非电离室型探测器在深度剂量扫描中的应用研究

为研究非电离室型探测器在深度剂量分布扫描中的响应特性,通过采用平板电离室、半导体和宝石探测器对医用光子束和电子束深度剂量分布进行扫描,并以平板电离室作为参考,分析比较半导体和宝石探测器在最大剂量深度、射线质等参数来探究其在深度剂量上的性能。结果表明:医用光子束下除两支探测器外,其余探测器获得的射线质与参考值的最大相对偏差为-0.67%,符合TRS-398报告高能光子束允许的不确定度1.0%,电子束<10 MeV时,各能量下非电离室型探测器获得的射线质与参考值的平均相对偏差最小为1.91%,能量≥10 MeV时,平均相对偏差最大为1.01%,除两支探测器外,其余探测器的相对偏差最大为-1.15%,符合TRS-398报告高能电子束允许的不确定度1.2%。P型半导体探测器获得的射线质与参考值的相对偏差在±0.85%内,比E型半导体探测器的相对偏差范围±0.67%大。结论:非电离室型探测器在高能光子束下影响较小,电子束<10 MeV时影响较大,能量≥10 MeV时影响较小,且尽量选择E型半导体探测器,并考虑探测器外壳材质。

反应堆中子通量测量用裂变电离室探测装置研制

为建立一套用于反应堆中子通量测量的监测装置,以实现核电站堆外核测量系统测量要求,研制了一种长灵敏区、宽量程、高灵敏度和强γ抑制能力的裂变电离室探测装置。同时对该裂变电离室探测装置的热中子灵敏度、高压坪特性、甄别特性和γ感应度等典型核性能指标进行了试验验证。试验结果表明,该裂变电离室综合性能能够满足AP1000系列核电站堆外核测量系统中间量程测量通道的应用需求。

堆外核测量系统裂变电离室线性响应研究

为满足先进反应堆堆外核测量系统中间量程测量通道灵敏度高、探测器灵敏区长、反应堆线性响应好的需求,采用多支灵敏区长度具有一定比例关系、同时机械结构完全相同的裂变电离室,进行热中子灵敏度标定和反应堆线性响应研究,以为核电厂实际所需长灵敏区裂变电离室提供一种在现有试验堆条件下进行其核性能试验的方法。通过测量不同灵敏区长度的裂变电离室热中子灵敏度和反应堆高中字注量率下的线性响应,对其热中子灵敏度随灵敏区长度的线性变化和反应堆线性响应进行试验验证。测量结果表明,裂变电离室热中子灵敏度随灵敏区长度呈线性关系,且在反应堆热中子注量率1.23×10^(2)~3.10×10^(10)nv(1nv=1n·cm^(-2)·s^(-1))范围内进行计数率模式和MSV模式线性拟合,裂变电离室最大线性度为-1.23%。

应用屏栅电离室测量^(16)O(n,α)^(13)C反应的模拟研究

基于Geant4建立了一套利用屏栅电离室测量^(16)O(n,α)^(13)C反应的模拟方法,能预测不同入射中子能量、不同屏栅电离室结构、不同工作气体和样品参数等实验条件下屏栅电离室测量到的阴极-阳极幅度2维谱。为了验证该模拟方法的可靠性,在北京大学4.5 MV静电加速器上开展了实验,实验所用的中子能量为5.06 MeV,工作气体为0.3 MPa的Ar与体积分数为3.45%CO 2组成的混合气体(其中的氧作为待测样品)。实验测得了屏栅电离室的阴极阳极幅度2维谱,且模拟与实验结果吻合较好。基于此模拟方法提出了一套实验条件的优化方案,可为下一步在宽能区精确测量^(16)O(n,α)^(13)C反应截面提供参考。

二维电离室矩阵测量放射治疗附件的皮肤剂量研究

目的分析应用二维电离室矩阵(MatrixX)测量放射治疗附件导致皮肤剂量的变化。方法2022年1—4月医院应用MatrixX测量相同射野面积下8种不同放射治疗附件(0.5/1.0 cm补偿胶、拉伸/未拉伸热塑体膜、头部/头颈肩/腹部塑形垫、碳纤维床板)皮肤剂量的变化,并比较不同射野面积(5 cm×5 cm、10 cm×10 cm、15 cm×15 cm、20 cm×20 cm)下覆盖不同放射治疗附件的皮肤剂量及不同射野面积下皮肤剂量的增加幅度。结果8种放射治疗附件均会导致皮肤剂量增量,1.0 cm厚补偿胶导致的剂量增量最大,然后依次为5.0 cm厚腹部塑形垫,3.0 cm厚全碳纤维延长床板、0.5 cm厚补偿胶、3.0 cm厚头部塑形垫、2.0 cm厚头颈肩塑形垫、2.5 mm厚的未拉伸热塑膜及2.0 mm厚的拉伸过的热塑膜。且随着射野面积的不断增大,皮肤剂量也相应增加。结论通过应用MatrixX测量放射治疗附件带来的皮肤剂量,发现放射治疗中使用附件可能会使皮肤剂量不同程度的增加,与其材质、厚度等均有关系。对于相同材质的附件,厚度越厚、射野面积越大,对皮肤剂量的影响也越大。为减小放射治疗附件对皮肤剂量的影响,可根据照射区的大小和形状,合理裁剪补偿胶和热塑膜,以避免急性皮肤反应的发生,确保放射治疗安全、有效。

核测量用裂变电离室宽量程中子注量率测量性能验证

分析了堆外核测量系统中间量程裂变电离室工作原理及宽量程测量的多种工作模式,根据其多工作模式特点研究宽量程中子注量率测量技术,探讨了上堆试验方法。对裂变室脉冲模式和均方压模式情况在反应堆进行性能验证,验证结果表明,该探测器具有超宽的量程范围,探测器输出与中子注量率在脉冲计数模式线性度最大值为1.16%,均方压工作模式线性度最大值为2.06%,中子通量测量上限可达到1010 cm^(-2)·s^(-1)量级,符合AP系列堆外核测量系统中间量程通道的宽量程使用要求,可广泛应用于核电及船用堆外核测量监测系统。

β辐射个人剂量当量H_(p)(3)次级标准电离室的设计与性能测试

研发了β辐射个人剂量当量H_(p)(3)次级标准电离室,不同于主标准器外推电离室的外推结构设计,该电离室采取附带体模的平板电离室的结构,兼顾高测量精度(相对固有误差<2.0%)的同时,简化试验流程。辐射性能试验结果表明:在β辐射H_(p)(3)个人剂量当量率5~170 mSv/h内的相对固有误差不超过±1.5%;具备β辐射H_(p)(3)个人剂量当量率0.5 mSv/h~1.5 Sv/h内至少5个量程的测量范围且相对固有误差不超过±4.0%;在β辐射±60°入射角下的响应相对偏差不超过±5%;电离室的测量重复性为0.6%;对^(90)Sr/^(90)Y源在30 cm处加展平过滤的测量相对扩展不确定度为U_(rel)=3.9%(k=2)。另外,实验发现,H_(p)(3)电离室对低能污染光子具有相对较高的响应。

高气压电离室环境适应性、可靠性和计量特性的设计与测试

为建立用于环境水平γ辐射场所剂量率监测用高气压电离室,从电离室外壳、探头结构、电子学系统等方面开展优化设计,提升设备的环境适应性、电磁兼容性以及可靠性。参照标准方法,产品样机在第三方测试机构开展通用质量性能测试,测试结果表明:该产品工作及贮存温度范围-10℃~45℃,湿度范围≤93%RH;具备一定抗振动冲击能力,满足GB/T 8993-1998中运输环境条件严酷等级2M1要求;电磁兼容性中静电放电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度满足GB/T 17626.2-2018、GB/T 17626.3-2016的相关要求;可靠性满足MTBF≥1000 h的要求,该产品的环境适应性、电磁兼容性、可靠性符合计量级产品需要,可作为便携式辐射剂量仪用于无气候防护场所。自研的高气压电离室可携带至现场作为环境水平空气比释动能高准确度工作计量器具使用,开展辐射剂量监测。

电离室型氚监测仪实验室校准技术

电离室型氚监测仪是监测空气中氚气浓度水平最重要的在线监测设备,为解决国内流气式电离室型氚监测仪的量值传递问题,开展了电离室型氚监测仪校准技术研究。根据质量流量方法建立氚监测仪的实验室校准装置,通过控制充入校准装置标准氚气体积,采用稀释法配制校准用的参考氚气,用于对电离室型氚监测仪进行校准测试;同时在研制的实验室校准装置上开展校准过程影响因素对校准结果影响研究;采用实验室校准装置配制的参考氚气浓度的扩展不确定度为3.2%~3.6%(k=2);SP1400氚监测仪对活度浓度为3.10×10^(3)~1.98×10^(5) Bq/L范围内氚气响应线性良好(r^(2)=0.9993),校准因子为0.97,标准合成不确定度为4.3%~5.0%。氚监测仪实验室校准装置可配制不同活度浓度的氚气,对氚监测仪进行校准操作性较好,易于推广,准确度高。

电离室型氚监测仪现场校准技术研究及装置研制

为满足核设施及涉氚场所氚监测仪现场校准需求,开展氚监测仪现场校准技术研究。根据国际标准推荐的校准方法,组建便携式校准装置,采用质量流量法稀释配制校准用的参考氚气,在校准回路中引入参考电离室,对现场氚监测仪进行校准测试。结果表明,在便携式校准装置上,可配制不同活度浓度的参考氚气,用于不同量程的氚监测仪校准。经校准,M347氚监测仪校准因子为1.09,合成标准不确定度为5.6%(k=2)。用于现场校准的便携式校准装置可利用浓度已知的氚标准源配制三个不同量级活度浓度的氚气,对氚监测仪进行校准可操作性较好、易于推广、准确度高。

X、γ射线个人剂量当量次级标准电离室系统质量特性设计与测试

X、γ射线个人剂量当量次级标准电离室系统主要用于复现个人剂量当量、完成个人剂量当量量值传递,是保障辐射防护领域个人剂量当量量值准确和人员安全的重要设备。重点研究自研X、γ射线个人剂量当量次级标准电离室系统的可靠性、环境适应性的设计并开展试验测试;试验结果表明,X、γ射线个人剂量当量次级标准电离室系统可靠性满足MTBF≥1000h的要求,系统贮存温度范围-10~50℃,工作温度范围10~40℃,相对湿度为40%~75%。该产品的各项通用质量特性符合计量级产品工作环境条件要求,可作为次级标准用于X、γ射线个人剂量当量的量值复现与量值传递。

48 keV~1.25 MeV X/γ射线空腔电离室研制及性能测试

防护水平电离室广泛应用于核设施、放射治疗和辐射环境监测等剂量率的测量,为了提高防护水平电离室的国产化水平,设计了测量防护水平剂量率的空腔电离室。通过理论计算、蒙特卡罗模拟对电离室的室壁厚和保护极进行研究。在不同能量辐射场中对电离室性能进行测试,测试结果表明:电离室漏电流绝对值小于5 fA,工作坪区为200~800 V。在N60~N250的X辐射场和^(137)Cs、^(60)Coγ辐射场中对电离室的能量响应进行测试,当剂量率归一化到^(60)Co时,电离室能量响应相对偏差在±5%之内,电离室在半年内的长期稳定性和角响应都优于0.5%。所述电离室能够实现3 mGy/h~30 Gy/h剂量率的测量,且与约定剂量率相对偏差优于±5%。

基于Geant4的碳离子治疗三维电离室阵列仿真设计

为快速准确地实现碳离子治疗计划的三维剂量验证,采用有机玻璃PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)为电离室室壁和水等效模体,设计了一种三维电离室阵列,并通过Geant4软件对三维电离室阵列的结构设计进行了深入研究与验证。首先通过模拟不同能量碳离子束在水和PMMA模体中沉积的剂量分布,计算了PMMA模体的水等效厚度系数;然后研究了三维电离室阵列中电离腔室间的距离及信号导线对其剂量测量准确度的影响;最后模拟并验证了碳离子束在三维电离室阵列中沉积的剂量分布。结果表明:PMMA模体的水等效厚度系数为1.151;相邻电离腔室间的信号串扰主要来源于前侧的电离腔室,且串扰程度与电离腔室间距呈反比,间距为1 mm时串扰程度占电离腔室内剂量的3%,间距为30 mm时串扰影响可完全消除;信号导线对后侧电离腔室内剂量的干扰影响约为1%。将碳离子束在三维电离室阵列中沉积的剂量分布与PMMA模体中的剂量分布进行对比,碳离子束的射程具有良好的一致性,偏差为0.5 mm。

高剂量率近距离治疗源井型电离室校准

对高剂量率60Co近距离治疗放射源参考空气比释动能率进行测量并校准井型电离室。根据国际原子能机构推荐方法利用指型电离室测定参考空气比释动能率标准值,进而对井型电离室校准。参考空气比释动能率标准值为1.0613×10^(-2)Gy·m^(2)·h^(-1),井型电离室的校准因子为9.391×10^(5)Gy·m^(2)·h^(-1)·A^(-1);60Co放射源的参考空气比释动能率标准值的不确定度为2.11%(k=2),井型电离室校准因子的不确定度为2.6%(k=2)。实现了60Co近距离治疗放射源参考空气比释动能率的测量及其井型电离室的校准,为高剂量率^(60)Co近距离治疗源的临床质控提供了量值保障。

移动式微型裂变电离室中子探测器研制与核特性测试

微型裂变电离室是一种反应堆上广泛使用的堆芯中子探测器。国内CPR1000核电机组的堆芯中子注量率测量系统采用移动式微型裂变电离室作为中子探头,在反应堆运行过程中测量反应堆中子通量,提供堆芯中子通量分布图,是核电站重要的安全仪控设备。对标现役国外产品的服役条件和技术指标要求,研制了一款移动式微型裂变电离室中子探测器,并参照国家标准GB/T 7164-2022和行业标准NB/T 20215-2013,对探测器的核特性进行了测试。测试结果表明:其核特性与国外产品相当,有望实现该反应堆安全产品的“国产替代”。

一种圆柱型裂变电离室的核性能研究

为克服裂变电离室技术性能指标满足工程应用需求的困难,探究实际应用中长灵敏区裂变电离室研制的可行性,实现三代核电堆外核测量系统中间量程探测器的国产化应用,研制了一种可用于核电站堆外核测量系统的圆柱型裂变电离室。并基于热中子注量基准装置、标准γ辐射装置和反应堆辐照孔道等试验平台,测试了该裂变电离室的甄别特性、热中子灵敏度、每个脉冲电荷量、平均电子收集时间、高压坪特性、重复性和γ感应度等主要核性能指标,以及探测器性能随温度变化的关系。测试结果表明,该裂变电离室热中子灵敏度可达0.53 s^(-1)/nv,每个脉冲电荷量为1.88×10^(-13) C,平均电子收集时间约为400 ns,高压坪特性坪长≥400 V、坪斜≤4%/100 V,γ感应度3.30×10^(-9) A·Gy^(-1)·h,重复性最大为2.4%,各项指标均优于设计要求。该裂变电离室的研制成功为后续长灵敏区裂变电离室的研制奠定了基础。

氢同位素形态对电离室氚测量的影响

电离室是在线含氚气体测量的重要手段,其测量响应快但却受到多种因素影响。在聚变堆包层氚载带提取的氦气中存在不同形态的氢同位素气体(如H_(2)O、HTO与HT),为了研究其对电离室氚测量的影响,本文结合电离室、色谱、露点仪等测量设备建立了一套循环实验系统。在该系统中,分别配制了湿润的高纯氦气、湿润的含氚氦气、干燥的含氚氦气,将其缓慢充入循环系统,以此实验方式研究了水汽对电离室和色谱测量的影响,分析了高浓度氚环境下电离室测量时的离子复合效应。再通过不同氢浓度的氦载气中氚活度浓度测量实验验证了在He-H_(2)体系下氢气对电离室氚测量电离增强效应的影响。结果表明,当系统中H_(2)O、HTO与HT的浓度增加将导致电离离子的复合效应增强,电离室氚活度浓度测量结果降低,色谱测量得到的结果在水汽影响情况下比实际值低。在He-H_(2)环境中,氚活度浓度测量值受到氢气含量电离增强效应的影响。

多节点微口袋裂变电离室信号串扰的抑制

微口袋裂变电离室(micro-pocket fission detector, MPFD)是堪萨斯州立大学提出的一种新型微型裂变电离室,通过组合多个探测器形成一个多节点的探测器阵列,用于核反应堆堆芯中子注量率的三维在线监测或辐照样品处中子注量率的原位在线监测。在多节点探测器的设计过程中,由于各节点用于施加电场和输出信号的平行导线距离非常近,必须抑制各节点之间产生信号的相互串扰,以获得各节点输出信号的准确信息。本工作提出了一种3节点的MPFD设计,利用Garfiled、SRIM以及有限元分析方法对MPFD不同节点之间的串扰信号进行模拟分析,结果表明,MPFD串扰信号较主信号低1个量级,且极性相反。同时,制做了3节点的MPFD探测器样机,利用235U自发衰变产生的α粒子对两个节点之间的串扰信号进行了实验测试。实验结果与模拟计算结果一致,表明这种3节点的MPFD,由不同节点产生的串扰信号可通过信号极性和脉冲幅度进行甄别,不影响探测器对中子注量率的测量。

MC法模拟与实验验证高气压电离室能量响应

使用MCNP5对两个高气压电离室进行MC模拟,并完成实验测量,分别得到两个电离室的两种能量响应结果。将模拟结果与实验结果对比发现,两种结果在低能量段差异较大,两个电离室都在48 keV处相对偏差最大;在高能量段差异较小,1号电离室在1250 keV处相对偏差最大,2号电离室在662 keV处相对偏差最大;两种结果在164~1250 keV能量段的能量响应整体范围相近。最后分析发现在低能量段差异较大的主要原因是电离室的制造误差和模拟计算能量沉积时产生的计算误差。

电镀法制备裂变电离室电极铀膜

裂变电离室电极镀铀(235 U)的均匀性、镀膜厚度和结合力是影响中子探测器灵敏度等性能关键所在,以无水乙醇为电镀液,铂丝为阳极,通过考察阴极镀件(铝管)处理工艺、pH值、电流密度、电镀时间和镀液中U(Ⅵ)初始浓度对电镀效率及镀膜的影响,进而确定了电镀铀的最佳工艺参数。研究结果表明,当电流密度为6.50 mA/cm^(2)、电镀时间为30 min、pH=2.6、极间距为12 mm、镀液中U(Ⅵ)初始质量浓度为1.96 mg/mL时,电镀效率约达92.4%,镀膜厚度可达2.26 mg/cm^(2)。采用X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM-EDS)等对镀层进行了表征。XPS表明U以六价态的UO_(2)+2聚合物和四价态的二氧化铀(UO_(2))形式存在,且纯度较高。SEM显示镀层表面平整、致密。划痕法测试结果表明,镀层结合力一般。