電離輻射計量學(xué)的微電流測量系統(tǒng).pdf

1、電離輻射計量是研究電離輻射計量單位和測量的一門學(xué)科,也是將電離輻射與物質(zhì)相互作用應(yīng)用到各個領(lǐng)域的充分體現(xiàn)。其內(nèi)容非常廣泛,涉及核物理、輻射防護(hù)、生物醫(yī)學(xué)、計量學(xué)、環(huán)境工程學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。微弱電流作為射線與物質(zhì)相互作用的最重要的表現(xiàn)方式之一,也是電離輻射計量中研究射線基本物理量的重要手段。
　　 本文依托中國計量科學(xué)研究院課題:X射線輻射場的測量與研究和低能X射線空氣比釋動能絕對測量方法的研究,并在參加亞太地區(qū)低能X射線空氣比

2、釋動能關(guān)鍵比對的背景下完成的。通過工程設(shè)計與實(shí)驗(yàn)分析,分別建立了基于Townsend補(bǔ)償法和高精度靜電計的微電流測量系統(tǒng)。系統(tǒng)的建立將成為我國低能X射線空氣比釋動能基準(zhǔn)的重要組成部分,為低能X射線空氣比釋動能國際比對提供不可或缺技術(shù)支持。系統(tǒng)可以應(yīng)用于電離輻射計量中γ射線、劑量活度測量、放射性核素領(lǐng)域電離電流測量,并對于量值傳遞和儀器儀表的檢定與校準(zhǔn)有著非常重要的推廣價值。
　　 本文研究的是電離輻射計量學(xué)的微電流測量系統(tǒng),微電

3、流是射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)物,也是使用電離室探測射線的主要物理量,在電離輻射領(lǐng)域有重要的作用。文章從輻射測量技術(shù)基礎(chǔ)知識出發(fā),依次介紹了探測X射線電離電流的基本原理和方法,實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生電離電流的X射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場裝置,微電流測量的方案和實(shí)際的工程設(shè)計,最后經(jīng)過物理實(shí)驗(yàn)對不同的測量系統(tǒng)進(jìn)行測試對比,并做出了相應(yīng)評價。
　　 在探測X射線電離電流的基本原理和方法中主要介紹了電離電流產(chǎn)生過程,以及在電離輻射領(lǐng)域探測電離電流的方法,并且詳細(xì)介

4、紹了使用高阻法、漂移法和湯森補(bǔ)償法測量微電流的原理和特點(diǎn)。
　　 低能X射線標(biāo)準(zhǔn)輻射裝置是國家計量基準(zhǔn)器具和國家計量標(biāo)準(zhǔn)器具重要要的組部分,也是進(jìn)行微電流測量所不可或缺的重要條件。輻射場性能的測量和研究對于國家基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)空氣比釋動能量值復(fù)現(xiàn)、國際比對和量值傳遞具有十分重要的意義。產(chǎn)生電離電流的X射線標(biāo)準(zhǔn)輻射裝置主要包括光機(jī)系統(tǒng)、自動過濾裝置、定位和監(jiān)測系統(tǒng)、控制軟件等。低能X射線輻射野均勻性也是影響電離電流測量精度的重要因素之一。

5、輻射野均勻度太差,勢必會增大測量的不確定度,為了準(zhǔn)確測量微電流的值,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低能X射線國家基準(zhǔn)量值復(fù)現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)X射線測量儀器和儀表量值溯源,規(guī)定光源焦點(diǎn)距參考面(電離室前表面)的距離為1000mm輻射野的直徑大于10cm。分別使用膠片劑量計、二維矩陣探測器和平板電離室三種不同的方法對低能輻射場進(jìn)行了研究,取得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　 影響電離電流測量精度的因素有很多,主要因素之一是系統(tǒng)的泄露電流。文章分析了漏電流的來源和為減少漏電

6、所采用的處理方式。針對低能X射線電離電流產(chǎn)生的原理和特點(diǎn),分別建立了基于湯森補(bǔ)償法(自動、半自動、手動)和Keithley6517高精度靜電計、PTW UNIDOS劑量儀的微電流測量系統(tǒng)。湯森補(bǔ)償法微弱電流測量系統(tǒng)主要包括以下幾個部分:電流補(bǔ)償電路、電壓反饋、反饋補(bǔ)償、測控單元等。系統(tǒng)硬件部分由電壓源表、靜電計、高精度數(shù)字萬用表、精密電容和精密定時器等組成。系統(tǒng)軟件基于LabVIEW可圖形化編程,開發(fā)了集儀器控制、數(shù)據(jù)采集和處理、存儲于

7、一身的多功能測控軟件。Keithley6517高精度靜電計系統(tǒng)也是利用LabVIEW編寫可實(shí)時顯示、存儲電離電荷和電流值的測控軟件。系統(tǒng)建立后,進(jìn)行了初步的性能測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,系統(tǒng)具有很好的重復(fù)性和短期穩(wěn)定性。
　　 文章最后使用此次亞太地區(qū)低能X射線空氣比釋動能關(guān)鍵比對用的傳遞電離室AE1340C對設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行性能測試,并在建立的CCRI推薦的國際比對用的5個輻射質(zhì)規(guī)范條件下,測量距離光管焦斑1000mm處參考平面上電離