面向个人剂量计校准的小尺度伽玛参考辐射模拟与应用研究

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个人剂量计不仅是辐射计量工作必需的基础仪器,更是监测和保障辐射防护安全与民众健康的必要手段,具有应用范围广、检定周期短、检定需求大等特点。为保障其测量量值的准确可靠,其必须依托标准参考辐射场(SRR)进行定期检定或刻度。然而,受IEC 60846和ISO 4037标准约束,标准参考辐射场尺寸大,无法移动,导致个人剂量计周期性定点送检费时费工,影响检定效率,甚至无法保证受检率,与检定工作及时、有效、可靠的初衷相悖。有鉴于此,实现个人剂量计检定装置的小型化、遂行化势在必行。本文依托国家自然科学基金青年基金项目(项目编号:11805111),借助于中国工程物理研究院核物理与化学研究所(以下简称中物院二所)在小尺度参考辐射(MRR)研究工作方面的基础,瞄准个人剂量计现场校准需求,深入开展了小尺度伽玛参考辐射的应用研究,从蒙特卡罗(MCNP)模拟仿真和实验验证两个方向出发,对于MRR装置内部散射成分影响、参数变化规律进行了模拟研究和实验研究,验证了基于小尺度伽玛参考辐射校准个人剂量计的可行性,并首次完成了MRR装置应用于个人剂量计校准的实验研究。通过理论分析和MCNP模拟方法,从空间剂量率分布及场内散射能谱变化的分析研究,对个人剂量计尺寸、数量,有机玻璃载台厚度变化等带来的射线散射变化影响进行了定性和定量的分析,获得了影响MRR内检验点量值的主要因素。其中,载台厚度为15mm时,对检验点处剂量率值影响达3.13%;个人剂量计尺寸在标准要求范围内影响可达2.91%,变化幅度达4.45%;数量变化带来的影响可达1.78%,变化幅度达3.51%。结合散射伽玛能谱特征分析,MRR装置参数影响不可忽略。本文实验依托MRR装置,结合MCNP模拟,验证了MRR用于个人剂量计校准的可行性。检验点处剂量率值量程范围的实测结果表明,MRR装置实现了0.1μGy/h-10mGy/h共6个量程跨度,并验证了MRR内部射线范围及均匀性,为MRR装置用于实际检定提供了数据支持。实验基于标准仪器传递法,实现个人剂量计校准过程中的量程传递。通过模拟与实验验证,获得了MRR装置参数的优化选择,得到了适宜的载台参数,即,夹具厚度为5mm时,检验点受散射影响最小为0.34%。个人剂量计数量实验与校准实验结果表明,MRR装置能够实现对于场内检验点处剂量率约定真值的测量,且误差在标准允许范围内。研究表明,MRR装置可以满足不同种类、不同数量、不同量程个人剂量计检定需求,为个人剂量计的原位、遂行校准提供了切实可用的设计方案,推动了小尺度伽玛参考辐射个人剂量计校准技术研究发展。
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