(250-600)kV低空气比释动能率X射线绝对测量方法与研究

摘要

X射线是德国物理学家伦琴在1895年从事阴极射线研究时发现的，经过100多年的发展，现如今X射线已经在工业、医疗、辐射防护、环境监测以及安全检查等诸多领域得到了广泛的应用，这就使得X射线计量器具的量值溯源问题显得尤为重要。低空气比释动能率系列由于其分辨率较小、单色性较好的特性，比较适合于用来测量传递电离室的能量响应问题。但是国际上对于低空气比释动能率系列的X射线空气比释动能量值复现范围只达到（10-240）kV，对于更高能量段的则还没有涉及，这就会造成传递电离室能量响应曲线在此能量段的衔接不完整，为传递电离室测量的完整性以及准确性造成困难，所以研究并绝对测量出（250-600）kV低空气比释动能率X射线空气比释动能是很有必要的。国际上现有的X射线空气比释动能基准均采用自由空气电离室实现绝对测量和量值复现，但是对于X射线能量较高（通常大于400keV）时,自由空气电离室由于电子损失及初级电子径迹的变大则不太适用，本课题将应用对较高能量段射线具有良好能量响应的石墨空腔电离室作为基准电离室进行绝对测量的研究。 课题首先根据ISO4037规范中已有的低空气比释动能率系列管电压与平均能量的线性关系，外推出管电压范围在（250-600）kV时对应的平均能量，再利用BEAMnrc模拟使在添加不同材料不同厚度过滤片时能谱的平均光子能量与外推平均能量的偏差在±5%以内；之后依据满足要求的模拟结果建立了（250-600）kV X射线低空气比释动能率系列标准辐射场，采用曲线拟合法对半值层进行了测量，同时算得同质系数及有效能量；之后再次运用BEAMnrc对标准辐射场实际辐射质的注量谱进行了模拟。 石墨空腔电离室复现X射线空气比释动能研究中，主要实验测量了电离电流、复合损失修正因子、电离室杆散射修正因子、射束轴向及径向不均匀修正因子。运用EGSnrc程序模拟了壁修正因子、石墨对空气的阻止本领比、空气对石墨的质能吸收系数比、韧致辐射份额常数。对整个实验过程及方法在窄谱300kV辐射质下进行了验证。一方面与自由空气电离室结果进行了比较，空气比释动能率相对偏差为0.85%；另一方面对PTW1L球进行了校准，实验刻度因子与理论得到的刻度因子偏差为0.25%。最后评定了复现过程中各个分量的不确定度，当空气电离功不确定度分别为0.15%、0.35%时，其不确定度分别为0.32%、0.45%，满足石墨空腔电离室空气比释动能复现的要求，为之后的研究提供参考。

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摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 国际研究现状

1.3 研究内容

第2章 理论基础概述

2.1 X射线产生

2.2 X射线与物质的相互作用

2.3 比释动能

2.4 空腔电离理论

2.5 蒙特卡洛模拟方法

2.6 量值复现原理

2.7 本章小结

第3章 实验装置

3.1 X射线源装置

3.2 附加过滤装置

3.3 定位装置

3.4 微电流测量系统

3.5 石墨空腔电离室

3.6 本章小结

第4章 辐射质的建立

4.1 附加过滤的确定

4.2 半值层的测量

4.3 有效能量计算

4.4 实际能谱的模拟

4.5 本章小结

5.1 射束轴向不均匀修正因子

5.2 复合损失修正因子

5.3 杆散射修正因子

5.4 射束径向不均匀修正因子

5.5 湿度修正因子

5.6 结果汇总

5.7 本章小结

第6章 壁修正因子及物理常数的模拟

6.1 壁修正因子

6.2 石墨对空气的阻止本领比

6.3 空气对石墨质能吸收系数之比

6.4 韧致辐射份额常数

6.5 空气电离功

6.6 结果汇总

6.7 本章小结

第7章 方法验证及不确定度评定

7.1 方法验证

7.2 不确定度评定

7.3 本章小结

结 论

攻读硕士学位期间所发表的论文

致 谢