电子束吸收剂量标准液体化学剂量测量系统的研究

　　0　引言

　　辐射加工中使用的电离辐射主要来源于放射性核素Co60γ射线及电子加速器产生的电子束。由于电子束辐射加工具有辐射功率大,能量利用率高、剂量率高、加工速度快、成本低等优点,近年来在国内外发展很快。现在全世界用于工业辐照的加速器已超过1千台,其中以美国、日本和俄罗斯为最多[1]。就我国而言,工业辐照从本世纪70年代才刚刚起步,但迄今为止我国已建功率大于1kW的电子加速器46台,且多是90年代以后建成投产的,总功率已超过2000kW。与γ射线相比,电子束在物质中穿透能力弱(射程短),剂量率高,辐照温升严重,选用的剂量测量手段必须适应上述特点。目前可进行电子束绝对测量的方法有量热法、电子束流密度计及液体化学剂量计三种。在剂量率低于1×10⁶Gy·s^-1的情况下,Fricke剂量计的化学产额与剂量率无关,,但该剂量计的量程太小,难以用来测量辐射加工电子束的剂量。硫酸铈—亚铈剂量计的化学产额(G值)在类似剂量率下也与剂量率无关,可以用于电子束的高剂量测量[2]。Sharpe[3]研究了重铬酸钾(银)剂量计,发现在脉冲剂量率为6×10⁵Gy·s^-1,平均剂量率为1~29kGy·min^-1的电子束照射下的没有明显的剂量率效应。但是Janorsky[4]的工作指出,重铬酸钾(银)剂量计测量电子束剂量,不仅结果分散,而且G值比γ射线照射下低12%。我们对硫酸铈—亚铈与重铬酸钾(银)、重铬酸银剂量计测量γ射线的剂量学性能进行过深入的研究[5][6][7]。

　　1　实验原理和方法

　　1·1　实验原理

　　重铬酸钾银(HKAgDc)和重铬酸银(HAgDc)剂量计溶液是一种含有一定浓度的重铬酸钾和重铬酸银或重铬酸银的稀高氯酸水溶液;而硫酸铈—亚铈剂量计溶液是含有一定浓度的Ce⁴⁺离子和Ce³⁺离子的稀硫酸水溶液。电离辐射与水相互作用产生的辐解产物可将Cr₂O^₂-₇中的Cr⁶⁺离子还原为Cr³⁺离子其简化反应式为:

　　这三种溶液吸收辐射能量后,在可见或紫外光区特定波长下的吸光度会发生变化,在一定范围内吸光度的变化与吸收剂量成正比,通过测定吸光度来计算吸收剂量,对于重铬酸钾(银)或重铬酸银剂量计其计算公式为:

其中,G—辐射化学产额(即每吸收1焦耳能量所产生的某物质的摩尔数),mol·J^-1;Δε—Gr2O^2-₇与Cr³⁺离子的摩尔线性吸收系数之差,m²·mol^-1;ΔA—辐照前后剂量计溶液吸光度之差;l—石英液杯的光程长度,m;ρ—剂量计溶液的密度,kg·m^-3;K—剂量转换因子,kGy;对于硫酸铈—亚铈剂量计其计算公式为: