K荧光X射线辐射装置的建立与研究

摘要

随着核能和核技术应用的发展，辐射防护监测和能谱测量用仪器仪表性能不断提升，对相应的仪表校准提出了更高的要求。8keV-100keV能量范围内的光了参考辐射中，荧光X射线参考辐射具单色性好、剂量率高、能量点多等特性，在辐射剂量仪器仪表能量响应以及低能段的核辐射探测器能量刻度等工作中得到广泛使用。另外，在以辐射防护实用量为基础的仪表校准中，需要获得包括荧光参考辐射在内的很多信息，包括参考辐射场的大小，剂量率的分布，荧光纯度以及管电压、电流的影响等基本参数。荧光X射线参考辐射是以通过初级射线激发特定的辐射体材料，产生包括K、L系在内的一系列特征X射线。以K吸收体材料的衰减系数介于辐射体产生的Kα和Kβ线之间，吸收全部的L、Kβ线并减小相对于Kα线的强度，进而获得高纯度的Kα荧光X射线。通常要求辐射体的荧光产额和纯度都尽可能的高。荧光辐射的质量主要取决于三个因素:初级辐射源X射线的管电压，辐射体、次级过滤的材料以及厚度。
　　本研究针对的是低能光子，结合国际标准ISO-4037的要求，建立基于荧光的低能光子参考辐射场。蒙特卡罗模拟辐射质产生的荧光参考辐射场的初级注量能谱、散射比、辐射束半径;荧光产额随辐射体厚度变化。模拟加入次级过滤的次级注量能谱，辐射野的分布，计算出最佳的荧光纯度;辐射体表面荧光分布情况，验证了荧光发生装置的作用。初级过滤、初级光阑、辐射体、次级过滤、次级光阑、收集器和屏蔽箱体等荧光器件组成的荧光发生装置的研究建立过程。低能高纯锗测量各辐射质初级、次级能谱与模拟谱比对验证了蒙特卡罗模型的正确性，利用ROOT程序拟合能谱确定能量点和能量分辨率。矩阵电离室找出荧光参考辐射场的中心点，Raysafe X2测量辐射场的均匀性、辐射束半径与MC比对结果一致;自主研发GEM探测器测量荧光辐射场的光斑，指型电离室测量验证X射线光机电压、电流对辐射场的影响。以上工作取得如下技术成果：通过蒙特卡罗程序MCNP的模拟，解决了理论上无法计算出辐射体、次级过滤最佳厚度值问题；模拟计算出装置散射辐射的贡献仅占荧光辐射的0.05％，参考辐射场30cm、50cm处荧光辐射场直径为11cm、19cm，实现的单能的荧光纯度可达94％以上；实现了七组辐射质的单能参考辐射场，实验测量辐射场的能谱、稳定性、辐射束、光斑大小，为低能核辐射探测器、剂量仪器仪表等提供了计量保障。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 课题背景

1．1．1 放射性同位素源

1．1．2 同步辐射源

1．1．3 布拉格衍射单能辐射源

1．1．4 K荧光参考辐射源

1．2 研究意义

1．2．1 为低能辐射剂量仪器仪表提供计量保障

1．2．2 解决低能核辐射探测器量值溯源问题

1．3 国内外研究现状和发展动向

1．4 研究内容

1．4．1 荧光理论分析以及蒙特卡罗MCNP5模拟

1．4．2 装置设计与实验测量

第2章 蒙特卡罗模拟荧光装置

2．1 K荧光辐射源产生原理

2．2 辐射体荧光产额

2．2．1 K荧光产额

2．3 MC程序介绍

2．4 荧光发生装置建立

2．4．1 K荧光初级注量能谱

2．4．2 K荧光散射比

2．4．3 K荧光辐射束半径

2．4．4 K荧光产额随辐射体厚度变化

2．5 辐射体表面荧光分布

2．6 辐射野分布

2．7 荧光纯度模拟

2．7．1 K荧光次级注量能谱

2．7．2 荧光纯度计算

2．8 MC屏蔽箱体设计

第3章 K荧光X射线辐射装置的建立

3．1 K荧光X射线辐射装置

3．1．1 初级辐射源

3．1．2 初级过滤器

3．1．3 初级光阑

3．1．4 次级光阑

3．1．5 荧光辐射体

3．1．6 次级过滤

3．1．7 收集器

3．2 荧光发生装置

3．3 导轨测量系统

3．4 装置监控系统

3．5 电源切换装置及报警系统

3．6 辐射体／次级过滤器制作

3．6．1 颗粒化合物的制作

3．6．2 金属的制作

第4章 荧光能谱的测量与计算

4．1 脉冲高度谱测量装置

4．1．1 屏蔽准直器

4．1．2 多道分析器及谱分析软件

4．1．3 低毹高纯锗探测器

4．2 探测器能量刻度

4．3 探测器效率模拟

4．3．1 探测器CT成像

4．3．2 探测效率MC模拟

4．4 荧光能谱测量

4．5 ROOT双高斯拟合能谱

第5章 荧光辐射技术指标测量

5．1 矩阵电离室定中心点

5．2 Raysafe X2测量

5．2．1 Raysafe X2

5．2．2 辐射束均匀性测量

5．2．3 辐射束半径测量

5．3 GEM探测器测量光斑

5．3．1 GEM探测器结构

5．3．2 GEM探测器测试

5．3．3 GEM测量荧光

5．4 X光机输出对稳定性影响

结论

致谢

参考文献

攻读学位期问取得学术成果