CN111158041A - 一种便携式标定60Coγ射线三维剂量场的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置及方法，装置包括：⁶⁰Coγ射线辐照源和围绕⁶⁰Coγ射线辐照源设置的若干剂量测量模块；其中，剂量测量模块包括模体、背散射层、第一显色薄膜剂量计和介质材料层。本发明通过在⁶⁰Coγ射线辐照源周围设置若干剂量测量模块，并且剂量测量模块中的背散射层、第一显色薄膜剂量计和介质材料层可以根据需要设置在模体的不同位置，可以在一次辐照中获得不同位置以及不同高度处的⁶⁰Coγ射线在不同介质材料中的三维剂量场；使用显色薄膜剂量计测量⁶⁰Coγ射线在介质材料中的吸收剂量，分辨率高，读数一致性好，能够真实的获取地面辐照源的任意位置、任意高度的三维剂量场。

Description

一种便携式标定60Coγ射线三维剂量场的装置及方法

技术领域

本发明涉及核辐射防护与核技术应用技术领域，具体涉及一种便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置及方法。

背景技术

在轨运行的航天电子元器件不可避免的遭遇空间辐射，进而影响器件的性能，导致功能失效，因而考核其抗辐射性能十分重要，一般电子元器件的辐照效应主要通过地面试验模拟来实现近似等效的空间辐射环境，因而精准测量地面辐照源的剂量率至关重要，它直接影响航天电子元器件的抗辐射性能考核。电离辐射与介质相互作用引起的物理、化学或生物学的变化，称为辐射效应。电离辐射作用于介质产生的效应主要决定于该介质所吸收的辐射能量，吸收剂量就是表征电离辐射到单位质量介质所吸收的辐射能量的一个物理量，是研究辐射效应最重要的参量之一。由于辐射与介质相互作用依赖于介质的质量能量吸收系数、阻止本领、电子密度等特性，同样辐射条件下不同介质吸收的辐射能量不一定相同，所以在论及吸收剂量时，必须明确介质类型。

在实际应用中，一般是测量辐射源周围某个位置中的吸收剂量，然后基于吸收剂量与辐照时间得到辐射源周围某个位置的剂量率。且现有吸收剂量的测量是在满足次级电子平衡等条件下，应用空腔电离理论，构造一个剂量计系统来测量标准介质或材料中的吸收剂量，然后换算至同样辐照条件下的其他感兴趣材料的吸收剂量。ASTM E666:2003和中国国家标准GB/T 15447-2008是国际和国内关于X、γ射线和电子束辐照不同材料吸收剂量的换算方法专门发布的标准。但是这两个标准规定的是两种原子序数相近的材料之间的换算方法，换算过程比较复杂，涉及到对射线能注量谱的衰减修正，能谱转换等，另外该标准是通过热释光剂量计或者半导体剂量计测量，而热释光剂量计读数性一致性较差，换算过程复杂，误差系数较大，测量结果也不准确。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置及方法，旨在解决现有技术中是对辐照源周围某个位置的剂量率进行测量，且剂量率测量过程中得到的吸收剂量是基于标准介质或材料中的吸收剂量换算得到的，标准介质或材料中的吸收剂量是通过热释光剂量计或者半导体剂量计测量，读数性一致性差，误差系数大，测量结果不准确，换算过程复杂等问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置，其中，所述装置包括：用于产生⁶⁰Coγ射线的⁶⁰Coγ射线辐照源和围绕所述⁶⁰Coγ射线辐照源设置的若干剂量测量模块；其中，所述剂量测量模块包括模体；设置在所述模体上的背散射层；设置在所述背散射层上的第一显色薄膜剂量计；设置在第一显色薄膜剂量计上的介质材料层。

所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置，其中，所述介质材料层的厚度为所述⁶⁰Coγ射线在所述介质材料层的介质材料中达到次级电子平衡状态时对应的介质材料厚度。

所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置，其中，所述介质材料层为硅片；所述硅片厚度为3mm。

所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置，其中，所述模体与所述背散射层、所述第一显色薄膜剂量计和所述介质材料层可拆卸连接。

所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置，其中，所述第一显色薄膜剂量计的厚度小于0.1mm。

一种利用上述所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置的测量方法，其中，包括步骤：

以⁶⁰Coγ射线辐照源为辐照中心，在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置放置若干剂量测量模块；

通过设置在背散射层和介质材料层之间的第一显色薄膜剂量计接收经过所述介质材料层的所述⁶⁰Coγ射线辐照源产生的⁶⁰Coγ射线，得到所述⁶⁰Coγ射线在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量；

根据所述⁶⁰Coγ射线在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量得到所述⁶⁰Coγ射线在所述介质材料中的三维剂量场分布。

所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的方法，其中，所述以⁶⁰Coγ射线辐照源为辐照中心，在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置放置若干剂量测量模块的步骤之前还包括：

构建所述介质材料模型，将所述介质材料模型划分为多个网格；

模拟⁶⁰Coγ射线辐照所述介质材料模型，获得所述介质材料的剂量深度分布；

基于所述介质材料的剂量深度分布获得所述⁶⁰Coγ射线在所述介质材料中达到次级电子平衡状态时对应的介质材料厚度。

所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的方法，其中，所述通过设置在背散射层和介质材料层之间的第一显色薄膜剂量计接收经过所述介质材料层的所述⁶⁰Coγ射线辐照源产生的⁶⁰Coγ射线的步骤之后还包括：

选择与所述第一显色薄膜剂量计同类型的第二显色薄膜剂量计，通过钴源对所述第二显色薄膜剂量计进行辐照以获得所述第二显色薄膜剂量计随时间变化的规律；

根据所述第二显色薄膜剂量计随时间变化的规律对所述第一显色薄膜剂量计随时间变化的因素进行修正。

所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的方法，其中，所述通过设置在背散射层和介质材料层之间的第一显色薄膜剂量计接收经过所述介质材料层的所述⁶⁰Coγ射线辐照源产生的⁶⁰Coγ射线的步骤之前还包括：

在标准剂量场中对所述第一显色薄膜剂量计进行剂量刻度标定，建立辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系。

所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的方法，其中，所述通过设置在背散射层和介质材料层之间的第一显色薄膜剂量计接收经过所述介质材料层的所述⁶⁰Coγ射线辐照源产生的⁶⁰Coγ射线，得到所述⁶⁰Coγ射线在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量的步骤具体包括：

通过设置在背散射层和介质材料层之间的第一显色薄膜剂量计接收经过所述介质材料层的所述⁶⁰Coγ射线辐照源产生的⁶⁰Coγ射线，得到经过所述⁶⁰Coγ射线辐照的第一显色薄膜剂量计；

将经过所述⁶⁰Coγ射线辐照的第一显色薄膜剂量计避光放置预设时间后，测量所述第一显色薄膜剂量计的光密度变化值；

根据测量出的所述第一显色薄膜剂量计的光密度变化值以及预先建立的辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系，得到所述⁶⁰Coγ射线在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量。

本发明的有益效果：本发明通过在⁶⁰Coγ射线辐照源周围设置若干剂量测量模块，并且剂量测量模块中的背散射层、第一显色薄膜剂量计和介质材料层可以根据需要设置在模体的不同位置，可以在一次辐照中获得不同位置以及不同高度处的⁶⁰Coγ射线在介质材料中的三维剂量场；使用显色薄膜剂量计测量⁶⁰Coγ射线在介质材料中的吸收剂量，分辨率高，读数一致性好，能够真实的获取地面辐照源的任意位置、任意高度的三维剂量场，有利于提高电子元器件电离总剂量效应研究和抗辐射性能考核的准确性，推动总剂量效应试验方法和标准的完善，对保障航天器的运行安全、寿命都有重要的意义。

附图说明

图1是本发明实施例提供的剂量测量模块的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的剂量测量模块在⁶⁰Coγ射线辐照源周围的位置分布图；

图3是本发明实施例中对硅体模型进行网格划分的结构示意图；

图4是本发明实施例中⁶⁰Coγ射线在硅中的剂量深度分布图；

图5是本发明实施例提供的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的方法的较佳实施例流程图；

图6是本发明实施例1中⁶⁰Coγ射线在硅片中的三维剂量场分布图；

图7是本发明实施例1中⁶⁰Coγ射线在硅片中的二维等高线剂量分布图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。

由于现有对电子元器件的抗辐射性能是通过测量辐射源周围某个位置的吸收剂量，然后将吸收剂量转换为剂量率。而吸收剂量的测量是在满足次级电子平衡等条件下，应用空腔电离理论，构造一个剂量计系统来测量标准介质或材料中的吸收剂量，然后换算至同样辐照条件下的其他感兴趣材料的吸收剂量。但吸收剂量的换算过程比较复杂，涉及到对射线能注量谱的衰减修正，能谱转换等，另外吸收剂量的换算标准是通过热释光剂量计或者半导体剂量计测量，而热释光剂量计读数性一致性差，误差系数大，测量结果不准确。为了解决上述问题，本发明提供了一种便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置，如图1和图2所示，本发明的测量装置包括：用于产生⁶⁰Coγ射线的⁶⁰Coγ射线辐照源1和围绕所述⁶⁰Coγ射线辐照源1设置的若干剂量测量模块2；其中，所述剂量测量模块2包括模体21；设置在所述模体21上的背散射层22；设置在所述背散射层22上的第一显色薄膜剂量计23；设置在所述第一显色薄膜剂量计23上的介质材料层24。具体实施时，⁶⁰Coγ射线辐照源1产生的⁶⁰Coγ射线各向同性照射到围绕其设置的若干剂量测量模块2上，⁶⁰Coγ射线经过剂量测量模块2中的介质材料层24后由第一显色薄膜剂量计23接收，经过⁶⁰Coγ射线辐照的第一显色薄膜剂量计23的颜色会发生改变，根据第一显色薄膜剂量计23即能得到⁶⁰Coγ射线在⁶⁰Coγ射线辐照源1周围不同位置的介质材料中的吸收剂量，根据获得的吸收剂量得到⁶⁰Coγ射线在不同位置的介质材料中的剂量率，将剂量率随位置的变化作图即可得到⁶⁰Coγ射线在介质材料中的三维剂量场分布。由于在⁶⁰Coγ射线辐照源1周围设置若干剂量测量模块2，经过一次辐照可以获得⁶⁰Coγ射线辐照源1周围不同距离不同角度的三维剂量场分布，测量结果准确，为航天电子元器件空间辐射效应损伤，抗辐射加固技术研究提供可靠的辐照剂量率保证。

具体实施时，本发明中使用第一显色薄膜剂量计23替代传统的热释光或者半导体剂量剂测量⁶⁰Coγ射线在介质材料中的吸收剂量，第一显色薄膜剂量计1的厚度小于0.1mm，第一显色薄膜剂量计1为规整的片状结构，可以与背散射层22和介质材料层24无间隙的配合，分辨率高，读数一致性好，一般在2％以下。并且可以根据需要选择不同的介质材料，得到⁶⁰Coγ射线在不同介质材料中的三维剂量场分布，不需要进行复杂的吸收剂量换算，测量过程简单，测量结果准确。

具体实施时，本实施例中所述介质材料层24的厚度为所述⁶⁰Coγ射线辐照源1产生的⁶⁰Coγ射线在所述介质材料层24的介质材料中达到次级电子平衡状态时对应的介质材料厚度。由于第一显色薄膜剂量计23接收的是经过介质材料层24辐射的⁶⁰Coγ射线，若⁶⁰Coγ射线在介质材料层24中未达到次级电子平衡状态，则由第一显色薄膜剂量计23得到的吸收剂量不是⁶⁰Coγ射线在介质材料中的真实吸收剂量。因此，本实施例中在测量⁶⁰Coγ射线在介质材料中的吸收剂量之前，调用geant4中的电磁相互作用emstandard-opt3模型，通过C++编写长宽高构建介质材料模型；并将介质材料模型划分为多个网格。然后模拟⁶⁰Coγ射线照射介质材料模型，并通过与geant4耦合的root软件获取⁶⁰Coγ射线在介质材料模型网格中的能量沉积，从而得到⁶⁰Coγ射线在介质材料中的剂量深度分布。由于⁶⁰Coγ射线在介质材料中达到次级电子平衡状态时，其吸收剂量最高，因此根据剂量深度分布获得吸收剂量最高时对应的介质材料厚度即为⁶⁰Coγ射线在介质材料中达到次级电子平衡状态时对应的介质材料厚度

在一具体实施方式中，当所述介质材料层24为硅片，在标定之前，调用geant4中的电磁相互作用emstandard-opt3模型，通过C++编写长宽高为6cm的体硅，构建体硅模型；然后将体硅模型划分为多个网格，如图3所示。由于⁶⁰Coγ射线的平均能量为1.25MeV，模拟计算入射粒子能量为1.25MeV的光子照射到体硅模型中，得到⁶⁰Coγ射线在硅中的剂量深度分布，如图4所示。由图4可以看出，硅表面次级电子随厚度增加而累积，吸收剂量快速增加，在大约3mm处的峰值位置吸收剂量最高，在峰值达到以前吸收剂量变化梯度很大，过了峰值以后，初始入射束开始衰减，剂量值开始下降。如果⁶⁰Coγ射线在硅片中没有达到次级电子平衡状态，则第一显色薄膜剂量计23的测量值一般小于达到次级电子平衡状态下的测量值，此时的测量结果不是⁶⁰Coγ射线在硅片中的真实吸收剂量。本实施例中将硅片的厚度设置为3mm，经过硅片后的⁶⁰Coγ射线达到次级电子平衡状态后由第一显色薄膜剂量计23，能够得到⁶⁰Coγ射线在硅片中的真实吸收剂量，使得最终得到的⁶⁰Coγ射线在硅片中三维剂量场分布更加精确。

具体实施时，由于⁶⁰Coγ射线的射程较长，本实施例中通过在第一显色薄膜剂量计23与介质材料层24相对的另一面上设置散射层22，能够精确获取⁶⁰Coγ射线在硅片中的真实吸收剂量。所述散射层22为有机玻璃、聚乙烯或者其它能够满足散射效果的等效材料。

在一具体实施方式中，本实施例中在距离⁶⁰Coγ射线辐照源为5cm的位置放置8个剂量测量模块2，在距离⁶⁰Coγ射线辐照源为10cm的位置放置8个剂量测量模块2，以此类推在距离⁶⁰Coγ射线辐照源为30cm、70cm的位置各放置8个剂量测量模块2，在距离⁶⁰Coγ射线辐照源为160cm、200cm、240cm、280cm的位置各放置6个剂量测量模块2，地面与高度20cm处各放置80个剂量测量模块2，并对不同位置的剂量测量模块2进行标记，一次辐射可以测量⁶⁰Coγ射线辐照源周围160个位置的吸收剂量，节约辐照费用，操作简单。当然，本实施例中也可以在⁶⁰Coγ射线辐照源1周围设置更多的剂量测量模块2，测量离⁶⁰Coγ射线辐照源更高更远位置处的吸收剂量。

在一具体实施方式中，本实施例中的⁶⁰Coγ射线辐照源1采用中国科学院新疆理化所钴源辐照装置，该辐照装置是国内重要的空间总剂量效应的试验基地，为国内航天机构以及相关研究科研院所的空间辐射效应研究提供辐照源，进行器件辐射损伤机理、抗辐射性能考核和器件辐射加固研究。⁶⁰Coγ射线辐照源1为水柱式，在无实验测量时放置井底，测量时通过起降机升到地面。

具体实施时，所述模体21与所述背散射层22、所述第一显色薄膜剂量计23和所述介质材料层24可拆卸连接，例如，所述背散射层22、所述第一显色薄膜剂量计23和所述介质材料层24通过胶带缠绕紧贴在所述模体21上。所述模体21为规整木制的长方体立柱，所述背散射层22、所述第一显色薄膜剂量计23和所述介质材料层24在所述模体21上的位置可以根据需要进行设定，例如，将背散射层22、第一显色薄膜剂量计23和介质材料层24通过胶带缠绕紧贴在所述模体21靠近地面的一端，则第一显色薄膜剂量计23测量的是地面上距离⁶⁰Coγ射线辐照源1不同距离的⁶⁰Coγ射线在介质材料中的吸收剂量。若需要测量距离地面高度为20cm距离⁶⁰Coγ射线辐照源1不同距离的⁶⁰Coγ射线在介质材料中的吸收剂量，则只需将背散射层22、第一显色薄膜剂量计23和介质材料层24通过胶带缠绕紧贴在所述模体21距离地面20cm的位置，操作简单。当然，本实施例中还可以在同一个模体21的不同位置上设置多个背散射层22、第一显色薄膜剂量计23以及介质材料层24，从而测量距离⁶⁰Coγ射线辐照源1相同距离的不同高度的⁶⁰Coγ射线在介质材料中的吸收剂量。

此外，本发明还提供了上述便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置的标定方法，如图5所示，其包括以下步骤：

S100、以⁶⁰Coγ射线辐照源为辐照中心，在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置放置若干剂量测量模块；

S200、通过设置在背散射层和介质材料层之间的第一显色薄膜剂量计接收经过所述介质材料层的所述⁶⁰Coγ射线辐照源产生的⁶⁰Coγ射线，得到所述⁶⁰Coγ射线在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量；

S300、根据所述⁶⁰Coγ射线在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量得到所述⁶⁰Coγ射线在所述介质材料中的三维剂量场分布。

具体实施时，为了获得⁶⁰Coγ射线在所述介质材料层中的三维剂量场分布，首先需要以⁶⁰Coγ射线辐照源为辐照中心，在⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置放置若干剂量测量模块；然后通过⁶⁰Coγ射线辐照源产生⁶⁰Coγ射线各向同性照射到⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置放置的若干剂量测量模块上。剂量测量模块中的介质材料层首先接收⁶⁰Coγ射线，然后将⁶⁰Coγ射线辐照到第一显色薄膜剂量计上，从而得到⁶⁰Coγ射线在⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量；最后将获得的⁶⁰Coγ射线在⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料层中的吸收剂量除以⁶⁰Coγ射线的辐照时间就能得到⁶⁰Coγ射线在⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量率，将吸收剂量率随位置变化作图即得到⁶⁰Coγ射线在介质材料中的三维剂量场分布。

在一具体实施例中，所述步骤S100之前还包括：

S01、构建所述介质材料模型，将所述介质材料模型划分为多个网格；

S02、模拟⁶⁰Coγ射线辐照所述介质材料模型，获得所述介质材料的剂量深度分布；

S03、基于所述介质材料的剂量深度分布获得所述⁶⁰Coγ射线在所述介质材料中达到次级电子平衡状态时对应的介质材料厚度。

具体实施时，由于⁶⁰Coγ射线在介质材料层中未处于次级电子平衡状态时，第一显色薄膜剂量计测量的吸收剂量值不是⁶⁰Coγ射线在介质材料中的真实吸收剂量值。为了使测量结果更加精确，剂量测量模块中介质材料层的厚度应设置为⁶⁰Coγ射线在介质材料中达到次级电子平衡状态时对应的介质材料厚度。本实施例中在剂量测量模块获取⁶⁰Coγ射线在介质材料中的吸收剂量之前，需要通过geant4软件构建介质材料模型，并将介质材料模型划分为多个网格；然后模拟⁶⁰Coγ射线辐照介质材料模型，获得⁶⁰Coγ射线在介质材料模型不同深度的剂量分布；基于介质材料模型不同深度的剂量分布就能获得⁶⁰Coγ射线在介质材料中达到次级电子平衡状态时对应的介质材料厚度。

在一具体实施例中，步骤S200中所述通过设置在背散射层和介质材料层之间的第一显色薄膜剂量计接收经过所述介质材料层的所述⁶⁰Coγ射线辐照源产生的⁶⁰Coγ射线的步骤之后还包括：

M210、选择与所述第一显色薄膜剂量计同类型的第二显色薄膜剂量计，通过钴源对所述第二显色薄膜剂量计进行辐照以获得所述第二显色薄膜剂量计随时间变化的规律；

M220、根据所述第二显色薄膜剂量计随时间变化的规律对所述第一显色薄膜剂量计随时间变化的因素进行修正。

具体实施时，由于无法携带测量仪器现场进行后续的吸收剂量测量，吸收剂量测量不能在辐照实验后及时进行。为了降低第一显色胶片剂量计辐照后长期变色过程的影响，本实施例中在获得经过⁶⁰Coγ射线辐照的第一显色薄膜剂量计后，选择与第一显色胶片剂量计同类型的第二显色胶片剂量计，通过钴源对第二显色胶片剂量计进行辐照。然后根据钴源照射后的第二显色胶片剂量确定第二显色胶片剂量计随时间变化的规律。最后根据第二显色胶片剂量计随时间变化的规律对第一显色胶片剂量计随时间变化的因素进行修正，从而降低第一显色胶片剂量计辐照后长期变色过程的影响，提高测量的准确性。本发明通过同类型的第二显色胶片剂量计对第一显色胶片剂量计进行修正，在外出进行辐照实验时，不需要携带复杂的测试设备，适合于远程外出辐照试验。

在一具体实施方式中，所述步骤S200之前还包括：

S0、在标准剂量场中对所述第一显色薄膜剂量计进行剂量刻度标定，建立辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系。

具体实施时，为了获取⁶⁰Coγ射线在⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量，本实施例中需要预先在标准剂量场中对第一显色薄膜剂量计进行剂量刻度标定，建立辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系，以便后续步骤中根据第一显色薄膜剂量计的光密度变化值确定⁶⁰Coγ射线在⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量。

在一具体实施方式中，所述步骤S200具体包括：

S210、通过设置在背散射层和介质材料层之间的第一显色薄膜剂量计接收经过所述介质材料层的所述⁶⁰Coγ射线辐照源产生的⁶⁰Coγ射线，得到经过所述⁶⁰Coγ射线辐照的第一显色薄膜剂量计；

S220、将经过所述⁶⁰Coγ射线辐照的第一显色薄膜剂量计避光放置预设时间后，测量所述第一显色薄膜剂量计的光密度变化值；

S230、根据测量出的所述第一显色薄膜剂量计的光密度变化值以及预先建立的辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系，得到所述⁶⁰Coγ射线在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量。

具体实施时，通过设置在背散射层和介质材料层之间的第一显色薄膜剂量计接收经过介质材料层的⁶⁰Coγ射线辐照源产生的⁶⁰Coγ射线，得到经过⁶⁰Coγ射线辐照的第一显色薄膜剂量计。然后将经过⁶⁰Coγ射线辐照的第一显色薄膜剂量计在避光条件下放置预设时间后，通过黑度计测量第一显色薄膜剂量计的光密度变化值。前述步骤中提到，本实施例中会预先建立辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系，根据测量出的第一显色薄膜剂量计的光密度变化值以及预先建立的辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系，就能够得到⁶⁰Coγ射线在⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量。

下面通过具体的实施例对本发明所提供的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置及方法进行进一步说明。

实施例1

采用如图1和2所示的测量装置，其中介质材料层24为硅片，厚度为3mm，测量地面上距离⁶⁰Coγ射线辐照源1的距离分别为5cm、10cm、20cm、30cm、50cm等位置的⁶⁰Coγ射线在硅片中的吸收剂量，得到⁶⁰Coγ射线在硅片中的三维剂量场与二维等高线剂量分布，如图6和图7所示。由图6和图7可以看出，靠近⁶⁰Coγ射线辐照源1中心位置，剂量率值较大，距离越远，剂量率越小，符合射线与物质相互作用机理，测量结果精确。

综上所述，本发明提供的一种便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置及方法，装置包括：⁶⁰Coγ射线辐照源和围绕⁶⁰Coγ射线辐照源设置的若干剂量测量模块；其中，剂量测量模块包括模体、背散射层、第一显色薄膜剂量计和介质材料层。本发明通过在⁶⁰Coγ射线辐照源周围设置若干剂量测量模块，并且剂量测量模块中的背散射层、第一显色薄膜剂量计和介质材料层可以根据需要设置在模体的不同位置，可以在一次辐照中获得不同位置以及不同高度处的⁶⁰Coγ射线在不同介质材料中的三维剂量场；使用显色薄膜剂量计测量⁶⁰Coγ射线在介质材料中的吸收剂量，分辨率高，读数一致性好，能够真实的获取地面辐照源的任意位置、任意高度的三维剂量场，有利于提高电子元器件电离总剂量效应研究和抗辐射性能考核的准确性，推动总剂量效应试验方法和标准的完善，对保障航天器的运行安全、寿命都有重要的意义。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置，其特征在于，所述装置包括：用于产生⁶⁰Coγ射线的⁶⁰Coγ射线辐照源和围绕所述⁶⁰Coγ射线辐照源设置的若干剂量测量模块；其中，所述剂量测量模块包括模体；设置在所述模体上的背散射层；设置在所述背散射层上的第一显色薄膜剂量计；设置在第一显色薄膜剂量计上的介质材料层。

2.根据权利要求1所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置，其特征在于，所述介质材料层的厚度为所述⁶⁰Coγ射线在所述介质材料层的介质材料中达到次级电子平衡状态时对应的介质材料厚度。

3.根据权利要求2所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置，其特征在于，所述介质材料层为硅片；所述硅片厚度为3mm。

4.根据权利要求2所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置，其特征在于，所述模体为规整木制的长方体立柱；所述模体与所述背散射层、所述第一显色薄膜剂量计和所述介质材料层可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置，其特征在于，所述第一显色薄膜剂量计的厚度小于0.1mm。

6.一种利用权利要求1所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的装置的方法，其特征在于，包括步骤：

以⁶⁰Coγ射线辐照源为辐照中心，在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置放置若干剂量测量模块；

通过设置在背散射层和介质材料层之间的第一显色薄膜剂量计接收经过所述介质材料层的所述⁶⁰Coγ射线辐照源产生的⁶⁰Coγ射线，得到所述⁶⁰Coγ射线在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量；

根据所述⁶⁰Coγ射线在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量得到所述⁶⁰Coγ射线在所述介质材料中的三维剂量场分布。

7.根据权利要求6所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的方法，其特征在于，所述以⁶⁰Coγ射线辐照源为辐照中心，在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置放置若干剂量测量模块的步骤之前还包括：

构建所述介质材料模型，将所述介质材料模型划分为多个网格；

模拟⁶⁰Coγ射线辐照所述介质材料模型，获得所述介质材料的剂量深度分布；

基于所述介质材料的剂量深度分布获得所述⁶⁰Coγ射线在所述介质材料中达到次级电子平衡状态时对应的介质材料厚度。

8.根据权利要求7所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的方法，其特征在于，所述通过设置在背散射层和介质材料层之间的第一显色薄膜剂量计接收经过所述介质材料层的所述⁶⁰Coγ射线辐照源产生的⁶⁰Coγ射线的步骤之后还包括：

选择与所述第一显色薄膜剂量计同类型的第二显色薄膜剂量计，通过钴源对所述第二显色薄膜剂量计进行辐照以获得所述第二显色薄膜剂量计随时间变化的规律；

根据所述第二显色薄膜剂量计随时间变化的规律对所述第一显色薄膜剂量计随时间变化的因素进行修正。

9.根据权利要求8所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的方法，其特征在于，所述通过设置在背散射层和介质材料层之间的第一显色薄膜剂量计接收经过所述介质材料层的所述⁶⁰Coγ射线辐照源产生的⁶⁰Coγ射线的步骤之前还包括：

在标准剂量场中对所述第一显色薄膜剂量计进行剂量刻度标定，建立辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系。

10.根据权利要求9所述的便携式标定⁶⁰Coγ射线三维剂量场的方法，其特征在于，所述通过设置在背散射层和介质材料层之间的第一显色薄膜剂量计接收经过所述介质材料层的所述⁶⁰Coγ射线辐照源产生的⁶⁰Coγ射线，得到所述⁶⁰Coγ射线在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量的步骤具体包括：

通过设置在背散射层和介质材料层之间的第一显色薄膜剂量计接收经过所述介质材料层的所述⁶⁰Coγ射线辐照源产生的⁶⁰Coγ射线，得到经过所述⁶⁰Coγ射线辐照的第一显色薄膜剂量计；

将经过所述⁶⁰Coγ射线辐照的第一显色薄膜剂量计避光放置预设时间后，测量所述第一显色薄膜剂量计的光密度变化值；

根据测量出的所述第一显色薄膜剂量计的光密度变化值以及预先建立的辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系，得到所述⁶⁰Coγ射线在所述⁶⁰Coγ射线辐照源周围不同位置的介质材料中的吸收剂量。

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