核电站γ辐射剂量仪校准实验室设备设计与研究

核电站在运行过程中需大量的辐射剂量仪,以确保人员和环境的安全。参考辐射是辐射剂量仪校准工作必备的条件,由于核电站运行过程中辐射剂量仪使用数量巨大,因此核电站通常建设γ校准实验室用于辐射剂量仪的校准检定工作。结合蒙特卡罗方法完成了^60Co单源照射装置和^137Cs多源照射装置的优化设计,并利用PTW空腔电离室对辐射场的散射比例和均匀性进行测量,结果表明,γ校准实验室的技术参数满足ISO4037标准要求,该设备经建标考核后可用于开展核电站γ辐射剂量仪的校准检定工作。

不同海拔高度下γ射线空气衰减系数的计算

在航空γ剂量率测量过程中由于海拔高度跨度大,γ射线空气衰减系数会受到海拔高度、温度、气压与空气密度的影响,故需要进行相应修正。利用蒙特卡罗(MCNP)法模拟γ射线在不同空气密度下的线衰减系数。利用经验公式计算不同海拔高度下的空气密度,利用MCNP法建立γ谱仪模型,计算不同海拔高度、不同密度条件下的γ光子注量,根据指数衰减原理计算不同空气密度下的线衰减系数。结果表明,由经验公式求出的空气密度模拟得出的空气质量衰减系数与美国NIST推荐值最大相对误差为-17.3%;在γ射线参考辐射场中用衰减板进行实验验证,^(60)Co源的最大相对误差为6.0%,137 Cs源的最大相对误差为5.3%。本工作为后续低空近地辐射剂量的研究工作奠定了基础。

可移动式X射线照射装置窄谱系列辐射质建立及相关特性研究

基于中国原子能科学研究院计量测试部研制的可移动式X射线照射装置,开展管电流线性、固有过滤及附加过滤的测量研究。可移动式X射线照射装置使用中需频繁移动,出于增加机械强度考虑,在铍窗前保留了4mm铝片对铍窗进行保护,利用MCNP程序模拟得到Al片在不同位置情况下X射线出射束的注量谱,并与标准谱进行对比以验证方法可行性。实验结果表明,在相同能量下,电离室电离电流与X射线辐射场剂量率呈线性关系;X射线平均能量模拟值同ISO 4037推荐值的相对偏差在3%以内;通过线性插值法得到有监督电离室条件下的固有过滤为4.01mmAl;各辐射质所对应第一半值层实测值与标准推荐值相对偏差在5%以内。本工作可用于可移动式X射线照射装置现场校准工作。

X射线参考辐射场主要特性参数测试

为了验证对本文建立的X射线参考辐射场的主要特性参数是否满足ISO 4037.1-2019标准的要求,对管电流线性、相对管电位差、固有滤过、辐射野均匀性和散射辐射的影响五个方面进行了测量与研究.实验测试结果表明,本实验室建立的X射线参考辐射场在20~450 kV管电压下,相对管电位差最大为3.45%,最小为0.01%;X射线机固有滤过为0.122 mm铝(Al);距离焦斑1 m处水平方向均匀性好于95%的辐射野直径为98 mm,竖直方向均匀性好于95%的辐射野直径为97 mm;所在环境的散射辐射影响小于5%.以上结果均符合ISO 4037.1-2019标准的要求.

移动X射线参考辐射场的环境散射辐射份额模拟研究

基于中国原子能科学研究院研制的一款可移动式X射线照射装置,开展现场校准环境散射辐射计算模型的搭建与实验验证工作。利用蒙特卡罗软件建立照射装置及周围环境同尺寸概化模型,确定环境散射辐射的计算方法;开展基本场景条件下的模型验证工作,分析可能影响结果的主要因素并据此调整模型尺寸,然后对改进后的模型进行了实验验证。限束光阑模型半张角最终确定为5°、8°30′、10°20′;在N100~N200范围内,采用改进模型计算得到的环境散射辐射份额与实验结果的相对偏差为−11.6%~9.3%。研究结果证明:利用验证后的模型,可以为基于机器学习的现场X射线散射辐射修正系统的研究提供大量训练数据。

便携式γ射线照射装置散射辐射特性研究

便携式γ射线照射装置对于提高固定式X、γ辐射剂量仪检定率、解决现场校准难题具有重要意义,利用蒙特卡罗模拟与实验测量协同开展便携式γ射线照射装置散射辐射特性研究。结果表明:蒙特卡罗方法可以模拟得到装置自身的散射辐射,实验测量只能获得照射装置以外辐射场中的散射辐射。利用MCNP程序F4卡和CF卡得到距放射源1 m处照射装置自身的散射贡献分别为13.07%和4.55%;反平方律实验和移出实验得到辐射场散射辐射贡献分别为0.2%和3.94%,满足ISO 4037-1:2019和GB/T 12162.1-2000的要求。该装置可用于固定式X、γ辐射剂量仪的现场校准。

15keV-1.5MeV单能光子及窄谱系列H*(10)/K_(α)转换系数的蒙特卡罗模拟

为克服由于不同标准实验室内X、γ射线照射装置所用X射线管型号及整体结构不相同,导致转换系数产生一定偏差的问题,本研究采用MCNP5程序建立照射装置模型,计算15 keV~1.5 MeV单能光子及N-40~N-200窄谱系列对应的H*(10)/K_(α)转换系数;利用自主研制的H*(10)次级标准电离室测量辐射场参考点处周围剂量当量率并作为参考值,与转换系数法进行对比以验证转换系数法计算结果的正确性。结果表明,蒙特卡罗模拟转换系数与ISO 4037-3推荐值的相对偏差在±4%以内,转换系数法与次级标准电离室法测量结果的相对偏差在3%以内,证明利用蒙特卡罗方法计算H*(10)/K_(α)转换系数可行,对于“非匹配参考辐射场”,可使用此方法进行周围剂量当量定值。

H-450 X射线参考辐射质的研建及验证

根据PTB和ISO 4037-1:2019要求,关于高空气比释动能系列(H系列)X射线参考辐射质的推荐数据,外推得出H-450的附加过滤为6.24 mm Cu,第一半值层(HVL_(1st))为(5.39~5.52)mm Cu,平均光子能量为(214.25~214.78)keV,剂量率为11.51 Gy/h(距离焦斑为1 m处,管电流为10 mA)。随后,使用PTW32005电离室作为测量器具,采用半值层法建立H-450 X射线参考辐射质,得出HVL_(1st)为5.37 mm Cu,第二半值层(HVL_(2nd))为5.97 mm Cu,同质系数为0.9。最后,使用PTW30013次级标准电离室测量得出H-450 X射线参考辐射质下距离焦斑1 m,管电流为10 mA时的剂量率值为11.98 Gy/h,与理论值的相对误差为4.07%。采用MCNP 5软件对H-450 X射线参考辐射质进行能谱模拟并计算得出其平均光子能量为200.4 keV。