全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
文章编号 :100028551 (2002) 0620370206
单板源动态辐照的剂量不均匀度
及射线利用率
陈玉霞　夏和舟　林　勇　周国全
(湖北辐照实验中心 ,湖北 武汉　430064)
摘 　要 :本文报道了单板源动态辐照运行中剂量场水平分布和垂直分布以及产品箱内
吸收剂量的分布情况。结果表明 :单板源剂量场任一水平面上 ,离开源面的距离与剂
量间的关系符合 y = AeBx变化规律 ;任一立面上离开源棒中心的距离与剂量间的关
系符合 y = a + bx 变化规律。采用动态步进式辐照脱水香菜 ,其产品箱内吸收剂量
不均匀度仅 1147 ,射线利用率可达 2116 %。
关键词 :单板源 ;动态辐照 ;不均匀度 ;射线利用率
收稿日期 :2000209215
作者简介 :陈玉霞 ,女 (1963～) ,湖北鄂城人 ,助理研究员 ,从事辐照剂理研究工作。
湖北辐照实验中心建于 1989 年 ,装源容量 500kCi ,自 1992 年运行以来 ,一直采用静态堆码
的辐照加工工艺。在此期间 ,我们对单板源静态辐照的不均匀度及射线利用率进行了大量的
测量研究[1 ,2 ] 。但由于在静态堆码辐照中存在降源停源时间长 ,安全隐患大的缺陷 ,该中心又
于 2000 年 6～7 月改静态堆码辐照为动态步进式辐照。为了合理评估改造的技术经济水平 ,
制定适宜的动态辐照工艺 ,进一步提高产品的辐照质量和设备利用率 ,降低辐照成本 ,我们对
单板源动态辐照的剂量不均匀度及射线利用率进行了研究。
1 　材料和方法
111 　材料
11111 　设备 　装源容量为 5 ×105 Ci 的辐照装置 ,有 18 根 <11mm ×450mm 进口60 Co 源棒和 102
根 <15mm ×90mm 国产60 Co 源棒 ,活度 1182 ×105 Ci。进口源 1 根/ 管和国产源 5 根/ 管的方法装
入 40 根不锈钢管中。将 40 根源管全部集中在源架的 2240mm ×450mm 平面上单层排列。ZT
×125 积放式悬挂输送装置一套及齿轮齿条式机械换向装置。吊篮尺寸 700mm ×530mm ×
1450mm。
11112 　辐照产品 　脱水香菜用纸箱包装 ,规格为 520mm ×320mm ×306mm。重量 9kg。
112 　试验方法
11211 　辐照运行方式 　辐照脱水香菜时 ,采用每流程 4 圈制 ,运行过程中 ,当吊篮从辐照源的
一侧转向另一侧时 ,机械装置自动换向。第二圈结束 ,第三圈开始前进行人工换层操作 ,换层
方式为 :
·073·　 核 农 学 报　2002 ,16 (6) :370～375Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
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1 2
3 4
5 6
7 8
　换层　
5 6
7 8
1 2
3 4
11212 　辐照源的工作位置及辐照堆码方式 　脱水香菜在吊篮内按 2 ×4 = 8 件堆码 ,堆码高度
130cm ,吊篮底距地面 23cm ,辐照源工作位置 88cm。
113 　检测和计算
11311 　分别用低量程和高量程重铬酸钾/ 银剂量计和 753BI微机型紫外可见分光光度计 (λ=
350nm 和λ= 440nm 　T = 298K)测空场剂量和产品箱内吸收剂量。
11312 　按公式 　μ= Dmax / Dmax计算剂量不均匀度[3 ] ;按公式ε= Q ×D。/ 3600·24·P 计算射线
利用率。式中 ,ε为射线利用率 ;Q 为日辐照量 (kgΠd) ;D0 为产品箱内最低吸收剂量 ( Gy) ; P 为
辐照源功率 (W) 。
图 1 　3 个吊篮的起始位置
Fig. 1 　The starting place of three buskets
2 　结果与分析
211 　动态运行单板源剂量场水平分布和垂
直分布
21111 　水平分布 　将低量程重铬酸银剂量
计分别布置在 3 个吊篮的前、中、后 3 个面 ,
每个面垂直向下布 1 条 ,每条上隔 10cm 布
1 支 ,总高度 97cm。3 个吊篮在辐照场中的
起始位置如图 1 所示。
辐照时 ,辐照源工作位置 71cm ,链速
016mΠmin。当 1 号吊篮运动完半个剂量场
后 ,将 3 个吊篮上的剂量计全部取下 ,并测量吸收剂量 ,结果见表 1。
表 1 　3 个吊篮不同辐照面的剂量分布
Table 1 　Dose distribution on the defferent irradiation plane with three baskets
距地高
height
(cm)
No. 1 No. 2 No. 3
前 front 中 middle 后 behind 前 front 中 middle 后 behind 前 front 中 middle 后 behind
121 1. 99 1. 90 1. 71 0. 89 0. 85 0. 82 0. 40 0. 39 0. 32
111 2. 36 1. 97 1. 78 1. 02 0. 87 0. 82 0. 41 0. 37 0. 31
101 2. 57 2. 21 1. 89 0. 94 0. 87 0. 84 0. 41 0. 39 0. 33
91 4. 06 2. 39 1. 97 0. 99 0. 86 0. 84 0. 39 0. 41 0. 36
81 4. 98 2. 47 2. 03 0. 99 0. 87 0. 82 0. 41 0. 36 0. 30
71 5. 44 2. 53 2. 02 0. 95 0. 84 0. 85 0. 41 0. 40 0. 31
61 5. 17 2. 54 2. 02 0. 96 0. 94 0. 85 0. 41 0. 36 0. 31
51 4. 02 2. 59 2. 02 0. 97 0. 85 0. 89 0. 41 0. 41 0. 34
41 2. 88 2. 24 2. 01 0. 99 0. 85 0. 84 0. 43 0. 35 0. 41
31 2. 24 2. 04 1. 87 0. 94 0. 88 0. 84 0. 40 0. 37 0. 31
平均 average 3. 57 2. 25 1. 93 0. 96 0. 87 0. 74 0. 41 0. 38 0. 33
·173·　6 期 单板源动态辐照的剂量不均匀度及射线利用率
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　　将表 1 中任一高度水平面上的 1 号吊篮的测量结果减去 2 号 ,3 号吊篮的相应结果 ,2 号
吊篮减去 3 号吊篮的相应结果 ,可得任一平面上自源板起到 210cm 处的连续的吸收剂量。表 2
为距地高 71cm 水平面剂量连续变化情况 (每两排吊篮间距 27cm) 。将表 2 数据在坐标上描点
连线得图 2 ,通过数学分析 ,曲线符合 Y= AeBx变化规律 ,经计算 ,A = 1143 　B = - 0101 　r = -
1 ,因而有指数方程式 y = 1143e - 0101x ,同样方法 ,可得数个距地面不同高度平面内 ,离开源面的
距离与剂量间的连续的递减的函数关系式。
表 2 　单板源水平方向剂量分布
Table 2 　Dose distribution on the level direction of single plate source
距护栏距离
the distance to the rail (cm) 0 26 52 79 105 131 158 184 210
吸收剂量
absorb dose (kGy) 4. 18 1. 69 0. 76 0. 64 0. 44 0. 43 0. 41 0. 40 0. 31
图 2 　离开源面的距离与剂量间的函数关系
Fig. 2 　The function relation between the distance to
single plate source and dose
从图 2 看出 ,离开护栏 60cm 以内 ,剂
量下降速度快 ,如果是静态辐照 ,将脱水
香菜产品箱的长边垂直于源面 ,靠护栏堆
码辐照 ,则空场剂量不均匀度μ= (4118 +
0176) ÷(1169 ×2) = 1146 ,若考虑立面剂
量不均匀度和辐照产品对γ射线的吸收
作用 ,不均匀度将超过 210 ,若箱体加长 ,
不均匀度还要加大。若将短边垂直于源
板 ,虽不均匀度可降低 ,但操作更为频繁。
在动态运行中 ,箱体中间总剂量由 3
部分组成 (见表 3) 。其中第一道剂量占
6113 % ,第二、三道占 3817 %。在剂量分布曲线上 ,第二、三道剂量下降速率远低于第一道 ,这
对于降低产品箱剂量不均匀度大有益处 ,从而提高产品辐照质量和射线利用率。
21112 　动态运行时单板源剂量场垂直分布 　取 1 吊篮 ,将低量程重铬酸银剂量计布置在靠辐
照源的任何一面 ,垂直向下挂 1 条 ,每隔 5cm 挂 1 支 ,总高度 145cm。辐照时 ,链速 1104m/ min ,
源心高度 93cm ,辐照 1 圈 (见表 4) 。
表 3 　各通道中间剂量占中间总剂量百分比
Table 3 　Percentage of middle dose of every passage to total middle dose
项目
item
吸收剂量
absorbed dose (kGy)
占中间总剂量
percentage to total middle dose ( %)
第一道中间 middle of No. 1 1138 6113
第二道中间 middle of No. 2 0149 2118
第三道中间 middle of No. 3 0138 1619
·273· 核　农　学　报 16 卷
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表 4 　单板源垂直方向剂量分布
Table 4 　Dose distribution on the vertical direction of single plate source
距地高
height (cm)
剂量
dose (kGy)
距地高
height (cm)
剂量
dose (kGy)
距地高
height (cm)
剂量
dose (kGy)
145 1. 30 95 3. 21 45 3. 02
140 1. 50 90 3. 21 40 2. 71
135 1. 68 85 3. 34 35 2. 43
130 1. 72 80 3. 47 30 2. 16
125 1. 97 75 3. 54 25 1. 99
120 2. 19 70 3. 64 20 1. 85
115 2. 37 65 3. 58 15 1. 71
110 2. 72 60 3. 57 10 1. 58
105 2. 85 55 3. 44 5 1. 32
100 2. 92 50 3. 25
图 3 　离开源棒中点的距离与剂量间的关系
Fig. 3 　The relation of the distance to the center
of irradiation source stick and dose
表 4 表明 ,源棒在源板上作单层排列
时 ,其垂直方向的剂量分布是以源棒的中
点为对称点 ,上、下呈对称分布 ,离开中点
越远剂量越低。对 5～70cm 之间的 14 个点
进行线性处理 ,以向下离开中点的距离为
自变量 ,剂量为因变量 ,进行线性回归拟
合 ,得 A = 3186 ,B = - 0104 ,r = - 0199 ,线性
方程式为 y = 3186 - 0104x , 相关系数 -
0199 ,呈极显著负相关 (图 3) 。基于这一
点 ,在动态辐照运行中 ,当货物辐照时间过
半时 ,可进行人工换层操作 ,达到降低不均
匀度的目的。
对货物不同堆码高度进行不均匀度分析 ,当货物堆码高度在 140cm 范围之内辐照时 ,经过
人工换层后 ,立面剂量不均匀度 (均匀度)均为 1114 ,且随着堆码高度的增加 ,平均剂量逐渐下
降 (表 5) 。所以在动态辐照运行时 ,应根据货物的堆码高度确定适当的辐照时间或链速 ,达到
既保证辐照质量 ,又提高射线利用率的目的。
表 5 　不同堆码高度下换层后立面剂量不均匀度
Table 5 　μvalue of elevation after exchanging layers to different piling up height
堆码高度
pilling up height (cm)
最大值
Dmax (kGy)
最小值
Dmin (kGy)
不均匀度
μ
平均剂量
average dose (kGy)
140 5. 22 4. 57 1. 14 5. 02
130 5. 53 4. 86 1. 14 5. 23
120 5. 63 5. 02 1. 12 5. 39
110 5. 97 5. 25 1. 14 5. 57
100 6. 16 5. 39 1. 14 5. 77
90 6. 29 5. 53 1. 14 5. 96
·373·　6 期 单板源动态辐照的剂量不均匀度及射线利用率
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图 4 　产品箱内剂量计分布
Fig. 4 　Distribution of dose meter in
dehydrated coriander box
212 　脱水香菜产品箱内吸收剂量的不均匀度
在吊篮中 ,脱水香菜产品箱按 2 ×4 = 8 件
堆码 ,总高 130cm ,这 8 件脱水香菜当作一个整
体 ,以 65cm 处为水平对称面 ,上、下等距离各
分 5 个平面 ,共 10 个横切面 ,每个面布 9 支高
量程重铬酸钾/ 银剂量计 ,共 9 ×10 = 90 支 ,如
图 4 所示。
辐照时链速为 1155m/ min , 源心高度
88cm ,运行 4 圈 ,辐照 2 圈后换层 ,照完 4 圈卸
货 ,测量结果见表 6。
表 6 可知 ,整个吊篮中 ,前、后两个面吸收
剂量高于中间那个面。最高剂量点剂量值为
7139kGy ,最低剂量点剂量值为 5102kGy ,不均
匀度 1147。如此剂量值和不均匀度完全能够
满足国标的要求 ,因此 ,该动态辐照工艺对一
般产品来说都是符合要求的。
表 6 　脱水香菜产品箱内吸收剂量分布
Table 6 　Dose distribution in dehydrated coriander box
层次
layer
吸收剂量 absorbed dose (kGy)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 7. 12 5. 83 6. 84 7. 39 5. 56 6. 84 6. 50 5. 51 7. 12
1 6. 50 5. 35 6. 64 6. 50 5. 29 6. 50 6. 77 5. 02 6. 25
2 6. 30 5. 69 6. 64 6. 64 5. 62 6. 70 6. 43 5. 62 6. 57
3 6. 50 5. 02 6. 64 6. 97 5. 69 6. 90 6. 64 5. 61 6. 64
4 6. 50 5. 02 6. 50 6. 70 5. 02 6. 64 6. 64 5. 29 6. 70
5 6. 64 5. 29 6. 70 6. 70 5. 58 6. 84 6. 50 5. 29 6. 77
6 6. 23 5. 69 6. 23 6. 50 5. 76 6. 64 6. 03 5. 42 6. 64
7 6. 77 5. 76 6. 30 6. 50 5. 69 6. 77 6. 50 5. 35 6. 36
8 6. 97 5. 35 6. 97 7. 12 5. 42 6. 64 6. 64 5. 29 6. 64
9 6. 64 5. 42 6. 64 6. 90 5. 56 6. 64 6. 64 5. 09 6. 97
213 　单板源动态辐照的射线利用率
以脱水香菜为例进行计算。辐照时 ,链速 1155mΠmin。每吊篮装 8 件 ,共 67 个吊篮 ,吊篮
间距 4m ,每流程 4 圈。日处理量 : 4 ×67 ÷1155 ×4 = 1729 ×4 = 69116 (min/ 流程) ; 60 ×24 ÷
69116 = 2108 (个流程) ; 8 ×67 ×2108 = 1114 (件/ d) ;射线利用率ε= 1114 ×9 ×50201812 ×148 ×3600 ×24 ×
100 % = 2116 %
3 　小 　结
311 　采用步进式动态辐照工艺时 ,源板的结构和装源方式采取单层、双层和三层装源法 ,其中
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单层和双层装源 ,源板覆盖面低于货物立面 ,货架上、下两端的吸收剂量较中间低 ,必须进行人
工换层 ,其劳动强度较大 ,但射线利用率较高。采用单层排源时 ,射线利用率最高。三层排源
时 ,可采取上、下强中间弱的排源方式 ,使立面的剂量分布均匀 ,省去人工的换层劳动 ,但射线
利用率较单层和双层排源要低得多 ,从经济效益的角度讲 ,采用单、双层装源法较为有利。
312 　步进式动态辐照克服了静态堆码辐照时间利用率低 ,进出辐照厅频繁 ,安全隐患大 ,但对
辐照物品的包装形式、规格大小的适应性较差。对包装尺寸大于货架长和宽的物品的辐照只
能采用静态辐照 ,对于包装物的长、宽尺寸刚刚超出货架底面长、宽的 1Π2 时 ,由于一层只能放
一件 ,空隙率较大 ,空间利用率大幅度下降 ,射线利用率也随之大幅度下降。
313 　本研究采用的是低密度的脱水香菜计算射线利用率。辐照产品密度发生变化 ,对射线利
用率的计算结果会有一定影响。但比脱水香菜密度更低的物品很少 ,随着辐照物品密度的增
大 ,一方面箱体内的不均匀度增大 ,利用率会下降 ,另一方面 ,由于密度增大 ,穿透过去的射线
量减少 ,又会使利用率提高。因此 ,本研究所计算的射线利用率是具有实际意义的。
314 　在采用静态堆码辐照 ,为了提高射线利用率 ,力求将货物尽量靠近源板 ,而为了获得国家
标准许可的不均匀度 ,又不能靠得太近 ,因而其射线利用率受到一定制约。采用步进式动态辐
照 ,由于总剂量是由三通道不同位置剂量总和构成 ,能尽可能地紧靠源板 ,加之无停源操作之
弊 ,故利用率较静态为高。
参考文献 :
[1 ] 　陈玉霞 ,等. 动态单板源辐照的剂量不均匀度及射线利用率. 核农学通报 ,1997 ,18 (4) :172～174
[2 ] 　夏和舟 ,等. 单板源堆码辐照工艺研究. 核农学报 ,1999 ,13 (5) :267～273
[3 ] 　李承华. 辐射技术基础. 北京 :原子能出版社 ,1988 ,268～271
THEμ VAL UE AND RAYS UTILIZATION RATE OF SINGLE
PLATE SOURCE WITH DYNAMIC IRRADIATION
CHEN Yu2xia 　XIA He2zhou 　LIN Yong 　ZHOU Guo2quan
( Irradiation Center of Hubei Province , Wuhan , Hubei prov. 　430064)
ABSTRACT :The dose distribution of single plate source on the level direction and the vertical di2
rection and μ value in goods box with dynamic irradiation were studied. The results shows that
the function relation between the distance to single plate source and dose can be expressed as y =
AeBx on the level direction and y = a + bx on the vertical direction. The μ value is 1147 in de2
hydrated coriander box. The utilization rate of radioactive rays reached 2116 %.
Key words :single plate source ; dynamic irradiation ; μvalue ;utlization rate of radioactive rays
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2002 ,16 (6) :370～375