真空紫外-软X射线波段（5～105nm）探测器校准装置的研制

介绍了中国计量科学研究院在真空紫外.软X射线波段(5～105nm)探测器标准研究的新进展.介绍了建立在中国科学技术大学国家同步辐射实验室的以稀有气体电离室为标准探测器的探测器校准装置,以及利用该电离室作为基准探测器对作为传递标准探测器的硅光电二极管的量子效率测量的结果,在5～35nm范围内,相对标准不确定度为18%～20%.与NIST的结果相比,有较好的符合.     

6～70keV同步辐射X射线能量标定

为建立高注量率同步辐射X射线计量领域相关的国家标准,对同步辐射X射线能量标定方法进行研究。在北京同步辐射装置上选择6、10和20keV三个能量点进行实验,得到的传递探测器校准因子与辐射能量的关系曲线近似直线,变化趋势呈线性递减;在20keV能量点,不同直径光阑条件下进行的标定实验验证了传递探测器的校准因子与光源照射到基准电离室与传递探测器的光子通量有关。在上海光源上进行10～70keV能量标定实验,得到传递探测器的校准因子拟合曲线;10～20keV能量段的变化趋势与在北京同步辐射装置得到的校准因子变化趋势一致,30～70keV能量段的校准因子随着能量的增加而平稳缓慢增大。对各个能量点标定产生的A类不确定度进行评定,为后续建立国家计量标准同步辐射X射线空气比释动能量值传递体系提供了技术数据。     

200～400nm波段光电探测器光谱响应度测量装置研究

本文叙述了200~400nm波段光电探测器光谱响应度的测量装置原理、测量系统及不确定度。采用紫外光谱强度大的氙灯作为光源,采用紫外分光效率高的单色仪进行分光,腔型热释电探测器与标准硅光电探测器进行相对光谱响应比较得到标准硅光电探测器相对光谱响应度。绝对值标定则是利用低温辐射计对无窗紫敏硅光电探测器进行测量后再传递到标准硅光电探测器,从而最终测量出标准硅光电探测器在紫外波段的绝对光谱响应度。     

中国计量科学研究院单能X射线标定装置与测试项目介绍

介绍了中国计量院单能X射线实验室开展的单能X射线标定装置和探测器标定方法研究。已经建立的单能X射线标定装置能量范围可覆盖5～300 keV,为我国空间科学卫星的星载探测器提供了能量线性、探测效率、位置响应和角度响应等性能指标的地面标定。正在标定的卫星项目有:SVOM、GECAM和HXI等科学卫星的星载探测器。     

照相机用蓝硅光电二极管光谱响应的测量

照相机用蓝硅光电二极管的光谱响应必须符合人眼的视觉函数。本文采用紫外敏感的D2型硅光电二极管作为测量光强的探测器,并与标准器件的光谱响应进行比对的办法,选择闪耀波长较短的光栅等措施,对照相机用蓝硅光电二极管的光谱响应进行了测量,提高了光谱响应在短波段的测量准确性。     

406～920nm的绝对光谱响应高准确度标度

描述美国国家标准与技术研究院所建立的４０６￣９２０ｎｍ绝对光谱响应标度，该标度完全是建立在探测器测量基础上的，并可溯源到ＮＩＳＴ高准确度低温辐射计。硅光电二极管光吸收探测器被用来将光功率测量由ＨＡＣＲ传递到进行日常校准的单色仪装置。传递也包括建立硅光电二极管光吸收探测器的量子效率模型，最后给出了这些测量为基础的ＮＩＳＴ现有能力的简单介绍。     

标准探测器在弱光度计量装置中的应用研究

选用高质量的ＰＩＮ硅光电二极管，经稳定性考察，线性检查，Ｖ（λ）修正后与精密Ｉ／Ｖ变换器联为一体。经准确定标出光照度灵敏度后作为标准探测器。分三档调节，适用于测量的照度范围是１０２～１０－３ｌｘ。用该标准探测器准确地将量值传递到能测到１０－８ｌｘ量级的光电倍增管型探测器，从而成功地实现弱光度计量装置的建立。本文重点介绍硅标准探测器的选择、Ｖ（λ）修正、标定结果及误差。     

几种实用的光阱式硅光电二极管的光路和结构设计

本文重点介绍了三片反射式和六片透射式光阱式硅光电二极管的光路和结构设计,优越的性能使它们用作低温辐射计量值的保存和传递用光探测器.它们还作为低温辐射计国际比对用的中介探测器.     

陷阱探测器面响应均匀性的测量

对陷阱探测器的面响应均匀性进行了测量。在主要灵敏面内 ,面响应均匀性测量结果的重复性达到 4×10 -5。给出了对 S1337、S12 2 7等 4种不同硅光电二极管构成的陷阱探测器的面响应均匀性的测量结果。测量结果表明 ,不同类型探测器之间面响应不均匀性存在显著差异 ,其中 S1337构成的陷阱探测器的面响应均匀性最好。正确选择合适类型探测器 ,对保持和传递低温辐射计达到的很低的不确定度非常重要。     

30~160keV单能X射线装置的单色性实验研究

单能X射线光源是由X射线光机、双晶单色器、标准探测器以及准直系统组成。X射线光机产生的连续X射线,通过与双晶单色器发生布拉格衍射完成单色化,调节不同的特定布拉格角度得到能量范围30~160keV的单能X射线。为了研究标定装置的能量展宽,需要对该装置产生的单能X射线的能量分辨率进行研究。结果表明Si(220)晶体产生的单能X射线的能量分辨率为0.91%@30keV和2.3%@70.6keV,Si(551)晶体为1.97%@80.1keV和3.45%@142.6keV。使用这套装置对溴化镧晶体探测器的能量响应进行校准验证,实验发现该装置的能量分辨率良好,可以应用在多种类型探测器的标定实验、X射线质量衰减系数测量以及多层膜反射率测量等领域。     

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)。     

Calibration of a 7.6 cm x 7.6 cm (3 inch x 3 inch) sodium iodide gamma ray spectrometer for air kerma rate

An experimental procedure is described for converting a gamma ray spectral measurement from a 7.6 cm x 7.6 cm (3 inch x 3 inch) sodium iodide (NaI) detector to air kerma rate. The calibration procedure involves measuring the energy deposited in the detector using 10 radioactive sources of known activity covering an energy range from 60 keV to 1,836 keV. For each of the 10 sources, gamma ray spectra were measured with the source at different angles to the detector axis. The total energy deposited in the detector for the ten sources was confirmed by Monte Carlo calculations. The spectra measured at different angles were combined to produce a spectrum that would represent a homogeneous semi-infinite source of radiation. The resultant spectrum was then subdivided into 10 energy regions. Based on the known air kerma rates due to the sources, a calibration coefficient was calculated for each of the 10 energy regions. These calibration coefficients could then be used to convert the energy deposited in the 10 regions of an unknown spectrum to air kerma rate. The calibration procedure was confirmed by comparing the results from the detector with those from calibrated collimated beams of 137Cs and 60Co. A comparison of measurements using a calibrated pressurised ionisation chamber with those from a similar Nal spectrometer in Finland provided additional confirmation of the calibration procedure.     

The use of the Monte Carlo simulation technique for the design of an H*(10) dosemeter based on TLD-100

The thermoluminescence (TL) detector material LiF:Mg,Ti (TLD-100) and appropriate filter materials were combined in order to design a passive dosemeter measuring the operational quantity ambient dose equivalent, H*(10), for monitoring low-dose external photon radiation fields. Using the Monte Carlo simulation technique, optimisations of energy dependent conversion coefficients from air kerma free-in-air compared to ICRU and ISO proposed values. h*K(10), were performed by varying dosemeter detector positioning. geometrical arrangements, and filter materials. Deviations smaller than 5% compared to h*K(10) between 30 keV and 2.5 MeV of primary photon energies were achieved by a dosemeter design consisting of a 15 microm Sn metal layer and a 5 mm PMMA layer surrounding the LiF detector. Subsequently performed free-air verification experiments carried out in well defined standard photon radiation fields showed an obviously TL-specific effect. An underestimation up to -15% of the modelled data at low photon energies was observed.     

X射线环境辐射监测仪器校准方法的研究

环境辐射监测仪表作为微弱放射性监测计量器具,它的量值溯源是一个急需解决的问题。由于环境辐射剂量率低且电离信号微弱,故通常采用大体积电离室或者充压电离室进行测量。依托60~250kV X射线空气比释动能基准电离室,在完成重过滤窄谱X射线辐射质空气比释动能绝对测量的基础上,通过逐级替代法完成大体积环境辐射监测仪器的校准。测量结果不确定度为5.6%(k=2),实现环境水平X射线空气比释动能测量量值溯源,为国内环境辐射监测仪器在低剂量率水平的性能评价提供计量保障。     

中能X射线空气比释动能基准不确定度分析

根据空气比释动能复现公式建立数学模型,介绍了中能X射线100-250 kV空气比释动能基准测量不确定度的评定方法,分析了空气比释动不确定度的来源.依次对物理常数、有效测量体积、距离定位、电离电流、温度气压以及修正因子不确定度进行了分析.最终得到测量中能X射线空气比释动能的相对合成标准不确定度为0.22％,其中不确定度来源中最大的2个量分别为电离功和修正因子.     

Corrections to air kerma and exposure measured with free air ionisation chambers for charge of photoelectrons, Compton electrons and Auger electrons

The signal charge from a free air ionisation chamber for the measurement of air kerma and exposure consists of not only the charge of ion pairs produced by secondary electrons (i.e. photoelectrons, Compton electrons and Auger electrons), but also the charge of the secondary electrons and single and multiple charged ions formed by the release of the secondary electrons. In the present work, correction factors for air kerma and exposure for the charge of the secondary electrons and ions were calculated for photons with energies in the range from 1 to 400 keV. The effects of an increase in the W value of air for low-energy electrons were also taken into consideration. It was found that the correction factors for air kerma and exposure have a maximum value near a photon energy of 30 keV; in the lower energy region, the correction factor for exposure monotonically decreases with a decrease in photon energy except for a small dip due to K-edge absorption by argon atoms in air. The values of the correction factors were found to be 0.9951 and 0.9892, respectively, for a spectrum with a mean energy of 7.5 keV, the reference X-ray spectrum with the lowest mean energy in ISO 4037-1. The air kerma correction is smaller than that for exposure, because for air kerma the signal due to the charge of secondary electrons and ions is partly compensated by the decrease in the number of ion pairs produced by the secondary electrons due to the increase of the W value of air for lower energy electrons.     

低本底环境低能X射线参考辐射场的研究

在平均γ射线剂量率为9.9 nSv/h的环境下进行10 ～50 keV低能X射线参考辐射场研究.利用电离室RC6M测量辐射野的均匀性,使用9种材料的K荧光刻度碲化镉探测器,测量了微型X光机能谱,并计算了空气比释动能率.结果显示:在距X射线出口55 cm处水平方向均匀性好于95％辐射野尺寸约为14 cm,竖直方向辐射野尺寸为16 cm,按窄谱系列附加过滤后能谱与ISO4037中标准模拟谱基本吻合.     

低能X射线空气比释动能国际关键比对

为促进我国在低能X射线空气比释动能计量领域内的量值统一并达到国际等效,中国计量科学研究院(NIM)于2018年采用平板自由空气基准电离室复现低能X射线空气比释动能,并通过传递电离室Radcal-RC6M在国际计量局(BIPM)低能X射线辐射场中开展了间接比对,其比对结果在合成标准不确定度为0.37%范围内与国际计量局等效一致,该比对结果已纳入国际计量局的关键比对数据库(KCDB)。     

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.