量热计和化学剂量计

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式中 ( Δmc ) c 和 ( Δmc ) j 是芯体和壳的热容量，根据设计它 们等于 Δmc ；ΔTc 和 ΔT j 是电校准时芯体和外壳的温升。
上述类型装置便于复制和运输，故称之为可携式 石墨吸收剂量量热计。
第一节 量热剂量学
一 原理与分类 二 温度测量 三 量热计校准 四 吸收剂量量热计 五 基准传递
综述 射线照射到介质上，其大部分辐射能将迅速转换 为介质的内能，宏观表现为被照介质的温度升高。 通过测定被照介质的温度变化，即可得到吸收剂 量D，此类方法称为量热法。 优点：在热损可以忽略的情况下，量热法是直接 按照吸收剂量定义来的，且响应原则上与辐射的 品质无关，因此量热计常用作绝对测量装置。 缺点：不适合低剂量或低剂量率辐射场测量；测 量过程繁琐，速度缓慢，不适合快速、现场测量。
2.绝热型量热计的电校准 电能的输入：
Ee IV τ = Δm Δm
Ee “相当于”吸收剂量D Δm
2.绝热型量热计的电校准(续) 定义电校准时的刻度因子Nc，则：
Nc =
Ee / Δm Rc IV τ = ⋅ Δ Rc . e / Rc Δ m Δ Rc . e
用热敏电阻测吸收体温度。若热敏电阻起始值为 Rc，某次刻度结束后阻值的变化为ΔRc,e，则 ΔRc,e / Rc为电校准时的响应。
D= Δε ΔEh = TDF Δm Δm
ΔE h + ΔE s Δε = ΔE h ΔEh
定义TDF为热损因子（thermal defect factor)。
ΔE s = Δε − ΔE h , TDF =
热损因子TDF衡量了受照射物质的能量转换能力。
1.芯体） 在量热计中测量吸收剂量D的介质，因外部包 裹有外壳等，因此又称为芯体。 (3)预照射 去除量热计中的化学干扰因素如自由氧，降低 对TDF的干扰。
1.与量热计相关的概念（续） 1.与量热计相关的概念（续）
(4)讨论 当辐射引起的化学反应或晶格缺陷贮有能量， 损失为正，TDF大于1；当辐射引起的化学反 应或晶格缺陷放出能量，热损为负，TDF小于 1。 材料选择：TDF跟辐照过程和材料有关，在设 计量热计时，应选用热损ΔEs小到可以忽略， 或者能够以足够的精确测定的那些材料，同时 材料本身对累积能量的温度响应尽量呈线性。
S为芯体表面积 。
0
τ
通常外壳与芯体的材料相同，如果外壳足够厚，则按 照大腔室理论有：
Dc =
i
D m = ( μ en ρ ) m , c ⋅ D c
Δε S = C ΔTc + k (Tc − T j )dt Δm Δm ∫ 0 ∂Tc Sk + (Tc − T j ) ∂t Δm
τ
Dc = C ⋅
Dn = N n Rn
2 热散失补偿量热计
热补偿型石墨量热计构成示意图
量热计的芯体、外壳和外罩均由石墨制成，安装在石墨体 模中，适于光子吸收剂量的测量。系统按准绝热方式工 作，即芯体、外壳和外罩受均匀射束的照射。
2 热散失补偿量热计（续）
在电校准 时芯体中消耗的电能可以表示为：
E e = ( Δ m c )c Δ Tc + ( Δ m c ) j Δ T j = Δ m c Δ Tc + Δ T j
3 水量热计
均匀水体模中的吸收剂量是光子和电子束剂量学 中最感兴趣的一个量。 当用石墨或塑料量热计测量时，需要按腔室理论 从测量介质中的吸收剂量换算到水体模中某点的 吸收剂量，不够方便。 如果能够设计一个水作为测量介质的量热计，显 然更为方便。但技术上仍有难度，目前这方面资 料很少，水量热计目前只能用作相对测量手段。
(3)稳态型量热计 (3)稳态型量热计
保持外壳的温度恒定不变， D c 也保持不变，随着 芯体与外壳温差逐渐加大，辐射在芯体产生的热能 与芯体本身散失的热能达到平衡，表现为芯体温度 达到某一值后不再变化，此时，
i
(4)等温型量热计 (4)等温型量热计
以测量物质的融化潜热为量热测量手段，其优点 是芯体和外壳的温度容易控制，如都保持在芯体的 熔点，此时不存在热交换，因此芯体的吸收剂量为：
ΔRc ⋅ ∏ Pj Rc j
其中，b =
其中Tj一般保持不变。
3.等温型量热计的电校准（续） 要同时确定γ、Sk或b，需进行两次测量： 由：
I1V τ 1 = γ + bτ 1 Δm I 2V τ 2 = γ + bτ 2 Δm
3.等温型量热计的电校准（续） 具体应用：反应堆剂量率测量
D1 =
i
γ N1 ⎛ 1 1 ⎞ ⎜ − ⎟ N 2 − N1 ⎝ τ 2 τ 1 ⎠
第五章 量热计和化学剂量计
辐射剂量与防护
授课单位：核工程技术学院 授课专业：核工程、核技术 授课教师：杨磊
第一节 量热剂量学 第二节 弗里克剂量计(化学剂量计) 第三节 其它类型的剂量计
第一节 量热剂量学
一 原理与分类 二 温度测量 三 量热计校准 四 吸收剂量量热计 五 基准传递
N 1 , N 2 : 反应堆的不同运行功率。
得：
γ =
b=
V τ 1τ 2 I 2 − I1 ⋅ Δm τ 1 − τ 2 V I1τ 1 − I 2τ 2 ⋅ Δm τ 1 − τ 2
τ 1 , τ 2：剂量测量时间。
第一节 量热剂量学
一 原理与分类 二 温度测量 三 量热计校准 四 吸收剂量量热计 五 基准传递
五、基准的传递（续） 若待刻度剂量计响应为Riγ，则其刻度因子Niγ为：
五、基准的传递（续）
2.待测介质m中吸收剂量的测定
设剂量计的响应为Rim，则剂量计的吸收剂量 Dim是:
N i .r
D = i .r = Ri . r
Dr L Ri .r ⋅ ( )r .i ⋅ Pr .i
ρ
D i .m = N ≈ N
1.比较法 假设电能的效果与辐照的效果相等的前提下： 1)给量热计输入可以精确测量的电能，电能将会 转换为确定的热能E1，量热计的响应为R1；利用 E1、R1给出量热计的刻度系数N1。 2)在辐射场条件下，刻度系数N2=N1, 受辐射照射 时的响应R2,借助N2，可以得到吸收剂量D。 3)确定最终效果和差异程度，进行必要修正。
τ
二 温度测量
单位吸收剂量产生的温升很小，比如对于水 为2.4×10-4K·Gy-1，所以测量装置要非常灵敏。 温度测量是量热计测量和温度控制的关键环 节! 测量方法有：
1.热敏电阻测温差； 2.热电偶测温差； 3.其它测量方法
1.热敏电阻测温 1.热敏电阻测温
Rc =
R1 Rx Rj
Rc → Tc → Dc
1 双绝热型量热计( 双绝热型量热计(续)
刻度方法
可以用已知的γ射线来刻度，类似对电离室的刻度方 法。量热计测中子吸收剂量的刻度因子可表示为：
N n = DG ( 1 − δ G ) RG ( 1 − δ n )
中子的吸收剂量公式
由两个量热计组成。图中左侧一个在辐射束中用于测定吸收 剂量，右侧一个的吸收体、外壳和热敏电阻等结构与左侧的 相同，用于补偿环境温度变化的影响。 假定在中子束中量热计的响应为，则中子的吸收剂量 由下式计算：
Dc = N c ⋅
Δ Rc Rc
2.绝热型量热计的电校准(续) 在有热损时，
3.等温型量热计的电校准 按照等温型量热计的计算公式：
Dc = N c ⋅
一般情况下，
Dc = N c ⋅
Δ Rc ⋅ Ps Rc
Dc = γ + = γ + bτ
S ⋅ k ⋅ (Tc − T j ) ⋅ τ Δm Sk (T − T j ) Δm c
五、基准的传递 量热计作为绝对测量装置，处于剂量学测量仪器刻 度链的顶点。
1.参考介质中剂量计的刻度，及刻度因子的取得 若Dγ是量热计测得的参考介质中的吸收剂量，待刻度 剂量计放在参考介质，并接受同样照射，其测得的吸收 剂量为Diγ
Di .r = Dr ⎛ LΔ ⎞ ⎜ ρ ⎟ ⋅ Pr . i ⎝ ⎠ r .i
1)：对外壳输入已知的一定功率，是外壳和芯体温度 接近； 2)：保持短促的测量时间，是芯体热散失份额很少。
第一节 量热剂量学
一 原理与分类 二 温度测量 三 量热计校准 四 吸收剂量量热计 五 基准传递
计算公式需要采用动态性量热计的进行修正；
Dc =
Δε S k (Tc − T j )dt = C ΔTc + Δm Δm ∫ 0
若芯体材料的比热容量为C，则：
ΔE h ΔTc = C ⋅ Δm
(2)动态型量热计 (2)动态型量热计
吸收体与外壳之间存在着温差，芯体与外界发生热 交换，热交换的多少跟两者之间的温差和持续时间有 关，即满足牛顿冷却定律：
Dc =
Δε = C Δ Tc Δm
Δ ε c = S ∫ k (Tc − T j )dt
热电偶测温差示意图
3.其它测量方法 3.其它测量方法 温升能引起溶液电导的改变，大小可由灵敏电桥 测量。温升使透明液体的折射率下降，用全息照相 干涉仪测局部变化。
第一节 量热剂量学
一 原理与分类 二 温度测量 三 量热计的校准 四 吸收剂量量热计 五 基准传递
三 量热计的校准（比较法） 1.比较法 2.绝热型量热计的电校准 3.等温型量热计的电校准
一 原理和分类 1.与量热计相关的概念 (1)热损 (2)吸收体（芯体） (3)预照射 (4)小结 2.量热计的类型及其工作原理
1.与量热计相关的概念 1.与量热计相关的概念
(1)热损：在材料中消耗的辐射能与相应的热能之 差。若Δm是体积元质量， Δε 是电离辐射授与小 体积元的平均能量， ΔEh 是Δm中以热能形式出 现的能量，ΔEs 是热损，则: