平行板电容器型γ剂量计探头的研究

　　在射线照射下,具有不同原子序数(Z)的两物质内表面会产生电荷沉积,如果其中一种为绝缘体,则所沉积的电荷会感应出较高的电压,例如,照射一低Z绝缘体(其厚度低于 射线的吸收厚度,但高于 射线在其中产生的电子的最大射程),将会沿射线方向产生光电子和康普顿电子。当在绝缘体中垂直于射线方向放置一高Z阻挡层时,在阻挡层两侧将会产生空间电荷分布,而空间电荷的积累将会随辐射剂量的增加而增加,金圣仁[1、2]、李明非[3]、Kronenberg[4]和Frederickson[5～7]等人曾经研究了 射线作用下绝缘体内较高原子序数(Z)物质上积累电荷的现象和规律,本文讨论了根据此现象研制的平行板电容器型 剂量计探头的部分特性。

　　一、探头结构与测量

　　图1给出了平行板电容器(Ⅰ)型 剂量计探头的结构,由内到外分别为: a.集电极(高Z物质A1,厚度约为0.4～0.5mm);b.介质层(厚度约为20～40μm的聚酯薄膜); c.碳导电层(石墨乳喷涂层);d.辐射体(低Z物质,厚度约为1.8～8.0mm的聚乙烯);e.外壳(厚度约为0.2～0.3mm的A1)等。外型尺寸为135mm×95mm×5mm。实验所用的是中国科学院长春应用化学研究所的柱型60Co源,其照射量率为0.1432C/kg.s。在集电极上积累的电荷密度σ(C·m-2)是由FJ-356型动电容静电计及自制的移动架装置来测量的.

　　二、测量结果与讨论

　　大量的实验测量表明,有许多因素影响集电极上所积累的电荷密度。首先,柱型60Co源与平板型探头之间的距离不同会影响探头集电极上所积累的电荷密度,取集电极和外壳均为A1的标准平行板(Ⅰ)型探头,其它参数不变[3],将探头分别放在距离源0.3m和1.3m处进行测量,实验结果如图2所示。由图2可以看到,由于照射距离不同,集电极上所积累的电荷密度明显不同,其原因有两点:一是由于源与探头之间的距离不同,尽管探头所受照射的剂量D相同,但所受照射的剂量率却不相同;二是源与探头之间的距离不同,会使得源与探头之间所张的立体角不同,这些都会影响电荷积累。其次,介质层厚度不同也会影响集电极上所积累的电荷密度,取介质层厚度分别为20μm、25μm、30μm35μm和40μm (聚酯薄膜),探头离源的距离为1.2m时进行照射,实验结果如图3所示。由图3中见到,介质厚度超过35μm时,照射剂量在50Gy左右电荷密度已达到饱和(即集电极上所积累的电荷密度不再随照射剂量的增加而增加,相反开始减少);而介质厚度为20μm时,曲线则继续上升且呈线性,但介质层太薄,就保证不了绝缘强度。经验表明,介质层厚度一般应大于15μm。再者,不同厚度的辐射体也会影响集电极上所积累的电荷密度,取辐射体厚度分别为1.8mm、3.0mm、5.0mm和8.0mm (聚乙烯),探头离源的距离为2.8m,以每次13.2Gy的剂量照射,实验结果如图4所示。由图中可以看到,辐射体的厚度对集电极上所积累的电荷密度变化曲线的线性影响不太大,但对曲线的变化梯度影响很大,辐射体越薄,曲线梯度越大,响应越强。另外,在剂量较小时,厚辐射体探头所积累的电荷密度大,但随着剂量的增加,其电荷密度反而小于薄辐射体探头所积累的电荷密度。经验表明,当辐射体的厚度取康普顿次级电子在聚乙烯材料中的最大射程时,即可在集电极上积累一定的电荷密度,又会使电荷密度的变化接近线性规律。