基于G(E)函数法的γ能谱-剂量转换研究应用及计算软件开发

摘要

应用γ谱仪对环境、土壤、岩石等其他受辐射污染物质进行辐射测量时,只能分辨放射性核素种类,若能将测量获取的γ能谱转换为对应空气吸收剂量率,就可同时获取两种辐射信息,是一种经济、高效的测量方法. 本课题选取G(E)函数法进行γ能谱-剂量转换研究应用,并使用五种标准放射性核素点源刻度了一台能量范围为3keV~10MeV的HPGeγ谱仪,结合最小二乘法与共轭梯度法快速求解该谱仪的G(E)函数具体形式与Ak计算参数,并基于G(E)函数的计算方法,结合计算机编程语言,设计开发了一套环境γ能谱剂量转换软件,该软件具有γ能谱文件自动读取、数据分析及剂量自动计算的功能,从而实现γ能谱-剂量的自动计算. 为了求解G(E)函数的具体形式与计算参数,实验选取241Am、133Ba、60Co、137Cs、152Eu五种标准放射性核素点源进行HPGeγ谱仪刻度,再根据获取的标准点源能谱求解出该谱仪的G(E)函数.并将使用G(E)函数计算的标准点源能谱剂量率结果与点源理论公式计算的剂量率结果进行对比分析. 为了验证G(E)函数法的γ能谱-剂量转换准确性,在中国计量科学研究院电离辐射计量科学研究所的标准(137Cs)γ辐射场上,选取5个剂量率点位,使用该谱仪进行能谱测量,利用G(E)函数计算出能谱对应剂量率结果,并将计算结果与点位标准值进行对比分析. 为了验证环境γ能谱剂量转换软件的计算结果准确性.在现场环境下,选取4个测量地点,使用谱仪进行环境γ能谱测量,并应用软件进行环境γ能谱-剂量的自动计算,同时使用高气压电离室在同一地点、同一高度进行空气吸收剂量率的测量.最后根据软件计算结果与电离室测量结果进行对比分析. 本课题取得的研究成果如下: (1)推导出的G(E)函数具体形式如下所示:G(E)=∑Kk=1Ak(logEi)k-1Dr=1/T∑ni=1N(Ei)G(E)dE上式中,K为多项式的项数;Ak为第K项对应计算参数;Dr为空气吸收剂量率,nGy/h;T为γ能谱的测量时间;i为能谱道数(i=1~n);N(Ei)为能量Ei的道址所对应计数.使用HPGeγ谱仪刻度求解出的Ak系数值计算点源标准能谱对应剂量率,与点源理论公式计算值相比,相对误差分别为1.9%、-2.9%、-1.7%、-2.5%、1.6%.误差越小,G(E)函数计算的剂量率值越准确,证明G(E)函数Ak系数值求解准确. (2)通过在中国计量科学研究院电离辐射计量科学研究所的标准(137Cs)γ辐射场上,选取5个标准剂量率点位,使用该HPGeγ谱仪进行γ能谱测量,利用求解出的G(E)函数进行γ能谱-剂量转换计算,对计算结果进行死时间修正处理,相对误差分别为1.4%、-0.2%、0.2%、0.9%、-2.3%,进一步说明Ak系数值求解正确,但如要减小误差,需要进一步优化对死时间的修正方法. (3)使用该HPGeγ谱仪在中国计量科学研究院昌平院区4个地点进行环境γ能谱测量,并应用设计的环境γ能谱剂量转换软件进行环境γ能谱-剂量计算,再加上宇宙射线剂量率值(+34.7nGy·h-1)后,计算结果与高气压电离室测量值相比,相对误差分别为0.8%、2.7%、-0.9%、1.8%.软件准确计算出环境γ能谱对应空气吸收剂量率,说明软件的运行是有效的,计算结果是可靠的.

目录

声明

第1章 引言

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 γ能谱法计算空气吸收剂量率

1.3.1 Beck公式法

1.3.2 总计数率法

1.3.3 G(E)函数法

1.4 主要工作内容及创新点

1.4.1 主要工作内容

1.4.2 创新点

1.5 本章小结

第2章 辐射剂量学中常用量与测量方法

2.1 辐射剂量学中常用量

2.1.1 比释动能

2.1.2 吸收剂量

2.1.3 照射量

2.1.4 比释动能与吸收剂量的关系

2.1.5 比释动能与照射量的关系

2.1.6 吸收剂量与照射量的关系

2.1.7 剂量当量

2.2 辐射剂量测量方法

2.3 本章小结

第3章 γ能谱测量原理与HPGeγ谱仪性能分析

3.1 γ射线与物质的相互作用

3.2 γ能谱特性分析

3.2.1 理论γ能谱

3.2.2 实际γ能谱

3.3HPGe γ谱仪性能分析

3.3.1 γ谱仪特性

3.3.2HPGe γ谱仪组成结构

3.4 本章小结

第4章 G(E)函数法原理及计算推导

4.1 基本理论

4.2 计算推导

4.2.1 最小二乘法与共轭梯度法

4.2.2 计算推导过程

4.3 本章小结

第5章 环境γ能谱剂量转换软件设计开发

5.1 运行原理及主要功能

5.2 结构框架及操作界面

5.2.1 结构框架

5.2.2 操作界面

5.3 γ能谱数据及获取方法

5.3.1 γ能谱数据

5.3.2 获取方法

5.4 剂量计算方法

5.5 连续测量模式

5.6 本章小结

第6章 实验验证及误差分析

6.1 实验验证

6.1.1 γ谱仪刻度

6.1.2 求解G(E)函数

6.1.3 标准辐射场验证

6.1.4 环境γ能谱剂量转换软件验证

6.2 误差分析

6.3 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

作者攻读学位期间的科研成果

致谢