X射线石墨空腔电离室修正因子研究

摘要

本研究课题主要研究管电压为(250-600) kV的X射线空气比释动能基准装置石墨空腔电离室，运用实验和模拟方法计算X射线空气比释动能绝对测量计算式中的修正因子。空气比释动能是电离辐射基本量，它是电离辐射剂量学中需要精确测量的量。而且修正因子也是空气比释动能国际关键比对中非常重要的比对项目，修正因子的精确测量对保证获得精确地X射线空气比释动能值和减小X射线空气比释动能的不确定度具有非常重要的意义。
　　国际上使用的X射线空气比释动能绝对测量的装置都是气体探测器，主要是自由空气电离室，目前国际上低能(10-60) kV和中能(60-250) kV两个能量段X射线空气比释动能的基准都是用自由空气电离室建立的。而石墨空腔电离室，在国际上主要用于137Cs（平均能量661 keV）、60Co（平均能量1.25MeV）γ射线空气比释动能的绝对测量研究，在γ射线基准装置中使用石墨空腔电离室原因是石墨空腔电离室对较高能量的射线具有比较好的能量响应并且测量中可以达到非常高的精度和稳定度，并且测量结果的不确定度也很低，完全满足空气比释动能量值传递和量值溯源的要求。显然，在光子能量从(250-661) keV能量段在国际比对中还处于空白。本课题就是根据现有的最大管电压为600kV的X射线光管，基于实现(10-600) kV整个能量范围内的X射线空气比释动能的绝对测量研究，满足X射线在各个能量范围的医学诊断、防护、治疗和工业上的应用。
　　本人的研究内容该依托于中国计量科学研究院电离辐射研究所的基本科研业务专项:(250-450) kV X射线空气比释动能基准的研究。根据设计加工的石墨空腔电离室材料和结构尺寸，运用EGSnrc程序分别模拟得到球型和球柱球型的石墨空腔电离室几何结构，运用BEAMnrc程序包分别模拟(250-600) kV X射线宽谱、窄谱、高空气比释动能三个系列各八个辐射质的X射线注量谱，最后运用EGSnrcMP程序包分别模拟计算(250-600) kV X射线石墨空腔电离室在不同能量范围下的壁修正因子。
　　论文中X射线石墨空腔电离室的射束径向不均匀修正因子、射束轴向不均匀修正因子、电离室杆散射修正因子、电离室复合损失修正因子均通过实验方法测量得到，而电离室的湿度修正因子国际上普遍采用按照电离辐射计量标准咨询委员会CCEMRI(I)给出的推荐值，本文中该修正因子也采用该推荐值。
　　实验中将球柱球型石墨空腔电离室放置在中能(60-250) kVX射线基准辐射场中，测量CCEMRI(CCRI)250kV规范下的X射线空气比释动能值，测得的空气比释动能值与基准值偏差为0.99％。修正因子作为空气比释动能计算式中修正项，空气比释动能偏差值一定程度也反应修正因子准确度。
　　上述的研究工作，在一定程度上完成(250-600) kV X射线石墨空腔电离室空气比释动能中修正因子的相关研究。本文为(250-600) kVX射线石墨空腔电离室空气比释动能基准的建立打下了坚实的基础，为X射线各规范量值的国际比对和国内辐射防护和环境监测等各领域的量值传递提供了基础。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文依托课题

1．4 主要研究的内容

第2章 X射线石墨空腔电离室空气比释动能理论基础

2．1 X射线产生原理

2．2 X射线与物质相互作用

2．3 空气比释动能的定义

2．4 空腔电离理论

2．5 X射线石墨空腔电离室空气比释动能测量原理

2．6 石墨空腔电离室修正因子

第3章 石墨空腔电离室壁修正因子的模拟计算

3．1 蒙特卡罗模拟方法

3．2 EGSnrc程序

3．2．1 BEAMnrc

3．2．2 EGSnrcMP程序包

3．2．3 egs_view程序包

3．2．4 Cavity程序代码

3．3 石墨空腔电离室壁修正因子

3．3．1 电离室壁修正因子定义

3．3．2 BEAMnrc模拟(250-600)kV X射线辐射质能谱

3．3．3 电离室壁修正因子的模拟计算

第4章 实验方法测量的修正因子

4．1 射束轴向不均匀修正因子实验测量

4．1．1 实验测量原理

4．1．2 实验测量结果

4．2 杆散射修正因子

4．2．1 杆散射修正因子测量原理

4．2．2 杆散射修正因子结果

4．3 射束径向不均匀修正因子

4．3．1 射束径向不均匀修正因子测量原理

4．3．2 射束径向不均匀修正因子测量结果

4．4 复合损失修正因子

4．4．1 复合损失修正因子测量原理

4．4．2 复合损失修正因子测量结果

4．5 空气湿度修正因子

4．5．1 空气湿度修正因子原理

4．5．2 湿度修正因子数据

第5章 电离室总修正因子计算及验证

5．1 自由空气电离室空气比释动能基准值

5．1．1 实验方法原理

5．1．2 (60-250)kV X射线空气比释动能基准值

5．2 石墨空腔电离室测量空气比释动能值

5．2．1 石墨空腔电离室体积测量

5．2．2 球柱球型石墨空腔电离室在CCRI 250kV规范下修正因子结果

5．2．3 空气比释动能计算式中物理常数

5．2．4 X射线空气比释动能值比较验证

5．2．5 CCRI 250kV规范下X射线空气比释动能不确定度分析

5．3 (250-600)kV规范下总的修正因子计算结果

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果

附录