收稿日期:1998205205;修回日期:1998209201作者简介:安金霞(1973—),女,河北威县人,硕士,助理研究员,电离辐射物理专业第34卷第1期原子能科学技术Vol.34,No.12000年1月AtomicEnergyScienceandTechnologyJan.2000新型硅吸收剂量量热计的应用安金霞,巴维真,吾勤之,何承发,陈朝阳(中国科学院新疆物理研究所,新疆乌鲁木齐830011)摘要:叙述了一种新型硅吸收剂量量热计的结构、电加热校准情况及其测量原理,给出了用该量热计标定中国科学院新疆物理研究所60Coγ辐照室中吸收剂量率及升降源过程吸收剂量对距离分布情况,说明升降源过程吸收剂量尤其在短时间、近距离、小剂量等辐照情况下不可忽视。关键词:硅;吸收剂量;量热计;γ射线中图分类号:TL818+14文献标识码:A文章编号:100026931(2000)01236205量热法测定吸收剂量可根据物质的比热和受射线辐照后的温升来绝对测量。因此,量热法是测量辐射吸收剂量最直接、最可靠的方法,可用来标定未知辐射场的剂量分布及其它类型的相对剂量计。近年来,随着抗辐射电子学的发展,提出了准确测定硅及其它半导体材料吸收剂量的要求,研制了以硅片作为吸收体、用泡沫塑料隔热和以硅球体作为吸收体、用空气层隔热的简易量热计[1]。这些量热计在对绝热要求不高的脉冲X射线辐照应用中起到了较大作用,但对吸收剂量率较低的稳态辐射,热损失引起的测量误差是不可忽视的。1结构和测量原理111量热计结构量热计由探头、测量仪器和计算机等部分组成。量热计探头的结构示于图1。它由计芯、外套、封盖和介质4部分组成。前3部分用纯度为99199%的高纯硅制成,介质由纯铝制成。其中,计芯为直径20mm、厚约2mm、质量为13541688mg的硅圆片。计芯的两面分别埋设1个经过精确标定的加热和测温微型珠状热敏电阻,热敏电阻及其固定胶等引进的杂质在计芯中所占质量百分比不大于012%。此量热计的设计具有以下特点。1)整个探头组件装在聚合材料制成的真空筒中,计芯与外界有3层高真空(<10-3Pa)绝热保护;尽量减少计芯支撑点的个数,仅用隔热材料作三点支撑;对计芯表面进行抛光处理,其它组件内外表面均贴以镀铝Mylar薄膜,从而有效防止了热损失。2)硅计芯周围均为硅材料组件,量热计受辐照时各组件同步升温,计芯以近似绝热方式©1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net图1硅量热计探头组件结构图Fig.1Crosssectionofthesiliconcalorimeterassembly1———计芯;2———外套;3、4———封盖;5———介质;6———电离室升温,减少了热损失引起的误差,并为计芯创造了良好的电子平衡条件。3)量热计直接测得硅材料的吸收剂量,并且设有活动入射窗,只盖1个封盖(厚度为015mm)时,适合低穿透性辐射(电子、X射线)测量;再加盖1个封盖(厚度为211mm),适合高穿透性辐射(γ射线)测量。4)在探头的入射窗口前侧加装了一透射电离室,可与计芯测温系统同步采集电离电流变化情况,可较精确确定升降源时间,从而得出升降源附加剂量大小。112吸收剂量率测量原理在与周围介质热绝缘的情况下,量热计计芯材料中的吸收剂量为:D=E/m=(Eh+Es)/m(1)式中:m为灵敏体积的质量;E是电离辐射授予灵敏体积的能量;Eh是灵敏体积中吸收能量所转化的热量;Es是以辐射化学反应等形式损失的能量。因选用纯度为99199%的硅作为吸收体材料,Es可忽略不计。考虑比热容定义,可推出:D=cΔT(2)式中:c为计芯材料(硅)的比热容,由电加热校准实验获得;ΔT为计芯温升。测温电桥电路各桥臂阻值的相对变化满足以下关系:ΔRc/Rc=ΔRx/Rx(3)式中:ΔRc和ΔRx分别是惠斯通电桥(图2)中测温热敏电阻和精密电阻箱阻值变化量。由测温热敏电阻特性公式,在温升较小的条件下可得到:ΔRc/Rc=-B·ΔT/T2(4)式中:B为热敏电阻特性常数;T为计芯初始温度(K)。由以上各式并考虑辐照时间t(由计算机计时)可得吸收剂量率D·为:D·=-[c·T2/(B·t)]·(ΔRx/Rx)(5)113升降源过程吸收剂量测量原理60Co源从井底贮存位置上升到工作(辐照)位置和从工作位置返回到贮存位置均需要一定的时间,源在运动期间产生的吸收剂量称为升降源的附加剂量,必须对其进行测量,以便准确确定辐照的总剂量。量热计入射窗前侧所固定的透射电离室可监测升源、辐...
