CN111045074B - 一种辐照剂量随温度响应的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辐照剂量随温度响应的校准方法，包括：步骤1，将剂量计置于盛有预定液体的保温装置中，测量保温装置与辐照源的距离，建立辐照模型；步骤2，对剂量计所处的剂量场进行模拟运算，并获得与辐照相应模拟结果；步骤3，测量处在环境温度下，剂量计所处位置的剂量率，并与所述模拟结果进行验证对比，确定剂量场的剂量率；步骤4，调节保温装置的温度，使剂量计在不同温度下辐照相同时间后进行剂量测量，获得测量结果；步骤5，根据测量结果进行曲线拟合，获得拟合曲线和拟合公式；步骤6，根据拟合公式对剂量计的读数进行校正，判断并输出当前产品辐照是否合格。提高辐照产品合格率，提高客户认可度。

Description

一种辐照剂量随温度响应的校准方法

技术领域

本发明涉及技术领域，特别是涉及一种辐照剂量随温度响应的校准方法。

背景技术

X射线、γ射线及加速器电子束等电离辐射能够改变受照材料的物理、化学和生物性质。根据多年的研究、发展以及推广，目前，辐照加工的应用类型中有医疗的灭菌消毒、食品和农作物的辐照加工、材料改性等。在现实的工厂生产中，通过在货物外侧贴剂量计来检测货物受到的吸收剂量是否达到要求，因此剂量计能否准确测量和对辐射的响应好坏，直接决定了产品的合格率。但随着季节变化、昼夜温度变化和其它一些因素的影响，会引起环境温度的变化，另外，高剂量的辐照会引起辐照物温度增加，工厂辐照用剂量计经常出现辐照计量测量值误差大，导致的产品辐照不合格的现象。

目前国际上的辐照工厂所使用剂量计大都是有机材料制成的变色薄膜剂量计，或者有机玻璃剂量计，如英国生产的Harwel Red 4034(聚甲基丙烯酸甲酯剂量计)和B3_3000薄膜剂量计，这些剂量计有着使用方便，价格低廉，响应稳定等特点，但经有些公司的辐照工厂实际使用过程中，发现辐照温度对该剂量计的响应有显著影响，尤其是环境温度较高的夏秋季。同时，经过对相关文献的研究发现，不同有机材料的辐照剂量计，对温度的相应不一样，甚至用化学试剂配置的无机剂量计——硫酸亚铁和重铬酸钾(银)剂量计，在相同的辐照剂量照射下，剂量响应也随着温度的变化出现显著的差异。对于这种现象从化学反应的角度很容易解释，因为不同的温度条件下，相同的剂量照射条件下辐射光子与分子作用的速率是不同的，所以会出现测量值的差异。在大剂量辐照的情况下，环境温度、辐照产生的温升，会使得剂量计的测量环境变得非常复杂，因此需要开发新的辐照剂量校准方法以及设备，为实际生产过程中的剂量控制、剂量监控、质量保证提供重要的手段，为厂家提高经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供了一种辐照剂量随温度响应的校准方法，通过对辐射剂量计测量值进行温度校正，使得更加接近真实剂量，提高辐照合格率，出具可信度更高的辐照质量报告，提高产品质量和客户的认可度

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种辐照剂量随温度响应的校准方法，包括：

步骤1，将剂量计置于盛有预定液体的保温装置中，测量保温装置与辐照源的距离，建立辐照模型；

步骤2，对所述剂量计所处的剂量场进行模拟运算，并获得辐照相应模拟结果；

步骤3，测量处在环境温度下，剂量计所处位置的剂量率，并与所述模拟结果进行验证对比，确定剂量场的剂量率；

步骤4，调节保温装置的温度，使剂量计在不同温度下，辐照相同时间后进行剂量测量，获得测量结果；

步骤5，根据测量结果进行曲线拟合，获得拟合曲线和拟合公式；

步骤6，根据所述拟合公式进行剂量校正，判断并输出当前产品辐照是否合格。

其中，所述辐照源为Co-60辐照源板或电子直线加速器。

其中，所述步骤3包括：

采用量程为0.4～5kGy的重铬酸银剂量计，量程为5～40kGy重铬酸钾(银)剂量计中的至少一种对所述剂量计所处的位置进行剂量测量。

其中，所述步骤2包括：

采用MCNP程序对所述辐照模型结构进行模拟运算，并获得辐照模拟结果。

其中，所述剂量计为聚甲基丙烯酸甲酯剂量计或B3_3000薄膜剂量计。

其中，所述步骤1包括：

在所述保温箱中设置多块相同尺寸的海绵块；

多块所述海绵块的相互连接形成海绵块串，所述海绵块串的前端与后端与所述保温箱的对应内侧壁挤压接触；

在所述海绵块串的前端设置凹槽，并将所述剂量计设置在所述凹槽中，使得所述剂量计与所述保温箱的前内侧壁接触；

在所述保温箱中放入预定量、预定温度的水。

其中，所述步骤4包括：

对处于所述保温装置中的所述预定液体在预设剂量下处于15℃～75℃的多个温度值中辐照相同时间后进行剂量测量，获得测量结果。

其中，所述步骤3还包括：

将所述剂量计从所述保温箱中取出2h～2.5h后测量吸收剂量值。

其中，在所述步骤4与所述步骤5之间还包括：

调节不同的温度，对于高剂量率和低剂量率的辐照条件，分别重复步骤4。

本发明实施例所提供的辐照剂量随温度响应的校准方法，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明实施例提供的辐照剂量随温度响应的校准方法，在进行实际测量前，先测量剂量场，获得测量位置准确的剂量率，再在相同的辐射场下，通过将剂量计处于不同温度的预设液体中辐照相同时间，测量在辐照后的液体的温度以及实际吸收剂量，获得测量结果，最后根据测量结果进行曲线拟合，获得在该剂量场下不同温度下的辐射响应，实现辐照剂量计测量值对于温度的修正，更加接近真实剂量。另一方面，从辐照工艺质量保证的角度，通过温度修正降低辐照产品剂量的不合格率，出具可信度更高的辐照质量报告，解决辐照工厂的实际问题，提高产品质量和客户满意度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的辐照剂量随温度响应的校准方法的一种具体实施方式的步骤流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的辐照剂量随温度响应的校准方法的一种具体实施方式的步骤流程示意图。

在一种具体实施方式中，所述辐照剂量随温度响应的校准方法，包括：

步骤1，将剂量计置于盛有预定液体的保温装置中，测量保温装置与辐照源的距离，建立辐照模型；建立辐照模型结构的目的在于，方便后续以此模型进行模拟。

步骤2，对所述剂量计所处的剂量场进行模拟运算，并获得与辐照相应模拟结果；这里进行模拟运算，是对剂量计的位置处进行模拟，是为了与后续的测量值进行验证，判断模型的选择以及该装置的构造是否合理。

步骤3，测量处在环境温度下，剂量计所处位置的剂量率，并与所述模拟结果进行验证对比，确定剂量场的剂量率；这样的测量以及对比，是为了获得该位置处的真实剂量率，便于后续测量中根据时间计算实际的吸收剂量，获得吸收剂量率。

步骤4，调节所述保温装置的温度，使剂量计在不同温度下，辐照相同时间后进行剂量测量，获得测量结果；通过在不同的温度下获得辐射后的温度变化，以及辐射剂量值，通过这些数据方便后续的曲线拟合，这样通过少量的温度点，就能够基本推算出在这个温度范围内的不同温度处的剂量响应。

步骤5，根据所述测量结果进行曲线拟合，获得拟合曲线，并根据所述拟合曲线获得拟合公式；本发明中对于曲线拟合需要的数据以及曲线拟合中采用的算法不做限定，可以采用最小二乘算法拟合非线性曲线，也可以采用多项式拟合曲线，或者采用其它的算法进行曲线拟合，而且可以采用但不限于MATLAB的软件进行拟合。

步骤6，根据所述拟合公式进行剂量校正，判断并输出当前辐照是否合格。通过拟合公式，找到对应的温度响应点，进行对应的温度修正，减少或消除了温度的影响，使得最终辐照测量值更加接近真实剂量。

在进行实际测量前，先测量剂量场，获得测量位置准确的剂量率，再在相同的辐射场下，通过将剂量计处于不同温度的预设液体中辐照相同时间，测量在辐照后的液体的温度以及实际吸收剂量，获得测量结果，最后根据测量结果进行曲线拟合，获得在该剂量场下不同温度下的辐射响应，实现辐照剂量计测量值对于温度的修正，更加接近真实剂量。另一方面，从辐照工艺质量保证的角度，通过温度修正降低辐照产品剂量的不合格率，出具可信度更高的辐照质量报告，解决辐照工厂的实际问题，提高产品质量和客户满意度。

本发明中对于辐照源的结构、工作方式以及实际产生的辐射强度不做限定，一般所述辐照源可以为Co-60辐照源板，还可以为电子直线加速器，或者其它的辐照源。

本发明的步骤3中首先确定测量点剂量场的剂量率。因而一般在正式实验前，采用MCNP程序模拟测量点的剂量场，确定剂量率，然后选用对剂量场测量具有更好的响应和精度的剂量计，如重铬酸银剂量计(量程为0.4～5kGy)和重铬酸钾(银)剂量计(量程为5～40kGy)，对剂量场进行标定，验证模拟结果。

所述步骤3包括：

采用量程为0.4～5kGy的重铬酸银剂量计、量程为5～40kGy重铬酸钾(银)剂量计中的至少一种，对所述剂量计所处的位置剂量进行测量。

本发明中由于在测量中，辐射源的辐射场并不一定在所有的测试中都是固定的，可以采用分组的方式，对应不同强度的辐射在不同温度的剂量响应，这样能够得到不同的温度响应参数，能够为更多种类不同强度的辐射产品的剂量温度校正提供依据。

本发明中对于辐照模型结构进行模拟运算采用的软件以及运算方式不做限定，在一个实施例中，所述步骤2包括：

采用MCNP程序对所述辐照模型结构进行模拟运算，并获得辐照模拟结果。

本发明中对于采用的剂量计不做限定，所述剂量计为聚甲基丙烯酸甲酯剂量计或B3_3000薄膜剂量计。

B3_3000薄膜剂量计是B3剂量计中的一种，以前都是使用554nm的波长测量，吸光度波长峰值更接近于552nm。由于B3薄膜较宽的峰值，介于550-555nm范围内的任意固定波长的测量都被认为可以接受的。优选的，该薄膜可以于峰值区域被扫描，并成功获得和使用其平均值或中间值。

同样的本发明对于B3薄膜厚度不做限定，可以根据对应的测试要求以及辐射强度选择合适厚度。

实验前通过MCNP程序模拟，根据建立的模型，在原有基础上加入保温箱的屏蔽作用，得到剂量场剂量率的理论值。模拟结果显示为计数，根据公式：

D＝Ka＝Φ·(μen/ρ)·E (1)

其中：Φ＝计数×10000/25，E表示入射γ射线的平均能量。

由公式(1)可以换算成吸收剂量率。

在正式测量前选用重铬酸银剂量计(量程为0.4～5kGy)和重铬酸钾(银)剂量计(量程为5～40kGy)对目标剂量点的剂量进行测量，与模拟结果的剂量率进行验证。

本发明中在步骤1中进行，建立辐照模型结构，对于其具体结构不做限定，对于其中的预定液体的种类以及比热容等都不做限定，一般与产品的种类相关，在一个实施例中，所述步骤1包括：

在所述保温箱中设置多块相同尺寸的海绵块；

多块所述海绵块的相互连接形成海绵块串，所述海绵块串的前端与后端与所述保温箱的对应内侧壁挤压接触；

在所述海绵块串的前端设置凹槽，并将所述剂量计设置在所述凹槽中，使得所述剂量计与所述保温箱的前内侧壁接触；

在所述保温箱中放入预定量、预定温度的水。

在一个实施例中，在辐照装置辐照室内选定一个测量点，以钴(⁶⁰Co)源为例进行测试。

保温箱中选用同规格的海绵块，叠在一起顶住保温箱的两个内壁，并在最靠近辐射源的一块海绵中央位置切除一个方形空洞(与剂量计尺寸相接近)，将绑好的剂量计头部向上放入其中。

每次实验测量应保证每块海绵块相对于箱子的位置相同以确保每次实验相对于源的位置相同。将剂量计放置在装有设定温度水的保温装置内，通过改变水的温度以控制剂量计的辐照温度。

剂量计温度的测量选用电子数显温度计测量剂量计的温度(即水温)，因为实验过程中需要改变冷藏箱中的水温，电子数显温度计携带方便，误差低，读数快速准确方便，也便于数据的储存和测量。环境温度的测量选用水银留点温度计测量辐照时的环境温度，水银温度计有着示值准确，稳定性高等优点。

由于需要辐照灭菌、消毒的产品大部分都是食品、农产品、有机高分子材料和医疗用品，其中含有较多的水分，为了使得测试过程与产品的辐照过程差别缩小，采用水作为预设液体的方式，采用海绵块绑定的方式实现，制造成本低廉，使得整个测试过程的成本低廉，降低了测试成本，也降低了修正成本。

而为了进一步快速以及实时获得温度数据，在本发明中的一个实施例中，所述辐照剂量随温度响应的校准方法，还包括设置在所述保温箱外壁的显示器以及设置在所述保温箱内的温度计，显示所述温度计的温度值。

而在本发明中由于需要测量辐射前后的温度值，一般采用数显电子温度计测量水温；水银留点温度计测量环境温度；电子台式千分尺，测量剂量片的厚度；UV-2450型紫外分光光度计测量剂量片的吸光度

由于在工业辐照中经常使用辐照温度在20℃～60℃，为了使得测量温度范围能够涵盖大部分生产过程中剂量计可能达到的温度区间，一般所述步骤4包括：

对处于所述保温装置中的所述预定液体在预设剂量下处于15℃～75℃的多个温度值中辐照相同时间后进行剂量测量，获得测量结果。

在一个实施例中，根据剂量计的日常温升情况，分别使用15℃，25℃，35℃，45℃，55℃，65℃，75℃的水置放剂量计，每组温度放置3-5个剂量计，进行对应的测试，本发明对于具体的温度测试范围以及温度间隔不做限定，一般温度间隔相同，但是工作人员也可以基于某些特殊的需要在某些温度范围内选择更多的测试点，在其它的温度范围选择较少的测试点。

为了保证能与现有的工业产品的辐照同步，获得产品的实际吸收剂量，所述步骤3还包括：

将所述剂量计从所述保温箱中取出2h～2.5h后测量吸收剂量值。

而为了进一步获得不同产品在不同的剂量下的温度响应值，在所述步骤4与所述步骤5之间还包括：

更换不同的所述预设剂量值，重复所述步骤4。

在一个实施例中，分别选择高剂量与低剂量的测量，由于考虑到实际生产过程是流水线，产品会经历高、低剂量的照射，将两条曲线拟合在一起。其中步骤如下：

(1)、高剂量率实验流程：

将剂量计布置在保温箱内→加入调制好水温的水→降源→测量记录辐照前水温→放入辐照室指定位置→升源→辐照→降源→取出保温箱→测量记录辐照后水温→取出剂量计放在剂量室待测→2小时后测量吸收剂量并记录。

需要注意的是：高剂量率实验需要进入辐照室内部，需在专业人员陪同下进行。

(2)、根据剂量计的日常温升情况，分别使用15℃，25℃，35℃，45℃，55℃，65℃，75℃的水置放剂量计，每组温度放置3-5个剂量计，该温度范围涵盖了生产过程中剂量计可能达到的温度区间。

(3)、以25℃的水辐照后的吸收剂量为参考标准吸收剂量，其余温度下的吸收剂量的与25℃水的吸收剂量进行比较。

(4)、以温度为横坐标，比值为纵坐标，在MATLAB中输入数据并拟合成一条曲线。

(5)、以Harwell Red 4034剂量计，以照射8kGy的剂量为例，把各组温度对应的剂量测量值，拟合成以下公式：

D＝6.667e-6T3-0.0007679T2+0.0279T+0.6731 (2)

置信度：95％；确定系数：0.9985。

(6)低剂量率实验流程：剂量计布置在保温箱内→加入调制好水温的水→保温箱放入实验线载箱→测量记录辐照前水温→设置辐照时间→按下启动按钮开始辐照→结束后取出保温箱→测量记录辐照后水温→取出剂量计放在剂量室待测→2h后测量吸收剂量并记录。

(7)、使用(5)的方法对低剂量率的数据进行分析，把各组温度对应的剂量测量值，拟合成以下公式

D＝1.47e-6T4-0.0002501T3+0.01535T2-0.3997T+4.725 (3)

置信度：95％；确定系数：0.9959。

(8)、考虑到实际生产过程是流水线，产品会经历高、低剂量的照射，将两条曲线拟合在一起，辐照工厂存在剂量计不能准确测量剂量的问题，主要是在温度大于60℃时，出现剂量响应的急剧上升，因此在温度高于60℃时，可以用本方法的拟合公式进行修正，避免测量错误的发生。

需要指出的是，其他剂量计的剂量校准可以采用类似方法进行。

综上所述，本发明实施例提供的辐照剂量随温度响应的校准方法，在进行实际测量前，先测量剂量场，获得测量位置准确的剂量率，再在相同的辐射场下，通过将剂量计处于不同温度的预设液体中辐照相同时间，测量在辐照后的液体的温度以及实际吸收剂量，获得测量结果，最后根据测量结果进行曲线拟合，获得在该剂量场下不同温度下的辐射响应，实现辐照剂量计测量值对于温度的修正，更加接近真实剂量。另一方面，从辐照工艺质量保证的角度，通过温度修正降低辐照产品辐照剂量的不合格率，解决辐照工厂的实际问题使得更加接近真实剂量，提高辐照合格率，出具更信服的辐照质量报告，提高产品质量。

以上对本发明所提供的辐射剂量随温度响应的校准方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种辐照剂量随温度响应的校准方法，其特征在于，包括：

辐照源为Co-60辐照源板或电子直线加速器；

步骤1，将剂量计置于盛有预定液体的保温装置中，测量保温装置与辐照源的距离，对于保温装置中的预定液体在预设剂量下处于15℃～75℃的多个温度值中辐照相同时间后进行剂量测量，获得测量结果，建立辐照模型；

步骤2，对所述剂量计所处的剂量场进行模拟运算，剂量计为聚甲基丙烯酸甲酯剂量计或B3_3000薄膜剂量计；采用MCNP程序对所述辐照模型结构进行模拟运算，并获得辐照模拟结果；

通过MCNP程序模拟，根据建立的模型，在原有基础上加入保温箱的屏蔽作用，得到剂量场剂量率的理论值，模拟结果显示为计数，根据公式：

D＝Ka＝Φ·(μen/ρ)·E (1)

其中：Φ＝计数×10000/25，E表示入射γ射线的平均能量，由公式(1)可以换算成吸收剂量率；

步骤3，测量处在环境温度下，剂量计所处位置的剂量率，并与所述模拟结果进行验证对比，确定剂量场的剂量率；采用量程为0.4～5kGy的重铬酸银剂量计、量程为5～40kGy重铬酸钾(银)剂量计中的至少一种对剂量计所处位置进行剂量测量；

步骤4，调节所述保温装置的温度，分别使用15℃，25℃，35℃，45℃，55℃，65℃，75℃的水置放剂量计，每组温度放置3-5个剂量计，该温度范围涵盖了生产过程中剂量计可能达到的温度区间，辐照相同时间后进行剂量测量，获得测量结果；

步骤5，根据测量结果进行曲线拟合，获得拟合曲线和拟合公式；

步骤6，根据拟合公式对剂量计的读数进行校正，判断并输出当前产品辐照是否合格。

2.如权利要求1所述辐照剂量随温度响应的校准方法，其特征在于，所述步骤1包括：

在所述保温装置中设置多块相同尺寸的海绵块；

多块所述海绵块的相互连接形成海绵块串，所述海绵块串的前端与后端与所述保温箱的对应内侧壁挤压接触；

在所述海绵块串的前端设置凹槽，并将所述剂量计设置在所述凹槽中，使得所述剂量计与所述保温箱的前内侧壁接触；

在所述保温装置中放入预定量、预定温度的水。

3.如权利要求2所述辐照剂量随温度响应的校准方法，其特征在于，所述步骤4包括：

对处于所述保温装置中的所述预定液体在预设剂量下处于15℃～75℃的多个温度值中辐照相同时间后进行剂量测量，获得测量结果。

4.如权利要求3所述辐照剂量随温度响应的校准方法，其特征在于，所述步骤3还包括：

将所述剂量计从所述保温箱中取出2h～2.5h后测量吸收剂量值。