辐照变色薄膜剂量计的制备及性能研究

论文摘要

辐射变色薄膜（Radiochromic film,简称RCF）是一种以有机材料为基材,在其表面涂有染料的功能薄膜。当其受到高能射线辐照后,RCF敏感层中的染料发生反应,颜色相应产生明显的变化,这一过程不需要热学、光学、化学或放大等其他方法做进一步处理。由于RCF光密度与剂量成一定的线性关系,因此可以通过测量RCF辐照前后的光密度变化就能得到辐照剂量,利用这一特性,可以将它制作成二维（2D）或三维（3D）固体剂量计,在医疗、工业等领域具有广泛的应用价值。目前使用的常规剂量计有电流量热剂量计、Famer电离室剂量计、热释光剂量计以及Fricke化学剂量计。辐照变色薄膜剂量计与这些常规剂量计相比,具有操作过程更简易、测试更方面等优点。它除了像常规剂量计一样测量剂量外,还能测量辐射场中剂量二维（2D）或三维（3D）分布。本文制备了基于双炔酸化合物为有机染料辐照变色薄膜剂量计。制取的剂量计克服了前期剂量计出现缺陷,优化了制膜工艺过程,在缺少设备和技术资料的情况下,依据明胶的特性,自行设计了一套制取明胶-薄膜剂量计的装置,在制膜过程中控制原料比例、溶解温度、溶液浓度、涂膜温度、交联剂以及乙醇的掺入量和干燥速度等影响成膜因素,解决了成膜工艺过程中出现的缺陷以及薄膜敏感度低等问题。并对本文制备的明胶-剂量计经过Y射线辐照后的动力学特性进行了研究,其特性如下：1、本文研制的明胶-薄膜剂量计以双炔酸化合物为有机染料、聚酯化合物为片基、明胶为胶粘剂,水为溶剂。测量剂量范围为50mGy～1Gy,可用于对γ射线辐照剂量测量。2、本文制备的明胶-薄膜剂量计在辐照前是无色透明的,在可见光区域未出现吸收波峰；在辐照后颜色明显发生变化,并且颜色随着辐照剂量的增加而逐渐变深,在可见光区域出现了两个吸收波峰：位于640nm附近主吸收波峰以及590nm附近弱吸收波峰；波峰在不同剂量辐照时发生微小偏移。采用不同的分析波长,获得的光密度响应值差异较大；对于剂量确定时,在主吸收波峰640nm位置光密度响应灵敏度值最大。3、在剂量50mGy～1Gy范围内,明胶-薄膜剂量计的光密度响应与剂量近似成线性关系。4、在剂量率lmGy/s～5mGy/s范围内,剂量率对剂量计影响进行测试,结果表明不同的剂量率对光密度响应影响较小,在总剂量为500mGy时,各点的光密度响应值与平均值偏差<2%。同时,单次辐照和分次对光密度响值无明显差异,对于要获得精确的结果则需要进行相应的修正。5、辐照时温度对明胶-薄膜剂量计影响较大,在辐照温度20～55℃范围内,剂量计的光密度响应随着温度升高而逐渐增大,在40～55℃温度范围光密度响应增加幅度更大,温度>60℃时,颜色开始由蓝变红。而在相对湿度20%-90%范围,湿度对剂量计光密度响应没有影响。6、辐照后剂量计置于温度25℃、相对湿度40%的避光环境中24h,明胶-薄膜剂量计固态聚合反应基本完成,颜色已经稳定,可以进行测量。剂量计在辐照前后储存于暗处可长期保存,对日光、荧光、紫外线较敏感。7、剂量计同一批内的均匀性好于1%,不同批次受明胶与染料大分子混合程度的影响,批间差异大,使用前需要进行相应标定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题意义
• 1.2 辐照变色薄膜剂量计研究现状
• 1.3 辐照变色薄膜剂量计特性
• 1.4 本章小结
• 第2章 辐照变色薄膜剂量计相关基础
• 2.1 辐射与物质的相互作用
• 2.1.1 光子与物质的相互作用过程
• 2.1.2 线衰减系数和质量衰减系数
• 2.1.3 能量转移和吸收系数
• 2.1.4 辐射量
• 2.1.5 光密度与剂量
• 2.2 辐照变色薄膜剂量计制备工艺基础
• 2.2.1 涂液的处理和准备
• 2.2.2 涂膜方法
• 2.2.3 薄膜干燥
• 2.2.4 薄膜缺陷
• 2.3 本章小结
• 第3章 辐照变色薄膜剂量计的制备
• 3.1 引言
• 3.2 明胶膜的制备
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验设备
• 3.4 辐照变色薄膜剂量计的制备
• 第4章 γ射线剂量学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 γ射线辐照实验
• 4.2.2 光谱分析实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 γ射线剂量响应
• 4.3.2 光密度与剂量的关系
• 4.3.3 剂量计对剂量率的依赖性
• 4.3.4 γ射线分次辐照的影响
• 4.3.5 辐照温度对剂量计的影响
• 4.3.6 辐照湿度对剂量计的影响
• 4.3.7 辐照后效应的影响
• 4.3.8 测量温度对剂量计的影响
• 4.3.9 剂量计均匀性检测
• 4.3.10 剂量计稳定性检测
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 进一步研究的内容
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果