辐射加工剂量学与质量控制概论(共67页).ppt

1、辐射加工剂量学与辐射加工剂量学与质量控制概论质量控制概论 张彦立中国计量科学研究院 电离辐射与医学所2015年4月 一、引言一、引言 电离辐射剂量学：电离辐射剂量学：是一门研究辐射测量的学科，主是一门研究辐射测量的学科，主要研究电离辐射与其能量在物质中的减弱、传递与要研究电离辐射与其能量在物质中的减弱、传递与吸收的规律；受照射物质内的剂量分布与辐射场的吸收的规律；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系；测量关系；辐射剂量与有关辐射效应之间的联系；测量辐射剂量的仪器方法、计算技术及有关参数；以及辐射剂量的仪器方法、计算技术及有关参数；以及剂量测量在有关领域中的实际

2、应用。剂量测量在有关领域中的实际应用。 辐射加工剂量学（也称高剂量学）辐射加工剂量学（也称高剂量学）：涉及辐射加工：涉及辐射加工研究、开发、生产中剂量测量的研究和应用，是辐研究、开发、生产中剂量测量的研究和应用，是辐射剂量学领域中比较活跃的一个分支。它是随着辐射剂量学领域中比较活跃的一个分支。它是随着辐射加工事业的发展而发展起来的。就辐射加工而言，射加工事业的发展而发展起来的。就辐射加工而言，严格控制辐照工艺质量是保证被辐照产品质量的关严格控制辐照工艺质量是保证被辐照产品质量的关键，而剂量测量的质量则是辐照质量控制的核心和键，而剂量测量的质量则是辐照质量控制的核心和基础。基础。第一章第一章 辐

3、射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 辐射加工剂量测量的量是吸收剂量辐射加工剂量测量的量是吸收剂量: 吸收剂量的定义吸收剂量的定义: D=dE/dmD=dE/dm 吸收剂量的吸收剂量的SiSi单位为单位为: J/kg: J/kg，单位的专名为戈瑞，单位的专名为戈瑞(Gy)(Gy)，在在19861986年以后，戈瑞已取代现有的吸收剂量专用单位年以后，戈瑞已取代现有的吸收剂量专用单位拉德拉德(rad)(rad)： 1 rad = 100erg/g = 0.01 Gy1 rad = 100erg/g = 0.01 Gy 1 Gy = l J 1 Gy = l Jkg =100 rad kg =10

4、0 rad 吸收剂量适用于任何电离辐射和任何受照物质。它表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，而且与采用何种测量方法无关。与照射量不观过程，而且与采用何种测量方法无关。与照射量不同，它直接采用能量单位来度量，更便于研究物质的同，它直接采用能量单位来度量，更便于研究物质的辐射效应辐射效应第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 确定辐射剂量测量的基本原则确定辐射剂量测量的基本原则 原则上说，只要原则上说，只要受照射物质中受照射物质中所引起的所引起的效效应应与与吸收的辐射能量

5、吸收的辐射能量具有确定的关系，这种效具有确定的关系，这种效应就可用来测定应就可用来测定辐射剂量辐射剂量。这样的效应有电离、。这样的效应有电离、发热、发光（激发）等各种物理变化，氧化还发热、发光（激发）等各种物理变化，氧化还原、裂解、聚合、交联、变色、粘度变化等许原、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多化学变化，或由此引起的体系物理性质的变化。化。 第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 剂量测量系统剂量测量系统是由剂量计、相关的分析仪器及剂量响应曲线是由剂量计、相关的分析仪器及剂量响应曲线（或剂量响应函数）组成的。（或剂量响应函数）组成

6、的。 剂量计剂量计是指测量吸收剂量的器件，如盛有剂量计溶液的安瓶，是指测量吸收剂量的器件，如盛有剂量计溶液的安瓶，薄膜等。薄膜等。 根据剂量计计量学性能的优劣和用途，可以把测量准确度与根据剂量计计量学性能的优劣和用途，可以把测量准确度与精密度都高的、能作为标准使用的剂量计称为精密度都高的、能作为标准使用的剂量计称为标准剂量计标准剂量计。 常规（常规（工作）剂量计工作）剂量计是指那些计量学性能稍差，但操作简便、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。供应充分、能用于日常剂量监测的剂量计称为。 在辐射加工剂量测量中，校准常规剂量计的响应，广泛使用在辐射加工剂量

7、测量中，校准常规剂量计的响应，广泛使用两种不同的方法：两种不同的方法：量热计剂量测量系统；量热计剂量测量系统；硫酸亚铁硫酸亚铁（FrickeFricke）剂量测量系统。）剂量测量系统。 第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 一、一、量热计剂量测量系统量热计剂量测量系统 量热法是一种直接测定吸收剂量的绝对方法。量热法是一种直接测定吸收剂量的绝对方法。 基本原理：如果物质吸收的辐射能量不转变为化基本原理：如果物质吸收的辐射能量不转变为化学能、光能等量其他形式的能量，只是使物质温学能、光能等量其他形式的能量，只是使物质温度升高，那么我们可以通过在一定条件下测量被度升高，那么我们可以

8、通过在一定条件下测量被照射物质温度的变化来确定所吸收的能量照射物质温度的变化来确定所吸收的能量。 iiimmCTD/ )(第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法一、一、量热计剂量测量系统量热计剂量测量系统第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法一、一、量热计剂量测量系统量热计剂量测量系统第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 二、二、电离室电离室 （照射量: dQ/dm，单位：C/kg) 电离室是以气体作介质的，在辐射作用下气体分子电离室是以气体作介质的，在辐射作用下气体分子被电离，产生自由电子与正离子。如果在它们的外部被电离，产生自由电子与正离子

9、。如果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，正离子则趋向阴极。结果动，电子向阳极方向运动，正离子则趋向阴极。结果在外测电路上形成电离电流。通常测量照射量用的电在外测电路上形成电离电流。通常测量照射量用的电离室测量的是对时间的平均电离效应，即一定电压下离室测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。电离电流一般很小，所以电产生的稳定的电离电流。电离电流一般很小，所以电离室必须与灵敏度较高的静电计那样的测量仪器配合离室必须与灵敏度较高的静电计那样的测量仪器配合使用。使用。 D=0.95D=

10、0.95R RNcNcK K1 1 K K2 2第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 二、二、电离室电离室 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，产生自由电子与正离子。电离，产生自由电子与正离子。 指型电离室结构图指型电离室结构图 电离电流曲线电离电流曲线第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 电子束流密度计（电子注量仪）电子束流密度计（电子注量仪） 此法是通过对电子束流密度与电子束能量的测定，根据此法是通过对电子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射物的

11、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，必须经过不确切表示入射电子束的束流强度与能量，必须经过校准与修正。校准与修正。 )(/(1121GydstIED第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 电子束流密度计（电子注量仪）电子束流密度计（电子注量仪）第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 二、液体化学剂量计二、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、还原、分解等）与体系吸收的辐射能量之间的定量关系来测

12、定吸收剂量的。 AKGlAD第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 二、液体化学剂量计二、液体化学剂量计 : 为被测离子的摩尔消光系数（为被测离子的摩尔消光系数（m m2 2molmol-1-1）；）； G: G: 为被测离子的辐射化学产额（为被测离子的辐射化学产额（molJmolJ-1-1) )； l l： 为分光光度计液杯的光程长度（为分光光度计液杯的光程长度（m m或或cmcm）；）； ：为剂量计溶液的密度（：为剂量计溶液的密度（gcmgcm-3-3或或kgmkgm-3-3）。）。 GlK1第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法二、液体化学剂量计二、液体化

13、学剂量计 辐射化学产额辐射化学产额G G（X)X) 为为n(x)n(x)除以除以E E所得的商所得的商. . 式中，式中，n(x)n(x)是某体系吸收平均辐射能量是某体系吸收平均辐射能量E E 后，所产生、后，所产生、破坏或变化的物质破坏或变化的物质x x的平均量。的平均量。 单位：单位：molJmolJ-1-1或（或（100eV100eV）-1-1， lmolJlmolJ-1-1=9.65=9.6510106 6(100eV)(100eV)-1-1。 ExnGx/ )()(第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法二、液体化学剂量计二、液体化学剂量计 吸光度A 被定义为： A=l

14、og 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。 第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 二、液体化学剂量计二、液体化学剂量计 摩尔吸光系数摩尔吸光系数：为比耳定律中的一个系数，亦称：为比耳定律中的一个系数，亦称为摩尔线性吸收系数或摩尔吸光系数，它可用如下关为摩尔线性吸收系数或摩尔吸光系数，它可用如下关系式描述：系式描述： = A/(ml) 式中：式中：A A 为某一特定波长下的吸光度；为某一特定波长下的吸光度； m m 为所研究的吸收物质在溶液中的摩尔浓度；为所研究的吸收物质在溶液中的摩尔浓度； l l 为液杯中溶液的光程长度。为液

15、杯中溶液的光程长度。 的单位为的单位为m m2 2 mol mol-1-1。 第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 二、液体化学剂量计二、液体化学剂量计第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 硫酸亚铁硫酸亚铁(Fricke)剂量计剂量计 该剂量计提供了测量水中吸收剂量的标准方法，它依该剂量计提供了测量水中吸收剂量的标准方法，它依赖于电离辐射使酸性水溶液中水辐射产物将赖于电离辐射使酸性水溶液中水辐射产物将FeFe2+2+离子离子定定量的地氧化为量的地氧化为FeFe3+3+离子离子的过程。的过程。 Fe2+ Fe3+ 在稀硫酸溶液中在稀硫酸溶液中FeFe3 3+

16、+离子在紫外光区显示离子在紫外光区显示303nm303nm和和224nm 224nm 处有处有2 2个吸收峰，在个吸收峰，在303nm303nm处处FeFe2+2+的影响可以忽的影响可以忽略，故通常采用略，故通常采用303nm303nm波长来测量波长来测量FeFe3+3+的浓度变化。的浓度变化。 实验在实验在303nm303nm波长下波长下FeFe3+3+的摩尔吸光系数（的摩尔吸光系数（）值不仅）值不仅与与FeFe3+3+离子标准溶液的制备方法有关，而且受测定的分离子标准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。光光度计性能的影响。 第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测

17、量方法 硫酸亚铁硫酸亚铁(Fricke)剂量计剂量计 测量波长：测量波长：303nm;303nm; 测量范围：测量范围：40-40040-400（Gy);Gy); 测量不确定度：测量不确定度：2-3%2-3%（k=2).k=2).第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 重铬酸盐剂量计重铬酸盐剂量计重铬酸盐剂量计依据的反应是由于电离辐射与水相互作用产生的重铬酸盐剂量计依据的反应是由于电离辐射与水相互作用产生的辐解产物可将辐解产物可将CrCr2 2O O7 72- 2- 中的中的CrCr6+6+离子还原为离子还原为CrCr3 3离子离子 CrCr2 2O O7 72- 2- Cr

18、Cr3 3 重铬酸根离子（重铬酸根离子（ CrCr2 2O O7 72-2-）在可见光区）在可见光区350nm350nm和和440nm 440nm 处有处有2 2个吸收个吸收峰，在峰，在350nm350nm有峰，摩尔吸光系数较大，可用来测量低剂量量程，有峰，摩尔吸光系数较大，可用来测量低剂量量程，而平台而平台440nm440nm处摩尔吸光系数较低，可用来测量高剂量量程。处摩尔吸光系数较低，可用来测量高剂量量程。 第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 重铬酸盐剂量计重铬酸盐剂量计低量程重铬酸盐剂量计低量程重铬酸盐剂量计 测量波长：测量波长：350nm;350nm; 测量范围：测

19、量范围：0.4-50.4-5（kGy);kGy); 测量不确定度：测量不确定度：4-5%4-5%（k=2).k=2).高量程重铬酸盐剂量计高量程重铬酸盐剂量计 测量波长：测量波长：440nm;440nm; 测量范围：测量范围：5-405-40（kGy);kGy); 测量不确定度：测量不确定度：4-5%4-5%（k=2)k=2)第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 重铬酸盐剂量计重铬酸盐剂量计第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 固体剂量计固体剂量计 固态物质可以是无色的塑料、玻璃、无机或有机晶体、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

20、片等。侧量的辐射效应主要为光学性半导体、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、发射电子等。质的变化，如光电流的变化、发射电子等。 固体剂量计都是相对测量手段，为了获得准确、重现固体剂量计都是相对测量手段，为了获得准确、重现的结果，每批样品必须仔细校准，建立量值溯源性，的结果，每批样品必须仔细校准，建立量值溯源性，并且校准应尽可能与使用条件一致，并且严格控制剂并且校准应尽可能与使用条件一致，并且严格控制剂量计的厚度与贮存条件。量计的厚度与贮存条件。 第一章第一章 辐射加工剂量测量

21、方法辐射加工剂量测量方法 丙氨酸丙氨酸/ /ESR剂量计剂量计 丙氨酸是一种氨基酸，辐照后氨基脱落，形成具有不丙氨酸是一种氨基酸，辐照后氨基脱落，形成具有不成对电子的稳定的自由基成对电子的稳定的自由基CH3-CH-COOHCH3-CH-COOH，成为顺磁性物，成为顺磁性物质。自由基浓度质。自由基浓度( (总数总数) )可用专门测量自由基的电子顺可用专门测量自由基的电子顺磁共振（磁共振（EPREPR）谱仪定量测量。将测得的结果（如相对）谱仪定量测量。将测得的结果（如相对波谱峰高）与标准剂量计校准得的剂量响应曲线进行波谱峰高）与标准剂量计校准得的剂量响应曲线进行比较，或利用剂量响应函数公式计算，即

22、可确定吸收比较，或利用剂量响应函数公式计算，即可确定吸收剂量。剂量。 第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 丙氨酸丙氨酸/ /ESR剂量计剂量计 测量范围：测量范围：0.1-400.1-40（kGy);kGy);测量不确定度：测量不确定度：4-5%4-5%（k=2)k=2)第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 丙氨酸丙氨酸/ /ESR剂量计剂量计丙氨酸剂量计由丙氨酸试剂与黏合剂丙氨酸剂量计由丙氨酸试剂与黏合剂( (例如石蜡例如石蜡) )以一定比例均匀以一定比例均匀混合制成混合制成, , 其综合性能优于其他任何辐射加工剂量计。丙氨酸剂其综合性能优于其他任何辐射

23、加工剂量计。丙氨酸剂量计可测剂量范围宽；线性好，在量计可测剂量范围宽；线性好，在10102 210104 4GyGy，其线性相关系数，其线性相关系数大于大于0.99990.9999；稳定性好，一年中自由基的衰退只有；稳定性好，一年中自由基的衰退只有0.5%0.5%；测量重；测量重复性好；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；自由基浓度剂量，无须换算；剂量计结实、体积小、便于

24、邮寄；自由基浓度测量是非破坏性的分析方法，因而可反复测读。测量是非破坏性的分析方法，因而可反复测读。鉴于其良好的剂量学特点，国际原子能机构鉴于其良好的剂量学特点，国际原子能机构 (IAEA) (IAEA) 在在19851985年年选用其推出了用于统一选用其推出了用于统一IAEAIAEA成员国的吸收剂量量值的成员国的吸收剂量量值的“国际剂量国际剂量保证服务（保证服务（IDASIDAS）”计划。近年来，计划。近年来，NISTNIST、NPLNPL、GSFGSF、等西方发、等西方发达国家正在进行将丙氨酸达国家正在进行将丙氨酸/EPR/EPR剂量计作为参考标准系统的研究。剂量计作为参考标准系统的研究。

25、 第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 PMMA（聚甲基丙烯酸甲醋）剂量计（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。无色体剂量计。无色PMMA (Perspex HX)PMMA (Perspex HX)与红色与红色PMMA PMMA (Perspex Red 400(Perspex Red 400与与Red 4034)Red 4034)已被广泛采用，英国、已被广泛采用，英国、加拿大、日本已有专用于剂量测定的商品出售。加拿大、日本已有专用于剂量测定的商品出售。 在照射过的无色透明的在照射过的

26、无色透明的PMMAPMMA中测量的是由辐射产生的中测量的是由辐射产生的不饱和活性基团（例如不饱和活性基团（例如C=0C=0）在）在305305或或314nm314nm波长波长下的下的吸光度。厚度为吸光度。厚度为1mm1mm3mm3mm的的Perspex HXPerspex HX，可测，可测1kGy1kGy50kGy50kGy的吸收剂量。红色的吸收剂量。红色PMMAPMMA照射后在可见光区（照射后在可见光区（605 605 nm nm 或或640 nm640 nm）测量吸光度变化，测定范围为）测量吸光度变化，测定范围为1kGy1kGy40kGy40kGy。 第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射

27、加工剂量测量方法 PMMA（聚甲基丙烯酸甲醋）剂量计（聚甲基丙烯酸甲醋）剂量计第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 辐射显色薄膜剂量计（辐射显色薄膜剂量计（RCD） 辐射显色染料薄膜剂量计（辐射显色染料薄膜剂量计（RCDRCD）是一种很有特色的固态剂量计。它）是一种很有特色的固态剂量计。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，只要测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，只要测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

28、量。一种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光吸收波长为604nm604nm，厚度为，厚度为50m50m的薄膜在的薄膜在604nm604nm下可测至下可测至30 kGy30 kGy，采用较低的波长如采用较低的波长如540nm540nm或或510nm510nm可测剂量增大到可测剂量增大到300kGy300kGy。误差分析表明其测量扩展不确度为误差分析表明其测量扩展不确度为6%(6%(k k=2)=2)，可以作为一种响应稳定、，可以作为一种响应

29、稳定、测量简便、准确可靠的电子束吸收剂量传递标准。测量简便、准确可靠的电子束吸收剂量传递标准。 第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 辐射显色薄膜剂量计（辐射显色薄膜剂量计（RCD）第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 CTA CTA（三醋酸纤维素）薄膜剂量计（三醋酸纤维素）薄膜剂量计 CTACTA也是一种常用测量电子束剂量的薄膜剂量计，其方也是一种常用测量电子束剂量的薄膜剂量计，其方法是在法是在290nm290nm波长可测量由辐射引起的吸光度变化。这波长可测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。该剂种变化与吸收剂量在很宽的范

30、围内呈直线关系。该剂量计适用于较高的剂量水平量计适用于较高的剂量水平( (50kGy50kGy200kGy200kGy) )。在通常。在通常使用的电子束与使用的电子束与射线照射下，剂量率对响应影射线照射下，剂量率对响应影10106 6 GyhGyh-1 -1 以上时，照射温度不影响测量结果，故此剂量以上时，照射温度不影响测量结果，故此剂量计对测量电子剂量特别有用。计对测量电子剂量特别有用。 误差分析表明其测量扩展不确度为误差分析表明其测量扩展不确度为8%(8%(k k=2)=2)，可以作为，可以作为一种测量简便、准确可靠的电子束吸收剂量工作剂量一种测量简便、准确可靠的电子束吸收剂量工作剂量计。

31、计。第一章第一章 辐射加工剂量测量方法辐射加工剂量测量方法 CTACTA（三醋酸纤维素）薄膜剂量计（三醋酸纤维素）薄膜剂量计第二章第二章 实用剂量学实用剂量学 辐射加工剂量测量的意义和内容辐射加工剂量测量的意义和内容1 1 研究与开发研究与开发 研究产品中的剂量与辐射效应的关系，各种因素的影研究产品中的剂量与辐射效应的关系，各种因素的影响（如剂量、剂量率、温度、介质、含水量、气氛、响（如剂量、剂量率、温度、介质、含水量、气氛、原材料、配方、前处理与后处理工艺等等），建立在原材料、配方、前处理与后处理工艺等等），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一定条件下吸收剂量与辐照物品中产

32、生所需效应之间的关系，确定实现某种产品辐照工艺的最佳剂量水平的关系，确定实现某种产品辐照工艺的最佳剂量水平和剂量限值（即选定工艺剂量）和剂量限值（即选定工艺剂量）。 第二章第二章 实用剂量学实用剂量学 辐射加工剂量测量的意义和内容辐射加工剂量测量的意义和内容 2 2 辐照装置确认（鉴定）辐照装置确认（鉴定）的目的是验证的目的是验证辐照装置是否具备进辐照装置是否具备进行辐射加工的能力行辐射加工的能力，证明该装置能以一种重现、可控制的方式对，证明该装置能以一种重现、可控制的方式对产品辐照规定的剂量。装置确认包括对加工设备的检验，运行参产品辐照规定的剂量。装置确认包括对加工设备的检验，运行参数的刻度

33、与稳定性考验，剂量测量系统的校准，检验模拟产品或数的刻度与稳定性考验，剂量测量系统的校准，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。剂量测量包括测量产品中吸收剂量与剂量分布的值及其重现性。剂量测量包括测量辐射源到辐照位置的重复性，辐照场剂量分布，产品单元的剂量辐射源到辐照位置的重复性，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模式的产品中运行参数如产品传输速分布，一定堆积密度和装载模式的产品中运行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受到的剂量、剂量分布和剂

34、量不均匀内产品在特定辐照条件下所受到的剂量、剂量分布和剂量不均匀度，以及它们的准确性与重复性，是否满足规定的要求。度，以及它们的准确性与重复性，是否满足规定的要求。第二章第二章 实用剂量学实用剂量学 辐射加工剂量测量的意义和内容辐射加工剂量测量的意义和内容 3. 辐照工艺确认辐照工艺确认当对新产品实施辐照时（或产品规格改变时），应对产品的辐照当对新产品实施辐照时（或产品规格改变时），应对产品的辐照工艺进行工艺确认。工艺进行工艺确认。工艺确认的目的是要保证该工艺能满足对产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。品吸收剂量的要求。对于给定的产品装载模式，应绘制其辐照单对于给定的产品

35、装载模式，应绘制其辐照单元的吸收剂量分布图，测量产品剂量分布的目的是取得总体平均元的吸收剂量分布图，测量产品剂量分布的目的是取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，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。并选定日常剂量监测位置。静态辐照时必须预先测定空场的剂量分布，绘制等剂量曲线，选静态辐照时必须预先测定空场的剂量分布，绘制等剂量曲线，选定产品堆码的确切位置与方式，制定产品翻转、移位的正确程序。定产品堆码的确切位置与方式，制定产品翻转、移位的正确程序。通过剂量分布测量，验证总平均剂量与剂量不均匀度是否满足加通过剂量分布测量，验

36、证总平均剂量与剂量不均匀度是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。翻转方式确定所需的辐照时间。第二章第二章 实用剂量学实用剂量学 辐射加工剂量测量的意义和内容辐射加工剂量测量的意义和内容4. 日常剂量监测日常剂量监测 辐照装置日常运行中除了通过监测刻度过的辐照运行参数进行加工控制辐照装置日常运行中除了通过监测刻度过的辐照运行参数进行加工控制外，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

37、位置，不过该处的剂量值应已被确定并重现）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）进行现场监测。同时，通过对加工运行参数进行监督控制，来保证产品进行现场监测。同时，通过对加工运行参数进行监督控制，来保证产品获得的吸收剂量与其分布在工艺剂量范围内，并尽可能提高辐照效率。获得的吸收剂量与其分布在工艺剂量范围内，并尽可能提高辐照效率。剂量测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剂量测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行控制。辐射效应进行控制。 此外，还应定期标定辐照场，核对产品剂量不均匀度，检验装置运行参此外，还应定期标定辐照场

38、，核对产品剂量不均匀度，检验装置运行参数与产品剂量的关系。为避免产生重复照射或漏照，产品箱上尽可能贴数与产品剂量的关系。为避免产生重复照射或漏照，产品箱上尽可能贴有目视辐照指示片。当辐射源的活度与结构、运行参数、产品密度以及有目视辐照指示片。当辐射源的活度与结构、运行参数、产品密度以及其他能影响剂量分布的因素发生变化时，应重新测定剂量分布。其他能影响剂量分布的因素发生变化时，应重新测定剂量分布。第二章第二章 实用剂量学实用剂量学 不同材料中吸收剂量的换算不同材料中吸收剂量的换算 辐射加工中剂量测量的具体方法是把剂量计插人产品辐射加工中剂量测量的具体方法是把剂量计插人产品或其模拟物中的适当位置，

39、当剂量计本身有相当体积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际测得的是剂量计本身的吸收剂量。只有的情况下实际测得的是剂量计本身的吸收剂量。只有剂量体系与照射样品的原子组成、密度、形状、容器剂量体系与照射样品的原子组成、密度、形状、容器及照射条件完全相同，剂量体系的吸收剂量才能代表及照射条件完全相同，剂量体系的吸收剂量才能代表样品中的吸收剂量。当剂量计与产品由辐射吸收特性样品中的吸收剂量。当剂量计与产品由辐射吸收特性差异较大的不同物质组成时，即使它们在同样情况下差异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相同，必须进行适当的换照射，两者的吸收剂量并不相

40、同，必须进行适当的换算。算。 第二章第二章 实用剂量学实用剂量学 电子束实用剂量学电子束实用剂量学 在无剂量率效应的情况下，适于测量在无剂量率效应的情况下，适于测量射线的射线的剂量计也可用来测量电子束剂量。由于电子束剂量计也可用来测量电子束剂量。由于电子束射程短，剂量率高，剂量分布不太均匀，而且射程短，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，选用的剂会产生电荷积累和温度升高等问题，选用的剂量计必须充分考虑这些特点量计必须充分考虑这些特点 由于电子束射程短，剂量分布梯度大，日常检由于电子束射程短，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能力高的测剂量与剂量分

41、布通常采用空间分辨能力高的薄膜剂量计进行剂量测量。薄膜剂量计进行剂量测量。 第二章第二章 实用剂量学实用剂量学 电子束实用剂量学电子束实用剂量学 1 1 深度剂量分布深度剂量分布 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始随着被照物深度的增加由于的深度剂量分布曲线开始随着被照物深度的增加由于散射电子造成的积累使剂量值逐渐增大，到剂量值达散射电子造成的积累使剂量值逐渐增大，到剂量值达到最大值后逐渐下降，一定距离后下降加速，再变得到最大

42、值后逐渐下降，一定距离后下降加速，再变得缓慢并与横轴相交。缓慢并与横轴相交。第二章第二章 实用剂量学实用剂量学 电子束实用剂量学电子束实用剂量学 1 1 深度剂量分布深度剂量分布 实际射程实际射程R Rp p为深度剂量分布曲线为深度剂量分布曲线 上几乎直线下降拐点处的切线与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韧致辐射本底外推线的交点所对 应的深度，这时的实际射程也就应的深度，这时的实际射程也就 是外推射程是外推射程R Rexex。 第二章第二章 实用剂量学实用剂量学 电子束实用剂量学电子束实用剂量学 射程与能量的关系射程与能量的关系 电子在给定材料中穿透的能力几乎正比于它

43、们的初始电子在给定材料中穿透的能力几乎正比于它们的初始能量。能量。利用这种关系可确定电子束的能量。所以电子利用这种关系可确定电子束的能量。所以电子束能量常常采用简单易行的射程法进行测量，通过射束能量常常采用简单易行的射程法进行测量，通过射程测定，再从图表或计算公式由射程一能量关系确定程测定，再从图表或计算公式由射程一能量关系确定电子束能量。电子束能量。 第二章第二章 实用剂量学实用剂量学 电子束实用剂量学电子束实用剂量学 射程与能量的关系射程与能量的关系第二章第二章 实用剂量学实用剂量学 电子束实用剂量学电子束实用剂量学 电子束能量测量电子束能量测量 电子束能量可以用磁偏转、核反应及射程法测定

44、。射电子束能量可以用磁偏转、核反应及射程法测定。射程法比较方便，它是基于在某种材料中测得的射程，程法比较方便，它是基于在某种材料中测得的射程，按已知的射程一能量关系确定电子束能量。按已知的射程一能量关系确定电子束能量。 对于聚苯乙烯吸收体对于聚苯乙烯吸收体E EP P与与R RP P有如下关系有如下关系 33. 076. 1ppRE第二章第二章 实用剂量学实用剂量学 电子束实用剂量学电子束实用剂量学 电子束能量测量电子束能量测量第三章第三章 剂量计的分类、选择和校准剂量计的分类、选择和校准 一、剂量计的分类一、剂量计的分类 根据剂量计量学性能的优劣和用途，可以把测根据剂量计量学性能的优劣和用途

45、，可以把测量准确度与精密度都高的，能作标准使用的剂量准确度与精密度都高的，能作标准使用的剂量计称为标准剂量计。把那些计量学性能稍差量计称为标准剂量计。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工作剂量计。监测的剂量计称为工作剂量计。 第三章第三章 剂量计的分类、选择和校准剂量计的分类、选择和校准一、剂量计的分类一、剂量计的分类 工作剂量计（即常规剂量计）工作剂量计（即常规剂量计） 可用来测量辐射场与产品剂量分布及进行日常剂量监可用来测量辐射场与产品剂量分布及进行日常剂量监测，控制加工工艺与保证产品质量。常规剂量计通常测，

46、控制加工工艺与保证产品质量。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，是一些无色或彩色的塑料薄膜薄片与液体化学剂量计，前者使用前必须经标准剂量计校准。它们受到辐照后前者使用前必须经标准剂量计校准。它们受到辐照后会引起吸光光谱的变化，利用分光光度计选择适当的会引起吸光光谱的变化，利用分光光度计选择适当的波长测量薄膜与溶液辐照前后吸光度的变化，即可直波长测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（剂量响应曲线）或计算公式确定吸收接从校准曲线（剂量响应曲线）或计算公式确定吸收剂量。剂量。 第三章第三章 剂量计的分类、选择和校准剂量计的分类、选择和校准 剂量计的校准剂量

47、计的校准 剂量测量系统校准的目的是用准确可靠的吸收剂量测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响应，获得剂量响剂量值来标定剂量计的辐射响应，获得剂量响应校准曲线或剂量响应函数，应校准曲线或剂量响应函数，建立剂量量值的建立剂量量值的溯源性。溯源性。第四章第四章 剂量测量的标准化与测量质量保证剂量测量的标准化与测量质量保证 剂量测量在辐射加工中有重要的技术意义，这已是众剂量测量在辐射加工中有重要的技术意义，这已是众所周知并受到重视的原因。提高剂量测量的准确度和所周知并受到重视的原因。提高剂量测量的准确度和精密度，确保产品接受一定程度上高于有效剂量和适精密度，确保产品接受一定程度

48、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可能宜的剂量不均匀度，就可以在保证辐照质量下尽可能提高辐照效率和经济效益。提高辐照效率和经济效益。 此外，剂量测量还有重要的法律意义。例如，对辐照此外，剂量测量还有重要的法律意义。例如，对辐照装置的批准认可，某项工艺的生效，辐照质量装置的批准认可，某项工艺的生效，辐照质量I I议的仲议的仲裁都有大量的计量认证、剂量测量工作要做。裁都有大量的计量认证、剂量测量工作要做。 第四章第四章 剂量测量的标准化与测量质量保证剂量测量的标准化与测量质量保证 剂量测量的标准化剂量测量的标准化 剂量测量的标准化可以使测得的吸收剂量量值准确一剂量测量的标

49、准化可以使测得的吸收剂量量值准确一致致 实现剂量测量的标准化，需要研制准确、重现的标准实现剂量测量的标准化，需要研制准确、重现的标准剂量测量系统剂量测量系统 定期用国家标准剂量计校准现场所有的工作剂量计才定期用国家标准剂量计校准现场所有的工作剂量计才能建立量值溯源性，达到国内吸收剂量量值的准确一能建立量值溯源性，达到国内吸收剂量量值的准确一致致 第四章第四章 剂量测量的标准化与测量质量保证剂量测量的标准化与测量质量保证 量量 值值 溯溯 源源 系系 统统 第四章第四章 剂量测量的标准化与测量质量保证剂量测量的标准化与测量质量保证 量量 值值 溯溯 源源 系系 统统第四章第四章 剂量测量的标准化

50、与测量质量保证剂量测量的标准化与测量质量保证建立量值溯源性的具体途径建立量值溯源性的具体途径 第四章第四章 剂量测量的标准化与测量质量保证剂量测量的标准化与测量质量保证 国家剂量保证服务（国家剂量保证服务（NDAS NDAS ） 国家计量院（国家计量院（NIM)NIM)邮寄丙氨酸剂量计给各辐射加工单位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，用户用自己的工作（用户）；用户将丙氨酸剂量计照射，用户用自己的工作剂量计给出丙氨酸剂量计的吸收剂量值剂量计给出丙氨酸剂量计的吸收剂量值D Di i；用户将；用户将D Di i值报值报给给NIMNIM，并将丙氨酸剂量计邮寄给，并将丙氨

51、酸剂量计邮寄给NIMNIM作剂量评价；作剂量评价；NIMNIM用用电子自旋共振电子自旋共振(ESR)(ESR)谱仪测量丙氨酸剂量计中的自由基数谱仪测量丙氨酸剂量计中的自由基数目，根据其目，根据其ESRESR谱和丙氨酸剂量计的校准曲线，确定其吸谱和丙氨酸剂量计的校准曲线，确定其吸收剂量值收剂量值D D0 0。NIMNIM根据根据D Di i和和D D0 0值，计算相对偏差值，计算相对偏差(D(Di i一一D D0 0)/ )/ D D0 0，若偏差小于，若偏差小于5%5%，则认为用户给出的吸收剂量值，则认为用户给出的吸收剂量值D Di i是好是好的的; ;偏差小于偏差小于10%10%，则认为用户

52、给出的吸收剂量值，则认为用户给出的吸收剂量值D Di i是可接是可接受的；偏差大于受的；偏差大于10%10%，则认为用户给出的吸收剂量值，则认为用户给出的吸收剂量值D Di i是可是可接受的；最后接受的；最后NIMNIM将测量结果（相对偏差）开具证书发给将测量结果（相对偏差）开具证书发给用户。用户。 第四章第四章 剂量测量的标准化与测量质量保证剂量测量的标准化与测量质量保证 剂量测量质量保证剂量测量质量保证 具体保证剂量测量质量重要因素具体保证剂量测量质量重要因素 (1) (1) 仪器设备：必须满足测量能力的要求，计量器具应检定合格；仪器设备：必须满足测量能力的要求，计量器具应检定合格； (2

53、) (2) 工作环境：包括温度、湿度、光照及整齐卫生等满足测量工工作环境：包括温度、湿度、光照及整齐卫生等满足测量工作的正常进行；作的正常进行； (3) (3) 人员素质：经过专业培训，考核合格；人员素质：经过专业培训，考核合格；(4)(4) 规章制度：制定切实可行的保证测量工作准确可靠的工作和规章制度：制定切实可行的保证测量工作准确可靠的工作和管理制度，严格执行；管理制度，严格执行；(5)(5) 操作规程和技术法规：按剂量测量系统及其应用方法的规程操作规程和技术法规：按剂量测量系统及其应用方法的规程进行操作。进行操作。第四章第四章 剂量测量的标准化与测量质量保证剂量测量的标准化与测量质量保证

54、 剂量测量质量保证剂量测量质量保证 剂量测量结果的不确定度大小反映了剂量测量剂量测量结果的不确定度大小反映了剂量测量的质量优劣；的质量优劣； 剂量测量质量可以从剂量测量方法学特征，剂剂量测量质量可以从剂量测量方法学特征，剂量学性能和测量结果的不确定度评定来分析量学性能和测量结果的不确定度评定来分析。 第五章第五章 剂量分布与测量剂量分布与测量 辐照装置剂量分布的测量辐照装置剂量分布的测量 用于测量辐照装置剂量分布的材料的密度，应与有待用于测量辐照装置剂量分布的材料的密度，应与有待该辐照装置加工的产品的堆积密度相同，并且应按设该辐照装置加工的产品的堆积密度相同，并且应按设计的体积限度装满辐照容器

55、。计的体积限度装满辐照容器。 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定剂量分布测量的空间分辨能力。剂量计和定位将决定剂量分布测量的空间分辨能力。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。匀度，并记录备案。 第五章第五章 剂量分布与测量剂量分布与测量 产品中剂量分布的测量产品中剂量分布的测量 测量产品中吸收剂量分布测量的目的是获得辐照产品的总平均剂测量产品中吸收剂量分布测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，以及确定量值与剂量不均匀度，以及确定D

56、 Dmaxmax与与 D Dminmin的位置，并选定日常的位置，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网格方式均匀布置剂员计的方法，并针对较宽的产品按三维空间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行测量。密度范围进行测量。 对于连续辐照装置，可以在产品辐照箱中按网格式布放一定量的对于连续辐照装置，可以在产品辐照箱中按网格式布放一定量的剂量计，根据箱体和测量要求可以布放剂量计，根据箱体和测量要求可以布放27(327(39)9)，45(345(31515或或5 59)9)，75(575

57、(515)15)或或125(5125(525)25)个剂量计。箱内装满个剂量计。箱内装满定堆积密定堆积密度的产品或模拟产品，在与实际运行下堆积密度相同的条件下进度的产品或模拟产品，在与实际运行下堆积密度相同的条件下进行辐照。行辐照。 第五章第五章 剂量分布与测量剂量分布与测量产品中剂量分布的测量产品中剂量分布的测量 吸收剂量不均匀度（通常要求小于吸收剂量不均匀度（通常要求小于2 2） minmax/DDU 第六章第六章 辐照装置的运行和加工的质量控制辐照装置的运行和加工的质量控制 一一 装置的安装鉴定和运行鉴定（确认）装置的安装鉴定和运行鉴定（确认） 二二 加工性能鉴定（确认）加工性能鉴定（确

58、认） 三三 日常生产检测日常生产检测 四四 辐射加工产品质量的控制辐射加工产品质量的控制 五五 记录与存档记录与存档 第六章第六章 辐照装置的运行和加工的质量控制辐照装置的运行和加工的质量控制 一、安装鉴定一、安装鉴定是通过获取数据并文件证明辐照是通过获取数据并文件证明辐照装置及其相关联的所有仪器设备都是按照计划装置及其相关联的所有仪器设备都是按照计划书来提供并安装的认定。安装鉴定的目的是证书来提供并安装的认定。安装鉴定的目的是证明辐射源、与其配套的设备和测量仪器是按相明辐射源、与其配套的设备和测量仪器是按相关的规范进行了提供或安装。安装鉴定包括：关的规范进行了提供或安装。安装鉴定包括：辐射源、与其配套的加工设备和测量仪器的文辐射源、与其配套的加工设备和测量仪器的文件，建立使用它们的试验、运行以及校准程序件，建立使用它们的试验、运行以及校准程序和确认它们符合规范运行。有效的安装鉴定将和确认它们符合规范运行