147 Pm源辐射场外推电离室扰动修正因子测定

第40卷第3期 2020年5月
核电子学与探测技术
N uclear E lectronics D etection T echnology
Vol.40 No.3
May.2020
147P m源辐射场外推电离室扰动修正因子测定吴琦i’2,李德红2,黄建微2,郝艳梅2,周青芝1
(1.南华大学核科学技术学院，湖南衡阳421001;2.中国计量科学研究院，北京100029)
摘要：为了实现卩射线辐射场组织等效材料吸收剂量准确测量，对1<7P m源辐射场中外推电离室灵敏体积侧壁对P射线干扰的修正因子进行测定。

运用M C模拟计算出当极间距为1m m时，修正因子 的模拟结果为1.002 55,与ISO参考值相差0.06%。

同时，提供了一种简便的修正因子计算方法，并利 用此法实验测量了当极间距为1.5 m m时，修正因子为1.002 55,与ISO参考值相差0.04%…结果表明：M C法在电离辐射领域的实用性；该修正因子的简便计算方法是可行的。

关键词：147P m源；外推电离室；M C模拟；修正因子是^
中图分类号：TB98 文献标志码：A文章编号：0258-0934(2020)3-0518-04
随着核工业和核医学的发展，弱贯穿辐射的防护越来越受到人们的重视。

P射线作为弱 贯穿辐射的一种，主要对人体的皮肤造成损伤。

IS O规定卩射线辐射场组织等效材料吸收剂量 来表征人体皮肤所接受卩射线照射的剂量[1]。

修正因子々p对卩射线辐射场组织等效材料吸收剂量准确测量具有较大的影响，因此有必要 对外推电离室灵敏体积侧壁对P射线干扰的修 正因子展开研究。

对于修正因子是pe，B6hm[2]已经做了详细的研究，ISO 6980根据 B6h m的研究也给出了修正因子关于外推电离室极间距的计算关系式M。

本课题运用M C模拟和实验测量方法分别对相应电离室极间距下的进行测量计算，并提供一种在固定电离室极间距下的简便计算方法。

收稿日期：2018 —09 11
作者简介：吴琦（1993—），男，湖北武汉人，在读硕士生，攻读方向为辐射防护与环境保护研究。

5181实验器材
1.1外推电离室
实验使用P T W制造的T23392型外推电 离室来测量电离电流。

外推电离室是极间距可 变的平行板电离室，通过尾部精度为0.01 mm 的千分尺来调节极间距，可调距离为0.5〜10.5 m m。

其工作环境：温度10〜40 °C;湿度 10%〜80%;气压700〜1060 hPa。

外推电离 室的几何结构如图1所示。

置在离源距离20 c m 处，使外推电离室人射窗 平面与射线轴向垂直。

实验测量在电离室人射 窗前附加不同厚度的有机玻璃环（包括侧壁厚 度）测量P 源辐照下的电离电流，外推出理想状 态下侧壁厚度为零时的电离电流I ，则可根 据式（5)计算得出。

k ^
I /1'
(5)
式中：广为外推电离室入射窗无附加有机 玻璃环时的电离电流。

2.2修正因子的测定
为保证实验准确性，在每种厚度有机玻璃 环下重复测量6次电离电流，取平均值作为该 厚度下的测量结果。

实验测得结果表明，随着 有机玻璃环厚度增加电离电流（测得数据绝对
值）线性减小，因此对测得数据进行直线拟合， 实验结果如图3所示。

根据拟合直线公式得知 侧壁厚度为零时电离电流，由式（5)计算得出当 极间距为1. 5 m m 时的外推电离室灵敏体积侧
3
3. 1
拟在人射窗前加不同厚度的有机玻璃环时灵敏 体积的沉积能量，对应于实验测试中外推电离 室电离电流的变化。

模拟的粒子数设置为 1〇9,根据实验用的(3源符合BBS ~2标准w ，可 运用R B ehrenP 1提供的谱文件数据作为蒙卡 模拟所用的谱文件进行模拟计算。

所用的材料 截面数据库来自程序中521icru . pegs 4d a t 文
1.2有机玻璃环
为测量外推电离室侧壁对卩射线的影响， 在人射窗前面加不同厚度的有机玻璃环来改变 侧壁的深度。

有机玻璃环的内径为60.5 m m , 外径为140 m m 。

有机玻璃环的加工图如图2所示。

图2
有机玻璃环加工图
2 实验方法
2.1计算公式
为了后续模拟几何建模和实验数据处理的 需要，根据文献[3]提及的方法测量计算出外推 电离室的有效收集面积和极间距修正。

由P 射 线辐射场组织等效材料吸收剂量公式可知，与 外推电离室极间距有关的修正因子共有7个， 因此不能通过改变外推电离室极间距来直接对 修正因子进行研究。

在B 6h m 的工作中，电离室灵敏体积侧壁 引起的卩射线注量扰动修正因子Ape 由灵敏体 积侧壁的屏蔽因子和散射因子的乘积得到：
k p t =k s (.
• k sh (1)
k ,c= l +a s c • L
(2)^,h = l +〇s h * L
(3)
式中为修正因子；
分别为散射
因子和屏蔽因子；L 为外推电离室极间距；和a sh 由外推电离室的构造和0场共同决定， 可以通过实验测得。

用不同厚度、内径与电离 室内径相同的有机玻璃环，放置在入射窗前面 测量电离电流。

则和可由式（4)得出。

I (d =0,L —L 〇)/n d ,L =L 0)^l-d (as c + 2o s h )
(4)
式中d 为有机玻璃环的厚度。

实验过程中，保持外推电离室的极间1.5 m m 不变，带展平过滤器，将外推电离室放
[■ |3射线干扰的修正因子为1. 002 55。

037503800385039003950400
M C 模拟
模拟方法
运用E gsnrc 程序中的子程序cavrznrc 模
0.0.
0.0.0.
- - - - -
vd /
*#®#
51
9
件。

实际人射窗结构材料为涂有石墨层的 P E T 薄膜，其中P E T 膜的厚度为0.004 83 mm ,石墨涂层厚为0.002 67 mm [6]。

由于 Egsnrc 程序几何建模尺寸精度限制问题，实际
模拟几何建模中，外推电离室人射窗为0.002
m m 厚的石墨涂层和0. 006 m m 厚的P E T 薄
膜层。

3.2模拟结果
设极间距为1 mm
,入射窗前有机玻璃厚 1.000 -
0.999 - ||\
度分别为 0 m m 、0. 5 m m 、0. 9 m m 、l m m 、l . 3
m m 、1. 5 m m 时电离室收集体积内的沉积能
量。

根据B 6h m 的实验结果，在电离室极间距 为0• 5〜2. 5 m m ，设147P m 的a s t 为零，由式（4) 对模拟数据进行处理，结果如图4所示。

根据 拟合公式，得出a sh 值为0. 002 55 m 1。

依据 式（1)、式（2)、式（3)计算得出，在极间距为1
m m 时，外推电离室灵敏体积侧壁对|3射线干
扰的修正因子为1. 002 55。

有机琉璃环厚度/mm
图4
模拟数据结果
4结果比较
将实验测量结果和模拟结果整理，并与
ISO 6980提供的值进行比较，如下表所列。

由
表1可知，当极间距为1 m m 时，EGS 模拟结 果与IS O 参考值相差0.06%;当极间距为1.5
m m 时，所测得的值与I S O 参考值相差
0.04%。

由实验数据和模拟结果可知，当入射 窗前有机玻璃环厚度大于2 m m 时，模拟和实 验电离电流随有机玻璃环厚度变化保持一致， 与B 6hm [2]实验结果一致。

在有机玻璃环厚度 小于2 m m 时，模拟结果与式（4)符合得很好。

表测量结果比较
项目
极间距1EGS 模拟值nm
ISO 6980参考值
实验测M 值极间距1.5mm
ISO 6980参考值
1. 002 55
1. 001 95
1. 002 55
1. 002 93
与ISO 值相差
0.06^
0. 04%
5结论
此课题运用蒙卡模拟和实验测量，都实现
了对外推电离室灵敏体积侧壁对卩射线干扰的 修正因子的测量，与IS O 参考值差异小于 千分之一。

并且通过模拟，在实验条件达不到 的情况下，得到电离电流随有机玻璃环厚度变
化的规律。

通过公式（5)的方法准确计算出了 在极间距为1. 5 m m 时的修正因子，相对于公 式（1)作为一种快捷的计算方法说明是可行的。

对于改变外推电离室的极间距，通过公式（5)是 否能准确计算外推电离室灵敏体积侧壁对P 射 线干扰的修正因子还需要进一步实验验证。

ro
+
8765432199990^99
99
9
99^
-^-9
0^
3=
t
33/{j =t
q
=p
uj
52
参考文献：
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The Perturbation Correction Factor Determination of
Extrapolation Chamber in147 Pm Radiation Field
WU Qi1'2,LI De-hong2,HUANG Jian-wei2,HAO Yan-mei2,ZHOU Qing-zhi1
(1. School of nuclear science and technology,University of South China,Hengyang Hunan 421001, China；
2.National Institute of Metrology，Beijing 100029，China)
A b str a c t：In order to achieve accurate measurement of the absorbed dose of beta radiation,the correction factor for the perturbation of the beta-particle flux density by the side wall of the extrapolation chamber in147Pm radiation field is measured.The result of simulation,when cavity length is 1m m,is 1.00255, which is 0.04%difference from ISO reference value.At the same tim e,a simple and convenient way of calculating the correction factor is ing this m ethod,to measure the correction factor k p e through the experiment is 1.00255 when the cavity length is 1.5 m m,which is 0. 04%different from the ISO reference value.The above results indicate that the practicality of the Monte Carlo method in the field of ionizing radiation and the simple calculation method of the correction factor mentioned in the paper is feasible.
K ey w o r d s：147P m；extrapolation chamber；Monte Carlo；correction factor
521。