性进行研究，获取现场校准用源；③对现场校准源进行标定，获取不同条件下X射线源的能量、剂量真值；作为现场校准用标准源；
步骤四，采用获取的X射线源对标准仪器和待标仪器分别进行照射，获取待标剂量仪器的校准系数k1；
步骤五，通过剂量仪器能量响应曲线对步骤四中的校准系数进行修正，获取修正系数k2；通常仪器给出的校准系数是针对Cs-137源而言，由于校准采用的源为X射线源，与Cs-137产生的γ射线能量不同。探测器对于不同能量的探测效率能量响应存在差异，因此通过整个能量区间内探测效率能量响应，可以得到探测器对于任意两个能量点响应的比值。
步骤六，计算待标γ剂量仪相对于137Cs源的校准系数k＝k1×k2；
步骤七，采用不同能量的X射线(能量至少为两种，剂量值应涵盖剂量仪各量程)，重复步骤三～步骤六，获取不同条件下的刻度系数ki，并计算最终的刻度系数。①获取X射线在不同管电压和管电流下原始谱；②采用蒙卡模拟对X射线过滤谱特性进行研究，获取现场校准用源；③对现场校准源进行标定，获取不同条件下X射线源的能量、剂量真值；④结合探测器能量响应曲线开展全能量段、全量程校准方法。
进一步，所述步骤一之前的标准仪器采用与待标仪器同类型的γ剂量仪，并在国家标准实验室进行检定。
进一步，所述步骤七中的刻度系数
本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法的辐射防护系统。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明针对现场标校源难于获得的现实情况，提出了基于标准X射线的γ剂量仪器的现场标校方法，其优点如下：X射线标准源可由便携式X射线机产生，其X射线谱满足GB 12162.1中相关规定；X射线属于“清洁”源，当不加电时没有X射线放出，对人类和环境没有辐射危害，方便携带和运输；通过改变X射线机的管电压、管电流和过滤片的种类及厚度产生不同能量和不同剂量值的系列标准源；通过蒙卡模拟与实验相结合的方法准确获取待标仪器的能量响应曲线，以实现剂量仪器全能段、全量程校准；采用与待标仪器同类型的剂量仪作为剂量传递仪器，能够消除天然本底和实验室环境γ辐射对仪器本底计数的贡献，减少本底修正。
本发明提供的X/γ剂量仪现场校准方法，现场校准系统由X射线机和参考仪器及配套设备组成，该系统结构简单，便携无辐射。其中，X射线源能量低、便携、可控，不工作时无放射性，对人员和环境无辐射危害，能够解决放射源管控严格、不便携带的现实难题。参考仪器选用与待标仪器同类型的剂量仪，能够减少宇宙射线和实验室天然本底等修正项，同时参考仪器与剂量仪器具有相同变化趋势的能量响应曲线，通过不同能量响应曲线将剂量仪器校准系数修正到国标中推荐的豁免源，从而实现了X/γ剂量仪的现场校准。所述的现场标校方法工程实际操作简单，解决了固定式X/γ剂量仪现场校准的难题，提高了剂量数据测量结果的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法流程图。
图2是本发明实施例提供的现场标校系统的系统框架图。
图3是本发明实施例提供的现场标校系统结构示意图；
图中：1、X射线机；2、前准直器；3、监督电离室；4、后准直器；5、过滤器；6、探测器；7、激光准直器。
图4是本发明实施例提供的现场标校方法流程图。
图5是本发明实施例提供的基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明选用不同能量和剂量值的系列X射线作为标准源，采用相对标校法对待标仪器和参考仪器同时照射，得到待标仪器的校准系数k1，结合待标仪器的能量响应，建立低能X射线与137Csγ射线的能量响应修正系数k2，得到待标仪器的刻度系数k(相对于137Cs源)。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法包括以下步骤：
S101：标准仪器采用与待标仪器同类型的γ剂量仪，并在国家标准实验室进行检定；
S102：采用蒙特卡罗软件对剂量仪器整个能量区间内的响应进行模拟，获取剂量仪器的能量响应曲线；
S103：在国家标准实验室采用系列标准源获取标准仪器在特定能量点的响应值，并用实验获取的特定能量点的响应值对模拟的剂量仪器能量响应曲线进行修正；
S104：采用蒙特卡罗软件对X射线过滤谱特性进行模拟，结合GB 12162.1中推荐的X射线出射条件和剂量仪器剂量响应范围确定用于标校的系列X射线源；
S105：采用获取的X射线源对标准仪器和待标仪器分别进行照射，获取待标剂量仪器的校准系数k1；
S106：通过剂量仪器能量响应曲线对步骤五中的校准系数进行修正，获取修正系数k2；
S107：计算待标γ剂量仪相对于137Cs源的校准系数k＝k1×k2；
S108：采用不同能量的X射线(能量至少为两种，剂量值应涵盖剂量仪各量程)，重复步骤S104～步骤S107，获取不同条件下的刻度系数ki，并计算最终的刻度系数。
在本发明的优选实施例中，最终的刻度系数
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
本发明实施例提供的基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法具体包括：
1.获取现场校准的X射线系列标准源；
标准X射线源由X射线机产生，X射线机加不同管电压和管电流产生不同的X射线。
γ剂量仪现场校准方法，对X射线原始谱和过滤谱进行辐射特性测试，使其满足GB/T 12162.1中相关规定。
γ剂量仪现场校准方法，结合剂量仪器的剂量响应范围，确定用于校准的X射线系列源，包括位置、剂量值、等效能量等，X射线剂量值应涵盖剂量仪器各个响应量程。
2.用于现场校准的豁免源
校准现场的同位素豁免源，用于获取现场仪器在对应能量点位的能量响应系数，对X射线校准结果进行能量响应修正。
3.用于现场校准的参考仪器
参考仪器选用具有能谱测量功能的剂量仪，通过能谱测量转换为剂量。参考仪器在具有检定资质的国家实验室对标准剂量仪器进行校准，使其满足标准剂量传递仪器的要求。
4.X/γ剂量仪器现场标校方法
采用1中系列X射线源对参考仪器和待标仪器同时照射，获取此条件下刻度系数k1。
X/γ剂量仪现场校准方法，通过X射线和同位素豁免源分别获得待标校剂量仪器的能量响应因子，其中X射线源能量选择相应能谱的等效能量。通过不同能量的响应因子获取能量响应修正系数k2。
X/γ剂量仪现场校准方法，获取待标仪器相对于同位素豁免源源的校准系数k＝k1×k2。
X/γ剂量仪现场校准方法，采用不同能量、不同剂量值的X射线源对X/γ剂量仪进行校准，获取不同条件下的校准系数ki。
X/γ剂量仪现场校准方法，获得待标仪器的平均校准系数
如图3所示，本发明实施例提供的现场标校系统包括：X射线机1、前准直器2、监督电离室3、后准直器4、过滤器5、探测器6、激光准直器7。
X射线机1安装在机架的左侧，X射线机1与前准直器2连接，前准直器2与监督电离室3连接，监督电离室3与后准直器4连接，后准直器4与过滤器5连接，探测器6安装在机架上，激光准直器7有两个，其中一个激光准直器7安装在机架的右端，另一个安装在探测器6的一侧。
如图4所示，凭借搭建的现场校准系统，对X/γ剂量仪进行现场校准，具体包括：
步骤一：现场校准用X射线源的选取
首先通过调节X射线机的管电压、管电流、距离获得不同条件下的X射线原始谱和剂量值；
其次对X射线原始谱辐射特性进行研究，结合剂量仪器的能量响应范围确定用于现场校准的X射线源的产生条件，以及X射线源相关辐射信息，例如标准剂量值、等效能量等。
在标准实验室对X射线源进行校准。
步骤二：参考仪器的校准
将参考仪器运至标准实验室进行校准。
步骤三：现场校准实施过程
(1)校准系数k1的获取
在测量现场采用X射线源按照选定的条件分别对参考仪器和待标校的仪器进行照射，分别获得测量点位的约定真值和示值。
(2)修正因子k2的获取
采用(1)中的X射线和137Cs豁免源分别对现场仪器进行照射，获得相应能量点位的响应因子，计算得到能量响应因子修正系数k2。
(3)校准系数k的获取
采用选定的不同剂量的X射线源按照(1)(2)的步骤对剂量仪器进行校准，获取不同剂量值的校准系数ki，通过求平均值获得最终的校准系数k。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法，其特征在于，所述基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法包括以下步骤：
步骤一，采用蒙特卡罗软件对剂量仪器整个能量区间内的响应进行模拟，获取剂量仪器的能量响应曲线；
步骤二，采用系列标准源获取标准仪器在特定能量点的响应值，并用实验获取的特定能量点的响应值对模拟的剂量仪器能量响应曲线进行修正；
步骤三，采用蒙特卡罗软件对X射线过滤谱特性进行模拟，结合GB 12162.1中推荐的X射线出射条件和剂量仪器剂量响应范围确定用于标校的系列X射线源；
步骤四，采用获取的X射线源对标准仪器和待标仪器分别进行照射，获取待标剂量仪器的校准系数k1；
步骤五，通过剂量仪器能量响应曲线对步骤四中的校准系数进行修正，获取修正系数k2；
步骤六，计算待标γ剂量仪相对于137Cs源的校准系数k＝k1×k2；
步骤七，采用不同能量的X射线，重复步骤三～步骤六，获取不同条件下的刻度系数ki，并计算最终的刻度系数。
2.如权利要求1所述的基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法，其特征在于，所述步骤一之前的标准仪器采用与待标仪器同类型的γ剂量仪，并在国家标准实验室进行检定。
3.如权利要求1所述的基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法，其特征在于，所述步骤七中的刻度系数
4.一种应用权利要求1～3任意一项所述基于X射线源的X/γ剂量仪现场校准方法的辐射防护系统。
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