量热计和化学剂量计

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1、第五章量热计和化学剂量计辐射剂量与防护∑第一节量热剂量学∑第二节弗里克剂量计(化学剂量计)授课单位：核工程技术学院∑第三节其它类型的剂量计授课专业：核工程、核技术授课教师：杨磊第一节量热剂量学综述∑一原理与分类∑射线照射到介质上，其大部分辐射能将迅速转换为介质的内能，宏观表现为被照介质的温度升高。∑二温度测量通过测定被照介质的温度变化，即可得到吸收剂∑三量热计校准量D，此类方法称为量热法。∑四吸收剂量量热计∑优点：在热损可以忽略的情况下，量热法是直接按照吸收剂量定义来的，且响应原则上与辐射的∑五

2、基准传递品质无关，因此量热计常用作绝对测量装置。∑缺点：不适合低剂量或低剂量率辐射场测量；测量过程繁琐，速度缓慢，不适合快速、现场测量。一原理和分类1.与量热计相关的概念∑1.与量热计相关的概念(1)热损：在材料中消耗的辐射能与相应的热能之差。若Δm是体积元质量，Δε是电离辐射授与小°(1)热损体积元的平均能量，ΔEh是Δm中以热能形式出°(2)吸收体（芯体）现的能量，ΔE是热损，则:s°(3)预照射ΔεΔEDT==hDF°(4)小结ΔΔmm定义TDF为热损因子（thermaldefectfac

3、tor)。∑2.量热计的类型及其工作原理ΔEE+ΔΔεΔ−EE=ΔεΔ,TDF=hs=shΔEΔEhh热损因子TDF衡量了受照射物质的能量转换能力。11.与量热计相关的概念（续）1.与量热计相关的概念（续）∑(2)吸收体（芯体）∑(4)讨论°在量热计中测量吸收剂量D的介质，因外部包°当辐射引起的化学反应或晶格缺陷贮有能量，裹有外壳等，因此又称为芯体。损失为正，TDF大于1；当辐射引起的化学反∑(3)预照射应或晶格缺陷放出能量，热损为负，TDF小于1。°去除量热计中的化学干扰因素如自由氧，降低对T

4、DF的干扰。°材料选择：TDF跟辐照过程和材料有关，在设计量热计时，应选用热损ΔEs小到可以忽略，或者能够以足够的精确测定的那些材料，同时材料本身对累积能量的温度响应尽量呈线性。2.量热计的类型及其工作原理(1)绝热型量热计∑量热计可分为如下几种类型：绝热型量热计结构示意图：°(1)绝热型°(2)动态型°(3)稳定型°(4)等温型°(5)准绝热型特点：量热计芯体不与外界发生热交换，且不发生相变。(1)绝热型量热计(续)(2)动态型量热计若芯体材料的比热容量为C，则：吸收体与外壳之间存在着温差，芯

5、体与外界发生热ΔE交换，热交换的多少跟两者之间的温差和持续时间有Δ=ThcCm⋅Δ关，即满足牛顿冷却定律：τΔεDcc==CTΔΔ=εccS∫kTTdt()−jΔm0S为芯体表面积。通常外壳与芯体的材料相同，如果外壳足够厚，则按τΔεS照大腔室理论有：D==CTΔ+kTTdt()−cc∫cjΔΔmm0DD=⋅()μρcmenmc,i∂TSkDC=⋅+c()TT−ccj∂tmΔ2(3)稳态型量热计(4)等温型量热计i保持外壳的温度恒定不变，也保持不变，随着以测量物质的融化潜热为量热测量手段，其优点

6、Dc芯体与外壳温差逐渐加大，辐射在芯体产生的热能是芯体和外壳的温度容易控制，如都保持在芯体的与芯体本身散失的热能达到平衡，表现为芯体温度熔点，此时不存在热交换，因此芯体的吸收剂量为：达到某一值后不再变化，此时，D=γc∂Tc=0如果测量过程中外界环境或芯体温度可以保持不∂t此时有：变，但难以和测量物质融化温度一致，则：iSkSDc=−()TTcjDkcc=+γ()T−TjτΔmΔm(5)准绝热型量热计第一节量热剂量学∑原理和绝热量热计类似，其差别是：外壳不再跟∑一原理与分类踪芯体温度变化并保持温

7、度相同；∑二温度测量∑做法∑三量热计校准°1)：对外壳输入已知的一定功率，是外壳和芯体温度接近；∑四吸收剂量量热计°2)：保持短促的测量时间，是芯体热散失份额很少。∑五基准传递∑计算公式需要采用动态性量热计的进行修正；τΔεSD==CTΔ+kTTdt()−cc∫cjΔΔmm0二温度测量1.热敏电阻测温单位吸收剂量产生的温升很小，比如对于水为2.4×10-4K·Gy-1，所以测量装置要非常灵敏。温度测量是量热计测量和温度控制的关键环R1节!RRcx=Rj测量方法有：1.热敏电阻测温差；RTccc→

8、→D2.热电偶测温差；3.其它测量方法32.热电偶测温差热电偶测温差示意图∑原理：利用了不同金属接点处有电动势的原理，与温度有关；∑尺寸要求：为了尽量减少辐射场畸变，尽快达到温度平衡，减少滞后和减少对量热计测量结果修正的不确定因素：°1）测量元件必须做得很小很细(热电偶直径可以小到0.05mm)；°2）量热计内引入的不同物质的质量一般小于吸收体质量的千分之几。°3）测量元件和芯体的传热性要好。3.其它测量方法第一节量热剂量学温升能引起溶液电导的改变，大小可由灵敏电桥∑一原理与分类测量。温升使透明