252Cf源辐射背景对X光闪光照相光电接收系统的影响

　　对于有核环境下的高能X光闪光照相,由于核材料的衰变和裂变,会一直放射出α,β,中子和γ等射线,这种辐射背景会对CCD光电接收系统的安全使用和成像质量造成影响[4-5]。首先,对于光电接收系统的安全使用,辐射可能会给光电接收系统中的某些器件造成辐射损伤,这种损伤主要表现为电离效应和位移损伤,电子、质子、γ射线和α粒子是通过电离沉积能量,而快中子约50%的能量是通过原子位移损伤沉积能量的。转换屏的辐射损伤主要表现为无色透明晶体着色、透过率下降、发光强度降低以及出现瑕疵等;CCD器件辐射损伤性能退化表现为暗信号增加和电荷转移效率降低等。射线对转换屏及CCD器件造成的损伤,可随时间或人为干预方法进行恢复或部分恢复。其次,在保证了辐射不会对系统造成损伤的前提下,辐射还可能对系统成像质量造成一定的影响。这主要表现为:(1)粒子和射线激发转换屏产生的可见光会增加CCD的本底;(2)直射和散射的粒子和射线直接作用在CCD上产生的白斑噪声也会影响图像质量。为保证核辐射环境下闪光照相光电接收系统的安全和有效使用,开展核辐射背景对CCD光电接收系统影响的研究是有必要的。对于辐射源的选择,由于同质量的252Cf源辐射强度比一般辐射材料高2~4个量级,所以选择252Cf源进行研究,它在短时间内的辐射效应可代表其它材料较长时间的效应。本文利用252Cf源作为辐射源,研究辐射背景对X光闪光照相CCD光电接收系统的影响情况。

　　1　理论分析

　　在252Cf源辐射的粒子与射线中,由于α和β粒子是带电粒子,在稍加屏蔽的情况下,基本不能出射,所以不必考虑;γ射线和中子具有较强的穿透性,是需要重点研究的对象。

　　252Cf源辐射环境下闪光照相光电接收系统的理论布局如图1所示,252Cf源辐射的粒子和射线经铝板衰减后打在转换屏上激发转换屏发光,可见光经转镜式系统成像在CCD相机上。根据科研工作的要求和现有的实际条件,在理论研究中采用以下数据:所用252Cf源表面静态辐射剂量为4.7×107s-1(平均能量约为2.2 MeV)和3.5×108s-1(平均能量约为1 MeV),252Cf源与转换屏的距离为30 cm,则在转换屏处形成的辐射剂量为4.2×103s-1·cm-2和3.4×104s-1·cm-2;所用CCD相机的积分时间为6.4 s,则在不考虑铝板衰减的情况下,每幅图像采集过程中转换屏处的辐射总剂量为2.7×104cm-2和2.2×105cm-2;平均能量约1 MeVγ射线的辐射量转换因子按1 MeV计算,为1.96×109MeV/(cm·R),则γ射线的辐射剂量为0.11 mR。

　　1.1 252Cf源辐射背景对系统各器件影响的理论评　为研究系统各器件的吸收剂量,首先要研究辐射剂量和吸收剂量的关系。质能吸收系数是反映辐射和吸收关系的物理量,单元素物质的质能吸收系数可通过查表得出,对化合物及混合物,可计算为