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一些辐照参数对不同剂量计的响应影响研究
作者:羊阳 编译 【阅读原文】

摘要

    目前,市场上有多个染色和未染色的聚合物剂量计可以通过获得,可用于强辐射场的剂量测定,尤其是对食品的辐射加工和医疗器械的消毒灭菌。辐照过程中的温度和辐照后稳定性对这些剂量计响应的影响对辐照工厂的操作人员来说是非常重要的。

 

    本文研究了2.2MeV电子束加速器辐照温度和辐照后存储对几种剂量计的影响。所有剂量计都显示了辐照过程中的温度和辐照后存储的重大影响。

 

1. 介绍

    日常剂量测定中使用的大多数剂量计的响应都受到环境条件的影响,如辐照过程中的温度、剂量率和辐照后存储。在日常辐射加工应用的剂量测定中可能会遇到很多问题,因为辐照工厂的条件可能与剂量计被校准时的条件存在较大差异。这些差异可能会导致剂量估算的预期系统误差。这些剂量计响应随辐照过程中的温度的变化必须被预先确定以修正该类型的系统误差。辐照时间与分光光度计读取数值时间之间的存储时间对常规剂量计响应的影响的研究在很多情况下是有必要的。

 

2. 材料与方法

 

2.1. 剂量计

    目前,市场上有多个染色和未染色的聚合物剂量计可以通过获得,可用于强辐射场的剂量测定,尤其是辐射加工应用。其中得到广泛使用的剂量计有:有机玻璃(PMMA),辐射致色染色薄膜(比如GEX B3系列薄膜剂量计、FWT-60)、三乙酸纤维素(CTA)。PMMA剂量计的活性物质分散在有机玻璃中,电离辐射导致有机玻璃和添加的染料的电离,我们可以观察到激发态分子、自由电子和正离子的产生。

 

    分子的抗激发通过电子的转移导致自由基的产生。被电离的聚合物的自由基与染色分子反应产生一个可见光谱的光学吸收。分散在塑料基质中的氧攻击自由基,直到其消失。这个氧化给一个稳定产物的形成腾出了空间,而该稳定的产物将可以通过分光光度计读出。CTA薄膜中含有一种作为增塑剂的添加剂(磷酸三苯酯15%)。这种添加剂也有助于稳定辐照后的吸光度。FWT-60辐射致色薄膜有更宽的剂量范围,并可用于更高的剂量率,其配方主要包含未染色的腈前体的4,4',4''-aminotriphenylme (副品红)及其衍生物、脂肪族聚酰胺聚合物基体。

 

    在这个工作中,使用了几种类型的常规剂量计:红有机玻璃(4034型,批号FB,剂量范围:5-50kGy),琥珀色有机玻璃(3042型,批号M,剂量范围:1 - 15kGy)和Gammachrome(型号YR,批号62,剂量范围:0.1 3kGy)。有机玻璃剂量计,密封在铝塑包装袋中(由Harwell公司生产),分别使用分光光度计于640和603nm以及540nm处进行分析。CTA薄膜(型号FTR-125,剂量范围:10 - 100kGy)是由富士胶片影像有限公司制造。辐射致色薄膜剂量计(型号FWT-60,批号7F6,剂量范围:1-50kGy)由远西公司提供。CTA和FWT-60分别使用分光光度计于280和600nm处进行分析。

 

2.2. 辐照

    辐照采用的是能量为2.2MeV的电子加速器,吸收剂量为0.5kGy的平均剂量率约为0.5kGy/s;吸收剂量为3、5、15、25和50kGy的平均剂量率约为1.1kGy/s,每个测量点有三个剂量计被辐照。

 

    除了PMMA剂量计是装在密封的铝塑包装袋里以保护他们免受环境条件特别是湿度的改变,其它所有剂量在辐照前后都被存储在温度20℃相对湿度32%的环境中。每个测量点有三个剂量计被辐照。FWT- 60薄膜,以片状提供,约1x1cm,装在小铝塑袋里,每组2 - 3包。CTA薄膜被切成8x200mm。对于每个剂量点,三种剂量计都被热封在聚乙烯袋中被辐照。

 

2.3.  温度控制

    使用了一个含有以油作为冷却液体的自动调温器,确保控制和维持剂量计在辐照过程中处于期望的温度。剂量计被放在一个内有循环恒温油的铝板上。辐照前,装置被保持30分钟以允许温度平衡。为了最小化辐照剂量15和25kGy的电子辐照中的升温现象,我们采用了5和10kGy的分段辐照。在辐照过程中的铝板温度波动在±3 - 4℃。

 

3.  结果与讨论

 

3.1. 温度的影响

    辐照过程中,在6-40℃范围里,温度对所有Harwell PMMA和FWT-60剂量计的响应的影响显示,在6℃和19℃之间略有差异,在19℃和40℃之间,对所有辐照剂量来说,红有机玻璃、琥珀色有机玻璃和FWT-60剂量计的响应随温度增加而增加。Gammachrome剂量计的响应在整个剂量范围里呈现了并不相同的行为。事实上,Gammachrome剂量计的响应在3kGy时随温度增加而增加,在0.5kGy时响应随温度增加而降低。

 

    辐照温度对CTA FTR-125薄膜的响应的的影响显示,在6-42℃的整个范围里,对所有的辐照剂量来说,响应是随温度增加而增加的。与PMMA和FWT剂量计相反,我们可以看到在6-15℃范围里存在显著的变化。而对于15-42℃之间,CTA剂量计相对稳定。结果总结在表1和2里。观察到的所有剂量计的温度的影响与已发布的数据很好的吻合。

3.2. 辐照后稳定性

    所有剂量计辐照后的变化在我们的整个研究阶段里被发现是很显著的,这些变化随着剂量的降低而更加地显著。对于这些研究,有机玻璃剂量计被保存在他们的袋子里直到测量。FWT-60剂量计没有使用辐照后处理。

 

    如图1所示,在50kGy时,红有机玻璃剂量计的响应10天增加了5.5%;在25kGy时,16天增加了7%。在此期间,琥珀色剂量计于15kGy时的响应增加了4%,5kGy点增加了1.5%。辐照后的第一个11天,Gammachrome YR剂量计的响应在3kGy点线性减少3%,在0.5kGy点线性减少23% (图2)。这表明修正系数随辐照剂量的减少而增加。对于FWT-60薄膜,我们观察到一个较小的响应变化,在存储大约10天后,- 0.95% @50kGy,+1.2%@25kGy。在剂量为15、3和0.5kGy时这些变化更显著,响应的变化分别为+3%、+8%和+3%。

         

           图1. Harwell红有机玻璃剂量计辐照后稳定性

 

          图2. Gammachrome YR剂量计的辐照后稳定性

 

4. 总结

    总之,目前的研究显示,大多数剂量计温度和时间影响不容忽视,在日常使用中可能产生重大的误差。这些影响必须减少到最低,这可以通过使用相似于日常使用条件的工厂校准获得。剂量计辐照后必须在同一时间间隔后测量。特别是对于Gammachrome剂量计,校准曲线可以在不同的辐照温度下并在辐照后等待足够的时间间隔的情况下获得。

 

5. 解决方案

    GEX B3系列薄膜剂量计同属于辐射致色染色薄膜剂量计类,但却具有更好的性能,遗憾的是没有加入以上的性能测试比较中。但这一点都不影响它在同类产品中的良好表现和竞争力。这里不妨进行一下详细的介绍以便客户做出正确的选择。

 

5.1. 温度的影响

    GEX B3同样收到辐照中温度的影响,但影响量相对较小可控,即使在零下十几度(冷冻产品内)的条件下测量剂量,一样具有较好的表现。对于加速器上的剂量测定应用,我们也有了很好的独家专利解决方案,保证一年四季测量结果受环境温度波动(冬夏环境温度变化)的影响都在极小的范围内(详情请来电咨询:18616790365)。辐照剂量增加带来的温度增加导致的影响可直接通过工厂校准进行消除。

 

5.2. 辐照到测量时间的影响

    辐照到测量时间的影响对大多数剂量计都是存在的,剂量计的响应的稳定是随着时间慢慢实现的。GEX B3剂量计的辐照后的响应也不是一下子稳定的,和其它同类剂量计一下,稳定需要一个过程。辐照的剂量不同,稳定需要的时间也不同。可喜的是,GEX对于这个时间对测量结果的影响也找到了很完美的解决方案—58.5℃恒温热处理,热处理的时间一般为5-15分钟,取决于使用的热处理设备。经过有效的热处理后,GEX B3薄膜剂量计的吸光度达到了完全的稳定状态,并可以在一年的时间内保持稳定,变化小于1%。这个解决方案并不都适合其它一些薄膜剂量计,所以,目前只有GEX的B3剂量计采用这种方法快速稳定剂量计的辐照后吸光度,实现了辐照后的快速剂量测量。

 

5.3. B3剂量计的其它性能

    B3剂量计的性能除了以上2点外,还有其它一些非常重要的优秀的性能:

1. 剂量计厚度均匀性:±0.00015mm(k=1),这是所有剂量计中最好的,这么好的厚度均匀性,客户都不用自己 测量剂量计的厚度,只需采用厂家申明的平均厚度即可,一般机械式的厚度规的精度都比这个差;

2. 剂量计的响应一致性:从校准的数据来看,B3剂量计的响应在低剂量时CV值小于2.5%,5kGy时1%左右,大多数点小于1%;

3. 初始吸光度的稳定性:B3剂量计的初始吸光度一般为0.04A左右,数年不变,剂量计的保存寿命可以达到10年以上,鉴于初始吸光度如此之稳定,校准和日常使用时都不需要测量初始吸光度,使用更方便;

4. 更宽的剂量范围:B3薄膜剂量计的剂量测量范围可以是1-150kGy,整个量程范围使用同一个测量波长552nm,无需改变波长,无需担心测量波长弄错;

5. 更薄的剂量计厚度:18um的名义厚度使得B3剂量计在低能加速器上的性能更加凸出,其性能在高能加速器、钴60装置、X射线装置也是其它剂量计无法相比的;

6. 本品是行业内唯一通过国家质检总局计量器具的“型式批准”的剂量计;

7. 更多详情,欢迎来电咨询我们:021-60522599/18616790365,或访问我们的网站:www.sunplume.com

    美国GEX B3系列薄膜剂量计

 

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