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钴源辐照装置剂量场分布
的理论计算程序及应用
刘宏跃　施培新　林　音
(中国农业科学院原子能利用研究所　北京　100094)
本文对 IAEA 专家提供的辐射场剂量分布计算程序加以修改 ,将程序中 1 次只
能计算单层排列的源板改为可计算多层排列的板源 ,源棒的长度、活度可以任意调
整 ,源棒之间的距离可以任意设定。新编程序计算速度快、简单方便 ,调整吸收系数
后 ,使实际测量值与计算值更加符合。
关键词 :辐照装置 　剂量场 　理论计算程序
前 言
随着辐射加工技术的迅速发展 ,γ辐照装置不断增加。我国现有大小钴源辐照装置 120
余座 ,30 万居里以上的 32 座。目前国内辐照装置大多数是板源[1 ,2 ] ,源的排列方式的设定大
部分靠手工计算 ,既复杂、又费时费工 ,每次计算只能得到空间一点的剂量值 ,不可能完成对整
个空间剂量分布的形象化、定量化描述。若要比较清楚地了解整个辐射场空间剂量分布情况 ,
则必须在辐射源排列位置确定后 ,用电离室或剂量计进行全面测量。如果剂量场分布不理想 ,
则必须根据测量数据反复对辐射源位置进行调整 ,直至使辐射场剂量的不均匀度符合国家规
定为止。这是一个十分繁杂的工作。如果能将繁杂工作改在计算机上操作 ,可节省大量人力、
物力和时间。本研究针对上述问题 ,查阅了国内外大量的文献资料[3 ,4 ,5 ,8 ,9 ] ,根据我国辐照装
置的具体情况 ,改进了 IAEA 专家提供的辐射场剂量分布理论计算程序的计算步骤。修改后
用 C 语言编辑了新的辐射场剂量率分布计算程序 ,改进了原程序的计算步骤 ,将原程序中只
能计算单层排列的源板改为可计算多层排列的平板源。源架上可排列 20 层 ,每层可排列 100
根源棒。考虑到国内辐射源的情况比较复杂 ,在新增源时 ,新旧源的活度、长度等规格不尽相
同 ,因此 ,设计了源棒的长度、活度可以任意调整 ,源棒之间的距离可以任意设定。原程序在改
变计算点位置时 ,需重新输入排源参数 ,使用十分复杂。改进后 ,当辐射源在源架上排列的位
置确定后 ,改变计算点位置时不必重新输入排源参数。因而大大提高了计算速度 ,扩大了使用
范围 ,使其更适合我国辐射装置的使用。
辐射场剂量分布理论计算程序
本程序是以 IAEA 专家提供的程序为依据 ,在参考了国内外大量文献资料的基础上修改
的。调整原有的计算步骤 ,调整后源棒之间的距离可以任意排列 ,改变计算点时 ,不必重新输
入排源参数。程序编辑使用 C 语言。其程序应用方框图如图 1。
542　核 农 学 报　1998 ,12 (4) :245～248Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
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菜单 　　M
　
　　平板源 ⋯⋯⋯D 　　
　　退出 ⋯⋯⋯E 　　
输入坐标原点 :X0 , Y0 ,Z0 . 　　　　
输入 Y轴坐标
X方向坐标 :输入坐标初值、步长和终值 :
　　Xi 、Sx、Xe
Z方向坐标 :输入坐标初值、步长和终值 :
　　Zi 、Sz、Ze .
输入板源层数到 FL R
输入每层小源中心点到 Dz
输入源棒数目到 N
　　　源棒的长度是否同 ?　　　
Yes　 No 　　
输入源棒的长度 按顺序输入源棒长度
源棒的活度是否相同
Yes　 No 　　
输入源棒的活度 al ,l 按顺序输入源棒的活度 al ,l
源棒间的距离是否相等 ?
Yes　 No 　　
输入源棒间的距离 Dy 按顺序输入源棒间的距离 Dy
计算 :D0 ,0 ⋯⋯⋯Do , (Ze2Zi) / Sz
D (X
e
2X1) Sx ,0 ⋯⋯D (Xe2Xi) / Sx , (Ze2Zi) / Sz
输出结果
是否改变 X、Y或 Z
并重复计算 ?
Yes　 No 　　
计算 　 M
图 1 　程序应用方框图
642 核　农　学　报 12 卷
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辐射场剂量测量方法
将 Fricke 剂量计置于辐射场中各测量点位置上 ,辐照一定时间 ,在 JascoV2550 紫外分光
光度计 302nm 处测量辐照前后吸光值的变化。根据公式计算吸收剂量值 (D) [6 ,7 ] 。即
D = ΔAεGρL
式中 :ΔA ———辐照前后剂量计溶液吸光度之差 (ΔA = Ai - A0) (无纲)
ε———Fe3 + 摩尔线性吸光系数 (m2/ mol) ,
G———Fe3 + 的辐射化学产额 (116 ×10 - 6mol/ J ) ,
L ———石英液杯的光程长度 (0101m) ,
ρ———剂量计溶液的密度 (11022 ×103kg/ m3) 。
吸收剂量的计算值与测量值
为了验证改编程序的准确性 ,在本所辐照中心新建辐照装置现有条件下 ,测量了辐射场吸
收剂量率的分布 ,并与相应的计算值进行了比较 (表 1) 。
表 1 　吸收剂量率计算值与测量值比较
编　号
计　　算　　值
原程序值
( Gy/ min)
修改后程序值
( Gy/ min)
测量值
( Gy/ min)
相　对　偏　差 ( %)
与原程序值 与修改后的程序值
1 7. 76 9. 66 9. 85 21. 2 - 1. 9
2 7. 90 9. 83 9. 79 19. 3 0. 4
3 7. 98 9. 94 9. 92 15. 6 0. 2
4 8. 04 10. 01 9. 98 18. 6 1. 3
5 8. 07 10. 05 9. 93 18. 7 1. 2
6 8. 08 10. 06 9. 78 17. 4 2. 9
7 6. 18 7. 70 7. 89 21. 7 - 2. 4
8 6. 38 7. 94 7. 92 19. 4 0. 2
9 6. 53 8. 13 7. 98 18. 2 1. 9
10 6. 64 8. 27 8. 25 19. 5 0. 2
11 6. 71 8. 36 8. 21 18. 3 1. 8
12 6. 76 8. 42 8. 20 17. 6 2. 7
13 6. 80 8. 46 8. 30 18. 1 1. 9
14 6. 81 8. 48 8. 54 20. 2 - 0. 7
15 6. 82 8. 49 8. 55 20. 2 - 0. 8
16 6. 83 8. 50 8. 67 21. 2 - 2. 0
从表 1 可以看出 ,理论计算值与实际测量值有一系统误差 ,测量值比计算值普遍高
742　4 期 钴源辐照装置剂量场分布的理论计算程序及应用
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1516 %～2112 % ,这主要是由于原程序设计中的吸收系数为 018 时 ,考虑了集中排源和辐射源
双包壳的情况下给出的 ,而本所辐照装置为分散排源 ,辐射源为裸装 ,因此吸收系数应增大 ,将
此系数改为 01996 后 ,计算值与测量值结果符合较好 ,两者之间的相对偏差均在 ±3 %左右。
说明本程序的吸收系数是一个修正系数 ,它与源棒的几何排列位置及辐射源的装载方式等有
关。
小 　　结
改进程序的计算步骤后 ,比原程序的计算速度快 ,使用方便。本程序中吸收系数是一个修
正系数 ,它与源棒的排列及辐射源的装载方式等有关。对于不同的辐照装置 ,在使用此程序
前 ,应通过实际测量调整此系数 ,本辐照装置调整吸收系数为 01996 后 ,辐射场剂量率分布的
理论计算值与硫酸亚铁剂量计实际测量值的相对偏差均在 ±3 %左右。两者之间符合较好。
本程序可用于计算辐射场剂量分布、不同排源方式下辐射场剂量不均匀度和辐照产率 ,以及不
同堆放方式下的辐照产率 ,从而为辐射源的排列设计和辐照装置的运行提供科学依据。
参 考 文 献
1 　哈益明等. 辐照装置最佳剂量场计算. 江苏农业科学 ,1993 ,增刊 :15～17
2 　姚则悟等. 上海辐射中心钴源装置最佳源棒排列设计 ,核技术 ,1988 ,11 (7) :8～12
3 　李原春等. 钴源辐照装置理论计算. 同位素 ,1990 , (1) :57
4 　李承华. 辐射技术基础 ,北京 :原子能出版社 ,1982
5 　单贤刍等. 60Co 强源辐照装置的最佳源棒排列设计及其辐射场的分布 ,原子能科学技术 ,1990 ,24 (5) :39～45
6 　中华人民共和国国家标准 ,使用硫酸亚铁剂量计测量水中吸收剂量的标准方法. GB139～89 ,1989
7 　吴智力等. 60Coγ辐照装置启用前的剂量率测量. 辐射研究与工艺学报 ,1985 ,3 (2) :38～43
8 　Rzisal GG et al. A Computer Code for Dose Rate Mapping of Gamma Irradiation. Radiat . Phys. Chem. 1990 ,35 (4～6) :831
～835
9 　Rzisal GG et al. Application of EGS4 Computer Code for Determination of Gamma Ray Spectrum and Dose Rate Distribution in
Gammacell 2220. Radiat . Phys. Chem. 1993 , 42 (4～6) :799～805
THEORETICAL CALCULATION MODEL FOR DOSE RATE DISTRIBUTION
OF 60Co IRRADIATION FIELD AND ITS APPL ICATION
Liu Hongyue 　Shi Peixin 　Lin Yin
( Instit ute f or A pplication of A tomic Energy , Chinese Academy of A gricut ural Sciences , Beiji ng , 100094)
842 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1998 ,12 (4) :245～248