全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
文章编号 :100028551 (2000) 0320189204
静态辐照实用剂量测量体系的研究
陈海军　尚丙兰　杨明成　刘　伟　刘克波　宋宇平
(河南省科学院同位素研究所　河南 郑州　450052)
摘要 :本文报道了河南省科学院同位素研究所建立的综合剂量测量体系及测试方法
的研究进展。对各测量系统中的摩尔吸光系数作了细致分析 ,给出了准确数据。对
辐照场的剂量学性能进行了准确测定。对不同几何位置的辐照产品进行了吸收剂量
跟踪 ,使辐照工艺合理化。
关键词 :静态辐照 　剂量计 　摩尔吸光系数 　剂量测量
收稿日期 :1999211217
作者简介 :陈海军 ,男 (1971 —) ,河南新乡人 ,实验师 ,从事辐射剂量与食品保鲜研究。
随着辐照加工产业化的快速发展 ,辐照产品越来越多 ,所需剂量范围一般从 10 Gy～
50k Gy ,寻找一种量程宽、操作简便、响应线性、准确度高且能对各种影响因素 (如湿度、温度、
光效应等)给出适当修正因子的剂量计是不容易的。由于辐照加工的特殊性 ,如源与产品的几
何关系复杂、条件变化多 ,在静态分批辐照中 ,由于产品多层堆放 ,其吸收剂量很难精确计算 ,
所以必须有合适的剂量测量体系进行测量。由于辐照产品的质量保证通常是以产品吸收剂量
为指示进行控制的 ,在产品辐照过程中 ,必须对产品吸收剂量进行测量 ,以检验运行参数是否
正确 ,同时为辐照产品提供准确的吸收剂量值。为此 ,我们建立了综合剂量测量体系 ,主要包
括硫酸亚铁剂量计、重铬酸银剂量计、重铬酸钾 (银)剂量计及辐照变色指示片。根据多年来对
剂量测量及辐照工艺的研究与实践 ,证明该剂量测量体系是合理的。
1 　材料和方法
111 　辐照装置
60Coγ源总活度 616 ×1015Bq ,辐照源为花篮形 ,规格为 300mm ×930mm ,80 根强弱不同
棒状源均匀排列在 24 根不锈钢制圆管内。
112 　剂量测量系统
按照国家标准自行配制剂量计 ,主要包括硫酸亚铁剂量计、低量程重铬酸银剂量计 (组成
为 0135mmol/ L Ag2Cr2O7 ,011mol/ L HClO4) 、高量程重铬酸钾 (银) 剂量计 (组成为 2mmol/ L
K2CrO7 ,015mmol/ L Ag2Cr2O7 ; 011mol/ L HClO4) 。辐照变色片为 PVC 和染料组成 ,配备有
2570Farmer 剂量仪、751 紫外分光光度计 (配有标准石英杯 ,光程长度为 10mm) 及有机玻璃标
准水模体 (300mm ×300mm ×300mm) ,测量校准点深度距前表面为 50mm ,另配备有聚苯乙烯
981　核 农 学 报　2000 ,14 (3) :189～192Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
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固体模体 ,其测量校准点距前表面 15mm ,以使测量达到近似电子平衡条件。
113 　方法
试样分析在 751 紫外分光光度计上进行。在λ= 303nm 处测量硫酸亚铁剂量计辐照前后
溶液吸光度 ;在λ= 350nm 测量低量程重铬酸银剂量计辐照前后溶液吸光度 ;在λ= 440nm 处
测量高程重铬酸钾 (银)剂量计辐照前后溶液吸光度。
2 　结果和分析
211 　剂量测量系统的校准
21111 　摩尔吸光系数的测定
对所用 751 紫外分光光度计 ,测量了εFe3 + 值 ,采用 Fe2O3 法。所用试剂 Fe2O3 为光谱纯 ,
在 450 ℃烘烤 4h ,经干燥器恒重 ,彻底去除所含痕量水 ,以防ε值偏低。严格按样品的制备程
序 ,配制 7 种不同浓度的 Fe3 + 标准溶液 (其光密度控制在 012～110 之间) 。恒温 25 ±1 ℃,测
其λ= 303nm 峰值处吸光度 ,线性回归拟合处理得εFe3 + = 21519m2/ mol 与 GB139289 推荐值
21614m2/ mol 相对偏差 - 01023 % ,相关系数γ= 0199997 \ .
在实验室条件下于室温 20 ±1 ℃配制 7 种不同浓度的重铬酸钾 (容量基准) 标准溶液
Cr2O2 -7 离子浓度范围 0143 ×10 - 3～3102 ×10 - 3 mol/ L (吸光度为 0119～1139) 在λ= 440nm
处 ,25 ±1 ℃下测量系列标准溶液的相应吸光度。以标准溶液的浓度与相应的吸取光度值进行
线性回归拟合处理 ,测得该仪器εCr2O - 27 = 4611m2/ mol ,与 JJ G1018290 推荐值相对偏差
- 01022 % ;低量程重铬酸银剂量计在λ= 350nm 时εCr2O2 -7 = 31512m2/ mol ,与推荐值相对偏
差 01041 % ,其线性相关系数γ= 0199996。
21112 　测量值的精密度
用硫酸亚铁剂量计在距点源中心 60cm、80cm、100cm、150cm 处各取 4 点 ,各点分别照射 5
次 ,测得每组剂量计的每个吸收剂量值的平均响应χ和样本标准偏差 Sn - 1 对每组吸收剂量
按 CV = Sn - 1/ …χ×100 %计算变异系数。各组变异系数计算结果为 0126、0136、0138、0130 ,均
小于 1 %(相应的平均吸收剂量值为 82、103、126、141 Gy) 。
用同样方法测得重铬酸银剂量计各组测量值的变异系数分别为 0162、0150、0156、0169 ,
也小于 1 %(相应的平均吸收剂量值 0152、0182、1132、1180k Gy) 。
21113 　总不确定度的估计
剂量测量体系误差来源主要是用统计方法计算的 A 类不确定度 Si 及用其它方法估算的
B 类不确定度 Vi ,总不确定度合成 S = K ∑Si2 + ∑Vi2 ,对所用重铬酸盐剂量计系统 ,A 类不
确定度主要有辐照温度 015 % ,吸光度测量 5 % ;B 类主要是校准误差 211 % ,其合成不确定度
δ= ∑Si2 + ∑Vi2 = 2121 ,总不确定度 S = K·δ= 4143 %( K = 2 ,为置信因子) ,小于 5 %。
21114 　剂量测量体系的溯源性
自行配制的硫酸亚铁剂量计和重铬酸盐剂量计与国家剂量保证服务 (NDAS) 比对数据列
于表 1。
从表 1 可知 S 小于 5 % ,符合国家规定标准 ,测量结果为信赖级。
091 核　农　学　报 14 卷
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表 1 　不同剂量计与 NDAS比对结果
剂量计
名义剂量值
(k Gy)
评定剂量值
(k Gy)
偏差 比对日期
硫酸亚铁 2162 2157 + 1190 0921996
重铬酸银 3125 3121 + 1120 0321997
重铬酸钾 (银) 3151 3143 + 211 1221997
212 　辐照装置剂量学性能
21211 　源盒中心位置的确定 　当放射源利用自动升降装置升到极值时 ,源盒中心位置正常定
位距地面 130cm ,由于升降装置长期运行和维修等因素导致源盒中心位置相对有所变动。为
此使用 2570Farmer 剂量仪进行校正。将剂量仪探头置于辐照场固定位置 (半径 60cm 处) ,调
节探头高度 ,重复升降多次 ,剂量仪所示读数最大时 (瞬间剂量) 的探头高度 135cm 即为源盒
中心位置。
21212 　校准点处吸收剂量率的相对标准偏差 　将硫酸亚铁剂量计放置模体内校准点处 ,校准
点距源的几何轴线为 100cm ,高度与源盒中心的高度相同 ,距水模体前表面为 5cm。
在剂量计线性范围内以间隔递增的方式以不同时间 ti 分别照射 7 组 ,并分别在分光光度
计上测出吸光度ΔAi ,对 Ai 和 ti 进行回归分析 ,求出线性方程 D = D0 + bt ,b 为该点吸收剂量
率 D = 56168 Gy/ min ,D0 为一次升降源附加剂量。其相对标准差 Sb/ b = 1/ r 1 - t2/ n - 2 =
0146 ,小于规定值 110 %。由此可以看出测量的准确性 ,它的定期测量为辐照场等剂量曲线绘
制提供了准确数据 ,也有利于剂量计的刻度。
213 　辐照产品吸收剂量与辐照条件的关系
实验测量了辐照产品吸收剂量与不同辐照条件的关系 ,结果列于表 2、表 3 和表 4。
表 2 　辐照产品的吸收剂量随箱体厚度的变化
密度 (g/ m3) 等剂量线 (cm) 产品箱体厚度 (cm) 最大吸收剂量 ( Dmax(k Gy) 最小吸收剂量 Dmin(k Gy)
0127 150 45 2182 2113
0127 150 60 2186 1187
0127 150 90 2183 1143
实验使用重铬酸银剂量计 (量程为 014～5k Gy) 对同一类产品进行跟踪测量 ,由于产品自
身屏蔽所致 ,辐照产品箱体越厚 , Dmax和 Dmin的差距越大。
表 3 　辐照产品的吸收剂量随静态堆码高度的变化
距源心 (cm) 产品规格 (cm) 堆码高度 (cm) 最大吸收剂量 Dmax (k Gy) 最小吸收剂量 Dmin(k Gy)
100 33 ×53 ×20 160 8122 5134
100 33 ×53 ×20 200 8169 4162
100 33 ×53 ×20 240 8171 3194
实验使用重铬酸钾 (银)剂量计 (量程 5～40k Gy) ,在同一种产品中进行跟踪测量 ,从表中
可以看出 ,在同一等剂量曲线上 ,随着产品堆码高度的增大 , Dmax与 Dmin差距加大。
191　3 期 静态辐照实用剂量测量体系的研究
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表 4 　辐照产品的吸收剂量随源心距的变化
堆码高度 (cm) 规格 (cm) 等剂量线 (cm) 最大吸收剂量 Dmax (k Gy) 最小吸收剂量 Dmin(k Gy)
240 33 ×53 ×20 60 8192 3118
240 33 ×53 ×20 140 8150 4136
240 33 ×53 ×20 250 8162 5126
实验使用重铬酸钾银剂量计 ,实验在同一类产品中进行。从表中可以看出 ,同一堆码高
度 ,产品离辐射源越远 , Dmax和 Dmin差距越小。
3 　小 　结
在静态辐照工艺条件下 ,产品应采用多层紧密堆码和分批辐照以提高产量。对每一批产
品应及时进行剂量跟踪以验证辐照工艺的正确性并给出准确的吸收剂量分布 ,确保辐照产品
质量。在辐照运行中 ,由于辐照产品密度和包装通常不能改变 ,为了保证照射物品内剂量分布
均匀 ,通常把密度相同的产品放置在同一辐照半径位置。为此应围绕放射源盒 ,由内向外堆放
密度由小到大的辐照产品 ;依据产品所需辐照剂量配置相应的剂量计 ,并成网络状均匀布放 ;
辐照一半剂量时 ,辐照物品位置需均匀中翻 ;随着辐照半径的增大 ,产品堆码高度可逐渐增加。
通过改变几何高度来控制辐照产品箱体厚度以期确保吸收剂量分布的合理性 ,既保证了辐照
产品质量 ,又最大限度地提高了辐照装置利用率。
实践证明 ,自行建立的硫酸亚铁剂量计、低量程重铬酸银剂量计及高量程重铬酸钾 (银)剂
量计测量系统是合理的 ,自制的辐照变色指示片由于配方合理、显色醒目、稳定性好 ,深得用户
欢迎 ;较好地解决了静态堆码辐照的大跨度、多品种及同时辐照的吸收剂量测量问题 ,为制定
合理的辐照工艺提供了详实的数据 ,大大提高了辐照加工的经济效益和社会效益。
参考文献
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[ 2 ] 　Mahesh K V , Techniques of Radiation Dosimetry ,Daryaganj ,Wiley Eastern limited ,1985 ,379～388
[ 3 ] 　中华人民共和国国家标准 GB139289. 北京 :中国标准出版社 199017
[ 4 ] 　中华人民共和国国家计量技术规范 JJ G1028291. 北京 :中国计量出版社 199015
[ 5 ] 　中华人民共和国国家计量技术规范 JJ G1018290. 北京 :中国计量出版社 1990112
PRACTICAL DOSIMETRY STUDY OF STATIC IRRADIATION
CHEN Hai2jun 　SHAN G Bing2lan 　YAN G Ming2cheng
L IU Wei 　L IU Ke2bo 　SON G Yu2ping
( Isotope Instit ute , Henan Academy of Sciences , Zhengz hou , Henan Prov 　450052)
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