專利名稱：一種具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輻射劑量測量技術(shù)，具體涉及一種具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計。
背景技術(shù)：
中子個人劑量研究是一個很重要的科研領(lǐng)域，科研和應(yīng)用價值都很高。中子個人劑量監(jiān)測應(yīng)用的場合包括核動力堆、實驗堆、核燃料循環(huán)、核軍事、核技術(shù)應(yīng)用等等，而且隨著我國經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，中子應(yīng)用輻射場的不斷建立，中子個人劑量計必定會得到更加廣泛的應(yīng)用。利用固體徑跡探測器進行中子個人劑量測量，是一種普遍采用的技術(shù)，固體徑跡探測器可以測量多種粒子，測量反沖質(zhì)子是其中之一。目前國際、國內(nèi)上大多采用這種技術(shù)，即通過探測反沖質(zhì)子來實現(xiàn)對中子劑量的測量。目前的個人劑量計一般是將Y監(jiān)測和中子監(jiān)測同時進行的，但通常使用的方法是在劑量計中直接放置CR-39固體徑跡探測器等中子探測元件。劑量計的材料一般使用普通的聚乙烯等塑料材料，這樣在中子探測元件周圍覆蓋了數(shù)毫米厚的塑料層，利用塑料中的氫提供反沖質(zhì)子。目前使用的個人劑量計典型的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在劑量計外殼1(聚乙烯層)內(nèi)設(shè)有Y探測元件2和中子探測元件3。這樣的結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)對中子劑量的測量，但也存在著很大的問題，主要表現(xiàn)為能量響應(yīng)不好，即對能量在IOOkeV以下的中子基本沒有響應(yīng)，對能量在300keV以下的中子響應(yīng)也很低，具體中子能量響應(yīng)如圖2所示，這勢必對劑量監(jiān)測的準(zhǔn)確性帶來很大影響。而作為一種好的劑量計應(yīng)該關(guān)心全能區(qū)的響應(yīng)，對于中子個人劑量計，從熱中子到15MeV都應(yīng)該具有較為連續(xù)平坦的能量響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有中子個人劑量計的上述缺陷，提供一種具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計，從而改善中子個人劑量計的能量響應(yīng)特性。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計，包括劑量計外殼， 以及Y探測元件和固體徑跡探測器，其中，所述的劑量計外殼采用含硼聚乙烯材料。更進一步，如上所述的具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計，其中，所述的含硼聚乙烯材料中、的含量不低于2%。進一步，如上所述的具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計，其中，在含硼聚乙烯材料的劑量計外殼中設(shè)有空氣容腔，所述的固體徑跡探測器設(shè)置在空氣容腔內(nèi)。更進一步，如上所述的具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計，其中，所述的空氣容腔中空氣層的厚度不小于3mm。進一步，如上所述的具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計，其中，包括兩組Y探測元件，分別設(shè)置在含硼聚乙烯材料的劑量計外殼內(nèi)部兩側(cè)。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明采用了兩種形式的轉(zhuǎn)換體，一是空氣層，二是含硼材料。通過這些轉(zhuǎn)換體的應(yīng)用，實現(xiàn)了能量補償?shù)男Ч?。外殼材料在塑料材料含H基礎(chǔ)上增加了、的成分，這樣不僅有反沖質(zhì)子，還提供了 ltlB核反應(yīng)的帶電粒子；空氣容腔提供足夠厚度的空氣轉(zhuǎn)換層，可以提供空氣中N的核反應(yīng)中的質(zhì)子，進一步提高了能量補償?shù)男Ч?兩組Y射線元件的測量位置設(shè)計，滿足了劑量計一般同時監(jiān)測中子和Y射線劑量的要求。


圖1為現(xiàn)有的中子個人劑量計的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為現(xiàn)有的中子個人劑量計典型的中子能量響應(yīng)示意圖；圖3為本發(fā)明的中子個人劑量計的結(jié)構(gòu)原理圖；圖4為本發(fā)明的中子個人劑量計的中子能量響應(yīng)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。劑量計測量反沖質(zhì)子實際上是利用了以下的核反應(yīng)n+H —n+p其中的H由聚乙烯等塑料來提供，那么如果通過劑量計材料的改變，可以利用其他的核反應(yīng)，產(chǎn)生額外的帶電粒子，就可以提高劑量計對低能量中子的響應(yīng)。這種物質(zhì)應(yīng)該對于低能端的中子反應(yīng)截面較大，一般來講這樣的材料主要有3He、 6LLkKAu等。3He是惰性氣體，很難使用。Au的成本也高而且組織等效性差，不適合做劑量計材料。因此，6Li和ltlB可以作為主要的考慮對象，但考慮到劑量計的可加工性等問題，使用塑料材料是最為可行的，而以上兩種物質(zhì)能夠較容易形成塑料的、更為容易實現(xiàn)，因此本發(fā)明采用含硼聚乙烯材料作為劑量計的主要材料，以期達到低能端能量補償?shù)男Ч?。利用kiB測量中子主要利用以下核反應(yīng) n+10B — 7Li+ α +2. 792MeV (6. 1% )7Li*+α +2. 3IMeV(93. 9% )7Li* — 7Li+ γ +0. 478MeV天然硼中約含20%的、，大部分為"B，在塑料中添加的硼也是少量的，因此一般 10B的含量更低，那么本發(fā)明實際利用的是、，顯然kiB的含量是會影響到能量補償?shù)男Ч?。通過一定量的試驗，確定的能夠起到比較明顯的能量補償效果的ltlB含量應(yīng)不低于2%。基于上述研究結(jié)果，本發(fā)明所提供的具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計，包括劑量計外殼4，以及γ探測元件5和CR-39固體徑跡探測器6，其中，所述的劑量計外殼采用含硼聚乙烯材料，含硼聚乙烯材料中kiB的質(zhì)量含量不低于2%，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。對于聚乙烯材料中l(wèi)tlB的含量，在滿足具體制作工藝的前提下，含量越高，能量補償效果越好。結(jié)合聚乙烯材料的合成特點，一般來說含硼聚乙烯材料中kiB的質(zhì)量含量在2% 10%之間。就補償來講，還可以通過其他的方法，只要有核反應(yīng)提供帶電粒子，就可以起到一定的作用，中子與空氣中的N是存在反應(yīng)的，反應(yīng)式如下n+14N — 14C+p這個反應(yīng)也可以提供固體徑跡探測器可探測的質(zhì)子。如果利用劑量計結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計是可以達到一定的補償效果，本發(fā)明在劑量計中設(shè)計一定的空氣容腔7，如圖1所示， CR-39固體徑跡探測器6設(shè)置在空氣容腔7內(nèi)。從而利用空氣轉(zhuǎn)換體，提供一定的能量補償效果。而通常使用的劑量計固體徑跡探測元件一般是緊貼塑料外殼的。在設(shè)計中通過一定的試驗，確定了空氣容腔中空氣層的厚度，應(yīng)不小于3mm，才可以提供較為明顯效果的補償效果。空氣層的厚度是受劑量計的尺寸大小所限制的，對于目前中子個人劑量計的常規(guī)尺寸，一般來說可以將空氣層的厚度確定在3 IOmm之間。以上技術(shù)方案包括劑量計材料的選擇和劑量計結(jié)構(gòu)的設(shè)計構(gòu)成本發(fā)明的核心部分，在此基礎(chǔ)上配合適當(dāng)?shù)膹桔E蝕刻方法，極大地改善了中子個人劑量計的能量響應(yīng)特性， 通過試驗表明，劑量計在從熱中子到15MeV具有相當(dāng)好的能量響應(yīng)特性，其能量響應(yīng)變化的極限好于21%，是一種具有較理想能量響應(yīng)特性的中子個人劑量計，該劑量計的能量響應(yīng)如圖4所示。另外，劑量計也設(shè)計了兩組Y射線元件的測量位置，分別在含硼聚乙烯材料的劑量計外殼內(nèi)部兩側(cè)，以滿足劑量計一般同時監(jiān)測中子和Y射線劑量的要求。通過使用不同能量的中子照射本發(fā)明的劑量計，其能量響應(yīng)特性如表1所示表1能量響應(yīng)實驗數(shù)據(jù)
序號中子能量(MeV)去本底徑跡密度 (徑跡· cm"2 · mSv"1)1熱中子560220. 144549530. 25525140. 565580551. 2636662. 55547714. 85639 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計，包括劑量計外殼，以及Y探測元件和固體徑跡探測器，其特征在于所述的劑量計外殼采用含硼聚乙烯材料。
2.如權(quán)利要求1所述的具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計，其特征在于所述的含硼聚乙烯材料中、的含量不低于2%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計，其特征在于在含硼聚乙烯材料的劑量計外殼中設(shè)有空氣容腔，所述的固體徑跡探測器設(shè)置在空氣容腔內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計，其特征在于所述的空氣容腔中空氣層的厚度不小于3mm。
5.如權(quán)利要求1或2所述的具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計，其特征在于包括兩組 Y探測元件，分別設(shè)置在含硼聚乙烯材料的劑量計外殼內(nèi)部兩側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明屬于輻射劑量測量技術(shù)，具體涉及一種具有能量補償?shù)闹凶觽€人劑量計。其結(jié)構(gòu)包括劑量計外殼，以及γ探測元件和固體徑跡探測器，所述的劑量計外殼采用含硼聚乙烯材料，在含硼聚乙烯材料的劑量計外殼中設(shè)有空氣容腔，所述的固體徑跡探測器設(shè)置在空氣容腔內(nèi)。本發(fā)明采用了兩種形式的轉(zhuǎn)換體，一是空氣層，二是含硼材料，通過這些轉(zhuǎn)換體的應(yīng)用，實現(xiàn)了能量補償?shù)男Ч?br> 文檔編號G01T7/00GK102176047SQ20111005177
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者侯金兵, 宋明哲, 武昌平, 王志強, 陳軍, 駱海龍, 魏可新 申請人:中國原子能科學(xué)研究院