辐射加工剂量学与质量控制ppt课件

1、辐射加工剂量学与质量控制概论 张彦立中国计量科学研讨院 电离辐射与医学所2021年4月 .一、引言电离辐射剂量学：是一门研讨辐射丈量的学科，主要研讨电离辐射与其能量在物质中的减弱、传送与吸收的规律；受照射物质内的剂量分布与辐射场的关系；辐射剂量与有关辐射效应之间的联络；丈量辐射剂量的仪器方法、计算技术及有关参数；以及剂量丈量在有关领域中的实践运用。辐射加工剂量学也称高剂量学：涉及辐射加工研讨、开发、消费中剂量丈量的研讨和运用，是辐射剂量学领域中比较活泼的一个分支。它是随着辐射加工事业的开展而开展起来的。就辐射加工而言，严厉控制辐照工艺质量是保证被辐照产质量量的关键，而剂量丈量的质量那么是辐照质

2、量控制的中心和根底。.第一章 辐射加工剂量丈量方法辐射加工剂量丈量的量是吸收剂量:吸收剂量的定义: D=dE/dm 吸收剂量的Si单位为: J/kg，单位的专名为戈瑞(Gy)，在1986年以后，戈瑞已取代现有的吸收剂量公用单位拉德(rad)： 1 rad = 100erg/g = 0.01 Gy 1 Gy = l Jkg =100 rad 吸收剂量适用于任何电离辐射和任何受照物质。它表示物质受照射的结果，不涉及物质获得辐射能量的微观过程，而且与采用何种丈量方法无关。与照射量不同，它直接采用能量单位来度量，更便于研讨物质的辐射效应.第一章 辐射加工剂量丈量方法确定辐射剂量丈量的根本原那么 原那么

3、上说，只需受照射物质中所引起的效应与吸收的辐射能量具有确定的关系，这种效应就可用来测定辐射剂量。这样的效应有电离、发热、发光激发等各种物理变化，氧化复原、裂解、聚合、交联、变色、粘度变化等许多化学变化，或由此引起的体系物理性质的变化。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法剂量丈量系统是由剂量计、相关的分析仪器及剂量呼应曲线或剂量呼应函数组成的。剂量计是指丈量吸收剂量的器件，如盛有剂量计溶液的安瓶，薄膜等。根据剂量计计量学性能的优劣和用途，可以把丈量准确度与精细度都高的、能作为规范运用的剂量计称为规范剂量计。常规任务剂量计是指那些计量学性能稍差，但操作简便、供应充分、能用于日常剂量监测的剂量计称为。

4、在辐射加工剂量丈量中，校准常规剂量计的呼应，广泛运用两种不同的方法：量热计剂量丈量系统；硫酸亚铁Fricke剂量丈量系统。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法 一、量热计剂量丈量系统 量热法是一种直接测定吸收剂量的绝对方法。 根本原理：假设物质吸收的辐射能量不转变为化学能、光能等量其他方式的能量，只是使物质温度升高，那么我们可以经过在一定条件下丈量被照射物质温度的变化来确定所吸收的能量。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法一、量热计剂量丈量系统.第一章 辐射加工剂量丈量方法一、量热计剂量丈量系统.第一章 辐射加工剂量丈量方法 二、电离室 照射量: dQ/dm，单位：C/kg) 电离室是以气体作介质的，

5、在辐射作用下气体分子被电离，产生自在电子与正离子。假设在它们的外部加一电场，电子与正离子就会在电场作用下作定向运动，电子向阳极方向运动，正离子那么趋向阴极。结果在外测电路上构成电离电流。通常丈量照射量用的电离室丈量的是对时间的平均电离效应，即一定电压下产生的稳定的电离电流。电离电流普通很小，所以电离室必需与灵敏度较高的静电计那样的丈量仪器配合运用。 D=0.95RNcK1 K2.第一章 辐射加工剂量丈量方法二、电离室 电离室是以气体作介质的，在辐射作用下气体分子被电离，产生自在电子与正离子。 指型电离室构造图 电离电流曲线.第一章 辐射加工剂量丈量方法电子束流密度计电子注量仪 此法是经过对电子

6、束流密度与电子束能量的测定，根据被照射物的组成、密度、厚度与其他照射条件计算出被照物中的吸收剂量。加速器所指示的电流与电压并不确切表示入射电子束的束流强度与能量，必需经过校准与修正。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法电子束流密度计电子注量仪.第一章 辐射加工剂量丈量方法 二、液体化学剂量计 液体化学剂量计是利用辐射在液态化学体系中引起的化学变化如氧化、复原、分解等与体系吸收的辐射能量之间的定量关系来测定吸收剂量的。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法 二、液体化学剂量计 : 为被测离子的摩尔消光系数m2mol-1； G: 为被测离子的辐射化学产额molJ-1)； l： 为分光光度计液杯的光程长度m或

7、cm； ：为剂量计溶液的密度gcm-3或kgm-3。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法二、液体化学剂量计 辐射化学产额GX) 为n(x)除以E所得的商. 式中，n(x)是某体系吸收平均辐射能量E 后，所产生、破坏或变化的物质x的平均量。 单位：molJ-1或100eV-1， lmolJ-1=9.65106(100eV)-1。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法二、液体化学剂量计 吸光度A 被定义为： A=log 1/T 式中，T = I/I0为透射率，I0 为入射光通量密度，I 为透射光通量密度。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法二、液体化学剂量计 摩尔吸光系数：为比耳定律中的一个系数，亦称为摩尔线性

8、吸收系数或摩尔吸光系数，它可用如下关系式描画： = A/(ml) 式中：A 为某一特定波长下的吸光度； m 为所研讨的吸收物质在溶液中的摩尔浓度； l 为液杯中溶液的光程长度。 的单位为m2 mol-1。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法二、液体化学剂量计.第一章 辐射加工剂量丈量方法硫酸亚铁(Fricke)剂量计该剂量计提供了丈量水中吸收剂量的规范方法，它依赖于电离辐射使酸性水溶液中水辐射产物将Fe2+离子定量的地氧化为Fe3+离子的过程。 Fe2+ Fe3+在稀硫酸溶液中Fe3+离子在紫外光区显示303nm和224nm 处有2个吸收峰，在303nm处Fe2+的影响可以忽略，故通常采用303n

9、m波长来丈量Fe3+的浓度变化。实验在303nm波长下Fe3+的摩尔吸光系数值不仅与Fe3+离子规范溶液的制备方法有关，而且受测定的分光光度计性能的影响。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法硫酸亚铁(Fricke)剂量计 丈量波长：303nm; 丈量范围：40-400Gy); 丈量不确定度：2-3%k=2).第一章 辐射加工剂量丈量方法重铬酸盐剂量计重铬酸盐剂量计根据的反响是由于电离辐射与水相互作用产生的辐解产物可将Cr2O72- 中的Cr6+离子复原为Cr3离子 Cr2O72- Cr3 重铬酸根离子 Cr2O72-在可见光区350nm和440nm 处有2个吸收峰，在350nm有峰，摩尔吸光系数较

10、大，可用来丈量低剂量量程，而平台440nm处摩尔吸光系数较低，可用来丈量高剂量量程。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法重铬酸盐剂量计低量程重铬酸盐剂量计 丈量波长：350nm; 丈量范围：0.4-5kGy); 丈量不确定度：4-5%k=2).高量程重铬酸盐剂量计 丈量波长：440nm; 丈量范围：5-40kGy); 丈量不确定度：4-5%k=2).第一章 辐射加工剂量丈量方法重铬酸盐剂量计.第一章 辐射加工剂量丈量方法固体剂量计 固态物质可以是无色的塑料、玻璃、无机或有机晶体、半导体、照相胶片等。侧量的辐射效应主要为光学性质的变化，如吸收光谱、发光光谱的变化；或是电性质的变化，如光电流的变化、发

11、射电子等。固体剂量计都是相对丈量手段，为了获得准确、重现的结果，每批样品必需仔细校准，建立量值溯源性，并且校准应尽能够与运用条件一致，并且严厉控制剂量计的厚度与储存条件。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法丙氨酸/ESR剂量计 丙氨酸是一种氨基酸，辐照后氨基零落，构成具有不成对电子的稳定的自在基CH3-CH-COOH，成为顺磁性物质。自在基浓度(总数)可用专门丈量自在基的电子顺磁共振EPR谱仪定量丈量。将测得的结果如相对波谱峰高与规范剂量计校准得的剂量呼应曲线进展比较，或利用剂量呼应函数公式计算，即可确定吸收剂量。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法丙氨酸/ESR剂量计 丈量范围：0.1-40kGy)

12、;丈量不确定度：4-5%k=2).第一章 辐射加工剂量丈量方法丙氨酸/ESR剂量计丙氨酸剂量计由丙氨酸试剂与黏合剂(例如石蜡)以一定比例均匀混合制成, 其综合性能优于其他任何辐射加工剂量计。丙氨酸剂量计可测剂量范围宽；线性好，在102104Gy，其线性相关系数大于0.9999；稳定性好，一年中自在基的衰退只需0.5%；丈量反复性好；它的辐射吸收性能与水等效，对大多数辐照物而言，放在其中的丙氨酸剂量计所测吸收剂量可以直接当作辐照物的吸收剂量，无须换算；剂量计结实、体积小、便于邮寄；自在基浓度丈量是非破坏性的分析方法，因此可反复测读。鉴于其良好的剂量学特点，国际原子能机构 (IAEA) 在1985

13、年选用其推出了用于一致IAEA成员国的吸收剂量量值的“国际剂量保证效力IDAS方案。近年来，NIST、NPL、GSF、等西方兴隆国家正在进展将丙氨酸/EPR剂量计作为参考规范系统的研讨。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法PMMA聚甲基丙烯酸甲醋剂量计专门配方的聚甲基丙烯酸甲醋薄片是目前较常用的固体剂量计。无色PMMA (Perspex HX)与红色PMMA (Perspex Red 400与Red 4034)已被广泛采用，英国、加拿大、日本已有公用于剂量测定的商品出卖。在照射过的无色透明的PMMA中丈量的是由辐射产生的不饱和活性基团例如C=0在305或314nm波长下的吸光度。厚度为1mm3mm

14、的Perspex HX，可测1kGy50kGy的吸收剂量。红色PMMA照射后在可见光区605 nm 或640 nm丈量吸光度变化，测定范围为1kGy40kGy。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法PMMA聚甲基丙烯酸甲醋剂量计.第一章 辐射加工剂量丈量方法辐射显色薄膜剂量计RCD 辐射显色染料薄膜剂量计RCD是一种很有特征的固态剂量计。它含有一种无色或接近无色的染料母体三苯甲烷染料的衍生物的塑料薄膜照射后会显色，显色的程度与吸收剂量有一定的关系，只需丈量一定波长下的吸光度变化，即可从校准曲线中得到吸收剂量。一种辐射显色染料为六羟基乙基付品红氰化物的尼龙薄膜，照射后的最大光吸收波长为604nm，厚度

15、为50m的薄膜在604nm下可测至30 kGy，采用较低的波长如540nm或510nm可测剂量增大到300kGy。误差分析阐明其丈量扩展不确度为6%(k=2)，可以作为一种呼应稳定、丈量简便、准确可靠的电子束吸收剂量传送规范。 .第一章 辐射加工剂量丈量方法辐射显色薄膜剂量计RCD.第一章 辐射加工剂量丈量方法 CTA三醋酸纤维素薄膜剂量计CTA也是一种常用丈量电子束剂量的薄膜剂量计，其方法是在290nm波长可丈量由辐射引起的吸光度变化。这种变化与吸收剂量在很宽的范围内呈直线关系。该剂量计适用于较高的剂量程度(50kGy200kGy)。在通常运用的电子束与射线照射下，剂量率对呼应影106 Gy

16、h-1 以上时，照射温度不影响丈量结果，故此剂量计对丈量电子剂量特别有用。 误差分析阐明其丈量扩展不确度为8%(k=2)，可以作为一种丈量简便、准确可靠的电子束吸收剂量任务剂量计。.第一章 辐射加工剂量丈量方法CTA三醋酸纤维素薄膜剂量计.第二章 适用剂量学 辐射加工剂量丈量的意义和内容1 研讨与开发 研讨产品中的剂量与辐射效应的关系，各种要素的影响如剂量、剂量率、温度、介质、含水量、气氛、原资料、配方、前处置与后处置工艺等等，建立在一定条件下吸收剂量与辐照物品中产生所需效应之间的关系，确定实现某种产品辐照工艺的最正确剂量程度和剂量限值即选定工艺剂量。 .第二章 适用剂量学辐射加工剂量丈量的意

17、义和内容2 辐照安装确认鉴定的目的是验证辐照安装能否具备进展辐射加工的才干，证明该安装能以一种重现、可控制的方式对产品辐照规定的剂量。安装确认包括对加工设备的检验，运转参数的刻度与稳定性考验，剂量丈量系统的校准，检验模拟产品或产品中吸收剂量与剂量分布的值及其重现性。剂量丈量包括丈量辐射源到辐照位置的反复性，辐照场剂量分布，产品单元的剂量分布，一定堆积密度和装载方式的产品中运转参数如产品传输速度和工位停顿时间与产品吸收剂量的关系，以确认典型密度范围内产品在特定辐照条件下所遭到的剂量、剂量分布和剂量不均匀度，以及它们的准确性与反复性，能否满足规定的要求。.第二章 适用剂量学辐射加工剂量丈量的意义和

18、内容 3. 辐照工艺确认当对新产品实施辐照时或产品规格改动时，应对产品的辐照工艺进展工艺确认。工艺确认的目的是要保证该工艺能满足对产品吸收剂量的要求。对于给定的产品装载方式，应绘制其辐照单元的吸收剂量分布图，丈量产品剂量分布的目的是获得总体平均剂量值与剂量不均匀度，以及确定最大剂量、最小剂量的位置，并选定日常剂量监测位置。静态辐照时必需预先测定空场的剂量分布，绘制等剂量曲线，选定产品堆码确实切位置与方式，制定产品翻转、移位的正确程序。经过剂量分布丈量，验证总平均剂量与剂量不均匀度能否满足加工工艺的要求，针对放在选定辐照位置上一定密度的产品与堆码翻转方式确定所需的辐照时间。.第二章 适用剂量学辐

19、射加工剂量丈量的意义和内容4. 日常剂量监测 辐照安装日常运转中除了经过监测刻度过的辐照运转参数进展加工控制外，要求把剂量计置于产品辐照箱最大剂量或最小剂量位置也可放在其他布放与卸下较为方便的位置，不过该处的剂量值应已被确定并重现进展现场监测。同时，经过对加工运转参数进展监视控制，来保证产品获得的吸收剂量与其分布在工艺剂量范围内，并尽能够提高辐照效率。剂量丈量作为一种独立的监控手段，必要时也可同时采用检验产品中的辐射效应进展控制。 此外，还应定期标定辐照场，核对产品剂量不均匀度，检验安装运转参数与产品剂量的关系。为防止产生反复照射或漏照，产品箱上尽能够贴有目视辐照指示片。当辐射源的活度与构造、

20、运转参数、产品密度以及其他能影响剂量分布的要素发生变化时，应重新测定剂量分布。.第二章 适用剂量学不同资料中吸收剂量的换算 辐射加工中剂量丈量的详细方法是把剂量计插人产品或其模拟物中的适当位置，当剂量计本身有相当体积的情况下实践测得的是剂量计本身的吸收剂量。只需剂量体系与照射样品的原子组成、密度、外形、容器及照射条件完全一样，剂量体系的吸收剂量才干代表样品中的吸收剂量。当剂量计与产品由辐射吸收特性差别较大的不同物质组成时，即使它们在同样情况下照射，两者的吸收剂量并不一样，必需进展适当的换算。 .第二章 适用剂量学电子束适用剂量学在无剂量率效应的情况下，适于丈量射线的剂量计也可用来丈量电子束剂量

21、。由于电子束射程短，剂量率高，剂量分布不太均匀，而且会产生电荷积累和温度升高等问题，选用的剂量计必需充分思索这些特点由于电子束射程短，剂量分布梯度大，日常检测剂量与剂量分布通常采用空间分辨才干高的薄膜剂量计进展剂量丈量。 .第二章 适用剂量学电子束适用剂量学1深度剂量分布 深度剂量分布曲线给出了电子束垂直于介质平面人射时，沿射束中心轴吸收剂量随深度变化的关系。典型的深度剂量分布曲线开场随着被照物深度的添加由于散射电子呵斥的积累使剂量值逐渐增大，到剂量值到达最大值后逐渐下降，一定间隔后下降加速，再变得缓慢并与横轴相交。.第二章 适用剂量学电子束适用剂量学1深度剂量分布 实践射程Rp为深度剂量分布

22、曲线 上几乎直线下降拐点处的切线与 韧致辐射本底外推线的交点所对 应的深度，这时的实践射程也就 是外推射程Rex。 .第二章 适用剂量学电子束适用剂量学射程与能量的关系电子在给定资料中穿透的才干几乎正比于它们的初始能量。利用这种关系可确定电子束的能量。所以电子束能量经常采用简单易行的射程法进展丈量，经过射程测定，再从图表或计算公式由射程一能量关系确定电子束能量。 .第二章 适用剂量学电子束适用剂量学射程与能量的关系.第二章 适用剂量学电子束适用剂量学 电子束能量丈量电子束能量可以用磁偏转、核反响及射程法测定。射程法比较方便，它是基于在某种资料中测得的射程，按知的射程一能量关系确定电子束能量。对

23、于聚苯乙烯吸收体EP与RP有如下关系 .第二章 适用剂量学电子束适用剂量学 电子束能量丈量.第三章 剂量计的分类、选择和校准一、剂量计的分类 根据剂量计量学性能的优劣和用途，可以把丈量准确度与精细度都高的，能作规范运用的剂量计称为规范剂量计。把那些计量学性能稍差些，但操作简便，供应充分，能用于日常剂量监测的剂量计称为任务剂量计。 .第三章 剂量计的分类、选择和校准一、剂量计的分类 任务剂量计即常规剂量计 可用来丈量辐射场与产品剂量分布及进展日常剂量监测，控制加工工艺与保证产质量量。常规剂量计通常是一些无色或彩色的塑料薄膜薄片与液体化学剂量计，前者运用前必需经规范剂量计校准。它们遭到辐照后会引起

24、吸光光谱的变化，利用分光光度计选择适当的波长丈量薄膜与溶液辐照前后吸光度的变化，即可直接从校准曲线剂量呼应曲线或计算公式确定吸收剂量。 .第三章 剂量计的分类、选择和校准剂量计的校准剂量丈量系统校准的目的是用准确可靠的吸收剂量值来标定剂量计的辐射呼应，获得剂量呼应校准曲线或剂量呼应函数，建立剂量量值的溯源性。.第四章 剂量丈量的规范化与丈量质量保证 剂量丈量在辐射加工中有重要的技术意义，这已是众所周知并遭到注重的缘由。提高剂量丈量的准确度和精细度，确保产品接受一定程度上高于有效剂量和适宜的剂量不均匀度，就可以在保证辐照质量下尽能够提高辐照效率和经济效益。此外，剂量丈量还有重要的法律意义。例如，

25、对辐照安装的同意认可，某项工艺的生效，辐照质量I议的仲裁都有大量的计量认证、剂量丈量任务要做。 .第四章 剂量丈量的规范化与丈量质量保证 剂量丈量的规范化剂量丈量的规范化可以使测得的吸收剂量量值准确一致 实现剂量丈量的规范化，需求研制准确、重现的规范剂量丈量系统 定期用国家规范剂量计校准现场一切的任务剂量计才干建立量值溯源性，到达国内吸收剂量量值的准确一致 .第四章 剂量丈量的规范化与丈量质量保证 量 值 溯 源 系 统 .第四章 剂量丈量的规范化与丈量质量保证 量 值 溯 源 系 统.第四章 剂量丈量的规范化与丈量质量保证建立量值溯源性的详细途径 .第四章 剂量丈量的规范化与丈量质量保证国家

26、剂量保证效力NDAS 国家计量院NIM)邮寄丙氨酸剂量计给各辐射加工单位用户；用户将丙氨酸剂量计照射，用户用本人的任务剂量计给出丙氨酸剂量计的吸收剂量值Di；用户将Di值报给NIM，并将丙氨酸剂量计邮寄给NIM作剂量评价；NIM用电子自旋共振(ESR)谱仪丈量丙氨酸剂量计中的自在基数目，根据其ESR谱和丙氨酸剂量计的校准曲线，确定其吸收剂量值D0。NIM根据Di和D0值，计算相对偏向(Di一D0)/ D0，假设偏向小于5%，那么以为用户给出的吸收剂量值Di是好的;偏向小于10%，那么以为用户给出的吸收剂量值Di是可接受的；偏向大于10%，那么以为用户给出的吸收剂量值Di是可接受的；最后NIM将

27、丈量结果相对偏向开具证书发给用户。 .第四章 剂量丈量的规范化与丈量质量保证剂量丈量质量保证详细保证剂量丈量质量重要要素 (1) 仪器设备：必需满足丈量才干的要求，计量器具应检定合格； (2) 任务环境：包括温度、湿度、光照及整齐卫生等满足丈量任务的正常进展； (3) 人员素质：经过专业培训，考核合格；(4) 规章制度：制定真实可行的保证丈量任务准确可靠的任务和管理制度，严厉执行；(5) 操作规程和技术法规：按剂量丈量系统及其运用方法的规程进展操作。.第四章 剂量丈量的规范化与丈量质量保证剂量丈量质量保证剂量丈量结果的不确定度大小反映了剂量丈量的质量优劣；剂量丈量质量可以从剂量丈量方法学特征，

28、剂量学性能和丈量结果的不确定度评定来分析。 .第五章 剂量分布与丈量辐照安装剂量分布的丈量用于丈量辐照安装剂量分布的资料的密度，应与有待该辐照安装加工的产品的堆积密度一样，并且应按设计的体积限制装满辐照容器。剂量计应布满每一个选择的辐照容器。剂量计的数量和定位将决议剂量分布丈量的空间分辨才干。剂量计经辐照后回收和读数，确定最小最大剂量区域与不均匀度，并记录备案。 .第五章 剂量分布与丈量产品中剂量分布的丈量 丈量产品中吸收剂量分布丈量的目的是获得辐照产品的总平均剂量值与剂量不均匀度，以及确定Dmax与 Dmin的位置，并选定日常剂计监测位置。剂量分布应采用在整个产品或模拟产品辐照箱中按三维空间

29、网格方式均匀布置剂员计的方法，并针对较宽的产品密度范围进展丈量。 对于延续辐照安装，可以在产品辐照箱中按网格式布放一定量的剂量计，根据箱体和丈量要求可以布放27(39)，45(315或59)，75(515)或125(525)个剂量计。箱内装满定堆积密度的产品或模拟产品，在与实践运转下堆积密度一样的条件下进展辐照。 .第五章 剂量分布与丈量产品中剂量分布的丈量 吸收剂量不均匀度通常要求小于2 .第六章 辐照安装的运转和加工的质量控制一 安装的安装鉴定和运转鉴定确认 二 加工性能鉴定确认三 日常消费检测 四 辐射加工产质量量的控制 五 记录与存档 .第六章 辐照安装的运转和加工的质量控制一、安装鉴定是经过获取数据并文件证明辐照安装及其相关联的一切仪器设备都是按照方案书来提供并安装的认定。安装鉴定的目的是证明辐射源、与其配套的设备和丈量仪器是按相关的规范进展了提供或安装。安装鉴定包括：辐射源、与其配套的加工设备和丈量仪器的文件，建立运用它们的实验、运转以及校准程序和确认它们符合规范运转。有效