辐射场剂量学特性自动化测量系统研究.pdf
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1、第 卷 第期 年 月同位素J o u r n a l o f I s o t o p e sV o l N o O c t 辐射场剂量学特性自动化测量系统研究王子琳,高飞,刘蕴韬,侯金兵,王菲菲,丁雨阳,刘佳瑞(中国原子能科学研究院,北京 )摘要:X、射线参考辐射场是开展X、辐射剂量仪校准工作的必备设施,辐射场的剂量学特性直接影响量值传递的可靠性.为了快速开展辐射场剂量学特性测量,研制一套新型辐射场剂量学特性自动化测量系统,利用自动化测量系统对 C s射线参考辐射场、C o射线参考辐射场和低能、中高能X射线参考辐射场的剂量率分布、散射辐射特性、均匀性等进行测量.结果表明,距离 C s多源照射装
2、置和 C o单源照射装置m处的空气比释动能率范围分别为 mG y/h和 G y/h;C s多源照射装置、C o单源照射装置、低能X光机和中高能X光机参考辐射场的散射辐射占比均,距离m处辐射场照射野直径分别为、c m.自动化测量系统能够满足辐射场快速精确测量需求,可大幅降低人员手动操作工作量,贯彻落实辐射防护最优化原则.关键词:自动测量;参考辐射场;均匀性;测量效率;准确性中图分类号:T L 文献标志码:A文章编号:()收稿日期:;修回日期:d o i:/t w s y o u x i a n S t u d yo nA u t o m a t i cM e a s u r i n gS y s
3、 t e mo fD o s i m e t r i cP a r a m e t e r s f o rR a d i a t i o nF i e l dWANGZ i l i n,GAOF e i,L I UY u n t a o,HOUJ i n b i n g,WANGF e i f e i,D I NGY u y a n g,L I UJ i a r u i(C h i n a I n s t i t u t eo fA t o m i cE n e r g y,B e i j i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:Xa n dr a yr e f e
4、r e n c er a d i a t i o nf i e l di san e c e s s a r yf a c i l i t yf o rt h ec a l i b r a t i o no fXa n dr a d i a t i o nd o s i m e t e r T h ed o s i m e t r i cp a r a m e t e r so fr a d i a t i o nf i e l dd i r e c t l ya f f e c t st h e r e l i a b i l i t yo f t h e t r a n s m i s s
5、 i o no f n u m e r i c a l v a l u e s T om e a s u r e t h ed o s i m e t r i cp a r a m e t e r so f t h er a d i a t i o n f i e l dr a p i d l y,an e wa u t o m a t i cm e a s u r i n gs y s t e mo f d o s i m e t r i cp a r a m e t e r s f o r r a d i a t i o nf i e l dh a sb e e n i n v e s t
6、 i g a t e d,w h i c he n a b l e s r e m o t ec o n t r o l o ft h ep o s i t i o n i n go ft h em a n i p u l a t o ra n dt h em e a s u r e m e n to ft h ei o n i z a t i o nc h a m b e r I tf e a t u r e sp r e s e tm e a s u r e m e n tp a t h s,a u t o m a t e d m e a s u r e m e n t s,r e a d
7、 o u ta n dr e c o r d i n gd a t a,a n dt h ea b i l i t yt od e r i v em e a s u r e m e n tr e s u l t s T h ed o s e r a t ed i s t r i b u t i o n,s c a t t e r e dr a d i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n du n i f o r m i t yo f C s r a yr e f e r e n c er a d i a t i o nf i e l d,C o
8、r a yr e f e r e n c er a d i a t i o nf i e l d,l o w e n e r g y,m e d i u m e n e r g ya n dh i g h e n e r g yX r a yr e f e r e n c er a d i a t i o nf i e l d w e r e m e a s u r e db ya na u t o m a t e d m e a s u r e m e n ts y s t e mT h er e s u l t ss h o wt h a t t h ea i rk e r m ar a
9、t e sa t ma w a yf r o mt h e C sm u l t i s o u r c e i r r a d i a t i o nd e v i c e a n d t h e C o s i n g l e s o u r c e i r r a d i a t i o nd e v i c e a r e mG y/ha n d G y/h,r e s p e c t i v e l y F o r t h e C sm u l t i s o u r c e i r r a d i a t i o nd e v i c e,t h e C os i n g l e
10、s o u r c e i r r a d i a t i o nd e v i c e,t h e l o we n e r g yX r a ym a c h i n e a n d t h em e d i u ma n dh i g he n e r g yX r a ym a c h i n e,t h e s c a t t e r e d r a d i a t i o na r e a l l l e s s t h a n,a n d t h e r a d i a t i o n f i e l dd i a m e t e ro f r a d i a t i o nf
11、i e l da t t h ed i s t a n c eo fmi s c m,c m,c ma n dc m,r e s p e c t i v e l y T h ea u t o m a t e dm e a s u r e m e n t s y s t e mc a na c h i e v e f a s t a n da c c u r a t em e a s u r e m e n t so f t h er a d i a t i o nf i e l d,w h i c hc a ng r e a t l yr e d u c e t h ew o r k l o
12、a do f t h eo p e r a t o ra n d i m p l e m e n t r a d i a t i o np r o t e c t i o no p t i m i z a t i o np r i n c i p l e s K e yw o r d s:a u t o m a t i cm e a s u r i n g;r e f e r e n c er a d i a t i o nf i e l d;u n i f o r m i t y;m e a s u r e m e n te f f i c i e n c y;a c c u r a c y
13、电离辐射计量是研究各种电离辐射与物质相互作用的理论,并对表述辐射源或辐射场以及电离辐射与物质相互作用的物理量进行测量.完善计量量值传递手段,改进量值溯源体系,对提高电离辐射计量技术的综合能力和保障能力,确保参考辐射场的量值准确可靠至关重要,因此需定期对参考辐射场开展辐射场散射辐射、均匀性等剂量学特性测量.常用的辐射场剂量学特性测量方法主要有指型电离室扫描测量和矩阵电离室测量,但这两种方法各有局限性:利用指型电离室扫描测量需要多次启停射线照射装置或X光机,人工调整电离室位置,测量定位误差大且耗时长,仅辐射场均匀性测量需约 h;矩阵电离室能快速测量辐射场的均匀性和对称性,但测量点位固定、不能随实际
14、需要变化布点.为提高测量精度和工作效率,提升计量检定校准的服务能力,有必要研究一种新型辐射场剂量学特性自动化测量技术.为提高辐射场剂量学特性的测量效率、准确性及安全性,本研究研制一套新型辐射场剂量学特性自动化测量系统,并利用自动化测量系统对 C s射线参考辐射场、C o射线参考辐射场和低能、中高能X射线参考辐射场的剂量率分布、散射辐射特性、均匀性等剂量学特性开展研究.辐射场剂量学特性自动化测量系统设计辐射场剂量学特性自动化测量系统(以下简称自动化测量系统)主要由硬件部分和自编控制软件构成,该系统可实现X射线、射线、射线和电子束等参考辐射场内指定轨迹的自动、半自动测量及数据存取.机械结构设计自动
15、化测量系统的硬件部分由探头夹具、机械手和移动小车组成,结构示于图.图辐射场剂量学特性自动化测量系统示意图(a)和实物图(b)F i g S c h e m a t i cd i a g r a m(a)a n dp h o t o g r a p h(b)o f t h ea u t o m a t e dm e a s u r e m e n t s y s t e mf o r t h e r a d i a t i o nf i e l d 探头夹具探头夹具由夹具底座和夹具盖板组成,夹具底座固定在机械手末端,夹具盖板可通过螺丝调节其与夹具底座之间的机械距离,实现固定部位直径在 mm之间内
16、探头的固定(图).机械手机械手选用埃夫特E R 型小负载桌面型机器人,主要由机器人本体、电控柜和示教器三部分组成(图),可搬运k g负载.机器人本体包括手部和运动机构,手部可配合探头夹具抓持电离室(或其他物件)的部件.运动机构可使手部完成各种转动、移动或复合运动来实现设定动作,改变被抓持物件的位置和姿势.电控柜通过对机械手本体个自第期王子琳等:辐射场剂量学特性自动化测量系统研究由度电机的控制完成特定动作,同时接收传感器的反馈信息形成稳定闭环控制.图探头夹具示意图F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo fd e t e c t o r f i x t u r
17、e图机械手示意图F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo fm a n i p u l a t o r 移动小车移动小车主要由平移机构、升降机构、顶轮机构、电控盘和车体组成(图).平移机构由步进电机、滚珠丝杆、直线导轨以及固定平台组成,具有机械手固定与水平移动功能,行程为 m m,定位精度 m m.升降机构由步进电机、升降底板、直线轴承、导向轴和顶升机组成,控制机械手垂直方向的升降,行程为 mm,定位精度mm.顶轮机构由手轮、梯形丝杆、导向轴、顶轮以及连杆等组成,用于不同轨道之间的水平限位,保证小车前后移动的稳定性,通过旋转机构顶部的手轮带动滑块进行升降移动,
18、通过连杆推拉顶轮架实现顶轮的内外伸缩动作.电控盘主要负责固定如P L C、开关电源、空气开关等电气元件.车体由底托、福马轮、型材支撑柱、升降机构固定板、车体面板、车体侧板、推行把手以及数据电源接口和开关等组成,控制系统整体沿束流方向移动及其他机构的安装固定.图移动小车示意图F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo fm a n i p u l a t o r 软件设计 控制系统架构设计设备控制系统以三菱F X U系列P L C为主控系统,通过编制P L C程序以及上位机程序,控制Y轴、Z轴电机旋转和机械手定点移动,实现水平与垂直方向位置的自动与手动定位、机械手
19、不同扫描类型的姿态与轨迹控制,控制系统架构示于图.图控制系统架构F i g S t r u c t u r eo f c o n t r o l s y s t e m 上位机软件设计上位机软件采用W i n d o w s环境下的C语言开发,主要由配置菜单栏、测量菜单栏、历史菜单栏组成(图).配置菜单可实现测量路径的预设、分析图例的修改、剂量仪或探测器相关信息配置、机械臂初始位置调整等功能.测量菜单中包含开始测量、停止测量、坐标系显示方式选择、设备初始化、设备重新连接、设备报警清除.历史菜单同 位 素第 卷可查看测量历史,点击需要查看的数据条目,查看详细的测量数据和测量结果,支持数据筛查功能
20、,可将所选条目的测量数据信息导出为E x c e l类型本地文件.图上位机软件配置F i g F u n c t i o n so f c o m p u t e r s o f t w a r e实验方法为验证自动化测量系统用于参考辐射场日常剂量学特性的测量,利用研制的自动化测量系统对 C s多源照射装置、C o单源照射装置和低能、中高能X光机参考辐射场的辐射剂量特性进行实验测量.辐射场剂量率利用研制的自动化测量系统,结合P TW 球形电离室、UN I D O SR o m e o静电计对 C s多源照射装置、C o单源照射装置和低能、中高能X光机参考辐射场的射线束中心轴线上、不同距离处的空
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- 关 键 词:
- 辐射 剂量 特性 自动化 测量 系统 研究