李夢(mèng)宇 趙瑞 屈冰冰 魯平周 宋飛 李云飛 付林 吳金杰

低劑量率X射線輻射質(zhì)的建立與儀器校準(zhǔn)

李夢(mèng)宇1,2趙瑞2屈冰冰1,2魯平周1,2宋飛1,2李云飛2付林1吳金杰2

1（成都理工大學(xué) 成都 610059）2（中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院 北京 100029）

輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的校準(zhǔn)是評(píng)價(jià)儀器性能、保證量值準(zhǔn)確可靠的重要方式。為了解決劑量?jī)x表在低劑量率條件下的量值溯源問(wèn)題，在X射線輻射場(chǎng)中通過(guò)進(jìn)一步增加附加過(guò)濾的方式，建立了55 kV、70 kV、100 kV、170 kV和240 kV參考輻射質(zhì)并測(cè)量其能譜，運(yùn)用序蒙特卡羅程序EGS（Electron Gamma Shower）模擬各輻射質(zhì)的能譜，計(jì)算出輻射質(zhì)半值層及平均能量，模擬能譜與實(shí)測(cè)能譜的平均能量相對(duì)偏差不超過(guò)1.6%。利用大體積球形電離室完成參考點(diǎn)處空氣比釋動(dòng)能率的測(cè)量，并對(duì)常用的輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行了校準(zhǔn)。結(jié)果表明：隨著附加過(guò)濾的增加，劑量率逐漸減少，所建立的輻射質(zhì)劑量率范圍為606～4 451 nGy·h-1，不確定度為6.0%（=2）；高氣壓電離室、6150AD劑量率儀校準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果不確定度為7.0%（=2）。

低劑量率， X射線，能譜模擬，校準(zhǔn)因子，不確定度

2021年，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（International Atomic Energy Agency，IAEA）發(fā)布了最新版《國(guó)際核電狀況與前景》［1］報(bào)告，強(qiáng)調(diào)核電在緩解氣候變化和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展方面的作用。核能作為一種安全、清潔、可靠的能源，對(duì)于國(guó)家發(fā)展有著重要作用，核與輻射安全更是國(guó)家安全的重中之重，截止2020年10月，我國(guó)共建成了近161個(gè)國(guó)控輻射環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，在45個(gè)重要核設(shè)施周?chē)_(kāi)展了工作。自動(dòng)站環(huán)境監(jiān)測(cè)類(lèi)儀器主要包括高氣壓電離室、NaI（Tl）譜儀和LaBr3譜儀［2］等。

目前的實(shí)驗(yàn)室檢定校準(zhǔn)方法均是在較高劑量率下進(jìn)行，使得環(huán)境輻射儀器在測(cè)量微弱放射性輻射時(shí)可能會(huì)引入較大誤差。在實(shí)施環(huán)境監(jiān)測(cè)或輻射事故預(yù)警網(wǎng)絡(luò)時(shí)，有必要監(jiān)測(cè)環(huán)境劑量當(dāng)量率（低至500 nSv·h-1），其僅為自然背景輻射產(chǎn)生的貢獻(xiàn)（約100 nSv·h-1）的幾倍。為保證環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)儀器溯源的有效性，必須創(chuàng)造一個(gè)低劑量率水平輻射條件［3］，解決全國(guó)環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)計(jì)量?jī)x表的量值溯源問(wèn)題，提供儀器校準(zhǔn)測(cè)試，保障國(guó)內(nèi)放射性環(huán)境監(jiān)測(cè)量值的準(zhǔn)確與統(tǒng)一。根據(jù)ISO 4037-1［4］標(biāo)準(zhǔn)，通常利用X光機(jī)在不同輻射質(zhì)下完成儀器能量響應(yīng)的測(cè)量評(píng)價(jià)。目前，具備環(huán)境水平監(jiān)測(cè)儀器校準(zhǔn)能力的主要有德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（Physikalisch-Technische Bundesanstalt，PTB）、日本國(guó)家計(jì)量院（National Metrology Institute of Japan，NMIJ）和中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院（National Institute of Metrology，NIM）。PTB在地下490 m的礦井下建立低本底實(shí)驗(yàn)室，并建立低劑量率γ輻射參考輻射場(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)在（10～300） nGy·h-1環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)儀器的響應(yīng)研究。NIMJ通過(guò)增加附加過(guò)濾的方式建立低空氣比釋動(dòng)能率系列，可實(shí)現(xiàn)20 μGy·h-1的輻射劑量率水平校準(zhǔn)［5］。參考輻射場(chǎng)劑量率大小受到放射源強(qiáng)度、距離遠(yuǎn)近、屏蔽材料的影響，可通過(guò)增加源與探測(cè)器的距離、增加附加過(guò)濾等方法降低參考輻射場(chǎng)劑量率。對(duì)于增加測(cè)量距離的方法，會(huì)導(dǎo)致射束在通過(guò)的路徑上進(jìn)一步衰減，且容易受到溫度氣壓影響，使得能譜發(fā)生改變。本文通過(guò)進(jìn)一步增加附加過(guò)濾的方式，利用蒙特卡羅模擬方法得到X射線能譜，建立了5個(gè)低劑量率X射線參考輻射質(zhì)，并計(jì)算得到輻射質(zhì)的半值層和平均能量［6］。采用大體積空腔電離室完成空氣比釋動(dòng)能率的測(cè)量，對(duì)常見(jiàn)的儀器進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量［7］，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度分析［8］。

1 低劑量率參考輻射質(zhì)的建立

1.1　 X射線輻射裝置的組成及能譜測(cè)量

X射線參考輻射裝置主要由X射線光機(jī)、限束光闌、X射線過(guò)濾裝置、定位系統(tǒng)等組成［9］（圖1）。其中光管型號(hào)為COMET MXR-320/26，靶材為鎢靶，靶傾角為20°。管電壓調(diào)節(jié)范圍為（15～320） kV，管電流調(diào)節(jié)范圍為（0～22.5） mA。主要特點(diǎn)為溫度漂移小、管電壓可調(diào)節(jié)范圍大、性能穩(wěn)定，能夠達(dá)到X射線空氣比釋動(dòng)能率測(cè)量的精度要求［10］。過(guò)濾裝置主要由過(guò)濾盤(pán)、附加過(guò)濾片及驅(qū)動(dòng)裝置組成［11］，線性定位系統(tǒng)主要由升降平臺(tái)、橫縱向?qū)к壖凹す鉁?zhǔn)直系統(tǒng)組成。

建立的低劑量率X射線輻射質(zhì)，其附加過(guò)濾片厚度參數(shù)見(jiàn)表1。選用CANBERRA-BE2020高純鍺（HPGe）作為能譜測(cè)量探測(cè)器，采用液氮冷卻，其優(yōu)點(diǎn)是能量分辨率較高，能分辨復(fù)雜的能譜。實(shí)驗(yàn)測(cè)量能譜如圖2所示，受到環(huán)境、準(zhǔn)直器、屏蔽材料散射影響，100 kV、170 kV、240 kV出現(xiàn)康普頓散射峰。

圖1　X射線參考輻射裝置

表1 附加過(guò)濾厚度測(cè)量結(jié)果

圖2　不同輻射質(zhì)下的測(cè)量能譜

1.2　過(guò)濾X射線能譜模擬

本文建立的低劑量率X射線輻射質(zhì)，基于低空氣比釋動(dòng)能率系列，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)添加附加過(guò)濾，以降低劑量率水平。為了進(jìn)一步了解輻射場(chǎng)特性，通常需要采用蒙特卡羅模擬方法對(duì)X射線能譜進(jìn)行模擬研究。EGS（Electron Gamma Shower）是一套能模擬動(dòng)能范圍在1 keV～10 GeV內(nèi)的光子和正負(fù)電子于物質(zhì)中運(yùn)輸過(guò)程的MC（Monte Carlo）程序［12］，模擬實(shí)驗(yàn)首先建立X射線光機(jī)模型，分別模擬管電壓為55 kV、70 kV、100 kV、170 kV和240 kV下輻射質(zhì)的能譜，粒子數(shù)設(shè)置為1.0×1010，電子的截止能量CUT=0.512 MeV，光子的截止能量為CUT=0.001 MeV，統(tǒng)計(jì)誤差小于1%，其他數(shù)據(jù)采用默認(rèn)值。

模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的光子數(shù)進(jìn)行最大歸一化處理，由于所建立的輻射質(zhì)規(guī)范過(guò)濾較重，大部分光子在穿過(guò)過(guò)濾材料時(shí)被吸收，使得到達(dá)收集面的光子數(shù)分布不均勻，故數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)漲落現(xiàn)象較明顯。在繪制能譜圖時(shí)，為消除統(tǒng)計(jì)漲落帶來(lái)的影響，采用并道處理方法，默認(rèn)所有管電壓下能譜設(shè)置道址為200道，通過(guò)減少道址數(shù)實(shí)現(xiàn)并道，55 kV、100 kV下設(shè)置為100道，70 kV、240 kV下為50道，170 kV為25道，得到其合適的道寬，各管電壓下能譜圖如圖3所示。

圖3　各輻射質(zhì)的能譜圖

根據(jù)式（1），整理模擬與測(cè)量能譜數(shù)據(jù)，得到不同輻射質(zhì)的平均能量，平均能量計(jì)算結(jié)果如表2所示，可以看出，平均能量相對(duì)偏差不超過(guò)1.6%，表明實(shí)際測(cè)量結(jié)果與模擬結(jié)果符合較好。

表2 模擬譜與實(shí)驗(yàn)譜平均能量

1.3　 X射線半值層的計(jì)算與有效能量

X射線輻射場(chǎng)的輻射特性［14］通常由能譜和半值層（Half Value Layer，HVL）表示，半值層是指單能X光束穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，強(qiáng)度減弱到一半所需物質(zhì)的厚度，滿足衰減式（2）：

式中：為穿過(guò)物質(zhì)層后的光子注量；0為穿過(guò)物質(zhì)層前的光子注量；是穿過(guò)物質(zhì)層的厚度，m；為X射線在該物質(zhì)中的線減弱系數(shù)，m-1。對(duì)于單能X射線，滿足式（3）關(guān)系：

有效能量定義為具有其相同HVL的單能X射線的能量，隨著附加過(guò)濾的增大，X射線能譜也逐漸硬化，X射線有效能量與平均能量可近似等效一致，故本次實(shí)驗(yàn)將平均能量等效為有效能量處理。實(shí)驗(yàn)半值層用銅（Cu）表示，由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）數(shù)據(jù)庫(kù)整理得到銅的質(zhì)量衰減系數(shù)與不同能量單能X射線之間的關(guān)系，如圖4所示；通過(guò)擬合得到在（55～240） keV下銅的質(zhì)量衰減系數(shù)，查表可得銅的密度為8.96 g·cm-3，計(jì)算出各輻射質(zhì)對(duì)應(yīng)的半值層，如表3所示。

圖4　銅的衰減曲線圖

表3 各輻射質(zhì)半值層

2 輻射場(chǎng)劑量率的測(cè)量與儀器的校準(zhǔn)

2.1　 X射線空氣比釋動(dòng)能率的測(cè)量

對(duì)于較低劑量率的測(cè)量，通常采用大體積球型電離室作為標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器，主要原因是其靈敏度高、穩(wěn)定性好，且角響應(yīng)可忽略不計(jì)。為了達(dá)到電子平衡，通常將電離室放置在均勻輻射場(chǎng)中，使有效探測(cè)體積被輻射場(chǎng)全覆蓋，根據(jù)光機(jī)發(fā)散角及限束光闌、探測(cè)器尺寸的大小及輻射場(chǎng)特性（距離焦斑4 m處95%均勻輻射野大小為36 cm）要求，本實(shí)驗(yàn)將參考點(diǎn)設(shè)置于距離X射線焦斑4 m處，使用PTW-32003電離室進(jìn)行空氣比釋動(dòng)能率的測(cè)量，其公式為：

表4 低劑量率X射線空氣比釋動(dòng)能率測(cè)量結(jié)果

2.2　 6150AD-5/H+6150AD b/H劑量率儀的校準(zhǔn)

6150AD-5/H+6150AD b/H是一款測(cè)量γ、X射線輻射的便攜式儀表，采用大體積的塑料閃爍體探頭［15］，能量測(cè)量范圍為45 keV～2.6 MeV，可測(cè)量瞬時(shí)劑量率、平均劑量率、累積劑量。校準(zhǔn)因子是評(píng)價(jià)儀器測(cè)量準(zhǔn)確性的重要指標(biāo)，為了檢測(cè)計(jì)量?jī)x器精度是否在誤差范圍內(nèi)，必須對(duì)計(jì)量?jī)x器進(jìn)行校準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)中，將6150AD-5/H+6150AD b/H劑量?jī)x固定在參考點(diǎn)處，通過(guò)激光定位使其與X射線光束、光闌中心處于同一條直線上。經(jīng)測(cè)量得到在各個(gè)輻射質(zhì)下的周?chē)鷦┝慨?dāng)量*（10），參照GB/T 12162-3《用于校準(zhǔn)劑量?jī)x和劑量率儀及確定其能量響應(yīng)的X和γ參考輻射》中對(duì)劑量率與劑量當(dāng)量的轉(zhuǎn)化系數(shù)k（10），計(jì)算得到6150AD-5/H+6150AD b/H的校準(zhǔn)因子如表5所示。

表5 6150AD-5/H+6150AD b/H校準(zhǔn)因子

2.3　高氣壓電離室校準(zhǔn)

對(duì)于環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)儀器，最常見(jiàn)的是充氬氣的高氣壓電離室。實(shí)驗(yàn)所用的高氣壓電離室是GE Reuter-Stokes生產(chǎn)的最新一款γ輻射檢測(cè)儀表，主要用于低劑量水平γ輻射探測(cè)和測(cè)量，由高氣壓電離腔、DAQ主板、靜電計(jì)等組成，測(cè)量范圍為（0～1）Sv·h-1。表6為高氣壓電離室的在低劑量率X射線輻射質(zhì)下的校準(zhǔn)情況?？梢钥闯?，高氣壓電離室在低能段響應(yīng)較差，主要原因是電離室外壁較厚，導(dǎo)致低能光子無(wú)法進(jìn)入電離室，使得讀數(shù)偏低。隨著管電壓增加，響應(yīng)逐漸增強(qiáng)，當(dāng)能量最大時(shí)，校準(zhǔn)因子基本趨于1，這與高氣壓電離室在137Cs γ射線下的響應(yīng)相吻合。

表6 高氣壓電離室校準(zhǔn)因子

2.4　測(cè)量結(jié)果不確定度分析

受到環(huán)境、儀器本身等因素影響，測(cè)量結(jié)果往往存在一定誤差，實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)為一個(gè)近似的估計(jì)值，為了表示近似程度的誤差范圍，引入測(cè)量不確定度（Uncertainty of Measurement），不確定度主要分為A類(lèi)和B類(lèi)［16］。A類(lèi)為測(cè)量過(guò)程中數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)漲落所引起的不確定度，通常用貝塞爾公式進(jìn)行計(jì)算得到，其公式為：

B類(lèi)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、證書(shū)等其他信息得到。對(duì)于環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)儀器的校準(zhǔn)，通常不確定度來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器測(cè)量輻射場(chǎng)劑量率的不確定度、儀器的定位和儀器的讀數(shù)重復(fù)性等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量及理論分析，最終不確定度分析如表7、表8所示。

表7 參考輻射場(chǎng)劑量率測(cè)量不確定度

表8 環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器校準(zhǔn)結(jié)果不確定度

3 結(jié)語(yǔ)

本文依托中能X射線光機(jī)，通過(guò)增加附加過(guò)濾的方式，利用CANBERRA-BE2020高純鍺（HPGe）探測(cè)器和EGS蒙特卡羅程序分別得到5個(gè)輻射質(zhì)的實(shí)測(cè)譜和模擬譜，計(jì)算得到能譜平均能量、各輻射質(zhì)半值層，實(shí)驗(yàn)譜平均能量與模擬譜平均能量相對(duì)偏差最大不超過(guò)1.6%，建立了55 kV、70 kV、100 kV、170 kV和240 kV共計(jì)5個(gè)參考輻射質(zhì)。采用PTW 32003電離室完成所建立輻射質(zhì)參考點(diǎn)處的空氣比釋動(dòng)能率的測(cè)量，劑量率范圍為606～4 451 nGy·h-1，測(cè)量不確定度為6.0%（=2）。在低劑量率下對(duì)6150AD-5/H+6150AD b/H劑量率儀與高氣壓電離室分別進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果不確定度為7.0%（=2）。本文的研究可為輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器在低劑量率條件下的校準(zhǔn)提供參考條件，對(duì)于儀器產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和性能評(píng)價(jià)具有實(shí)際意義。然而，在極低劑量率條件下，受天然本底以及儀器自身性能指標(biāo)的限制等因素的影響，標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器是無(wú)法區(qū)分天然本底計(jì)數(shù)的影響，對(duì)于輻射場(chǎng)的測(cè)量存在一定的不確定度，而對(duì)于輻射監(jiān)測(cè)儀器也需要考慮天然本底的影響。后續(xù)可考慮在低本底實(shí)驗(yàn)室或者屏蔽箱體等實(shí)驗(yàn)條件下，進(jìn)一步完善低劑量率的準(zhǔn)確測(cè)量，為儀器的性能評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐。

作者貢獻(xiàn)說(shuō)明 李夢(mèng)宇：調(diào)研背景，完成參考點(diǎn)空氣比釋動(dòng)能測(cè)量，儀器校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，構(gòu)思并撰寫(xiě)論文；趙瑞：調(diào)研背景，提供理論基礎(chǔ)，完成參考點(diǎn)空氣比釋動(dòng)能測(cè)量、儀器校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，參與論文撰寫(xiě)；屈冰冰：協(xié)助實(shí)驗(yàn)完成，能譜數(shù)據(jù)處理；魯平周：參考點(diǎn)空氣比釋動(dòng)能數(shù)據(jù)處理；宋飛：協(xié)助實(shí)驗(yàn)完成，參考點(diǎn)空氣比釋動(dòng)能數(shù)據(jù)處理；李云飛：提供論文思路；付林：論文完善意見(jiàn)；吳金杰：提供實(shí)驗(yàn)思路。

1 王玉薈, 伍浩松. 國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)發(fā)布報(bào)告《國(guó)際核電狀況與前景》[J]. 國(guó)外核新聞, 2021(9): 2.

WANG Yuhui, WU Haosong. International Atomic Energy Agency releases report [J]. Foreign Nuclear News, 2021(9): 2.

2 肖無(wú)云, 毛用澤, 艾憲蕓, 等. 手持式γ譜儀用核輻射探測(cè)器綜述[J]. 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù), 2008, 28(5): 974–977, 1023. DOI: 10.3969/j.issn.0258-0934.2008.05.027.

XIAO Wuyun, MAO Yongze, AI Xianyun,. Review of the detectors for hand-held gamma spectrometers[J]. Nuclear Electronics & Detection Technology, 2008, 28(5): 974–977, 1023. DOI: 10.3969/j.issn.0258-0934.2008.05.027.

3 Kowatari M, Yoshitomi H, Nishino S,. Establishment of a low dose rate gamma ray calibration field for environmental radiation monitoring devices[J]. Radiation Protection Dosimetry, 2019, 187(1): 61–68. DOI: 10.1093/rpd/ncz138.

4 Zhang Q L, Han M C, Huang Y W,. Establishment of filtered X-ray reference radiation based on ISO4037-1: 1996 in CIRP[J]. Journal of Nuclear Science and Technology, 2008, 45(sup5): 278–281. DOI: 10.1080/00223131.2008.10875842.

5 趙瑞, 吳金杰, 樊松, 等. 環(huán)境水平X射線輻射質(zhì)的建立及監(jiān)測(cè)儀表校準(zhǔn)方法研究[J]. 計(jì)量學(xué)報(bào), 2018, 39(S1): 131–136. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2018.z1.29.

ZHAO Rui, WU Jinjie, FAN Song,. Establishment of environmental level X-ray radiation qualities and research of the calibration methods of monitoring instruments[J]. Acta Metrologica Sinica, 2018, 39(S1): 131–136. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2018.z1.29.

6 Bandalo V, Greiter M B, Br?nner J,. Iso 4037: 2019 validation of radiation qualities by means of half-value layer and Hp(10) dosimetry[J]. Radiation Protection Dosimetry, 2019, 187(4): 438–450. DOI: 10.1093/rpd/ncz185.

7 張華, 陳志東, 徐潤(rùn)龍, 等. 輻射測(cè)量?jī)x的宇宙射線響應(yīng)和校準(zhǔn)系數(shù)的陸地測(cè)算方法驗(yàn)證[J]. 核技術(shù), 2021, 44(5): 050101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050101.

ZHANG Hua, CHEN Zhidong, XU Runlong,. The verify of the terrestrial measuring method of the cosmic ray response and calibration coefficient for the radiometer[J]. Nuclear Techniques, 2021, 44(5): 050101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050101.

8 李志強(qiáng), 肖德濤, 趙桂芝, 等. 氡析出率快速測(cè)量的不確定度評(píng)定[J]. 核技術(shù), 2017, 40(4): 040201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.040201.

LI Zhiqiang, XIAO Detao, ZHAO Guizhi,. Uncertainty evaluation of rapid measurement of radon exhalation rate[J]. Nuclear Techniques, 2017, 40(4): 040201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.040201.

9 李婷, 吳金杰, 方方, 等. 250～600 kV段X射線參考輻射裝置構(gòu)建[J]. 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù), 2016, 36(3): 334–337. DOI: 10.3969/j.issn.0258-0934.2016.03.023.

LI Ting, WU Jinjie, FANG Fang,. The establishment of X-ray reference radiation device under the tube voltage between 250 kV and 600 kV[J]. Nuclear Electronics & Detection Technology, 2016, 36(3): 334–337. DOI: 10.3969/j.issn.0258-0934.2016.03.023.

10 葛雙. (20～300) kV X射線參考輻射場(chǎng)的建立和研究[D]. 衡陽(yáng): 南華大學(xué), 2016.

GE Shuang. The establishment and study of reference radiation field in the range of (20～300) kV X-rays[D]. Hengyang: University of South China, 2016.

11 李靜, 龍成章, 李勝春, 等. X射線空氣比釋動(dòng)能(診斷水平)輻射場(chǎng)的研究[J]. 工業(yè)計(jì)量, 2019, 29(3): 13–14. DOI: 10.13228/j.boyuan.issn1002-1183.2018.0204.

LI Jing, LONG Chengzhang, LI Shengchun,. Study of X-ray air specific release kinetic energy (diagnostic level) radiation field[J]. Industrial Metrology, 2019, 29(3): 13–14. DOI: 10.13228/j.boyuan.issn1002-1183.2018.0204.

12 段小娟, 吳金杰, 楊元第. EGSnrc程序模擬低能X射線光管參數(shù)對(duì)射線能譜的影響[J]. 計(jì)量學(xué)報(bào), 2011, 32(S1): 51–53. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2011.z1.14.

DUAN Xiaojuan, WU Jinjie, YANG Yuandi. The affect of X-rays tube parameters simulated by EGSnrc on low-energy spectrum[J]. Acta Metrologica Sinica, 2011, 32(S1): 51–53. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2011.z1.14.

13 黃凱, 黃瑤, 鞠一, 等. EDXRF特征譜平滑去噪方法比較[J]. 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù), 2019, 39(1): 118–121.

HUANG Kai, HUANG Yao, JU Yi,. Comparison of EDXRF characteristics of the spectrum smoothing de-noising method[J]. Nuclear Electronics & Detection Technology, 2019, 39(1): 118–121.

14 歐向明, 趙士庵, 李明生. 標(biāo)準(zhǔn)X射線輻射場(chǎng)RQR半值層的測(cè)定[J]. 中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備, 2009, 6(6): 1–4. DOI: 10.3969/j.issn.1672-8270.2009.06.001.

OU Xiangming, ZHAO Shian, LI Mingsheng. Determination of half value layer for the X-ray diagnostic quality of RQR[J]. China Medical Equipment, 2009, 6(6): 1–4. DOI: 10.3969/j.issn.1672-8270.2009.06.001.

15 陳曉云, 徐云鳳, 龍庚. 不同輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)宇宙射線響應(yīng)值的探討[J]. 環(huán)保科技, 2021, 27(5): 28–32. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0254.2021.05.007.

CHEN Xiaoyun, XU Yunfeng, LONG Geng. Discussion on response values of different radiation monitoring equipments to cosmic ray[J]. Environmental Protection and Technology, 2021, 27(5): 28–32. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0254.2021.05.007.

16 付曉君. 醫(yī)用診斷X射線輻射源空氣比釋動(dòng)能測(cè)量不確定度評(píng)定[J]. 影像研究與醫(yī)學(xué)應(yīng)用, 2019, 3(5): 106–108. DOI: 10.3969/j.issn.2096-3807.2019.05.070.

FU Xiaojun. Evaluation of uncertainty in measurement of air kernel energy of medical diagnostic X-ray radiation source[J]. Journal of Imaging Research and Medical Applications, 2019, 3(5): 106–108. DOI: 10.3969/j.issn.2096-3807.2019.05.070.

Establishment of low-dose rate X-ray radiation quality and calibration of the instruments

LI Mengyu1,2ZHAO Rui2QU Bingbing1,2LU Pingzhou1,2SONG Fei1,2LI Yunfei2FU Lin1WU Jinjie2

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Calibration is an important way to assess the performance of radiation monitoring instruments and to ensure their accuracy and reliability for measurement.This study aims to solve the traceability problem of dose meters at low dose rate.First of all, reference radiation masses of 55 kV, 70 kV, 100 kV, 170 kV, 240 kV were established and their energy spectra were measured by adding additional filtering to the X-ray radiation field. Then, the energy spectrum of each radiative mass was simulated by the EGS (Electron Gamma Shower) program to obtain the radiative mass half-value layer and the average energy. Finally, the kerma rate at the reference point was measured by using a large volume spherical ionization chamber, followed by calibration of conventional radiation environmental monitoring instruments.The results showed that the relative deviation between the simulated energy spectra and measured spectra does not exceed 1.6% and the dose rate decreases with more additional filtration.The established dose rates for the radiation masses ranged from 606 nGy·h-1to 4 451 nGy·h-1the uncertainty is 6.0% (=2). The uncertainty of the calibration measurement results of the high-pressure ionization chamber 6150AD dose rate meter is 7.0% (=2).

Low dose rate, X-ray, Energy spectrum simulation, Calibration factor, Uncertainty

LI Mengyu, male, born in 1997, graduated from Zhonghuan Information College Tianjin University of Technology in 2019, master student, focusing on X-ray measurement

WU Jinjie, E-mail: wujj@nim.ac.cn

2022-01-03,

2022-04-06

TL99

10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060403

李夢(mèng)宇，男，1997年出生，2019年畢業(yè)于天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院，現(xiàn)為碩士研究生，研究領(lǐng)域?yàn)閄射線計(jì)量研究

吳金杰，E-mail：wujj@nim.ac.cn

2022-01-03，

2022-04-06