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。

环境γ剂量率仪现场校准的修正技术研究

在对辐射环境自动监测站上方环境γ剂量率仪开展现场校准工作时,由于条件限制,一般将标准仪器放置在待校准仪器的旁侧进行校准,因此辐射环境自动监测站舱体的屏蔽会给校准因子带来一定的误差。本文通过建立辐射环境自动监测站环境空间模型,在MCNP中模拟了现场校准时的粒子输运过程,利用模拟计算结果对校准因子进行了修正,并通过实验方法加以验证,从而提高了现场校准工作的准确性。

基于热释光剂量计的少道谱仪研究

针对脉冲X射线单次脉冲时间短,瞬时剂量率大的特点,研究了一种基于热释光剂量计(TLD)的少道谱仪,该谱仪可用于脉冲X射线的能谱测量。本研究对该谱仪的吸收片及探测器进行选型,结合蒙特卡罗方法模拟少道谱仪对不同能量单能光子的响应矩阵,分析其对谱仪能量分辨率的影响,使用最大熵法开展脉冲X射线解谱验证工作,分析初始迭代谱对解谱效果的影响。结果表明,基于热释光剂量计研制的少道谱仪,可以开展短脉冲、高剂量率脉冲X射线能谱测量工作,同时也适用于其他大剂量率辐射场的能谱测量。

G-M计数器用于n、γ混合辐射场γ周围剂量当量测量研究

基于中子的产生和反应机制,中子参考辐射场均为n、γ混合场,其γ成分主要来源于中子产生时的伴随γ和中子与辐射场环境物质相互作用产生的γ。本工作研究了一种能量补偿型盖革-弥勒(G-M)计数器在n、γ混合辐射场中的应用。通过蒙特卡罗(MC)粒子输运程序MCNP对其能量响应进行模拟研究,并在γ参考辐射场中进行实验验证,验证了其能量补偿方案能够有效抑制低能区的过响应。利用该能量补偿型G-M计数器对实验室放射性核素中子源辐射场的γ周围剂量当量进行测量,完善了参考辐射场的参数,可为解决由中子仪表的γ响应特性带来的校准问题提供支撑。

CIAE电离辐射计量技术发展回顾

本文回顾了中国原子能科学研究院(CIAE)早期开展的电离辐射计量与测试技术研究及成果、电离辐射一级计量站成立后电离辐射计量体系的建立与完善,以及2000年后电离辐射计量新技术与新方法研究。通过回顾CIAE电离辐射计量技术从满足核工业所需的常规电离辐射计量测试方法到绝对测量新方法研究、极值量计量、动态量计量、特殊环境计量、特殊放射性气体活度计量以及特殊放射性标准物质制备的发展历程,追根溯源,以期进一步提升综合计量保障能力,并在先进计量测试理论与方法、核医学与放射治疗计量、辐射生物计量等方面继续开拓创新,取得更大的进步。

放射性钠气溶胶监测仪校准方法研究

中国实验快堆(China Experimental Fast Reactor,CEFR)采用液态金属钠为冷却剂,一回路冷阱工艺间的放射性钠气溶胶对工作人员的健康和安全有危害,需要对其进行监测以便及时采取相应的防护措施。为保证监测结果的准确性,需要对放射性钠气溶胶监测仪进行定期校准。通过采用特制的放射性气溶胶滤膜源,对放射性钠气溶胶监测仪进行校准方法研究,分别对监测仪计数率对标准源活度响应、相对误差、重复性等主要校准不确定度来源进行分析及不确定度评定。研究结果表明:放射性钠气溶胶监测仪计数率对活度响应因子的不确定度为5%(k=2),该校准方法适用于放射性钠气溶胶监测仪的校准,满足该监测仪量值溯源的要求。

电离室型氚监测仪校准方法及影响因素研究

为解决国内电离室型氚监测仪的量值溯源难题,开展了电离室型氚监测仪校准方法研究.建立氚监测仪的实验室校准装置,以氚气标准源和电离室型氚监测仪为研究对象,研究校准回路中气体压强、湿度、校准回路中氚的滞留效应、周围γ射线等对校准结果的影响以确定适当的校准条件;通过控制充入校准装置内氚气标准源体积配制不同活度浓度的校准氚气,测量氚监测仪对氚活度浓度的响应.电离室型氚监测仪对氚气活度响应线性良好(R^(2)=0.9994),校准因子为1.17,扩展不确定度(k=2)为8.0%.

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。

过滤X射线参考辐射场特性的蒙特卡罗模拟研究及实验验证

为研究过滤X射线参考辐射场特性,利用蒙特卡罗方法对中国原子能科学研究院计量测试部过滤X射线参考辐射场的原级谱、均匀性及散射辐射进行了模拟,并利用PTW球形电离室进行了实验测量。结果表明,蒙特卡罗模拟结果与实验结果符合较好,验证了所建模型的正确性及蒙特卡罗方法对模拟过滤X射线参考辐射场的有效性,为后续模拟研究工作奠定了基础。

脉冲X射线参考辐射场设计与研究

脉冲辐射在新型探测器研制、工业探伤、X射线诊断、核事故应急和科研等领域中已经得到了广泛应用,其辐射剂量(率)测试难度极大。为解决主动式辐射剂量仪的脉冲响应测试技术难题,基于多种X射线机建立了脉冲X射线参考辐射场,结合次级标准电离室及脉冲时间测量系统开展了脉冲辐射剂量(率)定值。实验结果表明,所建立的脉冲X射线参考辐射场的脉冲宽度在25 ns~10 s之间可调,瞬时剂量率范围为:5 mSv/h~6.7×10^(5) Sv/h,可广泛开展主动式辐射剂量仪的脉冲响应特性研究,对于解决脉冲辐射剂量监测仪器的校准难题具有重要意义。

现场校准用便携式X射线照射装置的优化设计及辐射特性研究

中国原子能科学研究院计量测试部研制了一款用于校准现场固定式X、γ辐射剂量仪的便携式X射线照射装置。首先利用蒙特卡罗软件建立模型,对出射口准直光阑结构进行优化设计,随后,对所建参考辐射场射束范围、均匀性及散射辐射进行模拟计算,并利用TW32005电离室进行了实验验证。在本研究所选辐射质、管电流及参考点-焦斑距离条件下,所建立的辐射场能量范围为60~164 keV,空气比释动能率在0.08~565 mGy/h,周围剂量当量率在0.13~892 mSv/h,为后续利用便携式X射线照射装置开展现场校准技术研究奠定了基础。结果表明,经优化设计后的准直光阑在满足准直限束需求的同时有效减轻了自身重量,便携式X射线参考辐射场特性满足GB/T 12162.1—2000要求,验证了所建模型的正确性及蒙特卡罗方法用于便携式X射线参考辐射场特性研究的有效性。

相转移法制备^(137)Cs 3D打印用光敏树脂的可行性研究

为弥补目前国内外精密异形放射源制备工艺的不足,将3D打印技术引入放射源制备领域。本研究采用相转移方法制备^(133)Cs3D打印用光敏树脂,使用高分辨电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行检测,探索制备条件。并通过溴化镧探测器对制备的^(137)Cs3D打印用光敏树脂材料进行检测。结果表明,通过相转移方法制备的三种^(133)Cs3D打印用光敏树脂和^(137)Cs3D打印用光敏树脂中铯元素分布不均匀度<5%。相转移法作为一种操作简便、反应条件温和的方法可用于制备含有铯元素的3D打印用光敏树脂,且具有一定普适性。

非均整条件下β射线组织吸收剂量率测量技术研究

基于^(90)Sr-^(90)Y和^(85)Kr放射源产生的β射线参考辐射场,对非均整条件下β射线参考辐射场中组织吸收剂量率进行了绝对测量。采用电容法测量得到外推电离室的有效收集面积为7.25cm^(2)。该有效收集面积与几何标称值的相对偏差为0.185cm^(2)。通过实验测量了收集体积中的空气密度修正因子k_(ad)、轫致辐射影响修正因子k_(br)和复合损失修正因子k_(sat)。并使用蒙特卡罗方法计算了外推电离室侧壁对β粒子通量密度扰动的修正因子k_(pe)和在收集体积中吸收剂量率不均匀性的修正因子k_(ih)。通过测量和模拟与外推电离室相关参数及修正因子,确定了放射源常用校准距离(放射源距电离室入射窗11cm,20cm,30cm和50cm)处的组织吸收剂量率,扩展不确定度分别为2.7%(k=2)和2.9%(k=2)。本研究结果可以为完善β射线剂量当量溯源及量值传递提供技术保障。

医院中子照射器中子照射束流等效平面源研究

为了在医院中子照射器上开展肿瘤硼中子俘获治疗(BNCT),需要为配套的治疗计划系统SERA研制等效中子源。在医院中子照射器全堆芯模型的基础上,利用蒙特卡罗方法围绕热束和超热束中子金箔活化实验开展模拟研究,评估了屏蔽准直结构和材料以及金箔活化实验中金箔、有机玻璃等结构材料对中子束流的影响,明确了准直孔道末端锂聚乙烯材料成分及形状等是对金箔活化实验结果影响较大的因素。在此基础上,开展了全堆芯蒙卡模拟,获得热束中子结果与实验结果平均偏差-1.74%;模拟的超热束中子结果与实验结果平均偏差6.14%。在此基础上制作了治疗计划系统SERA的源,模拟的超热束中子通量与全堆芯模拟结果小于10%。

Ti和Nb微合金化对CuZr基相变增韧非晶复合材料组织性能的影响

以典型B2相增韧非晶复合材料形成合金Zr_(48)Cu_(48)Al_(4)为基础,分别研究了Ti、Nb微合金化添加对其凝固组织和性能的影响规律。研究发现,与基础合金相比,微合金化显著改变了B2相的组织形貌(包括大小、数量、形状),其中Ti微合金化降低了B2晶体相的形核能力,提高了非晶和非晶复合材料的形成能力;而Nb微合金化则提高了B2相的稳定性,并大幅提高了非晶相与B2相的硬度以及非晶复合材料的强度和压缩塑性(分别达到了1470 MPa和21.5%)。本研究为非晶复合材料的成分设计与制备提供了实验依据,对开发高性能相变增韧非晶复合材料具有参考价值。

粒子源水吸收剂量绝对测量装置内部电场模拟

拟研制125I粒子源水吸收剂量绝对测量电离室,通过Maxwell软件建立电离室内部模型,模拟得出电离室无保护极、不同保护极环宽度,不同绝缘环宽度、不同栅极个数、不同栅极形状和不同栅极厚度下的电场强度分布,并进行了定性和定量的分析。结果表明:绝缘环宽度的增加会使收集极边缘处的边缘效应增强,应尽量使绝缘环宽度减小;在设计电离室时,应当使保护极宽度和收集极半径比值不低于2。当栅极个数为15个时,电场强度的变化幅度可减少为1%左右,表明通过增加栅极个数能有效改善电场的均匀性。相较于栅极截面为圆形和三角形,当栅极截面为矩形时,电场强度的变化幅度较小。栅极厚度越大,栅极边缘处的边缘效应越严重,应尽量减少栅极厚度。本次研究结果将为后续粒子源水吸收剂量绝对测量标准装置的优化设计提供支撑。

基于FPGA的磁量热计数据采集系统研制

磁量热计是基于量热法的低温粒子探测器,可实现射线高分辨测量。为解决磁量热信号微弱易受到噪声影响导致信号采集困难的难题,本研究基于现场可编程门阵列(FPGA)研发了一套磁量热计数据采集系统,并对搭建的系统进行测试,成功实现了^(60)Co能谱数据和磁量热信号噪声谱的采集,且能谱展宽与信号放大倍数之间的线性拟合R2达到0.978 1,表明该系统可有效实现信号采集。在离线模式下使用梯形滤波、平顶尖峰滤波、高斯滤波对传统核探测器信号、模拟及实际的磁量热信号分别进行成形效果及能量分辨力优化效果的对比,三者中平顶尖峰滤波性能最优越,可以使高纯锗对^(241)Am源59.54 keV的γ能量分辨力从0.598 keV提高到0.536 keV,验证了数字滤波的必要性,可为磁量热计数字滤波方法选择提供可靠依据。

质子束水量热计中量热芯的超纯水制备与预辐照

针对质子束的水吸收剂量绝对测量中化学热缺陷的修正问题,本研究基于热敏电阻研制水量热计,并进行气体饱和超纯水系统的设计。通过向量热芯内的超纯水充入高纯气体形成饱和状态,最大程度减少辐射化学反应的产额。在量热芯封装后通过预辐照,使量热芯超纯水中O2充分发生辐解反应,使量热芯内水环境达到无热损的稳定状态,成功研制了稳定的零热损水量热计,减少了量热芯热损对水吸收剂量绝对测量结果的影响,可为后续水吸收剂量的绝对测量提供技术支持。

壳源法放射性废物桶作为SGS装置校准源的可行性

由于均匀的大体积放射性废物桶制备困难,放射性废物桶分段γ扫描(SGS)装置的活度探测效率多采用间接的方式进行刻度。壳源法制备的废物桶以线状源为核心,制备简单,结构灵活,是最佳的间接方法之一。本文通过对均匀填充型放射性水溶液桶和壳源法制备的放射性废物桶测量比较,证明壳源法制备的放射性废物桶在进行SGS装置探测效率刻度时与均匀桶是等效的,可作为此类装置探测效率的校准源。