全 文 ：此文于 1997 年 12 月 15 日收到
60Co 辐照室增源后剂量场的剂量测定
史建君　赵小俊　付俊杰
(浙江大学原子核农业科学研究所　杭州　310029)
在60Co 辐照室增源 1185P Bq 后 ,启用前用 Ag2Cr2O7 剂量计准确测量了源到辐
照位置的重复性和辐照场的剂量率分布 ,以及辐照产品中吸收剂量的不均匀度。测
定了 UV2754 分光光度计的摩尔消光系数。结果表明 ,辐射场的剂量分布比较均匀 ,
可以满足科研和辐照加工的需要。
关键词 :Ag2Cr2O7 剂量计 　γ辐射场 　剂量测量
近年来 ,用于辐射应用研究和辐照加工的辐照源室日益增多 ,据不完全统计 ,目前全国已
有大小源室 150 多座 ,其中装源在 0137PBq 以上的 70 多座[1 ] ,具有较强的科研和辐照加工生
产能力。如何保证辐照产品的质量 ,已引起辐照行业的高度重视 ,剂量测量是保证辐照产品质
量的重要手段 ,使辐照产品达到预定的吸收剂量是保证辐照产品质量的关键。由于辐照加工
产品的多样性 ,产品批量、包装规格的不稳定性和剂量测量成本等因素 ,绝大多数辐照加工产
品不进行实时剂量测量 ,普遍采用参照计算法确定辐照物的吸收剂量 ,即根据辐照室的剂量场
分布 ,选定辐照位置 ,将该位置的辐射剂量率乘辐照时间得到该位置的吸收剂量值。应用参照
计算法的前提是 ,必须准确测定辐照室的剂量场分布。有关剂量场分布的测量研究 ,已有一些
报道 ,李光藻[2 ] 、彭涛[3 ]对板源的场分布进行了测量研究 ,曹宏[4 ]对花篮形源的等剂量面的不
均匀度进行了研究 ,但比较全面系统的研究报道甚少。本文采用重铬酸银剂量计对浙江农业
大学辐照中心60Co 辐照室增源后的剂量场分布进行三维立体测量分析。
1 　材料与方法
111 　辐照室
辐照室为圆形结构 ,直径 7m ,高度 4m ,1993 年建成投入使用 ,首次装源 2103PBq[5 ] ,本次
增源 1185PBq。辐射源架为 <230mm ,高度 430mm 的花篮形源架 ,由不锈钢材料制成。源架
上均匀分布 9 根 <1111mm ×45115mm 的钴源棒 (其中 4 根为新源棒) ,总活度为 3117PBq。
60Co源贮存于 712m 深的水井底部 ,使用时提升至高出地面 300mm 的位置。
112 　重铬酸银剂量计的制作
重铬酸银剂量计依据的原理是 :在含有一定浓度重铬酸银的稀高氯酸溶液中 ,γ射线与水
相互作用产生的辐解产物 ,可将 Cr2O2 -7 中的 Cr7 + 定量地还原为 Cr3 + ,它将引起特定波长下
吸光度的改变 ,经过校准后 ,即可由吸光度的变化值确定溶液的吸收剂量[6 ] 。
水是剂量计溶液的主要组分 ,经 4 次蒸馏纯化处理 ,首先用碱性高锰酸钾 ( KMnO4 015g/ L
18　核 农 学 报　1999 ,13 (2) :81～85Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
和 NaOH 1g/ L)蒸馏 1 次 ,然后用酸性重铬酸钾 ( K2Cr2O7 015g/ L 和 H2 SO4 1ml/ L) 蒸馏第 2
次 ,最后不加任何添加物再蒸馏两次。
重铬酸银为分析纯试剂 ,高氯酸为优级纯试剂。
辐照容器采用 218ml 的单颈玻璃安瓿瓶 ,使用前先注满蒸馏水预辐照 6k Gy ,再用高纯水
冲洗 3 次 ,然后置于 550 ℃的马福炉中烘烤 3h ,以便消除瓶壁内可能存在的杂质。
重铬酸银剂量计溶液的配制按 JJ G1028291[7 ]中规定的方法和步骤进行。用定量加液器
将剂量计溶液注入 218ml 安瓿瓶中 ,用微型焊枪迅速熔封 ,装盒待用。制得的剂量计其剂量测
量范围为 014～5k Gy。
113 　仪器
采用 UV2754 分光光度计 (上海第三分析仪器厂)测量剂量计溶液的吸光度值。
辐照模体 (200mm ×200m ×200mm) 由 5mm 有机玻璃制成 ,具有固定的定位支架和安瓿
瓶套孔。
2 　结果与讨论
211 　摩尔吸光系数的测定
Cr2O2 -7 标准溶液按文献[ 7 ]配制 ,以标准溶液的浓度和相应的吸光度值进行线性回归拟
合处理 ,其斜率即为重铬酸银剂量计 Cr2O2 -7 在 350nm 波长、25 ℃温度及一定浓度范围内的摩
尔吸光系数ε(由于不同的分光光度计光学性能上的差异 ,测得的ε值并不相同) 。
在 UV - 754 分光光度计 350nm 波长下测量配好的标准溶液的吸光度值 ,结果见表 1。对
表 1 数据进行线性回归处理 ,得到摩尔吸光系数ε= 30712m2·mol - 1 ,相关系数γ= 019997。由
测得的ε值可以计算出剂量响应转换因子 k = 8532 Gy。
表 1 　标准溶液浓度及对应的吸光度
Table 1 　The concentration of standard fluid and absorbance
溶液浓度 Concentration
(10 - 3mol/ L) 11877 21190 21503 21816 31129 31442 31754
吸光度 Absorbance 01557 01659 01744 01840 01950 11036 11134
212 　源到辐照位置的重复性
将 6 支剂量计分 6 次放入辐照场中 ( R = 015m , H = 0112m) ,各辐照 1h ,测其吸光度的变
化值 ,结果列于表 2。根据贝塞尔公式计算相对标准偏差 (重复性)为 :
S x / ΔA = ∑(ΔA i - ΔA )
2
n - 1 ΔA ×100 % = 0175 %
表 2 　源到辐照位置的重复性
Table 2 　The reproducibility of source irradiation position
A 01845 01847 01849 01845 01846 01843
ΔA = A - A 0 01241 01239 01237 01241 01240 01243
ΔA - ΔA 01001 - 01001 - 01003 01001 01000 - 01002
A 0 11086
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重复性小于 1 %。表明剂量计和源到辐照位置的重复性较好。分析产生偏差的原因如下 :11
升降源重复性偏差 ;21 剂量计本身固有的误差 ;31 分光光度计的测量误差 ;41 剂量计放置位
置的重复性偏差。
213 　剂量场分布的测定
21311 　校准点处的吸收剂量率 　校准点设在辐照场中一固定位置 ( R = 1117m , H = 0112m) ,
将剂量计置于水模体中 ,进行 7 次不同时间的辐照。以辐照时间和对应的吸收剂量进行线性
回归拟合 ,其斜率即为该点的吸收剂量率 , ÛD = 1011 Gy/ min ,相关系数 r = 019998。该点的剂
量率既用于与国家计量院 NDAS 进行剂量比对 ,又可用于日常剂量监测。
21312 　参考面吸收剂量分布不均匀度 　参考面设置在 R = 110m、高度 0130～0175m 位置。
半圆弧上 8 等分 ,上、中、下 3 层 ,共 27 个测量点 ,其吸收剂量分布不均匀度 U = Dmax/ Dmin =
1124。参考面积吸收剂量分布不均匀度符合规定的要求 (不大于 115) 。表明新旧源棒的排布
比较合理 ,保证了辐射场剂量分布的均匀性。
21312 　剂量率的径向分布 　选择 5 种不同的高度 ( H) ,9 种不同的半径 ( R) ,有序地分布 45
个测量点 ,每个测量点放置重铬酸银剂量计 2 支 ,辐照一定的时间 (根据各测量点剂量率的大
小确定 ,保证每支剂量计的总吸收剂量在 400～5000 Gy 范围内) 。根据核辐射理论 ,吸收剂量
率与 R2 成反比 ,亦即 ÛD 12正比于 R - 1 。选用 ÛD 12为纵坐标 , R - 1为横坐标作图 ,其结果见图 1 ,
由图 1 可见 ,随着 R - 1的增加 (R 减小) ,H = 0 和 H = 110m 的两线严重偏离直线 ,说明在 R 较
小时 ,过高或过低的辐照位置 ,其吸收剂量值与理论估算值偏差较大。H = 0125、015、017m 的
3 线呈直线状态 ,符合平方反比定律。而随着 R - 1的减小 ( R 增大) ,5 条线聚合成 1 条线。说
明距辐射源越远 ,垂直方向的剂量分布越均匀。
21314 　剂量率的角向分布 　在 H = 0 ,R = 015、110、115m 的圆周上各均布 8 个测量点 ,共 24
个 ,在每个测量点放置重铬酸银剂量计 2 支 ,结果见图 2。R = 015、110、115m 位置的角向剂量
分布不均匀度分别为 1107、1104、1104 ,表明角向剂量分布均匀性较好。
图 1 　剂量率的径向分布
Fig. 1 　The dose rate distribution of radius direction
图 2 　剂量率的角向分布
Fig. 2 　The dose rate distribution of angular direction
21315 　剂量率的垂直分布 　在 R = 115、210m 的固定位置上各设 5 个高度的测量点 ,每个测
38　2 期 60Co 辐照室增源后剂量场的剂量测定
量点放置剂量计 2 支。从图 3 可看出 ,在 R =
115m 高度、0～110m 范围内 ,剂量分布基本匀
匀 ,不均匀度为 111 ,在 R = 210m 高度、0～
110m 范围内 ,不均度为 1108。而当 H > 110m
时 ,随着 H 的增加 ,吸收剂量率迅速下降 ,呈非
均匀分布。这与使用的钴源棒 (45115mm) 长
度有关 ,在源棒上下一定范围内 ,剂量率呈均匀
分布 ,超出此范围 ,由于几何距离的增加导致剂
量率下降。
214 　产品箱中吸收剂量不均匀度测量
图 4 为产品箱中剂量计的分布。辐照产品
为 A (食用明胶) 、B (食品调料) ,采用静态堆码
辐照方式 ,A 放在一空白箱上面 ,B 放在 A 上
面 ,堆码高度 0175m ,距源 113m 的位置辐照 ,
2h 后前后翻转、上下对调 ,共辐照 4h。根据测
试数据计算出各产品箱的吸收剂量不均匀度 U
(表 3) 。从表 3 可看出 ,2 种产品的吸收剂量不
均匀度小于 117 ,表明该种堆码翻转方式 ,可以
满足辐照加工对剂量不均匀度的要求。产品密
度对吸收剂量不均匀度有一定影响 ,产品密度
大 ,产品箱中吸收剂量不均匀度也增大。在辐
照高密度产品时 ,可以采用远距离辐照方式降
低几何位置的影响 ,从而达到降低产品箱中吸
收剂量不均匀度的目的。
图 3 　剂量率的垂直分布
Fig. 3 　The dose rate distribution of
prependicular direction
图 4 　产品箱中剂量计的分布
Fig. 4 　Position of dosemeters in product box
表 4 　产品箱的吸收剂量不均匀度
Table 4 　The dose uniformity ratio in product box
产品箱
Product box
箱体尺寸
Size
(cm)
产品密度
Density
(g·cm - 3)
不均匀度
U
(Dmax/ Dmin)
A 46 ×36 ×25 0160 1165
B 46 ×36 ×25 0148 1135
3 　结 　论
测量结果表明 ,在一定范围内 (25cm < H < 75cm) ,径向的剂量分布满足平方反比定律 ,在
辐照加工中 ,可以依照图 1 的曲线确定辐照产品箱的吸收剂量率。角向的剂量呈均匀分布 ( U
≤1107) ,表明有新旧源的排布比较合理。垂直方向的剂量呈非均匀分布 ,在 110m 以上 ,随着
高度的增加 ,剂量下降较快 ,以辐照加工对剂量不均匀度的 115 要求计算 ,在 R = 115m 和
48 核　农　学　报 13 卷
210m 的堆码高度分别为 1145m 和 118m。因此 ,在辐照加工中 ,应特别注意垂直方向的剂量
分布 ,控制辐照物的堆码高度 ,保证辐照产品吸收剂量的均匀性。
参 　考 　文 　献
1 　王传祯 ,等 1 食品辐照在中国的发展学术讨论会文集 1 北京 :原子能出版社 ,1988 ,10～15
2 　李光藻 ,等 1 钴室γ辐射场剂量分布的测量与计算 1 核技术 ,1996 ,19 (1) :58～63
3 　彭　涛 ,等 1 60Coγ辐照装置增源后剂量测定 1 辐射研究与辐射工艺学报 ,1996 ,14 (1) :29～33
4 　曹　宏 ,等 1 辐照装置剂量场最佳分布及测定方法 1 核农学通报 ,1995 ,16 (4) :169～171
5 　王寿祥 ,等 11185 ×101PBq 钴260 辐照室主要结构参数的设计计算 1 浙江农业大学学报 ,1995 ,21 (2) :203～206
6 　李承华 1 辐射技术基础 1 北京 :原子能出版社 ,1988 ,147
7 　国家技术监督局 1 国家计量技术规范 JJ G1028 - 911 北京 :中国计量出版社 ,1992
MEASUREMENT OF DOSE FIELD AFTER SUPPL EMENT SOURCE
IN 60Co IRRADIATION CHAMBER
Shi Jianjun 　Zhao Xiaojun 　Fu J unjie
( Instit ute of N uclear A gricult ural Sciences , Zhejiang A gricult ural U niversity , Hangz hou 　310029)
ABSTRACT
The irradiation position reproducibil ity of cobalt source , the dose rate distribution in γ
f ield and the dose uniformity ratio in product box were measured with Ag2Cr2O7 dosemeter be2
fore supplement 1185 PBq 60Co irradiation chamber was in commission. The molar absorptivity
of UV2754 spectrophotometer was measured too. The results showed that the dose distribution in
the irradiation f ield was uniform. The demands of scientif ic research and radiation processing
were met satisfactorily.
Key words :Ag2Cr2O7 dosemeter ,γ2irradiation field , dose measurement
58Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1999 ,13 (2) :81～85