10～100kV自由空气电离室

介绍了该实验室建立的低能X射线(10～100kV)自由空气电离室。该电离室设计了三个不同宽度的收集极用于不同kV值的X射线测量。电离室测量照射量的总不确定度对25～100kV估计为0.39％(K=1),对10kV估计为0.45％(K=1)。该自由空气电离室与英国NE公司生产的治疗级次级标准剂量计NPL-2560比对,其结果与英国国家物理实验室     

抽真空法测量自由空气电离室空气衰减修正因子

空气衰减对自由空气电离室是最大的修正项,对总的修正因子不确定度影响也大。本文采用钼靶X射线、真空管测试系统和圆柱型自由空气电离室测量电离电流,用EGSnrc(Electron Gamma Shower)程序模拟恒压管对X射线束额外损失的影响;用抽真空法对圆柱型自由空气电离室空气衰减修正因子的测量,修正了实际测量中圆柱型自由空气电离室限束光阑入射面到收集极这段距离的空气衰减,得到准确的电离电流测量值。结果表明:自由空气电离室的电离电流与恒压管的压强成正比,恒压管对于X射线束额外损失小于0.5%;在钼靶X射线基准的4个辐射质条件下测得的圆柱型自由空气电离室空气衰减修正因子与德国物理技术研究院(The Physikalisch-Technische Bundesanstalt,PTB)的测量结果比较,呈现相同的变化趋势,符合实验要求和国际标准。圆柱型自由空气电离室空气衰减修正因子的实验测量对于钼靶X射线空气比释动能的绝对测量具有科学参考价值。     

250~600 kV X射线空气比释动能量值复现方法研究

本文依托250~600 kV X射线光机,建立高能量段的重过滤窄谱X射线辐射质,研制石墨空腔电离室,通过蒙特卡罗模拟和实验测量完成250~600 kV X射线空气比释动能量值复现。在300 kV辐射质下,利用自由空气电离室和石墨空腔电离室完成X射线空气比释动能量值复现,相对标准不确定度分别为0.61%和0.45%,两种方法测量结果相对偏差为0.09%。利用研制的石墨空腔电离室在¹³⁷Cs和⁶⁰Co γ射线基准辐射场中完成空气比释动能的量值复现,结果与基准值的相对偏差分别为0.27%和0.39%,在不确定度范围内等效一致,验证了石墨空腔电离室测量250~600 kV X射线空气比释动能方法的可行性。     

X射线空气比释动能(治疗水平)标准装置的建立

为开展X射线在治疗水平剂量率下的量值溯源与传递工作,依据IEC 60731—1997标准的要求,建立了管电压为10~250 kV、剂量率范围为1.0×10^-3~10 Gy/h的X射线空气比释动能(治疗水平)标准装置。其中10~60 kV X射线空气比释动能(治疗水平)标准装置在1.0 m处非均匀性小于1%的辐射野为ø60 mm,散射对辐射场贡献小于1.2 %,在距离放射源1~5 m范围内反平方律在2.5 %内符合,使用标准电离室测得装置的稳定性为1.8％、重复性为0.1％。60~250 kV X射线空气比释动能(治疗水平)标准装置在1.0 m处非均匀性小于1%的辐射野为ø80 mm,散射对辐射场贡献小于1.2 %,在距离放射源1~5 m范围内反平方律在1.5 %内符合,使用标准电离室测得装置的稳定性为1.7％、重复性为0.03％。标准装置辐射场空气比释动能率的相对扩展不确定度为3.0％ (k=2),经测量,装置的各项性能指标均满足治疗水平剂量检测仪器的检定/校准要求。     

美国国家标准局自由空气电离室空气吸收改正项的测量

本文概括地介绍了美国国家标准局三台自由空气电离室空气吸收改正项的测量工作。提出用抽空系统配合灵敏度较高的薄壁空腔电离室测量上述改正项的实验方法,解决了自由空气电离室本身无法实现在重过滤 X 射线束的低照射量率下精确测定空气吸收改正项的困难。同时用 Attix 方法实测了其它 X 射线束的空气吸收改正项。     

低能X射线水吸收剂量测量的散射辐射研究

低能X射线常应用于浅层放射治疗,其空气比释动能或水吸收剂量通常采用平板电离室进行测量。为了更好地了解平板电离室在低能X射线校准过程中的响应情况,以及随辐射野变化所引起的散射情况,在低能X射线标准辐射场中,对4个参考辐射质（30 kV、25 kV、50 kV(b)和50 kV(a)）进行了蒙特卡罗模拟,同时对两种常用的PTW23344和PTW23342电离室分别在空气中和模体中进行了校准测量,并改变辐射野大小。结果表明：两种电离室的读数随着辐射野直径增大而增加,但总体趋势逐渐平缓。两种电离室空气读数和模体读数之比随着辐射野直径减小而减少,总体趋势也逐渐平缓。PTW23344电离室在辐射野4.5～9 cm范围的水吸收剂量刻度因子平均增幅是辐射野9～13.5 cm范围的水吸收剂量刻度因子平均增幅的2.85倍;PTW23342电离室在辐射野2.03～4.05 cm范围的水吸收剂量刻度因子平均增幅是辐射野4.05～6.08 cm范围的水吸收剂量刻度因子的平均增幅的1.50倍。低能X射线水吸收剂量测量,要使辐射野完全覆盖电离室灵敏体积,以达到电子平衡测量条件,又不能过大导致过多散射造成伤害。     

低能X射线照射量绝对测量

在10～50kV低能X射线范围复现伦琴,一般采用平行板自由空气电离室。基于低能X射线的特点:电离室的结构比较小型化,这就增加了设计、加工的难度,因此要达到复现伦琴的足够精确度,即使是在完善的实验条件下,也必须引入相应的修正。     

X射线辐射场平方反比规律的研究

X射线辐射场强度随着距离的变化而变化,同一射线在不同距离处其强度是不同的。为了研究X射线辐射场强度和距离的平方反比规律,采用PTW-30013指形电离室进行辐射场均匀性测量,并在均匀的辐射场中用PTW-32002球形电离室进行平方反比规律的验证。结果表明:在对管电压为100kV、120kV、150kV三个防护水平辐射质在不同距离经空气衰减修正后,在一定距离内,X射线辐射场强度能够很好地满足距离的平方反比规律,其相对偏差不超过1%。由于散射光子的影响,平方反比规律误差随着距离的增大而有所增加。对于能量越高的X射线,平方反比规律更好。     

测量照射量(空气比释动能)的自由空气电离室

1 基本原理 为绝对测量照射量而设计的电离室被称为自由空气电离室。由于Χ射线束通过电离室时不会撞击到任何室壁,所以其有效收集体积仅由空气电离柱的直径和收集电场的电力线所限定。在大气压力下,自由空气电离室只限于测量能量低于500kV的光子。这种限制主要是由于随着光子能量的增加,次级电子的最大射程也增加了。如对于~(60)Co的光子,次级电子的最大射程大约增加到5米,因此用1个大气压下的自由空气电离室测量这种能量的光子时,它的尺寸就要很大。 按照照射量的定义,对自由空气电离室的基本要求是:收集沿着所有的次级电子的径迹所形成的离子,这些次级电子是由光子束在围绕被研究点的小块空气体积中释放出来的,并需要测量它们的总电荷。但是直接测量这些电荷是不行的,实际的做法是:让一完全确定的待测量的X射线窄束,从电离室的两极板之间的中央通过,并收集和测量与X射线束的轴线相垂直的两个极板之间所产生的总电离。如果满足电子平衡条件,那么在这两个极板之间所产生的电离量,就几乎等于在所有的次级电子（它们是初级Χ射线在通过两极板之间的空气中释放出来的）径迹上所产生的电离量。所需要作出的小校正,可从理论和实验上加以研究。     

~（60）Co和~（137）Csγ射线参考辐射场及测定其空气比释动能（率）的系

本实验室建立了６０Ｃｏ和１３７ＣＳγ射线参考辐射场，并研制了不同体积的系列球形石墨空腔电离室，用于测定辐射场的空气比释动能率。对于３０ｃｍ３和５０ｃｍ３电离室，估计总不确定度为０．７４％，与国内照射量标准符合得相当好，与日本国家标准（ＥＴＬ）比对结果也在１％内相符。用这些电离室对本实验室所建立的６０ＣＯ和１３７ＣＳγ射线参考辐射场空气比释动能率（或照射量率）进行测定，与１９９０年ＭＣＤ－１００电离室测量结果都在２％内相符。     

治疗水平电离室剂量计X射线能量响应的研究

通过中能X射线(60～250 kV)照射量国家基准,研究电离辐射治疗水平电离室剂量计的能量响应。对有代表性的三种类型电离室剂量计在中能X射线标准辐射场中进行校准,获得X射线能量响应的平均值和标准偏差,结果显示两种类型的电离室能量响应小于4%,能够满足治疗水平电离室国家计量检定规程的要求。     

BPS型TE-TE球形空腔电离室在15MeV中子场测量的修正因子

我所研制了BPS型TE-TE球形空腔电离室。本工作测量了这些电离室的基本性能。饱和特性的测量结果表明,在~(60)Co光子场中Q_B/Q_V与V~(-2)之间,关系是线性的,相关系数极接近于1,由此得出了饱和修正因子。对于15MeV中子和~(60)Co光子确定了自由空气比释动能的壁厚修正因子,各自为(0.6±0.9)·10~(-2)mm~(-1)和(0.49±0.35)·10~(-2)mm~(-1)当射线入射角度范围在0-120°范围时,室响应相对变化对于~(60)Coγ射线不大于0. 5％,而对于15 MeV中子大约为1％。还研究测定了自由空气照射电离室在光子场与中子场中柄散射的影响,测量和计算了用TE气体和空气分别作为工作气体时电离室读数之比值,结果相符。     

自制低能自由空气电离室(PRS—2)与电离室(NPL2561)的比对

1 引言 低能自由空气电离室（RPS—2）是本实验室在70年代末为解决K荧光X参考辐射照射量率的测量问题而自行研制的,见图1。 用于仪表刻度的K荧光X参考辐射源给出的低能X辐射可低达6keV或更低,ISO4073推荐的能量下限为8.6keV,而本实验室的参考仪器NPL2560次级标准照射量仪主要是用于过滤X参考辐射照射量的测量,在16.5keV以下的能区就无法给出量值。低能自由空气电离室的研制,解决了这一问题,它是从伦琴的基本定义出发,主要参考了美国NBS Ritz的类似工作而设计的,设计使用的能量范围小于     

Mo靶X射线空气比释动能及校准因子测量

使用低能X射线自由空气基准电离室对乳腺Mo靶X射线场的空气比释动能进行量值复现,利用绝对测量方法测得电离电流值,结合相关修正因子计算得到该辐射场中600 mm处四个辐射质的空气比释动能值;在同一点处使用传递电离室RC6M进行测量,得到该电离室的刻度因子,与BIPM所测得的刻度因子相差最大为0.13%,在不确定度范围内相符。     

基于ISO 4037-1：2019对60~250 kV窄谱系列X射线参考辐射质的研建

以ISO 4037 1：2019为依托,使用大体积自由空气电离室作为测量器具,采用半值层法建立60~250 kV窄谱系列X射线参考辐射质,实验得出的各辐射质的第1半值层和第2半值层的值均在标准规定的误差范围内。使用高纯锗谱仪对建立的X射线参考辐射质进行测量,得到不同辐射质下的脉冲幅度谱。数据处理和分析结果表明,建立的60~250 kV窄谱系列X射线参考辐射质的谱分辨率、平均光子能量和有效能量与ISO 4037 1：2019的推荐值有较好的一致性。本次实验建立的60~250 kV窄谱系列X射线参考辐射质满足ISO 4037 1：2019要求。     

电子和β射线两用外推电离室的研制

本文研制了一台测量电子束和β射线吸收剂量的外推电离室,其空腔室壁材料可拆换并分别与空气、组织和硅等效,收集电极名义直径为1.5、3、10和30mm,空气空腔可变范围为0.2～15mm。该外推电离室具有在空腔内部测温,自动改变窗口上方材料厚度及采用微型计算机控制等特点。适用于测10 MeV能量以下,剂量率为10~5～10~(-3)Gy/h的电子或β射线吸收剂量。整个外推电离室自动测剂量系统在测~(204)TLβ放射源表面剂量率的不确定度为2.3％。测1.5 MeV电子束在硅和哈密瓜深部剂量率时,不确定度分别为4.0％和2.8％。     

水箱中电离法测量X射线水吸收剂量

本文基于电离法对X射线水吸收剂量进行了测量与研究,确定了管电压在100 k V以上的X水吸收剂量射线测量方法。在基准辐射场建立了管电压为100 k V的治疗水平X射线辐射质,通过引用文献插值得到水与空气的质能吸收系数之比和PTW 30013型电离室的扰动因子。基于计算公式得到PTW 30013型电离室的水吸收剂量校准因子,同时在水箱中测量了该辐射质下水深2 cm处的X射线水吸收剂量。     

X射线空气比释动能(诊断水平)标准装置的建立

为了实现诊断水平X射线剂量率值的准确测量,并开展量值的溯源与传递工作,本文根据IEC 61267—2005标准的要求,建立了管电压40~150 kV、剂量率1.0×10^-3~10 Gy/h的X射线空气比释动能(诊断水平)标准装置,实验测量给出了不同辐射质下的辐射场特性,并评定给出了辐射场空气比释动能率的相对扩展不确定度。实验测量结果表明,RQR5辐射质在距离X射线光斑焦点1.0 m处,均匀性＞99.0%的辐射野为ø8.0 cm,均匀性＞95.0%的辐射野为ø10.0 cm;散射对辐射场的贡献＜0.9%;在1.0~5.0 m范围内的距离平方反比律偏差＜2.0%;标准电离室测得辐射场剂量率重复性为0.1%。对RQR2~RQR10系列与RQT8~RQT10系列辐射质的半值层和同质系数进行测量,其半值层偏差不超过±0.09 mm,同质系数偏差不超过±0.02。辐射场空气比释动能率的相对扩展不确定度评定结果为U_rel=3.8%(k=2)。辐射质特性实验测量结果表明,X射线空气比释动能(诊断水平)标准装置的各项性能指标均满足IEC 61267—2005等标准要求。     

低剂量率X射线辐射质的建立与仪器校准

辐射环境监测仪器的校准是评价仪器性能、保证量值准确可靠的重要方式。为了解决剂量仪表在低剂量率条件下的量值溯源问题,在X射线辐射场中通过进一步增加附加过滤的方式,建立了55 kV、70 kV、100 kV、170 kV和240 kV参考辐射质并测量其能谱,运用序蒙特卡罗程序EGS（Electron Gamma Shower）模拟各辐射质的能谱,计算出辐射质半值层及平均能量,模拟能谱与实测能谱的平均能量相对偏差不超过1.6%。利用大体积球形电离室完成参考点处空气比释动能率的测量,并对常用的辐射环境监测仪器进行了校准。结果表明：随着附加过滤的增加,剂量率逐渐减少,所建立的辐射质剂量率范围为606～4 451 nGy·h^-1,不确定度为6.0%（k=2）;高气压电离室、6150AD剂量率仪校准测量结果不确定度为7.0%（k=2）。     

测量X和γ射线用的电离室的研究

本文介绍三种电离室的结构和性能。体积为0.5cm~3,以纯石墨为壁体的电离室,在X射线管电压为60～220kV、半价层为0.07mmCu和2.5mmCu时,其能量响应的最大误差不超过1.5％,而对~(137)Cs和~(60)Co γ射线的校正因子(附加3.75mm有机玻璃平衡帽)也处在上述范围内;体积为2cm~3,分别以酚醛塑料、纯石墨、聚四氟乙烯为壁体的电离室,在上述能量范围内,其能量响应最大误差为3～5％;体积为200cm~3,以酚醛塑料为壁体的电离室,其最大校正因子为5％。上述电离室可作次级标准伦琴计和防护剂量测量用。