环境水平X射线周围剂量当量测量与研究

摘要

随着我国核技术在能源、工业、医疗、农业、国防、科研等领域应用的快速发展，辐射环境监测受到广泛的关注。尤其是福岛核电事故以后，公众对放射性环境的监测和评价尤为关心。根据我国环境保护法，核电站、放射源、射线装置等电离辐射设施周围需要对放射性环境进行有计划的监测，以评估放射性环境对公众和放射性从业人员产生的照射剂量，并为异常放射性释放提供快速评估，并在必要时采取应急措施。放射性环境监测仪表作为强制检定的计量器具，它的量值溯源是一个急需解决的计量问题。目前国内在环境监测方面包括200多个辐射环境自动监测站的仪器都要进行环境水平X、γ射线计量仪器的检定和校准，环境水平X射线空气比释动能的研究可以为这些仪器仪表提供准确的量值溯源和可靠的型式评价，更好地发挥X射线在低剂量率水平进行环境监测的作用，以保障公众人员的健康和安全。
　　本论文依托于国家重点研发计划《电离和光辐射极端量计量关键技术研究》中“低剂量率X射线、γ射线计量关键技术研究”（课题编号:2017YFF0205101）和中央级公益性科研院所基本科研业务费课题《环境水平X射线空气比释动能测量方法研究》，借助于中国计量科学研究院已建立的（60-250）kV X射线空气比释动能国家基准以及(20-300)kV X射线标准辐射装置进行测量研究。
　　论文针对国内外有关低剂量率测量的国家和实验室充分叙述的基础上，自主设计一套半值层测量系统，通过一系列的铅、锡、铜和铝的组合，建立(55-240)kV7个环境水平X射线空气比释动能辐射质，第一半值层与ISO4037最大偏差在3.59％。利用高纯锗谱仪对所建立的辐射质进行了能谱的测量，并对X射线脉冲高度谱到注量谱的反解进行了理论研究。利用中能基准电离室以及微弱电流测量系统、激光和量杆定位系统开展了环境水平X射线空气比释动能的绝对测量。并对绝对测量中所需要的各项修正因子进行了实验和模拟研究，尤其是自主设计加工光阑，完成前壁穿透辐射修正因子的测量。论文接着在高剂量率辐射质下对环境监测电离室进行了刻度，插值得到电离室在环境水平X射线辐射质下的刻度系数，完成了空气比释动能的相对测量。并在L-100辐射质下完成了两种方法的比较，偏差在0.8％，在不确定度范围内符合。
　　在对环境水平X射线空气比释动能量值传递过程中，完成了对PTW32003球形电离室以及高气压电离室的测量和校准，给出了其能量响应。并在241Am和137Cs等放射源上进行了刻度，获得了从低能端到高能段其能量响应的完整曲线。完成了从高剂量率到低剂量率的量程下沿，对防护类和环境类辐射监测仪器仪表进行了刻度和测试，评价了其性能指标。
　　论文最后对环境水平X射线周围剂量当量也进行了初步的研究和讨论，并对X射线空气比释动能到周围剂量当量的转化系数进行了研究，对FHT192高气压电离室和451P等辐射环境监测电离室进行了能量响应的刻度。对空气比释动能的测量结果进行了不确定度分析，完成了环境水平X射线从电离电流到空气比释动能再到周围剂量当量的转化的研究。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及目的意义

1．2 国内外研究现状调研

1．3 主要研究的内容

第2章 理论基础及辐射装置

2．1 计量学基础

2．1．1 量值传递和量值溯源

2．1．2 检定和校准

2．2 X射线辐射计量

2．2．1 X射线的产生与测量

2．2．2 空气比释动能

2．3 中能X射线辐射装置

2．3．1 X射线光机

2．3．2 X射线滤过系统

2．3．3 中能X射线基准电离室

第3章 环境水平X射线参考辐射质的建立

3．1 光机固有过滤

3．2 半值层测量

3．3 辐射束规范测量结果

3．3．2 X射线有效能量

第4章 X射线能谱测量与研究

4．1 X射线能谱测量系统

4．2 能量刻度

4．3 脉冲高度谱的测量

4．4 解谱技术的初步研究

4．4．1 注量谱

4．4．2 响应矩阵

第5章 X射线空气比释动能量值复现

5．1 量值复现原理和方法

5．2 微弱电离电流测量系统

5．3 修正因子的测量

5．3．1 空气衰减修正Ka

5．3．2 复合损失修正Ks

5．3．3 前壁穿透修正Kp

5．3．4 极性修正Kpol

5．3．5 电子损失Ke、荧光散射Ksc Kfl

5．3．6 修正因子汇总

5．4 空气比释动能量值复现

第6章 环境水平X射线空气比释动能量值传递

6．1 原理和方法

6．2 标准电离室的刻度

6．2．1 CCRI辐射质下电离室的刻度

6．2．2 环境水平辐射质下电离室的刻度

6．2．3 两种方法的结果比较

6．3 TW32002电离室在4米出值

6．4 TW32003电离室的校准

6．5 高气压电离室的校准

第7章 空气比释动能到剂量当量的转换和不确定度分析

7．1 当量剂量和剂量当量的关系

7．2 转换系数

7．2．1 经验公式测量方法

7．2．2 能谱测量方法

7．3 剂量当量仪表的校准

7．3．1 Thermo Scientific FHT 192电离室的校准

7．3．2 451P电离室的校准

7．4 不确定度分析

7．4．1 空气比释动能不确定度分析

7．4．2 传递电离室刻度因子不确定度分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果