X射線空氣比釋動(dòng)能基準(zhǔn)輻射場(chǎng)的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及社會(huì)的發(fā)展，X 射線因其在醫(yī)學(xué)、生產(chǎn)、科研以至人民生活中的重要作用，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，用于X 射線機(jī)性能檢測(cè)與質(zhì)量保證的儀器數(shù)量持續(xù)上升，但是許多相關(guān)指標(biāo)至今無(wú)法溯源和校準(zhǔn)，由此帶來(lái)的問(wèn)題急需解決。空氣比釋動(dòng)能作為電離輻射領(lǐng)域重要的物理量，是X 射線計(jì)量工作中的重要研究基礎(chǔ)。
　　 論文依托中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院課題：中能X 射線自由空氣基準(zhǔn)電離室修正因子的研究和低能X 射線空氣比釋動(dòng)能絕對(duì)測(cè)量方法的

2、研究。課題是在電離輻射領(lǐng)域量和單位改制的背景下展開(kāi)的，通過(guò)實(shí)驗(yàn)與理論研究，由照射量向空氣比釋動(dòng)能過(guò)渡，分別建立中能和低能X 射線空氣比釋動(dòng)能基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)的建立可以解決醫(yī)用治療水平標(biāo)準(zhǔn)劑量計(jì)、診斷水平標(biāo)準(zhǔn)劑量計(jì)和防護(hù)X 射線輻射劑量計(jì)的量值溯源的問(wèn)題?？諝獗柔寗?dòng)能作為國(guó)際比對(duì)中關(guān)鍵比對(duì)的量，本課題完成后，可以填補(bǔ)我國(guó)在低能X 射線空氣比釋動(dòng)能絕對(duì)測(cè)量上的空白。
　　 本文主要研究的是X 射線空氣比釋動(dòng)能基準(zhǔn)輻射場(chǎng)，其在X 射線空氣比

3、釋動(dòng)能基準(zhǔn)研究中占有重要的地位。論文先后從基準(zhǔn)系統(tǒng)的建立、半值層的測(cè)量、輻射場(chǎng)均勻性、能譜的測(cè)量等幾個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的論述。
　　 基準(zhǔn)系統(tǒng)包括了低能X 射線空氣比釋動(dòng)能基準(zhǔn)和中能X 射線空氣比釋動(dòng)能基準(zhǔn)兩個(gè)基準(zhǔn)系統(tǒng)的搭建，主要包括X 射線發(fā)生與準(zhǔn)直裝置、X 射線過(guò)濾裝置、機(jī)械定位和視頻裝置、自由空氣電離室及弱電流測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究。其中主要硬件有：X 射線機(jī)、過(guò)濾片、機(jī)械導(dǎo)軌、高壓電源、靜電計(jì)、數(shù)字電壓表、高阻計(jì)、高精度電容

4、和溫度氣壓計(jì)等。通過(guò)上述基準(zhǔn)硬件裝置，配合由LABVIEW 設(shè)計(jì)的用于弱電流測(cè)量的數(shù)據(jù)采集控制軟件，完成基準(zhǔn)系統(tǒng)的相關(guān)性能測(cè)試。在初步建立基準(zhǔn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)基準(zhǔn)的輻射場(chǎng)進(jìn)行研究。
　　 在建立基準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)，在X 射線機(jī)的選型上主要考慮其穩(wěn)定性，本課題中能X射線機(jī)選用YXLON MG324 低能X 射線機(jī)選用YXLON MG165均為工業(yè)用X 射線機(jī)，其性能滿足基準(zhǔn)建立的要求，適合于X 射線的量值復(fù)現(xiàn)。為了保證X 射線

5、機(jī)的安放穩(wěn)定及準(zhǔn)確，專門設(shè)計(jì)了X 射線機(jī)光學(xué)平臺(tái)作為其載體。設(shè)計(jì)的準(zhǔn)直裝置能夠保證得到我們想要的輻射場(chǎng)。X 射線過(guò)濾裝置在X 射線輻射場(chǎng)研究中是必不可少的，主要由過(guò)濾片、過(guò)濾盤、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和控制器組成，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，其中過(guò)濾片選用純度99.99％的鋁片和99.95％的銅片。由激光定位儀和機(jī)械導(dǎo)軌組成的機(jī)械定位裝置，確保了基準(zhǔn)量值復(fù)現(xiàn)時(shí)幾何條件的嚴(yán)格一致，使基準(zhǔn)量值復(fù)現(xiàn)點(diǎn)的定位精度達(dá)到了±0.1mm為保證基準(zhǔn)系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性和安全性，設(shè)

6、計(jì)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要包括視頻監(jiān)測(cè)、安全監(jiān)測(cè)和監(jiān)測(cè)電離室三個(gè)方面。
　　 基準(zhǔn)系統(tǒng)空氣比釋動(dòng)能的絕對(duì)測(cè)量使用自由空氣電離室。按照設(shè)計(jì)原則，自由空氣電離室由高壓極、收集極、保護(hù)極、保護(hù)環(huán)、光闌和屏蔽外殼組成，收集極嵌裝在保護(hù)極體中間的凹槽內(nèi)，由琥珀螺釘固定；保護(hù)條系統(tǒng)由18 圈硬鋁矩形環(huán)組成；限制光闌由鎢合金組成，成份為89％的鎢、7％的鎳和4％的銅。
　　 基準(zhǔn)系統(tǒng)的微弱電流自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)基于湯姆遜平衡法原理，由遠(yuǎn)程源表(64

7、30)、高阻計(jì)(6517A)、高精度電容等組成。微弱電流自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的軟件部分以基于虛擬儀器技術(shù)的LabVIEW 作為開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集控制軟件。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，整個(gè)測(cè)控軟件分為用戶管理、儀器參數(shù)設(shè)置、補(bǔ)償設(shè)置、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等多個(gè)模塊。
　　 在初步建立了X 射線空氣比釋動(dòng)能基準(zhǔn)系統(tǒng)后，開(kāi)展了X 射線空氣比釋動(dòng)能基準(zhǔn)輻射場(chǎng)的研究工作。作為描述X 射線束質(zhì)的重要參數(shù)，半值層是指使X射線束在某一點(diǎn)的空氣比釋動(dòng)能率

8、（或照射量率）減少一半時(shí)所需要的標(biāo)準(zhǔn)吸收片的厚度，是射線有效平均能量的量度。論文首先對(duì)比研究了半值層的測(cè)量方法，得出當(dāng)內(nèi)插間距選取合適時(shí)，選取內(nèi)插法測(cè)量最佳的結(jié)論。然后詳細(xì)設(shè)計(jì)和研究了測(cè)量半值層的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得到了低能和中能各5個(gè)能量規(guī)范，并與BIPM 國(guó)際計(jì)量局）標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行了比對(duì)，達(dá)到了理想的結(jié)果。
　　 論文還研究了X 射線機(jī)的管電壓和管電流的穩(wěn)定性，測(cè)量了其變化對(duì)輻射場(chǎng)劑量率的影響，并分析了目前采用的X 射線機(jī)的

9、性能指標(biāo)對(duì)基準(zhǔn)量值復(fù)現(xiàn)不確定度的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在國(guó)際關(guān)鍵比對(duì)采用的輻射束規(guī)范條件下，管電壓波動(dòng)0.01％，劑量率變化0.017％至0.04％；管電流波動(dòng)0.01％，劑量率變化0.01％。研究結(jié)果表明本課題X 射線機(jī)的管電壓和管電流重復(fù)性指標(biāo)是符合基準(zhǔn)建立以及量值傳遞要求的。
　　 均勻性作為輻射場(chǎng)的重要指標(biāo)，本文也分別對(duì)低能和中能空氣比釋動(dòng)能基準(zhǔn)輻射場(chǎng)的均勻性進(jìn)行了研究，得到了輻射場(chǎng)在不同均勻性下的射野范圍，其結(jié)果滿足了X