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。

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。

归一化溯源法修正高气压电离室数据

为解决多台同一型号高气压电离室在同一辐射场期间核查数据差异大的问题,提出了归一化溯源修正的方法。通过不同辐射场验证和现场校准系数比对进行实验验证,结果表明,该修正方法可间接溯源到计量基准,并有效减小同型号高气压电离室间监测数据差异。

高气压电离室能量响应特性的蒙卡方法优化设计

环境γ辐射监测用的高气压电离室要求具有较平的能量响应,以便提高其对环境γ辐射剂量率测量结果的准确性。论文利用MCNP蒙卡程序研究了高气压电离室对不同能量光子的响应特性,模拟研究了不同材料、不同厚度和不同面积能量补偿片对高气压电离室能量响应特性的作用规律,并在标准参考辐射场中进行刻度。根据其作用规律指导对高气压电离室外壁进行能量补偿的设计,解决了高气压电离室对不同能量γ射线响应不同的技术难题。计算和刻度结果表明:厚度为2 mm,屏蔽面积65%的锡片能够使高气压电离室在60 ke V^1.5 Me V之间的响应相对于137Cs的偏差在±30%以内,满足设计要求。

可作为校准检定用标准剂量计的能量补偿型高气压电离室改进

在电离辐射计量检定工作中,标准剂量计的测量结果通过检定逐级传递到工作计量器具,以实现单位统一和量值准确可靠。由于环境水平γ射线剂量率较低,国际上常用的PTW-UNIDOS系列标准剂量计无法满足需要。针对这一特点,结合蒙特卡罗方法对高气压电离室的X射线、γ射线和宇宙射线响应特性进行模拟计算,进行了能量补偿型高气压电离室改进。测试结果表明:剂量率约30μGy/h时,能量补偿型高气压电离室在87ke V^1.25 Me V能量范围内相对于^(137)Csγ射线的响应偏差不大于6%,宇宙射线和^(137)Csγ射线的响应偏差不大于10%,在0.5μGy/h^1 m Gy/h范围内相对固有误差为-3%,0.5μGy/h时的重复性为0.7%,校准因子的不确定度为4%(k=2),可作为环境水平标准剂量计在校准检定工作中使用。

用蒙特卡罗方法模拟计算高气压电离室对^(60)Co和^(137)Cs源的空气吸收剂量率因子

用蒙特卡罗方法模拟计算高气压电离室对60Co和137Cs源的空气吸收剂量率因子,并在标准参考辐射场中进行对应刻度。计算和刻度结果表明:对137Cs点源,高气压电离室空气吸收剂量率因子的计算值与刻度值间的相对偏差为0.65%;对60Co点源,两者之间的相对偏差为-5.5%。计算值与刻度值在不确定度内一致。

用于环境辐射监测的高气压电离室性能研究

辐射环境监测是保证辐射安全,保障公众健康的重要组成部分。通常使用高气压电离室进行辐射环境监测,选取了国内核仪器市场上最常见的5种高气压电离室进行了系统的实验研究。针对其有效量程、相对固有误差、能量响应、过载特性、高低温响应和振动响应等特性指标进行了实验。研究结果显示实验选取的5种高气压电离室都能够满足辐射监测的需求,研究结果可为核仪器开发单位提供参考。

4πγ高气压电离室核素活度测量标准装置

该标准装置由２台４πγ高气压电离室（ＩＣ／２Ｃ（１．０ＭＰａ），ＩＧ１２／Ａ２０（２．０ＭＰａ））、微电流测量系统、铅屏蔽室、标准样品瓶和一套长寿命监督源（￣（２２６）Ｒａ）组成。２台４πγ高气压井型电离室，用于系统的互检。装置具有测量快速、长期稳定性好和量程宽等特点。

利用MCNP程序研究多层平板高气压电离室的能量响应

本研究利用MCNP程序对多层平板高气压电离室的能量响应进行模拟计算,获得了从几十ke V到10 Me V能量区间内的响应曲线,并与实验进行对比。结果表明:模拟计算值与实验刻度值吻合较好,且该电离室可以测量最高能量达10 Me V的光子辐射。

不同蒙特卡罗程序高气压电离室能量响应特性差异的研究

蒙特卡罗程序常被用于高气压电离室能量响应特性的研究。但在相同辐射场条件下,用不同蒙特卡罗程序计算的高气压电离室能量响应的结果各不相同,与实验相比也存有差异。本次研究通过使用MCNP5、EGSnrc和FLUKA计算得到了低空气比释动能系列X射线和^Cs能量光子的高气压电离室的灵敏度因子,并与实验结果比较。结果表明这三种MC程序计算的灵敏度因子基本一致,在.Cs光子能量时与实验结果相差均小于25%。通过比较各MC程序计算所用时间,发现EGSnrc计算效率最高。最后分析得到因为这三种MC程序对电子输运的处理方法的不同导致了计算结果和计算效率的差异。

基于RSdetection高气压电离室户外数采终端设计研究

目前,多数监测设备直读式或监测设备需配备辅助设备才能获取监测数据,直读式设备更是需要手动记录并统计。本文介绍的基于RSdetection高气压电离室户外数采终端集成了数据采集与发送功能,通过移动终端实现数据统计、终端及监测设备间参数匹配,为户外高气压电离室监测数据采集、发送及统计提供了一种便利、可靠的解决方案。

高气压大型电离室灵敏度、探测效率和长期稳定性的测量

本文针对我们研制的高气压电离室的灵敏度、探测效率和长期稳定性进行了细致的测量。结果表明,该电离室完全可以满足工业生产应用的需要。

高气压充氙电离室电极结构的优化设计研究

文章首先从理论上分析了共面栅极阳极技术电离室内部电势分布对其能量分辨率的影响;然后采用Ansoft Maxwell3D程序建立了一个高气压充氙电离室灵敏探测体积内静电场的计算模型,分别计算了不同阳极丝数目、半径和位置下电离室内的电势分布;最后分析得出极丝数目、半径及其位置对该电离室能量分辨率的影响规律。结果表明,极丝数目越多,极丝直径越小且其位置距中轴距离越近时,该电离室的能量分辨率将越好。本研究将对相关类型探测器相关指标的优化设计提供参考。

高气压充氙电离室电极结构对能谱分辨率影响的模拟研究

高气压充氙电离室对能量为几百keV的γ射线有较高的探测效率。本文首先从理论上分析了采用共面栅极阳极技术高气压充氙电离室的信号产生机理,得到该电离室输出信号和电场分布的关系式;然后使用Maxwell3D软件和Geant4程序分别建立该电离室电场计算模型及蒙特卡罗模型,模拟得到其灵敏体积内电场分布及粒子能量沉积信息;最后利用上述模拟结果分析确定该电离室的输出信号受极丝数目、极丝直径和极丝距中轴的距离等的影响情况。结果表明,电离室的极丝数目越多,直径越小,距中轴越近,其对137Cs的测量谱能量分辨率将越好。本研究将对该电离室谱仪的优化设计提供参考,同时也可用于其它类型谱仪能量分辨特性的研究。

环境自动监测站固定式辐射监测仪性能测试与评价

参考计量技术规范《固定式环境γ辐射空气比释动能(率)仪现场校准规范》(JJF 1733—2018),对辐射环境空气自动监测站78台高气压电离室开展辐射特性测试。现场校准方面,仅88%的电离室满足1±0.2的响应范围要求;78台电离室的重复性均不超过1%,响应的非线性均不超过6.5%,符合规范要求。针对电离室开展辐射性能测试,发现电离室在9.0×10^(-2)~1.0×10^(9)μGy/h范围内的响应均不超过1±0.2;电离室对164 keV以上的光子的能量响应趋于1.0,对60 keV以下的光子无响应能力,而当光子能量在60~164 keV范围内时,响应曲线会因γ光子与电离室内部惰性气体的光电效应出现“鼓包”;电离室不具备对核临界事故脉冲辐射的监测与警示能力;电离室能够在2 s内给出测量范围内的准确示值,但在分段电压的交界处,响应时间会延长至180~360 s;电离室的响应受环境温度、湿度变化的影响大小不足±0.01,表明电离室的环境适应性优良。

高灵敏度低温漂环境γ辐射连续监测系统设计

随着我国核设施的大力建设,环境辐射的长期连续监测愈来愈重要。针对国内环境γ辐射监测的需求,基于高气压电离室,设计了微弱电流测量电路,搭建了环境γ辐射连续监测系统,并测试了该系统的量程、温度系数、分辨率、稳定性等指标。测试结果表明该系统在室外环境下,工作稳定可靠,具有很低的温度系数,可用于常规和核事故情况下的γ辐射本底监测。

微弱电流的I-V变换测量方法研究

微弱电流信号具有极低的幅度，极易受到外界的干扰，测量难度较大。论文介绍了微弱电流I—V变换方法，分析影响I—V变换方法测量下限与测量精度的关键因素，I—V变换的等效型电路T型网络及优缺点，设计了宽量程（10^-15-10^-8A）高精度的静电计电路，并对所设计的静电计电路进行了实验测试。测试结果表明，该静电计电路具备较高的测量下限与测量精度，能够满足现场校准高气压电离室的使用需求。

固定式环境γ辐射剂量率仪现场校准技术

固定式环境γ辐射剂量率仪是承担环境连续监测任务的主要设备,不便于拆卸送往计量实验室进行校准检定,且送检周期较长,影响连续监测点数据的连续性。为按期校准固定式仪表,本文结合蒙特卡罗方法研制了能量补偿型高气压电离室和便携式137 Cs照射装置,利用天然本底辐射(陆地γ射线和宇宙射线)和便携式照射装置产生的137 Csγ射线参考辐射对固定式环境γ辐射剂量率监测仪表开展现场校准实验。结果表明,采用环境比对和现场照射的方法能较好地解决固定式环境γ辐射剂量率仪的校准问题,现场所得校准因子与标准实验室中校准因子的相对偏差小于5%。

固定式环境γ辐射监测及其量值溯源

介绍了我国固定式环境γ辐射监测的现状以及主要监测设备的计量性能和量值溯源方法。基于对主要监测设备现场校准需求,在固定式环境γ辐射自动监测站有限的空间距离内建立了可靠的γ参考辐射场,并自主研发了RZH-2015型环境辐射剂量现场校准装置,实现了对固定式环境γ辐射监测设备高气压电离室与Na Iγ谱仪的现场校准。校准实验的结果验证了校准装置的适用性,为固定式环境γ辐射剂量监测设备的现场量值溯源提供了解决方案。

福州市农村地区原野与道路γ剂量率水平调查

为确定福州农村地区γ剂量率水平,本次调查于2014~2015年利用高气压电离室对福州市农村地区原野和道路的52个点位进行连续2年,每月1次的γ剂量率测量,原野组测量结果平均值为63.9n Gy/h,道路组测量结果平均值为77.8n Gy/h,未见本底异常区域。建议以后的调查工作对监测点进行采样分析。