250~600 kV X射线石墨空腔电离室壁修正因子及物理常数的蒙卡模拟北大核心CSCD

石墨空腔电离室由于对较高能量段有较好的能量响应,广泛应用于137Cs(有效能量为662keV)、60Co(有效能量为1250keV)以及平均能量为350keV的192Irγ射线空气比释动能的测量。运用EGSnrc程序模拟自制石墨空腔电离室在250~600kV窄谱辐射质下量值复现过程中的壁修正因子及物理常数。结果显示,石墨与空气的阻止本领比、空气与石墨的质能吸收系数之比、韧致辐射份额常数均与平均能量间有比较明显的关系可循,壁修正因子随着X射线能量的增加,则会有先变大后减小的趋势。蒙特卡洛模拟的结果为建立250~600kVX射线空气比释动能国家基准、实现量值复现提供了技术数据,达到了复现结果测量不确定度的预期要求。     

球形石墨空腔电离室壁修正因子模拟计算

采用蒙特卡罗方法对球形石墨空腔电离室壁修正因子Kwall进行模拟计算,开展光子能量、壁厚、石墨密度对Kwall的影响研究。计算结果显示对同一体积空腔电离室,Kwall随着能量的变化而发生变化,在低能区域Kwall值急剧减小;Kwall随壁厚增加近线性增加;同时,在模拟计算不确定度大于0.2%时,石墨材料的密度对于Kwall的影响可以忽略。这些结果表明,对于石墨空腔电离室壁修正因子高精度的计算,需要考虑光子能量、壁厚以及石墨密度的影响。     

连续束γ射线电离室复合效应修正测量方法研究

该文总结目前国内外文献中用于获得电离室复合效应修正因子ks的3种方法:实验外推法、双电压法以及Nital方法。在137Csγ射线辐射场中,分别使用上述3种方法计算300 cm~3球型石墨空腔电离室的ks,并详细地给出评估ks测量不确定度的方法。在~(60)Coγ射线辐射场中,以同样的方式获得3种方法下的10 cm~3球型石墨空腔电离室的ks。结果显示,对于10 cm~3和300 cm~3电离室,由不同方法得到的复合修正因子ks相差在0.64%之内。并且在~(60)Coγ射线辐射场中,通过比较1/I与1/V和1/V~2的线性关系,得出剂量率在不大于38.65(66) Gy/h时10 cm~3电离室的初始复合修正为复合效应修正的主要部分。     

防护水平X射线电离室的校准及不确定度分析

防护水平电离室剂量计是辐射防护的主要计量器具,需要在窄谱参考辐射质下进行检定和校准。利用EGSnrc软件模拟了参考辐射质X射线能谱,分析得到的能谱分辨率和平均能量与ISO 4037-1推荐值的最大偏差分别为7.1％和1.04％,均满足规范要求。依托60~250kV X射线空气比释动能国家基准装置,在窄谱系列参考辐射质下完成了距离X光机1m处参考点的空气比释动能量值复现;然后通过替代法对两个传递电离室进行校准并完成量值传递;最后利用传递电离室复现的2.25m处的空气比释动能率对PTW-32002球形电离室进行校准,获得相应的校准因子,校准因子相对扩展不确定度为2.2%(k=2)。     

蒙特卡罗模拟计算中能X射线自由空气电离室电子损失修正因子

采用蒙特卡罗模拟方法计算了中能X射线自由空气电离室在入射不同能量光子时的电子损失修正因子.根据此结果,获得中能X射线基准电离室在5个辐射束规范下的电子损失修正因子,为中能X射线空气比释动能的绝对测量和国际比对提供了重要数据.     

γ射线空气比释动能测量不确定度分析

基于空气比释动能测量的Bragg-Gray空腔理论,通过采用石墨空腔电离室对γ射线空气比释动能率进行测量,建立了测量数学模型,考虑到空气比释动能测量过程中的各影响量及其修正,采用实验测量或蒙卡模拟计算的方法得到各修正因子并分析不确定度,得到γ射线空气比释动能测量的扩展不确定度约为0.5%,其中主要是由壁效应修正和平均电离功的不确定度贡献,因此有必要开展相应的研究,以提高空气比释动能的测量水平。     

γ射线空气比释动能空腔理论计算值准确度的蒙特卡罗研究

当使用基于空腔理论的石墨空腔电离室绝对测量γ射线空气比释动能时,需要考虑空腔体积的大小变化对测量结果准确度的影响。利用EGSnrc程序计算得到10～5 000 cm~3的球型石墨空腔电离室的石墨和空气的限制的阻止本领比■、入射光子与空腔气体直接作用沉积能量的份额F_(air)和Spencer-Attix空腔理论修正因子k_(SA)。结果表明对于~(60)Co和~(137)Cs能量的光子,在计算■时选择合适的?值可以使k_(SA)的值保持在0.998～1.000之间。此外k_(SA)的大小随空腔体积的增大有逐渐减小的趋势。表明在设计和使用较大体积(≥50 cm~3)的石墨空腔电离室时需要考虑合适大小的k_(SA)值,以保证空腔理论计算值和绝对测量结果的准确。     

球-圆柱形空腔电离室壁修正因子的实验测量

对10 cm3NIM空气比释动能基准的球-圆柱形石墨空腔电离室室壁修正因子Kwall确定方法进行了研究.利用实验外推方法测量该电离室在60Co γ射线辐射场中的Kwall值,并且采用Monte Carlo(MC)模拟计算方法对实验外推方法得到的结果进行验证.实验外推和MC计算结果表明,传统的线性外推法确定的Kwall值比MC 计算得到结果的值低0.48%,比"等效平均厚度"实验外推所求得的值低0.45%.利用"等效平均厚度"对实验结果进行外推所求得的Kwall值与MC模拟计算方法得到的结果在0.02%以内吻合.     

X射线散射光子对剂量当量电离室影响

为了测量X射线辐射散射光子对剂量当量电离室的影响,根据ISO-4037建立X射线防护水平参考辐射场.采用PTW-32002 1L和PTW-32003 10L两个不同体积的球形空腔电离室在不同辐射质条件下通过影锥屏蔽法测量散射光子对不同电离室的影响程度.实验结果表明:散射光子对不同体积电离室影响程度不同,对于10 L球形电离室散射份额在2％左右,而对于1L球形电离室散射份额在4％左右.能量越高,散射光子的散射份额也会相对增大.     

球形石墨空腔电离室内部电场的研究

国际上辐射剂量计量基标准电离室多采用球形或圆柱型空腔电离室,其腔室自身几何对称。不同形状的收集极置于腔室中,会影响腔室内部的几何对称性,进而对其内部电场的均匀性和电荷的收集产生一定的影响,作为绝对测量需要对电离角响应方向性进行修正。该文采用Ansoft Maxwell 2D程序建立一个石墨空腔电离室灵敏体积内的静电场模型,分别计算含有3种不同形状收集杆腔室内的电势分布;并对同系列大体积电离室收集杆是否产生放电现象进行了分析,对同类型电离室相关指标的优化设计提供一定的参考。     

Physical parameters and correction factors for ionization chambers for absolute measurement of air kerma in γ-ray fields

Values of physical parameters and correction factors essential for the absolute measurement of air kerma in ¹³⁷Cs and ⁶⁰Co γ-ray fields were obtained using an EGS5 program for spherical, cylindrical and pancake ionization chambers. The mean mass collision stopping power ratio for graphite and air, was found to vary depending on the cutoff energy of electrons employed in calculation. The ratio between the energies deposited in cavity air due to Compton electrons emitted from the air and those from the graphite wall increases as the chamber size is increased. It also increases as the γ-ray energy is reduced and is equal to 0.09 for ¹³⁷Cs γ-rays in a spherical ionization chamber of cavity diameter 12 cm. Correction factors for γ-ray attenuation in chamber walls and those for the contribution of scattered γ-rays to chamber responses were obtained separately. The wall correction factor, which is equal to the product of these two factors, is close to unity for pancake chambers.     

~(137)Cs γ射线空气比释动能基准石墨空腔电离室的研制

根据Bragg-Gray理论研制了圆柱形石墨空腔电离室,用于~(137)Cs空气比释动能基准的建立。通过理论计算灵敏体积内部电场分布,优化了电离室壁和收集极之间接地保护的结构设计,在此基础上,对研制的电离室的饱和曲线、本底电流以及稳定性等电学性能进行了测试,其结果表明完全达到设计要求。对电离室的各项修正因子进行了理论计算和实验测量,实现了~(137)Cs空气比释动能的量值复现,其合成标准不确定度为0.25%。     

圆饼电离室空气比释动能物理参量的蒙特卡洛模拟

为建立基于圆饼电离室系统的~(60)Coγ射线空气比释动能基准装置,对辐射场及场中电离室的相关物理参量进行了蒙特卡洛模拟研究。通过BEAMnrc程序建立辐照器模型计算测量点处能谱和注量分布,使用EGSnrc计算圆饼电离室在辐射场中各物理参量。~(60)Coγ射线空气比释动能绝对测量装置通过蒙特卡洛模拟得到的相关物理参数合成不确定度为0.20%,该结果与澳大利亚计量院同结构电离室的结果在不确定度范围内一致,与国家基准球-圆柱形电离室及球形电离室相比在不确定范围内符合。     

90Sr/90Y放射源及外推电离室蒙特卡罗模型建立与实验验证

针对β射线次级标准装置(BSS2)中的⁹⁰Sr/⁹⁰Y放射源以及PTW23392型外推电离室进行蒙特卡罗(MC)建模。使用BEAMnrc计算⁹⁰Sr/⁹⁰Y放射源在不同校准位置处产生的组织深度剂量曲线,并与实验结果进行比较。根据模拟结果与实验结果的差异,修正放射源MC模型。此外,对外推电离室的外推曲线、校准位置处的组织透射因子和组织吸收剂量率进行模拟计算。在距离放射源30 cm和使用展平过滤的条件下,外推曲线的计算结果和实验结果基本吻合。组织透射因子和组织吸收剂量率的模拟结果与校准证书值相差分别在1.43%和2.11%之内。最终建立了较为准确的⁹⁰Sr/⁹⁰Y放射源和外推电离室的MC模型,研究结果可以为计算β参考辐射场中的注量谱、剂量转换系数和外推电离室相关的修正因子等提供参考。     

自制球形空腔电离室的性能测试

为建立和完善250～600 kV段X射线空气比释动能基准,自主研制了一系列石墨空腔电离室作为基准电离室,以球形空腔电离室为例,在参考辐射场上对其性能进行了相关测试,包括电离室的饱和特性、重复性以及漏电情况.结果显示电离室的工作电压为600V,重复性好于0.1％,漏电流值小于30fA,本套电离室的性能符合相关要求.     

圆柱型空腔电离室修正系数的Monte Carlo模拟与实验验证

采用标称体积为10 cm~3圆柱型空腔电离室对Cs-137空气比释动能进行绝对测量。使用Monte Carlo模拟计算和实验两种方法对电离室壁修正因子k_w和轴向不均匀修正因子k_(an)进行对比研究。结果显示,使用等效壁厚的实验外推法确定的k_w值比MC计算得到的值小0.1%,实验方法确定的k_(an)值比MC计算得到的值小0.63%。两种方法相互印证,给出的修正系数值之间的误差可以接受,由于重复实验不可避免将引入其他误差因素,且MC计算方法简便可重复性高,最终选取MC计算结果为k_w、k_(an)确定值。