电离辐射剂量与防护第四章第一节.pptVIP

第四章 量热计和化学剂量计 第一讲 量热剂量学 五、量热式剂量测量方法的优缺点 * 电离辐射在物质中沉积能量 量热法是测定D的最直接最基本的方法。 量热计的响应原则上与辐射的品质无关，因此量热计常用作绝对测量装置。 测量过程繁琐，速度缓慢，不适合快速现场测量。 电离辐射授与能 热能沉积（物体升温） 位能沉积（晶格位移或缺陷） SSNTD、TLD剂量计 量热剂量计等 沉积形式 、原理和分类 1.与量热计相关的概念 (1)热损：在材料中消耗的辐射能与相应的热能之差。若Δm是体积元质量， 是电离辐射授与小体积元的平均能量， ΔEn是Δm中以热能形式出现的能量，ΔEs是热损，则: 定义TDF为热损因子（thermal defect factor)。 讨 论： ﹡当辐射引起的化学反应或晶格缺陷贮有能量，损失为正，TDF大于1；当辐射引起的化学反应或晶格缺陷放出能量，热损为负，TDF小于1。 ﹡TDF跟辐照过程和材料有关，在设计量热计时，应选用热损小到可以忽略，或者能够以足够的精确测定的那些材料。 (2)吸收体（芯体）：在量热计中测量D的介质元。 2.量热计的类型及其工作原理 量热计可分为如下几种类型： 绝热型、动态型、稳定型、等温型、准绝热型 (1)绝热型量热计 量热计芯体不与外界发生热交换，且不发生相变。 若芯体材料的比热容量为C，则： 通常外壳与芯体的材料不同，故根据腔室理论有： 注意：外壳已经提供了带电粒子平衡条件。 (2)动态型量热计 吸收体与外壳之间存在着温差，芯体与外界发生热交换，热交换的多少跟两者之间的温差和持续时间有关，即满足牛顿冷却定律： S为芯体表面积 当物体表面与周围存在温差时，单位时间从单位面积（S）散失的热量与温差成正比，K：传热系数 (3)稳态型量热计 保持外壳的温度恒定不变， 也保持不变，则芯体温度 故有： 达到某一值后不再变化，此时， (4)等温型量热计 （5）准绝热型量热计（计算时采用5.5式） 如果测量过程中外界环境温度难以保持和测量物质融化温度相一致，则： 原理和绝热量热计类似，但计算公式需要采用动态性量热计的进行修正。 二．温度测量（量热计测量和温度控制的关键环节） 单位吸收剂量产生的温升很小，比如对于水为2.4×10-4kGy-1，所以测量装置要非常灵敏。 1.热敏电阻测温 2.热电偶测温差 说 明 ﹡为了不引起辐射场畸变和减少对量热计测量结果修正的不确定因素，量热计内引入的不同物质的质量一般小于吸收体质量的千分之几。 ﹡为了尽快达到平衡，减少温度滞后，测量元件必须做得很小很细（热电偶直径可以小到0.05mm），主要原因是测温元件的原子组成与量热计吸收体的相差较大。 热电偶测温差 P138 图5.3热电堆测温差。 温升能引起溶液电导的改变，大小可由灵敏电桥测量。温升使透明液体的折射率下降，用全息照相干涉仪测局部变化。 3.其它测量方法 三、量热计的校准（比较法） 2.绝热型量热计的电校准 用热敏电阻测吸收体温度。若热敏电阻起始值为Rc，刻度结束后阻值的变化为ΔRc,e，则ΔRc,e/ Rc为电校准时的响应。 1.比较法 假设电能的效果与辐照的效果相等的前提下： 1）给量热计输入可以精确测量的电能，电能将会转换为确定的热能E1，量热计的响应为R1； 2）将R1与受辐射照射时的响应将R2进行比较。 Ee/Δm相当于吸收剂量D 定义电校准时的刻度因子Nc，则： 在有热损时， 一般情况下， 3.等温型量热计的电校准 要同时确定γ、Sk，需进行两次测量： 由： 得： 四、基准的传递 量热计作为绝对测量装置处于剂量学测量仪器刻度链的顶点。 1.参考介质中剂量计的刻度，及刻度因子的获得 若Dr是量热计测得的参考材料中的吸收剂量，将待刻度剂量计放在参考介质，并接受同样照射，其测得的吸收剂量为Di.r 若待刻度剂量计响应为Ri.γ，则其刻度因子Ni.γ为： 2.待测介质m中吸收剂量的测定 设剂量计的响应为Ri.m，则剂量计的吸收剂量是Di.m : 确定Di,m后，介质中的吸收剂量Dm为: 上式显示，Dm与基准值Dγ联系起来了，这就是基准传递的过程。 1、它们可以做成绝对测量仪器，由其自身的固有性质能做到这一点，或者借助电-热标定方法来做到。 2、在任何剂量测量技术中，就吸收剂量测量中涉及的能量测量而言，温度升高的测量最接近于直接测量方法。仅需对相当小的放热或吸热化学反应及热泄漏做修正，而这些修正量往往是微乎其微的。 3、几乎任何吸收物质（固体或液体）都可以用作量热计的灵敏体积——只要有较好的导热性及确知的热亏损。 4、在绝热条件下，量热计的响应与剂量率无关，这是其固有的性能，故随着剂量率的增加，由于在剂量传递的过程中热泄漏变得可