两种基于光栅波长偏移效应的辐射剂量测量方法研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:QINSHAOKUN1988
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目前核技术应用过程中的剂量测量存在远程在线、分布式剂量监测的新需求。光纤传感器利用光学传感的高灵敏度与准确度以及光纤结构的小体积、抗电磁干扰等特性较好的迎合了新需求,但是目前尚存在空间分辨短板且技术复杂的困难亟需克服。因此鉴于光纤布拉格光栅(FBG)的综合性能,本文提出了两种不同原理机制的新型在线光栅剂量计,并对该两种剂量计在γ辐照场景下的辐射响应进行研究。主要研究内容如下:(1)开展了一种辐致波长偏移的光栅直接剂量测量方法研究。通过实验分别研究了温度和辐射对于FBG的布拉格波长偏移(BWS)的影响,重点考虑了温度对剂量确定的影响。同一支FBG的热光响应系数基本不受辐照剂量的影响,提出公式计算温度补偿的方法,可以实现在温度和辐射共存环境中获取BWS关于累积剂量的响应,并证实两者具有较为规律的相关关系。取一支FBG结果表明γ辐照6.75 k Gy可以得到辐射导致的BWS为35 pm,计算得辐射响应系数和最低剂量探测限值分别为5.18 pm/k Gy和116 Gy。辐照结束之后的FBG波长弛豫现象表明此类FBG剂量计适合作为一种在线的剂量测量手段。(2)开展了一种pH致波长偏移的光栅间接剂量测量方法研究。利用湿法腐蚀FBG制备了有效可靠的包层厚度可控的倏逝波pH传感器,合成pH敏感型水凝胶并涂覆在FBG表面制备成水凝胶pH传感器。完成了γ辐照对于纯水的pH的影响规律研究,得到pH关于吸收剂量的指数响应关系,另在10 k Gy以下的低剂量段,pH与累积剂量的关系又可近似地看作线性相关的变化。配制了梯度pH的稀硝酸溶液研究pH对制备的FBG倏逝波传感器的BWS影响规律,并以pH作为中间转换量验证该种FBG剂量计的剂量探测的可行性。(3)开展了光纤剂量计测量剂量转换的蒙卡模拟研究。完成了以NIST数据库作为数据来源对光子、质子和电子辐射源条件下的剂量转换系数演算的公式推导。使用TOPAS软件模拟了光子、质子和电子在光纤材料中和水中的剂量沉积,验证提出的光纤到水剂量转换公式的可靠性。在光子和电子辐射下,本文推演出了光纤-水剂量转换系数在一个常系数修正下接近蒙卡模拟结果,而对于更为复杂的质子治疗情况,目前公式较为理想化导致剂量转换尚不完美,有待提升准确性。本文研究了两种基于光栅BWS的分布式在线剂量测量方法,并对剂量计吸收剂量和水吸收剂量进行了转换研究,对于发展分布式远程在线监测辐射场的剂量计具有指导意义。
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