電離輻射計量學的微電流測量系統(tǒng).pdf

1、電離輻射計量是研究電離輻射計量單位和測量的一門學科,也是將電離輻射與物質相互作用應用到各個領域的充分體現(xiàn)。其內容非常廣泛,涉及核物理、輻射防護、生物醫(yī)學、計量學、環(huán)境工程學和臨床醫(yī)學等領域。微弱電流作為射線與物質相互作用的最重要的表現(xiàn)方式之一,也是電離輻射計量中研究射線基本物理量的重要手段。
　　 本文依托中國計量科學研究院課題:X射線輻射場的測量與研究和低能X射線空氣比釋動能絕對測量方法的研究,并在參加亞太地區(qū)低能X射線空氣比

2、釋動能關鍵比對的背景下完成的。通過工程設計與實驗分析,分別建立了基于Townsend補償法和高精度靜電計的微電流測量系統(tǒng)。系統(tǒng)的建立將成為我國低能X射線空氣比釋動能基準的重要組成部分,為低能X射線空氣比釋動能國際比對提供不可或缺技術支持。系統(tǒng)可以應用于電離輻射計量中γ射線、劑量活度測量、放射性核素領域電離電流測量,并對于量值傳遞和儀器儀表的檢定與校準有著非常重要的推廣價值。
　　 本文研究的是電離輻射計量學的微電流測量系統(tǒng),微電

3、流是射線與物質相互作用產物,也是使用電離室探測射線的主要物理量,在電離輻射領域有重要的作用。文章從輻射測量技術基礎知識出發(fā),依次介紹了探測X射線電離電流的基本原理和方法,實驗中產生電離電流的X射線標準輻射場裝置,微電流測量的方案和實際的工程設計,最后經過物理實驗對不同的測量系統(tǒng)進行測試對比,并做出了相應評價。
　　 在探測X射線電離電流的基本原理和方法中主要介紹了電離電流產生過程,以及在電離輻射領域探測電離電流的方法,并且詳細介

4、紹了使用高阻法、漂移法和湯森補償法測量微電流的原理和特點。
　　 低能X射線標準輻射裝置是國家計量基準器具和國家計量標準器具重要要的組部分,也是進行微電流測量所不可或缺的重要條件。輻射場性能的測量和研究對于國家基準實現(xiàn)空氣比釋動能量值復現(xiàn)、國際比對和量值傳遞具有十分重要的意義。產生電離電流的X射線標準輻射裝置主要包括光機系統(tǒng)、自動過濾裝置、定位和監(jiān)測系統(tǒng)、控制軟件等。低能X射線輻射野均勻性也是影響電離電流測量精度的重要因素之一。

5、輻射野均勻度太差,勢必會增大測量的不確定度,為了準確測量微電流的值,進而實現(xiàn)低能X射線國家基準量值復現(xiàn)和實現(xiàn)X射線測量儀器和儀表量值溯源,規(guī)定光源焦點距參考面(電離室前表面)的距離為1000mm輻射野的直徑大于10cm。分別使用膠片劑量計、二維矩陣探測器和平板電離室三種不同的方法對低能輻射場進行了研究,取得了較好的實驗結果。
　　 影響電離電流測量精度的因素有很多,主要因素之一是系統(tǒng)的泄露電流。文章分析了漏電流的來源和為減少漏電

6、所采用的處理方式。針對低能X射線電離電流產生的原理和特點,分別建立了基于湯森補償法(自動、半自動、手動)和Keithley6517高精度靜電計、PTW UNIDOS劑量儀的微電流測量系統(tǒng)。湯森補償法微弱電流測量系統(tǒng)主要包括以下幾個部分:電流補償電路、電壓反饋、反饋補償、測控單元等。系統(tǒng)硬件部分由電壓源表、靜電計、高精度數字萬用表、精密電容和精密定時器等組成。系統(tǒng)軟件基于LabVIEW可圖形化編程,開發(fā)了集儀器控制、數據采集和處理、存儲于

7、一身的多功能測控軟件。Keithley6517高精度靜電計系統(tǒng)也是利用LabVIEW編寫可實時顯示、存儲電離電荷和電流值的測控軟件。系統(tǒng)建立后,進行了初步的性能測試,實驗結果表明,系統(tǒng)具有很好的重復性和短期穩(wěn)定性。
　　 文章最后使用此次亞太地區(qū)低能X射線空氣比釋動能關鍵比對用的傳遞電離室AE1340C對設計的系統(tǒng)進行性能測試,并在建立的CCRI推薦的國際比對用的5個輻射質規(guī)范條件下,測量距離光管焦斑1000mm處參考平面上電離