專利名稱：測量不同材料界面劑量分布的多層平板電離室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量不同材料界面劑量分布的多層平板電離室，具體說是為測量能量為30-100keV X射線入射不同原子序數(shù)材料的界面時，在靠近界面處幾十μm內(nèi)的低原子序數(shù)材料中產(chǎn)生的劑量增強(qiáng)效應(yīng)，而設(shè)計(jì)的一種多層平板電離室。
在現(xiàn)有技術(shù)中，能量為30-100keV X射線能譜穿透力強(qiáng)，不易屏蔽，且入射在不同原子序數(shù)材料的界面時，在靠近界面處幾十μm內(nèi)的低原子序數(shù)材料中能產(chǎn)生較強(qiáng)的劑量增強(qiáng)效應(yīng)。由于界面到均勻塊介質(zhì)之間的過渡區(qū)中能量沉積僅涉及窄小的幾何尺度，實(shí)驗(yàn)測試比較困難。在物理上，它不但涉及到光子對電子的能量轉(zhuǎn)移，而且與電子的產(chǎn)生、散射和吸收引起的通量增減密切相關(guān)。國外曾報(bào)道過用多層平板鋁電離室測量X射線穿過不同材料的界面劑量分布尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種測量不同材料界面劑量分布的多層平板電離室，包括內(nèi)部組件、前后兩層端極板和殼體，其特殊之處在于所述的內(nèi)部組件包括多層電極板1、多層有機(jī)玻璃環(huán)2等，在多層有機(jī)玻璃環(huán)2上設(shè)置有通氣孔槽3和銅線引孔槽4，所述的多層有機(jī)玻璃環(huán)2的通氣孔槽3和銅線引孔槽4對齊并重疊放置；所述的多層有機(jī)玻璃環(huán)2之間設(shè)置電極板1，電極板1為超薄高純鋁箔，其貼于有機(jī)玻璃環(huán)2上，并與有機(jī)玻璃環(huán)上的通銅線引孔槽4內(nèi)連出導(dǎo)線相連。
所述的電離室內(nèi)的電極板1為厚度為0.005mm高純鋁箔，最佳為八層。
所述有機(jī)玻璃環(huán)2的厚度為1.0mm，內(nèi)徑30mm，外徑70mm的圓環(huán)，最佳為八層。
所述的多層有機(jī)玻璃環(huán)2上設(shè)置螺栓固定孔5，其內(nèi)設(shè)有機(jī)玻璃螺栓。
所述的前后兩層端極板6設(shè)置在多層有機(jī)玻璃環(huán)2的兩側(cè)，為活動結(jié)構(gòu)。
所述的電離室位于一個側(cè)壁厚為30mm的純Al殼體7內(nèi)。
所述的電離室的前后各設(shè)置有一個厚度為5mm、內(nèi)徑為25mm的準(zhǔn)直器8。
所述的電離室通過多頭插座用多芯同軸電纜和矩陣開關(guān)將Keithley-619靜電計(jì)、高壓接到所測電離室的兩個極板上，其他電極全部接地。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)如下
能測量能量為30-100keV X射線入射不同原子序數(shù)材料的界面時，在靠近界面處幾十μm內(nèi)的低原子序數(shù)材料中產(chǎn)生的劑量增強(qiáng)效應(yīng)，在采用常規(guī)方法測量平衡劑量的同時，測出劑量增強(qiáng)效應(yīng)的增強(qiáng)因子(實(shí)際劑量與平衡劑量的比值)。最后能給出X射線對電子器件的造成的實(shí)際損傷增強(qiáng)因子。
本發(fā)明測量了端極板為Ta、Pb、Kovar/Au三種結(jié)構(gòu)材料的電離室某一空腔的電離電流II，和端極板換為與內(nèi)極板相同材料時同一空腔的電離電流Ii0，經(jīng)過入射端端極板對射線的衰減修正，得到不同材料界面的劑量增強(qiáng)因子。DEF=IIIi0exp(tm(μen/ρ)m-t0(μen/ρ)0),]]>式中， 為端極板的厚度與該材料光子質(zhì)能吸收系數(shù)對能譜的平均值的乘積， 為均勻電離室端極板Al的厚度與該材料光子質(zhì)能吸收系數(shù)對能譜平均值的乘積。
參見圖4，輻射源用0.01～100keV的同步輻射白光譜光源，施加0.4mmPb濾光。經(jīng)過濾光片以后的同步輻射能譜。把光子從高原子序數(shù)材料一側(cè)入射到界面，稱為正向入射，當(dāng)光子由Al一側(cè)入射到高原子序數(shù)材料上稱為反向入射，由于X射線在材料中產(chǎn)生的光電子各向同性，所以在材料界面產(chǎn)生的劑量增強(qiáng)效應(yīng)與射線的入射方向沒有明顯的關(guān)系。正、反向入射DEF實(shí)測結(jié)果相同。
針對電離室模型用-蒙特卡洛粒子輸運(yùn)程序進(jìn)行模擬計(jì)算。輸入測得的同步輻射白光譜能譜，跟蹤20萬個粒子。計(jì)算中對光子和次級電子的所有次級過程都模擬跟蹤。整個程序主要由三部分構(gòu)成。調(diào)用主程序處理用戶模型信息，并建立光子輸運(yùn)有關(guān)數(shù)據(jù)；調(diào)用建立與電子輸運(yùn)有關(guān)的數(shù)據(jù)；最后對源粒子逐一抽樣跟蹤。
X光與介質(zhì)相互作用主要是光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)，并分別產(chǎn)生光電子、康普頓電子。而電子在輸運(yùn)過程中又發(fā)生軔致輻射。對源粒子抽樣，抽取源粒子的空間位置、方向、能量、權(quán)重，確定初始狀態(tài)(r、Ω、E、W)。用強(qiáng)迫碰撞抽樣自由程距離l，新碰撞位置r′＝r+1Ω。在r′處確定粒子與某種物質(zhì)的某種原子發(fā)生何類反應(yīng)，由入射方向Ω、能量E和微分截面抽樣出出射方向Ω′和出射能量E’。光子在輸運(yùn)過程中與核相互作用，會產(chǎn)生電子，同樣，電子在輸運(yùn)過程中會產(chǎn)生次級光子。對此，采取了先電子后光子的模擬原則。即當(dāng)光子(包括源光子與次級光子)產(chǎn)生了次級電子時，先將原級光子存入光子庫中，立即跟蹤次級電子；當(dāng)電子產(chǎn)生次級光子時，先將次級光子存入光子庫，繼續(xù)跟蹤原級電子。對任一條分支都按此原則處理。當(dāng)一個電子分支的歷史結(jié)束后，首先清查電子庫，若有庫存電子時，便按后存入先取出的原則取出庫內(nèi)電子進(jìn)行模擬。在確定電子庫中已無電子后，再清點(diǎn)光子庫，若有庫存光子，同樣進(jìn)行。此時有可能產(chǎn)生電子，必須把光子存起來，跟蹤電子。直到光子庫無光子，再重新開始一個歷史。直到全部粒子跟蹤完畢。計(jì)算了Pb/Al、Ta/Al、Kovar/Au/Al結(jié)構(gòu)在Al中的沉積能量。界面深度越大，即離界面越遠(yuǎn)，RDEF越小，次級電子貢獻(xiàn)越??；見圖5、圖6、圖7。其給出實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果和計(jì)算結(jié)果中，Kovar/Au/Al、Pb/Al結(jié)構(gòu)理論與實(shí)驗(yàn)比對符合較好，而Ta/Al結(jié)構(gòu)我們分析認(rèn)為實(shí)驗(yàn)用的Ta片是合金，有低原子序數(shù)成份，而理論模擬用純Ta金屬，所以理論模擬數(shù)據(jù)大于實(shí)測結(jié)果。材料的劑量增強(qiáng)理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)可以互相驗(yàn)證。劑量增強(qiáng)效應(yīng)是真實(shí)存在的，在X射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的次級電子的一個電子射程內(nèi)，都存在劑量增強(qiáng)效應(yīng)。另外一個問題是，是不是這么大的劑量增強(qiáng)對器件造成的損傷也這么大呢？從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，我們應(yīng)該把劑量增強(qiáng)和損傷增強(qiáng)區(qū)別開來。實(shí)際上，對于60Coγ射線和X射線因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生的次級電子的能量不同，對于10keV的電子的阻止本領(lǐng)是1MeV電子(60Coγ射線的次級電子的能量不同，對于10keV的電子的阻止本領(lǐng)是1MeV電子(60Coγ射線的次級電子能量)阻止本領(lǐng)的10倍[13]，即它們的LET(Line Energy Transimition)值相差10倍，對低能電子，雖然產(chǎn)生的平均電子空穴對數(shù)目增加了，但是發(fā)生復(fù)合的幾率也增加了。注意到劑量增強(qiáng)和復(fù)合過程幾乎是同時發(fā)生的，而且二者在效應(yīng)上是相反的，互相抵消，由于復(fù)合過程，減小了單位劑量的有效損傷。劑量增強(qiáng)與靈敏層厚度有關(guān)，因?yàn)樗墙缑嫘?yīng)，與所加電場無關(guān)；而復(fù)合過程與所加電場有關(guān)，與靈敏層厚度無關(guān)。所以在討論到損傷增強(qiáng)時，與實(shí)驗(yàn)條件是密切相關(guān)的，也可能以復(fù)合為主，也可能以劑量增強(qiáng)效應(yīng)為主。所以，在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，還要根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件最后給出我們關(guān)心的器件的X射線實(shí)際造成的損傷增強(qiáng)因子。
權(quán)利要求
1.一種測量不同材料界面劑量分布的多層平板電離室，包括內(nèi)部組件、前后兩層端極板和殼體，其特征在于所述的內(nèi)部組件包括多層電極板(1)、多層有機(jī)玻璃環(huán)(2)等，在多層有機(jī)玻璃環(huán)(2)上設(shè)置有通氣孔槽(3)和銅線引孔槽(4)，所述的多層有機(jī)玻璃環(huán)(2)的通氣孔槽(3)和銅線引孔槽(4)對齊并重疊放置；所述的多層有機(jī)玻璃環(huán)(2)之間設(shè)置電極板(1)，電極板(1)為超薄高純鋁箔，其貼于有機(jī)玻璃環(huán)(2)上，并與有機(jī)玻璃環(huán)上的通銅線引孔槽(4)內(nèi)連出導(dǎo)線相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量不同材料界面劑量分布的多層平板電離室，其特征在于所述的電離室內(nèi)的電極板(1)為厚度為0.005mm高純鋁箔，最佳為八層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量不同材料界面劑量分布的多層平板電離室，其特征在于所述有機(jī)玻璃環(huán)(2)的厚度為1.0mm，內(nèi)徑30mm，外徑70mm的圓環(huán)，最佳為八層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量不同材料界面劑量分布的多層平板電離室，其特征在于所述的多層有機(jī)玻璃環(huán)(2)上設(shè)置螺栓固定孔(5)，其內(nèi)設(shè)有機(jī)玻璃螺栓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量不同材料界面劑量分布的多層平板電離室，其特征在于所述的前后兩層端極板(6)設(shè)置在多層有機(jī)玻璃環(huán)(2)的兩側(cè)，為活動結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量不同材料界面劑量分布的多層平板電離室，其特征在于所述的電離室位于一個側(cè)壁厚為30mm的純Al殼(7)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量不同材料界面劑量分布的多層平板電離室，其特征在于所述的電離室的前后各設(shè)置有一個厚度為5mm、內(nèi)徑為25mm的準(zhǔn)直器(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量不同材料界面劑量分布的多層平板電離室，其特征在于所述的電離室通過多頭插座用多芯同軸電纜和矩陣開關(guān)將Keithley-619靜電計(jì)、高壓接到所測電離室的兩個極板上，其他電極全部接地。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量不同材料界面劑量分布的多層平板電離室。在現(xiàn)有技術(shù)中，能量為30－100keVX射線能譜穿透力強(qiáng)，不易屏蔽，由于界面到均勻塊介質(zhì)之間的過渡區(qū)中能量沉積僅涉及窄小的幾何尺度，實(shí)驗(yàn)測試比較困難；在物理上，它不但涉及到光子對電子的能量轉(zhuǎn)移，而且與電子的產(chǎn)生、散射和吸收引起的通量增減密切相關(guān)。為測量其劑量增強(qiáng)效應(yīng)，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種用高純鋁箔作為電極板的電離室，其鋁箔作為電極板與有機(jī)玻璃環(huán)相互間隔，設(shè)置在鋁制的殼體內(nèi)，而兩層端極板為活動結(jié)構(gòu)，位于電離室的兩側(cè)；通過本發(fā)明可測量出X射線對不同材料界面劑量分布，從而能了解X射線對一些器件造成的損傷增強(qiáng)因子。
文檔編號G01T1/185GK1450363SQ0211449
公開日2003年10月22日 申請日期2002年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月5日
發(fā)明者郭紅霞, 吳國榮, 韓福斌, 陳雨生, 周輝 申請人:西北核技術(shù)研究所